EP0763609B1 - Verfahren und Anlage zur Behandlung von Banderzeugnissen aus nichtrostendem Stahl - Google Patents
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- C25F1/02—Pickling; Descaling
- C25F1/04—Pickling; Descaling in solution
- C25F1/06—Iron or steel
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B45/00—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
- B21B45/04—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for de-scaling, e.g. by brushing
- B21B45/06—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for de-scaling, e.g. by brushing of strip material
Definitions
- the invention relates to a method and a device for continuous treatment of annealed and unannealed hot strip made of stainless steel, in particular with high alloy proportions of chrome of the series AISI 300 and 400, in one Descaling system, consisting of scale breakers, spotlights, brushes or similar abrasive surface cleaning devices, electrolytic pickling baths, Washers as well as post-treatment and possibly further processing facilities.
- Oxide layers must be removed again and again in the production process, as such Layers in the further production steps, especially in the shaping Rolling steps are not only extremely undesirable and cumbersome, but also because leaving even the smallest amount of residual scale on the steel strip the achievement of the desired surface qualities of the steel in the Production steps impossible.
- passive layers of the stainless steels which are very efficient with regard to corrosion, consist of only a few atomic layers (1-20 nm) thick oxide and also hydroxide layers in various mixed crystal forms, which only contain the element iron to a small extent and mainly from the chemically very stable oxygen compounds of the for the steels of interest here, the characteristic alloy element is chromium (Cr 2 O 3 ).
- the element chromium in the steel alloy also plays a special role in the individual scaling processes in the course of the production process and thus, of course, also in the techniques for removing the scale layers, which will be discussed further below.
- hot strip with larger strip thicknesses with cold strip naturally smaller strip thicknesses, whereby the thickness ranges of the individual production lines can overlap more or less.
- the cold strip with the desired strip thickness and surface quality is first produced in several multiple hot-rolling passes and, after a certain strip thickness, in subsequent cold-rolling passes.
- the thermal conditions during the shaping hot stitches result in the prevailing conditions not only for the formation of pronounced scale layers on the steel surfaces, but also to unwanted crystal and Structural structures of the steel base matrix.
- oxides wustite () FeO), magnetite (Fe 3 O 4 ) and / or hematite (Fe 2 O 3 ) are formed depending on the temperature range and oxygen pressure.
- which oxide is stable in equilibrium with the gas phase and what the layer sequence of the oxidation products is can be predicted based on thermodynamic laws and data.
- the growth of the oxide layers is initially determined by surface reactions and is linearly time-dependent. With a larger thickness of the oxide layer, diffusion processes in the oxides determine the speed and the parabolic time law applies. Diffusion in the oxides is possible due to disorder of the ion lattice, vacancies or interstitial atoms.
- Low disordered oxides that form a closed oxide layer only grow slow and can provide good protection against high temperature corrosion.
- Protective oxide layers form the alloying elements chrome, aluminum and Silicon.
- a scale layer is formed which consists of two layers - an inner one made of Fe-Cr oxide and an outer one made of Fe oxide.
- the scale thicknesses are in the range of around 1 , 0 ⁇ m.
- the scale thicknesses are only slightly dependent on the annealing time under these conditions.
- the scale consists essentially of mixed oxide (Cr, Fe) 2 O 3 .
- this mixed oxide layer cannot be formed or if it is disturbed, it happens for further oxidation of the underlying material.
- the scale thicknesses are in the range of a few ⁇ m and depend on the degree of interference.
- the scale consists largely of mixed oxide (Cr, Fe) 2 O 3
- the scale layer grows to a thickness of 5 to 10 ⁇ m.
- the scale consists of (Fe, Cr) 3 O 4 spinel at the phase boundary with the metal and a cover layer made of iron oxide. Above 560 ° C the iron oxide mainly consists of Wüstit FeO; at lower temperatures, the wustite disintegrates into magnetite Fe 3 O 4 and iron particles embedded therein.
- a covering layer of hematite Fe 2 O 3 can preferably form on the strip edges and on the outer and inner turns of the coils. Cracks form in the tinder during cooling.
- the chrome-depleted zone on the belt surface has a thickness of ⁇ 1 ⁇ m; the Cr-rich The scale layer has a thickness of around 2 ⁇ m. With falling reel temperature take the thickness of the Cr-rich scale layer and that of the Cr-depleted layer on the Metal surface.
