EP0413163B1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von thermomechanisch behandeltem Walzgut aus Stahl - Google Patents
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Classifications
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- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
Definitions
- the invention relates to a method and a plant for the production of thermomechanically treated rolling stock from steel, the forming of the rolling stock taking place in a certain temperature range.
- the austenite structure can therefore be set directly from the casting heat as in direct rolling, or in a preheating furnace from room temperature as in cold use or in an oven from an intermediate temperature as in hot use. In any case, however, prior to the actual thermomechanical treatment of the rolling stock, there is an austenite structure which either contains no or only a small proportion of germs or structural components of the phase which is stable at a lower temperature.
- the rolling stock is subjected to a powerful reshaping of its two opposite sides in a single wedge-shaped pass through the following incremental reduction steps at high speed.
- the reduction begins at the beginning of the rolling zone and is carried out along a wedge-shaped transition up to the final dimension of the rolling stock at the end of the rolling zone.
- a heat loss due to radiation and / or heat conduction is compensated for by deformation work in such a way that the slab is kept approximately constant at a suitable temperature within the rolling zone.
- This heat balance can be controlled, for example, by an adjustable ratio between the feed speed and the speed of the sequence of incremental rolling passes.
- the slab can be heated up to a temperature above the range of blue brittleness, but below the active scaling temperatures.
- Structural cracks in the rolled product are prevented by applying strictly two-dimensional compressive forces.
- the rolling stock can be preheated to 400 to 500 ° Celsius and the rolling temperature is 816 ° C (1500 ° F) in the case of low carbon steel.
- the object of the invention is to provide a method for the thermomechanical treatment of rolled steel, which enables the production of rolled products with a particularly favorable combination of strength and toughness properties.
- thermomechanically treated rolled steel the temperature at the beginning of the forming corresponding to a ferritic or ferritic-pearlitic initial structure below the existence of an austenitic or ferritic-austenitic structure and under the influence of a forming of the rolling stock and the associated heating of the rolling stock is increased to just above the conversion of the ferritic or ferritic-pearlitic initial structure into an austenitic or ferritic-austenitic structure.
- the conversion of the ferritic or ferritic-pearlitic initial structure into an austenitic or ferritic-austenitic structure takes place according to the invention under the influence of intensive forming and the associated heating of the rolling stock. Compared to external heating from the outside, when the rolling stock is formed in accordance with the invention, a particularly uniform heating takes place over the entire cross section of the rolling stock.
- the austenite that forms under these conditions is rich in germs from the phase that is resistant to low temperatures and has a particularly fine-grained structure.
- the subsequent reverse transformation of the deformed austenite leads to how practice has shown to an extremely fine-grained structure of the structure with advantageous, significant improvement in strength and toughness properties and the associated substantial increase in the yield strength and impact strength of the rolled product.
- German published patent application 3810261 a method for producing tubes, rods and strips is known, in which an ingot is processed in such a way that the temperature of the material to be processed rises to the recrystallization range due to the influence of the resistance to deformation.
- this known method does not relate to the thermomechanical treatment of rolled steel, but to the production of tubes, rods and strips made of non-ferrous metal.
- scaling can be suppressed to such an extent by tapping cold or from no higher than pre-heated to the Aci temperature (Fe-C diagram) that, for example, when rolling steel pipes, the inner surface of the pipe is free from scaling Mistakes is.
- this also results in improvements with regard to the surface roughness of the rolled product.
- the lower preheating temperature and the shorter dwell time at elevated temperatures mean that decarburization is significantly reduced compared to conventionally rolled steel material.
- the heating of the primary material which may have to be carried out can in this case remain limited to the head of the rolling stock and can take place in gas-heated preheating furnaces or also inductively.
- the piercing temperature of the rolling stock must be determined depending on the desired degree of forming.
- This system consists of a preheating unit (I) for the rolling stock, a high forming unit (11) with a downstream cooling device (111) and a post-rolling mill or sizing mill (IV).
- the rolled material is shaped in the high-forming unit (11) according to the invention. This results in a significant increase in the yield strength and notched impact strength of the rolled product.
- a planetary cross-rolling mill is preferably used as the high forming unit.
- accelerated cooling of the rolling stock can be carried out in the cooling device (111) downstream of the high-forming unit (11) with the aid of cooling media such as water, air or water / air mixture.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von thermomechanisch behandeltem Walzgut aus Stahl, wobei die Umformung des Walzgutes in einem bestimmten Temperaturbereich erfolgt.
