DE69921845T2

DE69921845T2 - Verfahren zum wärmebehandeln von stahlbändern

Info

Publication number: DE69921845T2
Application number: DE69921845T
Authority: DE
Inventors: Massimo Barteri; Sandro Fortunati; Gianni Songini
Original assignee: ThyssenKrupp Acciai Speciali Terni SpA
Current assignee: Acciai Speciali Terni SpA
Priority date: 1998-09-15
Filing date: 1999-09-15
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2019-09-16
Also published as: IT1302329B1; WO2000015854A1; CN1318110A; CN1145706C; ZA200103000B; EP1123420B1; EP1123420A1; ES2233079T3; ATE282095T1; BR9913666A; AU6191099A; ITRM980592A1; DE69921845D1; US6679957B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Stahlband und präziser auf die Wärmebehandlung sowohl von Stahlband im „wie vergossenem" Zustand unter Verwendung der sogenannten Bandgieß-Technik als auch von warmgewalztem Band. Insbesondere betrifft das Verfahren die Behandlung von Edelstahl, nicht orientiertem Elektrostahl und von Kohlenstoffstählen.
Stand der Technik
Normalerweise wird Stahlband, welches entweder direkt kontinuierlich vergossen oder warmgewalzt wurde, aufgehaspelt, wenn es noch bei einer hohen Temperatur vorliegt, und die Coils werden bei Raumtemperatur zum Abkühlen ausgelagert. Jedoch ist dem auf diesem Feld bewanderten Fachmann gut bekannt, dass derart gewalzte Bänder keine Eigenschaften aufweisen, die sie für eine nachfolgende Kaltwalz-Behandlung geeignet erscheinen lassen, insbesondere hinsichtlich ihrer Mikrostruktur, Homogenität der Zusammensetzung und ihrer mechanischen Eigenschaften. Infolgedessen ist es notwendig, die Coils für eine ausreichende Zeit auf eine hohe Temperatur aufzuheizen, um mit einer Behandlung, die als Glühen bezeichnet wird, die notwendigen Veränderungen herbeizuführen.
Die Glühung kann entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Kontinuierliches Glühen wird in einem auf eine hohe Temperatur aufgeheizten Ofen ausgeführt, durch den das Band mit einer bestimmten Geschwindigkeit hindurchtreten muss. Kontinuierliches Glühen erlaubt eine gleichmäßige Qualität des behandelten Bands und eine begrenzte Behandlungszeit, bedingt aber große und kostenintensive Anlagen.
Beim diskontinuierlichen Glühen wird das Band in Coils aufgehaspelt, die dann in einen Ofen eingesetzt werden. In diesem Fall ist die Anlage einfach, nicht besonders sperrig und vergleichsweise ökonomisch, jedoch ist das Behandlungsverfahren sehr lang, üblicherweise im Bereich von mehreren dutzend Stunden, und die Endqualität des Produkts ist ungleichmäßig.
Für die Behandlung von Band, das direkt kontinuierlich vergossen oder warmgewalzt wurde, ist das am meisten verbreitete Glühverfahren das diskontinuierliche, welches offensichtliche Nachteile in Bezug auf Energieverbrauch, Zeit und Ressourcen sowie eine nicht gleichmäßige resultierende Qualität bereithält.
Eine mögliche Lösung dieses oben beschriebenen Problems kann die Überführung der Coils von der Haspelstufe zum Glühofen, ohne ihnen zu erlauben exzessiv abzukühlen, darstellen. In diesem Zusammenhang war die Aufmerksamkeit bisher auf die Behandlung von Edelstählen oder zumindest in jedem Fall korrosionsbeständiger Stähle gerichtet. So beschreibt beispielsweise die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 52-65126 ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Edelstählen (des Typs SUS 410 und SUS 430), bei dem noch heiße Edelstahl-Coils in den Glühofen eingesetzt werden. In gleicher Weise bezieht sich die europäische Patentanmeldung Nr. 343 008 auf die Behandlung von warmgewalztem Edelstahlband oder in jedem Fall von korrosionsbeständigem Band, bei dem das Band oberhalb der Transformationstemperatur A3 warmgewalzt wurde und dann bei einer Rate von zwischen 10 und 1°C/min abgekühlt wurde, um das Vorliegen von Martensit zu verhindern. Dies wird durch Isolieren des Bands gegen exzessive Wärmeverluste und durch zumindest teilweises Einhausen des Bands in einem thermisch isolierenden Gehäuse erreicht.