- Annealing times of a few minutes and adjustable oxygen partial pressure also occur an increase in the total scale layer thickness to 10 to 15 microns.
- the Cr depletion can, however, only take place to a lesser extent because of the short glow times, so that the Cr-depleted zone has a thickness of around 2 ⁇ m and also the amount of Cr enrichment is lower in the oxide layer at the phase boundary with the matrix metal.
- With regard to the removal of such glow scale layers on hot strip is too notice that they do not have a continuous mixed oxide layer, like this is the case according to annealed cold strip. These layers of scale are therefore too 10 times thicker than comparable layers of scale on cold strip.
- the scale surface of a hot strip annealed in this way shows a high proportion of Iron oxides with embedded Cr-rich oxides.
- This area share of Iron oxides would be permeable to the chemically very stable mixed oxide layer a pickling attack to remove the scale deposit by acid with an economical interesting pickling rate, (oxides dissolve very slowly in acids or Acid mixtures) if through an electrolyte connection with the chromium-depleted zone or the basic matrix, the local element necessary for chemical pickling with the Scale layers and thus the corresponding potential for a quick solution of the chromium-depleted zone or the base matrix in the acid with it accompanying infiltration and blasting mechanism for the oxide layers can be formed.
- the setting of the above Local element however, only happens very slow, so that economic pickling rates with such a hot strip scale Acid cannot be achieved.
- Such scale layers are therefore preferably carried out on such surfaces physical processes such as blasting and / or brushing are removed to such an extent, that a sufficient free area of chromium-depleted layer or Basic matrix is exposed in order to achieve an economical pickling rate.
- the hot strip is annealed to recrystallize the metal structure hot rolling and cooling. This is synonymous with one Reduction of the increase in strength values caused by hot rolling and cooling.
- the increase in strength is only 10 to 20%. These materials could be cold worked without an annealing process (50 - 80%). The remaining 20% AISI 400 series materials must be annealed before cold working become.
- this system configuration makes strip produced with a degree of roughness of 4 - 6 Ra ⁇ m.
- the object of the present invention is based on those described Problems and disadvantages of the prior art one method and one to present a system that makes it possible, in an economical way and in one line pickled stainless hot strip (stainless series AISI 300 and 400) -also in material qualities that are annealed as hot strip before further treatment must, such as Ferrite 430 - with surface roughnesses of only 1 - 2 ⁇ m Ra to manufacture and 100% descaling in one pass, depending on the rolling process 50 - 80 % reduce in thickness, glow, descaling and dressing.
- the 100% scale-free band is a Passivation layer has to by a good darkening of the surface ensure that the reflection factor is lowered significantly.
- a plant for performing the method according to the invention is in the Claim 9 placed under protection.
- Another advantage of the method according to the invention and the descaling system shows in the reflection factor of the descaled tape.
- cold rolled stainless steel strips have a high reflection factor, which when subsequent annealing requires more equipment and energy required.
- Descaling system it is advantageous for economic reasons that Descaling system to be designed so that the strip is 100% cold-formed is scale-free, but has a passivation layer.
- This passivation layer should have a maximum layer thickness of 100 nanometers, so that none during cold rolling To produce surface defects, but also a good darkening of the surface ensure that the reflection factor is reduced significantly.
- the descaling system consists of a Configuration of well-known individual units paired with a completely new concept an electrolytic stain.
- the strip Under the anode, the strip is cathodic and inevitably has a pH value of approx. 14 on the strip surface, which means that only the gas development is effective as a detachment factor for descaling.
- the tape On the cathodic side, however, the tape is anodic, so that a pH of approx. 0 is established on the tape surface. This corresponds to a 1-molar H 2 SO 4 on the belt. Only this section of the electrolytic pickling is able to ensure descaling down to the pores.
- the entire electrolytic part is run instead of or in addition to Na 2 SO 4 as an electrolyte with an approx. 3 mol-containing H 2 SO 4 in order to increase the gradient of the descaling effect.
- the use of a 3-molar H 2 SO 4 forms a dark-colored passive layer only in the cells arranged after the abrasive devices, in addition to the deep pore descaling.
- the layer thickness of this passive layer is 50-100 nm. In relation to the surface quality of the strip, this does not interfere with the rolling process. However, it has a positive effect on the reflection factor for the glow.