- Es sind auf dem Gebiet der Herstellung von Walzprodukten aus Stahl verschiedene Verfahrenstechniken bekannt, und zwar das normalisierende Umformen des Walzgutes und das thermomechanische Umformen des Walzgutes. Bei normalisierendem Umformen des Walzgutes findet die Endumformung im Bereich der Normalglühtemperatur mit vollständiger Rekristallisation des Austenits statt, während beim thermomechanischen Umformen des Walzgutes Temperaturbereiche für eine gezielte Umformrate eingehalten werden, bei denen der Austenit nicht oder nicht wesentlich rekristallisiert. Bei den bisherigen Verfahren zur thermomechanischen Behandlung von Walzgut aus Stahl wird als Gefügezustand der Zustand des Austenitgefüges vorausgesetzt, der vor der thermomechanischen Behandlung des Walzgutes vorgelegen hat. Die Einstellung des Austenitgefüges kann daher unmittelbar aus der Gießwärme erfolgen wie beim Direktwalzen, oder in einem Vorwärmofen von Raumtemperatur aus wie beim Kalteinsatz oder aber in einem Ofen von einer Zwischentemperatur aus wie beim Heißeinsatz. In jedem Fall liegt aber vor der eigentlichen thermomechanischen Behandlung des Walzgutes ein Austenitgefüge vor, das entweder keine oder nur geringe Anteile von Keimen oder Gefügeanteilen der bei niedrigerer Temperatur beständigen Phase enthält.
- Aus der US-A-2 710 550 ist ein Verfahren und eine Anlage für die Hochumformung von Walzgut bekannt. Das Dokument beschreibt ein für die Hochumformung geeignetes Planeten-Walzgerüst mit einer Hochumformeinheit mit nachgeschalteter Kühleinrichtung sowie einem Nachwalzwerk. Der eigentliche Walzvorgang erfolgt durch Eingriff einer endlosen Folge von Planetenrollen in das Walzgut, wobei diese das Material im Zustand einer in zwei Richtungen wirkenden Kompression verdichten und verformen, indem die Bramme einer großen Anzahl schnell aufeinanderfolgender kleiner Verformungsschritte ähnlich einem Schmiedeprozeß aus ihrer durch Gußerstarrung bedingten dendritischen Struktur verformt wird. Dabei erfolgt diese Verformung ohne Zugbeanspruchungen durch in kurzen Intervallen folgende reine Druckkräfte. Die Bramme wird mittels hoher Vorschubkräfte unter konstant langsamem Vorschub in die Walzzone eingeführt. Das Walzgut wird darin einer kraftvollen Umformung seiner beiden entgegengesetzten Seiten in einem einzigen keilförmigen Durchgang durch mit hoher Geschwindigkeit folgende inkrementelle Reduktionsschritte unterzogen. Die Reduktion beginnt am Anfang der Walzzone und wird entlang eines keilförmigen Übergangs bis zur Endabmessung des Walzgutes am Ende der Walzzone durchgeführt. Ein Wärmeverlust durch Abstrahlung und/oder Wärmeleitung wird durch Verformungsarbeit derart ausgeglichen, daß die Bramme innerhalb der Walzzone annähernd konstant bei zweckmäßiger Temperatur gehalten wird. Dieses Wärmegleichgewicht kann beispielsweise durch ein regelbares Verhältnis zwischen Zuführgeschwindigkeit und Geschwindigkeit der Folge von inkrementellen Walzstichen kontrolliert werden. Die Bramme kann bis zu einer Temperatur oberhalb des Bereichs der Blaubrüchigkeit, jedoch unterhalb der aktiven Verzunderungstemperaturen aufgeheizt werden. Durch Anwendung streng zweidimensionaler Druckkräfte werden Gefügerisse im Walzprodukt verhindert. Soweit dem Dokument Angaben über Temperaturbereiche beim Walzprozeß entnehmbar sind, kann das Walzgut auf 400 bis 500 ° Celsius vorgewärmt werden und die Walztemperatur 816 ° C (1500 ° F) betragen im Fall von niedrig kohlenstoffhaltigem Stahl.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur thermomechanischen Behandlung von Walzgut aus Stahl anzugeben, das die Herstellung von Walzprodukten mit einer besonders günstigen Kombination von Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird mit der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von thermomechanisch behandeltem Walzgut aus Stahl, wobei die Temperatur zu Beginn der Umformung einem ferritischen oder ferritisch-perlitischen Ausgangsgefüge unterhalb der Existenz eines austenitischen oder ferritisch-austenitischen Gefüges entspricht und unter dem Einfluß einer Umformung des Walzgutes und der damit verbundenen Aufwärmung des Walzgutes bis dicht oberhalb der Umwandlung des ferritischen oder ferrritisch-perlitischen Ausgangsgefüges in ein austenitisches oder ferritisch-austenitisches Gefüge gesteigert wird.