Die US-Neuerteilung 28,719 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von hoch kohlenstoffhaltigen Stahlsträngen für flachen Feilenstahl, bei dem ein warmgewalztes Band bei 649 bis 704°C auf gehaspelt und bei 721° bis 749°C in einer reduzierenden Atmosphäre geglüht wird; anschließend wird das geglühte Coil auf 721°C abgekühlt, wieder bei 677°C unter Verwendung unterschiedlicher Abkühltemperaturen gekühlt und schließlich bis etwa 205°C in einer reduzierenden Atmosphäre langsam abgekühlt, um kugelförmige Karbide zu erhalten.
Die durch lange vom Anmelder durchgeführte Experimente erlangte Erfahrung hat erbracht, dass die Lehre, die aus dem Stand der Technik gezogen werden kann insbesondere für Band mit geringer Dicke, beispielsweise geringer als 3 mm, nicht zufriedenstellend erscheint. Des Weiteren ist der Stand der Technik erklärtermaßen nur auf Edelstahl oder in jedem Fall korrosionsbeständige Stähle anwendbar. Zusätzlich zu diesen Punkten hat der Anmelder eine Anzahl von Verfahrensparametern identifiziert, die nicht vom Stand der Technik in Betracht gezogen wurden, jedoch wesentlich zur Erzielung hoch qualitativer Ergebnisse erscheinen.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist daher, eine heiße Behandlung von Stählen, die direkt im kontinuierlichen Vergießen oder warmgewalzt vergossen wurden, insbesondere mit geringer Dicke, zu ermöglichen, um ein behandeltes Band mit exzellenter Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung und Mikrostruktur insbesondere bei Abwesenheit von Martensit und somit hohen und gleichmäßigen mechanischen Eigenschaften, die nicht unterhalb derjenigen sind, die durch traditionelle Glühprozesse erzielbar sind, zu erhalten.
Neben den Vorteilen der vorliegenden Erfindung, die dem Fachmann offensichtlich sind, wird insbesondere auf den einer bedeutenden Energieersparnis hingewiesen.
Beschreibung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in den Ansprüchen 1 bis 3 das Verfahren zur Wärmebehandlung von Band, insbesondere von Band mit geringer Dicke, insbesondere Kohlenstoff-Manganstähle oder Kohlenstoffstähle, die mit Nickel und/oder Chrom und/oder Molybdän legiert sind, nicht orientierte Silizium-Elektrostählen sowie Edelstählen, die auf Coils aufgehaspelt werden, wenn sie immer noch bei einer hohen Temperatur vorliegen, beschrieben.
Die Temperatur, auf die der Ofen aufzuheizen ist, hängt vom Typ des zu behandelnden Stahls ab und liegt insbesondere im Fall von Edelstählen zwischen 650 und 850°C, bevorzugt zwischen 800 und 850°C; für Kohlenstoffstähle liegt sie zwischen 600 und 760°C, vorzugsweise zwischen 670 und 730°C, für nicht orientierte Elektrostähle liegt sie zwischen 660 und 830°C, vorzugsweise zwischen 670 und 710°C.
Da es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich ist, Edelstähle, Elektrostähle und Kohlenstoffstähle auf eine ähnliche Weise zu behandeln, geben wir nun Aufhaspeltemperaturen an, die für drei wichtige Typen von Stählen, d.h. Kohlenstoffstähle, nicht orientierte Elektrostähle und Edelstähle notwendig sind. Für Kohlenstoffstähle ist die Coil-Haspeltemperatur zwischen 600 und 770°C, vorzugsweise zwischen 700 und 750°C; für nicht orientierte Elektrostähle liegt die Coil-Haspeltemperatur zwischen 700 und 850°C; und für Edelstähle liegt die Coil-Haspeltemperatur zwischen 650 und 850°C.