Description
Vorzugsweise wird in einer seriellen Abfolge, ausgehend von sogenannten Brammen als Produkt der Stahlherstellung zunächst in teilweise mehrfachen Warmwalz- und ab einer gewissen Banddicke in abschließenden Kaltwalzstichen das Kaltband mit der gewünschten Banddicke und Oberflächenqualität hergestellt.
Warmbandbehandlung für alle Materialien
- Glühen
- Strahlen
- Beizen in oxidierenden Säuren
verschiedendlich auch mit vorgeschalteter
elektrolytischer Beize (der Wirkungsgrad bei gestrahltem Material liegt jedoch bei nur 20 bis 30 %).
- Glühen
- elektrolytisches Beizen
- Beizen in oxidierender Säure.
- Glühen und Beizen des Warmbandes
- Kaltverformen
- Glühen und Beizen des Kaltbandes
Dieses mit hohem Aufwand an Energie, Personal, Transportkosten sowie einer hohen Umweltbelastung
- mechanische Entzunderung des Warmbandes (ungeglüht oder geglüht)
- Kaltwalzen in 2 bis 5 Gerüsten
- Glühen
- Beizen
Dieses ist besonders wichtig für die Materialqualitäten, die als Warmband vor einer weiteren Behandlung geglüht werden müssen, wie z.B. Ferrit 430. Der hierbei, wie eingangs beschrieben, entstehende Zunder ist beiztechnisch bisher noch nicht wirtschaftlich zu entfernen. Um den Zunder zu entfernen müssen durch mechanische Einrichtungen wie z.B. Strahler, Bürsten, Schleifpulver ect. ausreichend freie Flächen an chromverarmter Schicht oder an Grundmatrix freigelegt werden. Bis heute hat sich für diesen Anwendungsfall das Strahlen der Bandoberfläche als wirkungsvollste und ökonomischste Lösung gezeigt. Dieses jedoch mit dem Nachteil eines Anstiegs der Oberflächenrauhheit von bis zu 6 µm Ra. Das erfindungsgemäße Verfahren und die Anlage weisen die technische Möglichkeit auf, auch für diese Materialien unter Einsatz von Schleifbürsten eine Reduzierung der Oberflächenrauhigkeit auf 1,0 - 2 µm Ra durchzuführen.
Claims (10)
- Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung von ungeglühtem Warmband aus nichtrostendem Stahl, insbesondere mit hohen Legierungsanteilen an Chrom der Serien AISI 300 und 400, in einer Entzunderungsanlage , bestehend aus Zunderbrecher, Strahler, Bürsten oder dergl. abrasiven Oberflächenreinigungseinrichtungen, elektrolytischen Beizbädern, Wäschern sowie Nachbehandlungs- und ggf. Weiterverarbeitungseinrichtungen,
gekennzeichnet durch die Kombination der aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte:a) Brechen des Zunders durch Streckbiegerichten des einlaufenden ungeglühtem Warmbandes,b) elektrolytisches Beizen in Na2SO4 als Elektrolyten mit mehrfach abwechselnder anodisch und kathodisch geschalteter Bandpolarisationc) direkt anschließendes Beizen in diesem oder einem anderen Elektrolyten mit mehreren unmittelbar hintereinander angeordneten anodisch geschalteten Elektroden und entsprechender kathodischer Bandpolarisation gefolgt von einer mittels einer kathodisch geschalteten Elektrode erzeugten anodischen Bandpolarisation. d) abrasives Behandeln der Bandoberfläche,e) erneutes elektrolytisches Beizen in mindestens H2SO4 oder Na2SO4 alsElektrolythen mit mehreren ausschließlich kathodisch geschaltetenElektroden und anodischer Bandpolarisation,f) Nachbehandeln wie Waschen, Bürsten, Nachwaschen und Trocknen der Bandoberfläche. - Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung von ungeglühtem Warmband aus nichtrostendem Stahl nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei den Verfahrensschritten b) und c) Na2SO4 als Elektrolyt verwendet wird. - Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung von ungeglühtem Warmband aus nichtrostendem Stahl nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Passivieren der Bandoberfläche H2SO4 3-molar verwendet wird. - Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung von ungeglühtem Warmband aus nichtrostendem Stahl nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verfahrensschritt c) mittels Hochdruckflüssigkeitsabspritzung durchgeführt wird. - Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung von ungeglühtem Warmband aus nichtrostendem Stahl nach Anspruch 4
