EP0067374B1 - Verfahren zur thermomechanischen Behandlung beim kontinuierlichen Warmwalzen von Walzstahl - Google Patents

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EP0067374B1
EP0067374B1 EP82104877A EP82104877A EP0067374B1 EP 0067374 B1 EP0067374 B1 EP 0067374B1 EP 82104877 A EP82104877 A EP 82104877A EP 82104877 A EP82104877 A EP 82104877A EP 0067374 B1 EP0067374 B1 EP 0067374B1
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Franz Tamm
Bernhard Höricke
Kurt Welfle
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Hennigsdorfer Stahl Engineering Te Hennigsdor GmbH
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Hennigsdorfer Stahl Engineering GmbH
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0231—Warm rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/16—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section
    • B21B1/18—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section in a continuous process

Definitions

  • thermomechanical treatment of rolling stock with which the structure and properties of the rolling stock can be favorably influenced by suitable selection of the forming temperatures, the degrees of forming, the forming speeds, the forming times, the dwell time after the forming and the subsequent cooling can.
  • controlled rolling of low-pearlite micro-alloyed steels achieves increased strength properties with good plastic values and good weldability.
  • Controlled rolling in which the rolled steel is formed in the stable austenite range at reduced temperatures, requires special rolling mill equipment with increased drive power and stability. The demands placed on the rolling mill equipment in so-called austenite form hardening are even higher, in which the shaping of the metastable austenite is used to improve the properties of the rolling stock.
  • the rolling mills have to be designed for the high loads during the design phase, because the process cannot be carried out in conventional rolling mills.
  • the rolling stock should have a more or less uniform temperature across the cross section in order to achieve homogeneous material properties.
  • the rolling stock is either slowly, e.g. B. with air, cooled or quenched intensively with pressurized water, which then adjusts to a temperature equalization.
  • the rolling process is interrupted and the forming is only continued after a certain period of time. Reductions in the performance of the rolling mill cannot be avoided.
  • the invention is based on the object of demonstrating a method for the thermomechanical treatment of rolled steel in continuous hot rolling, which enables an improvement in the material properties and a targeted setting of a reduced forming temperature immediately before the finish stitch (s).
  • This ZTU diagram shows the core temperature 1 of the rolling stock, the edge zone temperature 2 of the rolling stock, the A C3 temperature conversion line 3, the Ac l temperature conversion line 4 and the martensite conversion line M s of the treated steel.
  • the surface of the rolling stock is cooled intensively to a temperature above the martensite transformation temperature M s by means of pressurized water in the area a.
  • the further hot forming takes place in area b.
  • the core temperature drops, which results in a refinement of the structure.
  • the marginal zone and core show only slight differences in structure.
  • the drawing shows a further cooling stage c following the treatment according to the invention, which contributes to the setting of certain strength properties as well as the previous cooling stage in area a of the drawing, but is carried out with considerably reduced cooling expenditure.
  • the cooling stage indicated by area a in the drawing has a positive effect on the result of any subsequent thermomechanical treatment.
  • the method according to the invention enables the material properties which are optimal for a given steel composition to be achieved.