- Die Umwandlung des ferritischen oder ferritisch-perlitischen Ausgangsgefüges in ein austenitisches oder ferritisch-austenitisches Gefüge geschieht erfindungsgemäß unter dem Einfluß einer intensiven Umformung und der damit verbundenen Aufwärmung des Walzgutes. Gegenüber einer Fremderwärmung von außen stellt sich bei der Umformung des Walzgutes gemäß der Erfindung eine besonders gleichmäßige Durchwärmung über den gesamten Querschnitt des Walzgutes ein. Der sich unter diesen Bedingungen ausbildende Austenit ist reich an Keimen der bei niedrigerer Temperatur beständigen Phase und weist eine besonders feinkÖrnige Struktur auf. Die nachfolgende Rückumwandlung des verformten Austenits führt, wie die Praxis gezeigt hat, zu einer extrem feinkörnigen Ausbildung des Gefüges mit vorteilhafter, erheblicher Verbesserung der Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften sowie der damit verbundenen, wesentlichen Erhöhung der Streckgrenzwerte und Kerbschlagzähigkeit des Walzproduktes.
- Aus der deutschen Offenlegungsschrift 3810261 ist ein Verfahren zum Herstellen von Rohren, Stangen und Bändern bekannt, bei dem ein Barren in solcher Weise bearbeitet wird, daß die Temperatur des zu verarbeitenden Werkstoffes aufgrund des Einflusses des Widerstandes gegen die Verformung bis zum Rekristallisationsbereich ansteigt. Dieses bekannte Verfahren bezieht sich jedoch nicht auf die thermomechanische Behandlung von Walzgut aus Stahl, sondern auf die Herstellung von Rohren, Stangen und Bändern aus Nichteisenmetall.
- Ferner kann durch den Anstich von kaltem oder von nicht höher als bis zur Aci - Temperatur (Fe-C-Diagramm) erwärmten Vormaterial eine Verzunderung in so starkem Maße unterdrückt werden, daß beispielsweise bei der Walzung von Stahlrohren die Rohrinnenfläche frei von ansonsten durch Zunder hervorgerufenen Fehlern ist. Insbesondere ergeben sich dadurch auch Verbesserungen in bezug auf die Oberflächenrauhigkeit des Walzproduktes. Im übrigen wird auch durch die geringere Vorwärmtemperatur und die kürzere Verweilzeit bei erhöhten Temperaturen die Entkohlung gegenüber herkömmlich gewalztem Material aus Stahl wesentlich reduziert. Die gegebenenfalls vorzunehmende Erwärmung des Vormaterials kann hierbei fallweise auf das Kopfstück des Walzgutes beschränkt bleiben und in gasbeheizten Vorwärmöfen oder auch induktiv erfolgen. Um bei der Endumformung des Walzgutes in den für die thermomechanische Walzung günstigsten Temperaturbereich zu kommen, muß jedoch die Anstich-Temperatur des Walzgutes in Abhängigkeit vom gewünschten Umformgrad festgelegt werden.
- Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist eine in der Zeichnung schematisch dargestellte Anlage vorgesehen.
- Diese Anlage besteht aus einer Vorwärmeinheit (I) für das Walzgut, einer Hochumformeinheit (11) mit nachgeschalteter Kühleinrichtung (111) und einem Nachwalzwerk bzw. Maßwalzwerk (IV). In der Hochumformeinheit (11) erfolgt die Umformung des Walzgutes gemäß der Erfindung. Hierdurch wird eine wesentliche Erhöhung der Streckgrenzwerte und der Kerbschlagzähigkeit des Walzproduktes erreicht. Bei der Herstellung von Produkten mit kreis- oder kreisringförmigem Querschnitt aus Stahl kommt als Hochumformeinheit bevorzugt ein Planetenschrägwalzwerk zur Anwendung. Zur weiteren Verbesserung der Werkstoffeigenschaften kann in der der Hochumformeinheit (11) nachgeschalteten Kühleinrichtung (111) eine beschleunigte Kühlung des Walzgutes mit Hilfe von Kühlmedien wie Wasser, Luft oder Wasser-/Luftgemisch vorgenommen werden.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von thermomechanisch behandeltem Walzgut aus Stahl, wobei die Temperatur zu Beginn der Umformung einem ferritischen oder ferritisch-perlitischen Ausgangsgefüge unterhalb der Existenz eines austenitischen oder ferritisch-austenitischen Gefüges entspricht und unter dem Einfluß einer Umformung des Walzgutes und der damit verbundenen Aufwärmung des Walzgutes bis dicht oberhalb der Umwandlung des ferritischen oder ferritisch-perlitischen AusgangsgefügeS in ein austenitisches oder ferritisch-austenitisches Gefüge gesteigert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung des Walzgutes in einem Temperaturbereich beginnt, der unterhalb dem des stabilen Austenits liegt und bis zu einem Temperaturbereich dicht oberhalb der AC3- Temperatur fortgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung des Walzgutes bei einer Temperatur erfolgt, die zwischen Raumtemperatur und 930 Grad C liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Endumformung des Walzgutes im Bereich der AC3-Temperatur oder dicht oberhalb dieser Temperatur erfolgt.
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