Zusätzlich ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, den Stahl auf jede mögliche Art zu glühen, nämlich durch passives Glühen, bei dem das heiße Coil in einen auf eine hohe Temperatur aufgeheizten Ofen eingesetzt wird, wobei der Wärmeübergang auf den Ofen nach dem Einsetzen der Coils vernachlässigbar oder Null ist, so dass die Temperatur des Ofens und somit des Bands über die Zeit langsam absinkt; ein isothermisches Glühen, bei dem nach dem Einsetzen des Coils in den Ofen die Temperatur des Ofens auf einem gewünschten Niveau für eine vorher eingestellte Zeitdauer beibehalten wird, wonach die Temperatur des Coils über die Zeit langsam absinkt; und das vollständige Glühen, bei dem nach dem Einsetzen des Coils in den Ofen die Temperatur des Ofens und somit des Coils für eine vorgegebene Zeitdauer angehoben wird, bis ein vorher gewählter Wert erreicht wird, wonach der Ofen und die Coils langsam abgekühlt werden.
In jedem Fall werden die Coils bei einer vorgegebenen Temperatur aus dem Ofen herausgenommen, was später ersichtlich wird.
Infolgedessen ist im Falle des passiven Glühens die Heiztemperatur des Ofens gemäß des Stahltyps zwischen 600 und 860°C, und das Band wird bei dieser Temperatur für weniger als 30 min gehalten, wonach der Ofen und das Band für 8 bis 28 Stunden abgekühlt werden, um eine Maximaltemperatur des Bands von weniger als 520°C zu erhalten, wenn es aus dem Ofen genommen wird.
Im Falle des isothermischen Glühens liegt die Heiztemperatur des Ofens hingegen gemäß des Stahltyps zwischen 580 und 830°C, wobei die Coils bei dieser Temperatur für 4–15 Stunden gehalten werden, wonach der Ofen und das Band für 4–16 Stunden abgekühlt werden, um eine maximale Temperatur des Bands von weniger als 650°C zu erhalten, wenn es aus dem Ofen genommen wird.
Schließlich wird im Falle des vollständigen Glühens der Ofen gemäß des Stahltyps bei einer Temperatur von zwischen 600 und 850°C aufgeheizt, die Coils werden bei dieser Temperatur für 4 bis 15 Stunden gehalten, wonach der Ofen und das Band für 4 bis 16 Stunden abgekühlt werden, um eine maximale Temperatur des Bands von weniger als 650°C zu erhalten, wenn es aus dem Ofen genommen wird.
Es wurde darüber hinaus ermittelt, dass die Effektivität des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dann verbessert wird, wenn die Coils in einer Horizontalposition in den Ofen eingelagert werden. Diese erreichte Verbesserung beruht gemäß einigen experimentellen Daten darauf, dass bei auf diese Weise angeordneten Coils die Zirkulation der Atmosphäre innerhalb des Lochs, welches um die Achse des Coils vorliegt, erhöht wird, so dass eine bessere Gleichmäßigkeit des thermischen Gradienten entlang des Radius des Coils erreicht wird.
Beispiele
Edelstahl
Bänder aus Edelstahl AISI 430, sowohl kontinuierlich vergossen als auch warmgewalzt auf eine Dicke von 3,0 mm wurden bei einer Temperatur von 840°C in Coils aufgehaspelt und innerhalb von 15 Minuten nach dem Ende des Haspelns zu einem Glühofen überführt. Im Falle des passiven Glühens war die Temperatur des Ofens 840°C und die in den Ofen eingestellten Coils verblieben dort für 24 Stunden und wurden im Anschluss bei einer Temperatur von etwa 500°C herausgenommen und in Luft abgekühlt.
Im Falle des isothermischen Glühens war der Ofen auf eine Temperatur von 820°C vorgeheizt und die Coils verblieben bei dieser Temperatur für etwa 12 Stunden. Der Ofen wurde dann abgeschaltet und spontan für 22 Stunden abgekühlt, und die Coils wurden dann bei einer Temperatur von etwa 500°C aus dem Ofen entnommen und in Luft abgekühlt.
Im Falle der vollständigen Glühung, d.h. mit ansteigender Temperatur, wurden die Coils, die in den Ofen eingestellt wurden, wenn dieser bereits heiß war, wieder auf die Aufhaspeltemperatur (840°C) aufgeheizt und bei dieser Temperatur für 12 Stunden gehalten, wonach der Ofen abgeschaltet wurde und die Coils bei einer Abkühlrate von etwa 15°C/Std. abgekühlt wurden und anschließend aus dem Ofen bei einer Temperatur von etwa 640°C herausgenommen wurden und in Luft abgekühlt wurden.