Description

  • Die hohen Walzgeschwindigkeiten in modernen Warmwalzstraßen haben zu gesteigerten Umformtemperaturen geführt, die zwar für den Verformungswiderstand des Walzguts günstig sind, jedoch häufig negative Auswirkungen auf das Gefüge und die Werkstoffeigenschaften haben. Eine Senkung der Umformtemperaturen führt zwar zu verbesserten Werkstoffeigenschaften, hat jedoch die Nachteile eines erhöhten Kraftbedarfs für die Umformung, eines erhöhten Walzenverschleisses und einer Leistungsverringerung der Walzstraßen.
  • In verschiedenen Industrieländern werden Verfahren zur sog. thermomechanischen Behandlung von Walzgut angewendet, mit denen durch geeignete Wahl der Umformtemperaturen, der Umformgrade, der Umformgeschwindigkeiten, der Umformzeitpunkte, der Verweilzeit nach der Umformung und der anschließenden Abkühlung das Gefüge und die Eigenschaften des Walzgutes günstig beeinflußt werden können. So werden beispielsweise beim sog. « kontrollierten Walzen von perlitarmen mikrolegierten Stählen erhöhte Festigkeitseigenschaften bei guten plastischen Werten und guter Schweißbarkeit erzielt. Das « kontrollierte Walzen », bei dem der Walzstahl bei herabgesetzten Temperaturen jedoch noch im Bereich des stabilen Austenits umgeformt wird, erfordert besondere Walzwerksausrüstungen mit erhöhter Antriebsleistung und Stabilität. Noch höher sind die Anforderungen an die Walzwerksausrüstungen beim sog. Austenitformhärten, bei welchem die Umformung des metastabilen Austenits zur Eigenschaftsverbesserung des Walzgutes ausgenutzt wird. In diesem Falle müssen die Walzwerke bereits bei der Konstruktion auf die hohen Beanspruchungen ausgelegt werden, weil das Verfahren in üblichen Walzstraßen nicht durchgeführt werden kann.
  • Bei der bekannten thermischen Verfestigung aus der Walzhitze, bei dem das Walzgut nach beendeter Umformung einer intensiven Abkühlung unterworfen wird, ist ein bestimmter Wärmeentzug notwendig, um das angestrebte Vergütungsgefüge in den Randzonen der Walzadern zu erhalten. Je höher die Walzendtemperatur liegt, umso schwieriger ist diese Aufgabe zu lösen. Darüber hinaus ist dieses Verfahren nur bis zu bestimmten Walzgut-Abmessungen anwendbar.
  • Sowohl bei der üblichen Warmumformung in Walzstraßen als auch bei den modernen thermomechanischen Behandlungsverfahren soll das Walzgut eine mehr oder weniger gleichmäßige Temperatur über den Querschnitt aufweisen, um homogene Werkstoffeigenschaften zu erzielen. Zum Erhalt einer gleichmäßigen Temperatur über den Walzgutquerschnitt wird das Walzgut vor der maßgeblichen Umformung entweder langsam, z. B. mit Luft, abgekühlt oder mit Druckwasser intensiv abgeschreckt, wobei sich anschließend ein Temperaturausgleich einstellt. In beiden Fällen wird der Walzvorgang unterbrochen und die Umformung erst nach einer bestimmten Zeitspanne fortgesetzt. Minderungen der Leistung des Walzwerkes sind dabei nicht zu vermeiden.
  • Aus der FR-A-2 196 207 ist ein Verfahren zum Warmwalzen von Knüppeln zu Stabmaterial bekannt, bei dem die Walzgutoberfläche zwischen mehreren Walzgerüsten der Fertigstraße mit Wasser gekühlt und anschließend die Walzguttemperaturen in Schlingenbildnern zumindest teilweise egalisiert werden, wodurch die Temperatur über den gesamten Walzgutquerschnitt abgesenkt wird. Durch diese wiederholten Kühl- und Egalisiervorgänge soll der bei jedem Umformvorgang auftretenden Erwärmung des Walzguts entgegengewirkt und dadurch das Walzgutgefüge verbessert werden.
  • Ein ähnliches Vorgehen wird in der FR-A-2 251 384 beschrieben, bei dem jedoch die Kühlvorgänge des Walzgutes nicht zwischen den einzelnen Fertiggerüsten, sondern auf einer relativ langen Strecke vor seinem Einlauf in die Fertigstraße vorgenommen werden, um auch in diesem Fall Endtemperaturen von 955 °C des aus dem letzten Fertiggerüst auslaufenden Stabmaterials nicht zu überschreiten. Die Walzgut-Durchlaufstrecke vor der Fertigstraße ist so bemessen, daß ein Temperaturausgleich zwischen den durch Besprühen mit Wasser gekühlten Randzonen und dem heißen Walzgutkern stattfindet, bevor das Walzgut in das erste Fertiggerüst einläuft.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur thermomechanischen Behandlung von Walzstatrl beim kontinuierlichen Warmwalzen aufzuzeigen, das eine Verbesserung der Werkstoffeigenschaften und eine gezielte Einstellung einer verringerten Umformtemperatur unmittelbar vor dem oder den Fertigstich(en) ermöglicht.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, nämlich dadurch, daß der Walzstahl nach vorangegangenen Walzstichen an seiner Oberfläche abgekühlt und während des anschließenden Temperaturausgleichs zwischen seiner Randzone und dem Kern einer weiteren Warmumformung unterworfen wird, wobei die Walzgutoberfläche ausgehend von der Temperatur des letzten vorangegangenen Walzstichs mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 1800 °C/sec um mindestens 600 °C abgekühlt wird und wobei in der nachfolgenden Umformung ein Umformgrad von mindestens 10 % eingehalten wird.