dadurch gekennzeichnet,
daß als Hochdruckflüssigkeit Wasser oder Elektrolyth verwendet wird. - Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung von geglühtem Warmband aus nichtrostendem Stahl, insbesondere mit hohen Legierungsanteilen an Chrom der Serien AISI 300 und 400, in einer Entzunderungsanlage , bestehend aus Zunderbrecher, Strahler, Bürsten oder dergl. abrasiven Oberflächenreinigungseinrichtungen, elektrolytischen Beizbädern, Wäschern sowie Nachbehandlungs- und ggf. Weiterverarbeitungseinrichtungen,
gekennzeichnet durch die Kombination der aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte:a) Brechen des Zunders durch Streckbiegerichten des einlaufenden geglühten Warmbandes,b) einmaliges oder mehrfaches Strahlen der Bandoberflächec) elektrolytisches Beizen in H2SO4 oder Na2SO4/H2SO4 als Elektrolyten mit mehreren abwechselnd anodisch und kathodisch geschalteten Elektroden undd) unmittelbar anschließendes Beizen in dem oder einem anderen Elektrolyten mit mehreren unmittelbar hintereinander angeordneten anodisch geschalteten Elektroden, die von einer kathodisch geschalteten Elektrode gefolgt werdene) Schleifen der Bandoberfläche,f) erneutes elektrolytisches Beizen in mindestens H2SO4 oder Na2SO4/H2SO4 alsElektrolythen mit mehreren ausschließlich kathodisch geschaltetenElektroden und anodischer Bandpolarisation,g) Nachbehandeln wie Waschen, Bürsten, Nachwaschen und Trocknen der Bandoberfläche. - Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung von geglühtem Warmband aus nichtrostendem Stahl nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß daß bei den Verfahrensschritten c) und d) H2SO4 als Elektrolyt verwendet wird - Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung von geglühtem Warmband aus nichtrostendem Stahl nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Passivieren der Bandoberfläche H2SO4 3-molar verwendet wird. - Anlage zur kontinuierlichen Behandlung von geglühtem und ungeglühtem Warmband aus nichtrostendem Stahl, insbesondere mit hohen Legierungsanteilen an Chrom der Serien AlSl 300 und 400, in einer Entzunderungsanlage , bestehend aus Zunderbrecher, Strahler, abrasiven Oberflächenreinigungseinrichtungen, elektrolytischen Beizbädern, Wäschern sowie Nachbehandlungs- und ggf. Weiterverarbeitungseinrichtungeneinrichtungen,
gekennzeichnet durch die Hintereinanderanordnung der folgenden Anlagenteile:a) Streckbiegerichteinheit als Zunderbrecher für das einlaufende Warmband,b) ein oder mehrere Strahler zum Reinigen der Bandoberflächec) elektrolytische Beize mit einem oder mehreren Na2SO4 oder H2SO4-haltigen Beizbädern und n Zellen mit abwechselnden anodisch und kathodisch geschalteten Elektroden bei bekannter 1/3 zu 2/3 Anoden/Kathodenlänged) unmittelbar anschließend mindestens eine Zelle mit mehr als zwei ausschließlich anodischen Elektroden, die von einer nur eine kathodische Elektrode enthaltenden Zelle gefolgt wird, wobei die letztere Elektrode über einen Gleichrichter mit einer der anodischen Elektroden verbunden iste) Einrichtungen zur wahlweise abrasiven oder schleifenden Oberflächenbearbeitung der Bandoberfläche,f) ein weiteres elektrolytisches Beizbad mit mindestens einem Na2SO4 oder H2SO4 als Elektrolythen mit mindestens zwei ausschließlich kathodisch geschalteten Elektroden, die mit den anodischen Elektroden des ersten Beizbades über Gleichrichter verbunden sindg) Nachbehandlungseinrichtungen wie Wäscher, Bürsten, Nachwäscher und Bandtrockner der Bandoberfläche. - Anlage zur kontinuierlichen Behandlung von ungeglühtem Warmband aus nichtrostendem Stahl nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur abrasiven Oberflächenbearbeitung der Bandoberfläche eine Hochdruckflüssigkeitsabspritzeinrichtung für Wasser oder Elektrolyth ist.
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