Die unten gezeigte Tabelle 1 gibt die mechanischen Eigenschaften, die an den in den oben beschriebenen Tests erhaltenen Stählen, die auf 0,6 mm kaltgewalzt und verglüht wurden, gemessen wurden, sowie die vom konventionellen statischen Glühen erhaltenen Resultate wieder.
In dieser Tabelle kennzeichnet „Rp0,2" die Belastung, die notwenig ist, um eine irreversible Umformung von 0,2% in Bezug auf die ursprüngliche Länge der Testprobe zu erzielen; „Rm" kennzeichnet die Bruchbelastung der Probe; und „%el." kennzeichnet die prozentuale permanente Verlängerung der Testprobe bei Versagen.
Tabelle 1
Wie ersichtlich, stimmen die Eigenschaften der gemäß der vorliegenden Erfindung behandelten Stähle perfekt mit denjenigen überein, die mittels traditioneller Glühung erzielt wurden.
Nicht orientierte Elektrostähle
Bänder eines Stahls mit 1% Silizium der Klassen mit verbesserter Permeabilität, für die das Glühen des Warmbands bereits Stand der Technik ist, wurden behandelt.
Die Bänder wurden bei einer Temperatur von zwischen 700 und 780°C aufgehaspelt und innerhalb von 13 Minuten in einen Ofen überführt, der bei einer Temperatur von zwischen 680 und 700°C vorgeheizt war. Die Zeit, während der das Band in dem Ofen gehalten wurde, war für das isothermische Glühen zwischen 2 und 6 Stunden. Auf diese Weise war es möglich, die Intensität der Textur (001) [100] zu maximieren und die Textur bei <111> zu minimieren, um so eine Spitzenpermeabilität zu erhalten, die im Fertigerzeugnis, für das die traditionellen Permeabilitäts-Werte zwischen 2300 und 2500 Gauss/Oersted liegen, durchgehend höher als 2440 Gauss/Oersted war.
Kohlenstoffstähle
Bänder eines Kohlenstoffstahls der Typen C70 und 35CD4 wurden sowohl kontinuierlich vergossen als auch warmgewalzt und isothermisch geglüht (nicht gemäß der Erfindung).
Für den C70 Stahl wurden die Bänder bei einer Temperatur von 700-720°C aufgehaspelt und zum Ofen überführt, der auf etwa 720°C vorgeheizt war. Die Coils wurden für zwischen 2 und 4 Stunden bei einer Temperatur von etwa 700°C in dem Ofen gehalten, auf 630°C abgekühlt und anschließend aus dem Ofen herausgenommen und in Luft abgekühlt. Die schließlich erreichte Struktur war etwa 85 bis 90% feiner Perlit. Die erzielten mechanischen Eigenschaften waren insgesamt mit denen vergleichbar, die mit traditionellen Glühmethoden, sowohl statisch als auch kontinuierlich, erzielt wurden.
Für den 35CD4 Stahl wurden die Bänder bei einer Temperatur von 720 bis 740°C ausgehaspelt und anschließend zum Ofen überführt, der auf etwa 730°C vorgeheizt war. Die Coils wurden in dem Ofen für zwischen 3 und 5 Stunden bei einer Temperatur von etwa 720°C gehalten, auf 620°C abgekühlt und schließlich aus dem Ofen herausgenommen und in Luft abgekühlt. Die schließlich erzielte Struktur war feiner Perlit. Die erzielten mechanischen Eigenschaften waren insgesamt vergleichbar mit denjenigen, die durch traditionelle Glühmethoden, sowohl statisch als auch kontinuierlich, erzielt werden.