  • Durch die sich bei Einhaltung der beanspruchten Werte ergebende intensive Abkühlung der Walzgutoberfläche bis vorzugsweise oberhalb der Martensit-Umwandlungstemperatur Ms z. B. mittels Druckwasser bildet sich in den Randzonen des Walzgutes vorteilhaft ein feinkörniges Gefüge aus. Da sich der folgende Umformvorgang unmittelbar an den intensiven Kühlvorgang anschließt und mit einem Umformgrad bzw. einer Stichabnahme von mindestens 10% vorgenommen wird, ergibt sich eine intensive Einwirkung der Umformkräfte auf das noch heiße und daher duktilere Kernmaterial, was eine Verfeinerung des Gefüges zur Folge hat. Als Ergebnis weisen Randzone und Kern nur noch geringe Gefügeunterschiede auf, wobei das erfindungsgemäß behandelte Walzgut verbesserte Werkstoffeigenschaften für die Weiterverarbeitung hat, und zwar trotz hoher Walzgeschwindigkeiten und Walztemperaturen.
  • Die Erfindung soll nachstehend anhand eines im ZTU-Schaubild dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
  • In diesem ZTU-Schaubild sind die Kerntemperatur 1 des Walzgutes, die Randzonentemperatur 2 des Walzgutes, die AC3-Temperaturumwandlungslinie 3, die Acl-Temperaturumwandlungslinie 4 und die Martensitumwandlungslinie Ms des behandelten Stahls dargestellt.
  • Ausgehend von der Umformtemperatur von beispielsweise 1 100 °C der vorangegangenen Walzstiche erfolgt eine intensive Abkühlung des Walzgutes an seiner Oberfläche auf eine Temperatur oberhalb der Martensitumwandlungstemperatur Ms mittels Druckwasser im Bereich a. Anschließend erfolgt in der Phase des Temperaturausgleichs zwischen Oberfläche und Walzgutkern die weitere Warmumformung im Bereich b. In der kälteren Randzone ist die Rekristallisation gebremst und im Ergebnis der Behandlung liegt in dieser Randzone ein feinkörnigeres Gefüge vor, als es sich ohne Kühlung einstellt. Infolge des Temperaturausgleichs während der Formgebung fällt die Kerntemperatur ab, was eine Verfeinerung des Gefüges zur Folge hat. Im Endergebnis weisen Randzone und Kern nur noch geringe Gefügeunterschiede auf.
  • Die Zeichnung zeigt eine weitere Kühlstufe c im Anschluß an die erfindungsgemäße Behandlung, die zur Einstellung bestimmter Festigkeitseigenschaften ebenso wie die vorangegangene Kühlstufe im Bereich a der Zeichnung beiträgt, jedoch mit erheblich verringertem kühltechnischen Aufwand durchgeführt wird.
  • Die durch den Bereich a in der Zeichnung angegebene Kühlstufe wirkt sich auf das Ergebnis jeder beliebigen nachfolgenden thermomechanischen Behandlung positiv aus.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren können trotz hoher Walzgeschwindigkeiten und Walztemperaturen die für eine gegebene Stahlzusammensetzung optimalen Werkstoffeigenschaften erreicht werden.
  • Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
    Figure imgb0001

Claims (2)

1. Verfahren zur thermomechanischen Behandlung beim kontinuierlichen Warmwalzen von Walzstahl, insbesondere von Draht und Feinstahl, bei welchem das Walzgut nach vorangegangenen Walzstichen an seiner Oberfläche abgekühlt und während des anschließenden Temperaturausgleichs zwischen seiner Randzone und dem Kern einer weiteren Warmumformung unterworfen wird, wobei die Walzgutoberfläche ausgehend von der Temperatur des letzten vorangegangenen Walzstichs mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 1 800 °C/sec um mindestens 600 °C abgekühlt wird und wobei in der nachfolgenden Umformung ein Umformgrad von mindestens 10 % eingehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das bei etwa 1 100 °C im letzten vorangegangenen Walzstich umgeformte Walzgut an seiner Oberfläche mit Druckwasser abgekühlt wird.
EP82104877A 1981-06-11 1982-06-03 Verfahren zur thermomechanischen Behandlung beim kontinuierlichen Warmwalzen von Walzstahl Expired - Lifetime EP0067374B2 (de)

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