Claims

Verfahren zur Wärmebehandlung von bei hoher Temperatur aufgehaspelten Edelstahl-Stahlbändern, um ein Band mit hoher Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung und Mikrostruktur zu erzielen und welches zum nachfolgenden Kaltwalzen geeignet ist, gekennzeichnet durch die Kombination beim Zusammenwirken der folgenden Schritte: (i) Aufhaspeln des Bandes bei einer Temperatur von zwischen 650 und 850°C; (ii) Überführen der Coils in einen Glühofen innerhalb weniger als 30 Minuten vom Haspeln, wobei die Ofentemperatur entweder – zur isothermischen Glühbehandlung zwischen 650 und 830°C, bei der die Coils für 4 bis 15 Stunden bei dieser Temperatur gehalten und dann innerhalb von 4 bis 16 Stunden auf weniger als 650°C abgekühlt werden, oder – zur vollständigen Glühbehandlung zwischen 650 bis 850°C, wobei die Coils bei dieser Temperatur für 4 bis 15 Stunden gehalten und dann in 4 bis 16 Stunden auf weniger als 650°C abgekühlt werden, oder – für eine passive Glühbehandlung zwischen 650 und 850°C, wobei die Coils bei dieser Temperatur für weniger als 30 Minuten gehalten und dann in 8 bis 28 Stunden auf weniger als 520°C abgekühlt werden, eingestellt ist; (iii) sowie Herausnehmen der Coils aus dem Ofen bei einer Temperatur von weniger als 650°C.
Verfahren zur Wärmebehandlung von bei hoher Temperatur aufgehaspeltem nicht orientiertem Elektro-Stahlband, um ein Band mit hoher Gleichmäßigkeit in der Zusammensetzung und Mikrostruktur zu erzielen, welches zum nachfolgenden Kaltwalzen geeignet ist, gekennzeichnet durch die Kombination beim Zusammenwirken der folgenden Schritte: (i) Aufhaspeln des Bandes bei einer Temperatur zwischen 700 und 850°C; (ii) Überführen der Coils in einen Glühofen innerhalb weniger als 30 Minuten vom Haspeln, wobei die Ofentemperatur zwischen 660 und 830°C beträgt und die Coils bei dieser Temperatur gehalten werden, entweder – zur isothermischen Glühbehandlung 4 bis 15 Stunden, und dann innerhalb von 4 bis 16 Stunden auf weniger als 650°C abgekühlt werden, oder – zur vollständigen Glühbehandlung für 4 bis 15 Stunden und dann in 4 bis 16 Stunden auf weniger als 650°C abgekühlt werden, oder – für eine passive Glühbehandlung für weniger als 30 Minuten und dann in 8 bis 28 Stunden auf weniger als 520°C abgekühlt werden, eingestellt ist; (iii) sowie Herausnehmen der Coils aus dem Ofen bei einer Temperatur von weniger als 650°C.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines bei hoher Temperatur aufgehaspelten Kohlenstoff-Stahlbandes, um ein Band mit hoher Gleichmäßigkeit in der Zusammensetzung und Mikrostruktur zu erzielen und welches für ein nachfolgendes Kaltwalzen geeignet ist, gekennzeichnet durch die Kombination beim Zusammenwirken der folgenden Schritte: (i) Aufhaspeln des Bandes bei einer Temperatur zwischen 600 und 770°C; (ii) Überführen der Coils in einen Glühofen innerhalb weniger als 30 Minuten vom Haspeln, wobei die Ofentemperatur für die passive Glühbehandlung zwischen 600 und 760°C beträgt und die Coils bei dieser Temperatur für weniger als 30 Minuten gehalten werden und anschließend in 8 bis 28 Stunden auf weniger als 520°C abgekühlt werden; – zur isothermischen Glühbehandlung zwischen 600 und 770°C, bei der die Haspeln für 4 bis 15 Stunden bei dieser Temperatur gehalten und dann innerhalb von 4 bis 16 Stunden auf weniger als 650°C abgekühlt werden, oder (iii) sowie Herausnehmen der Coils aus dem Ofen bei einer Temperatur von weniger als 650°C.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Aufheiztemperatur des Ofens für Edelstahl zwischen 800 und 850°C beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem die Aufheiztemperatur des Ofens für nicht kornorientierte Elektro-Stähle zwischen 670 und 710°C beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem für Kohlenstoffstähle die Temperatur des Aufhaspelns von Coils zwischen 600 und 750°C beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem die Temperatur des Haspelns zwischen 700 und 750°C beträgt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Zeit zum Überführen des Coils von der Kühlstation zu dem Glühofen weniger als 20 Minuten beträgt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Coils in einer horizontalen Position in den Ofen eingesetzt werden.