EP1038978B1 - Verfahren zum Herstellen eines Warmbandes - Google Patents

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EP1038978B1
EP1038978B1 EP00103097A EP00103097A EP1038978B1 EP 1038978 B1 EP1038978 B1 EP 1038978B1 EP 00103097 A EP00103097 A EP 00103097A EP 00103097 A EP00103097 A EP 00103097A EP 1038978 B1 EP1038978 B1 EP 1038978B1
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EP
European Patent Office
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temperature
strip
hot strip
rolling
recrystallization
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EP00103097A
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EP1038978A1 (de
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Rudolf Prof. Dr.-Ing. Kawalla
Thomas Dr.-Ing. Heller
Bernhard Dr.-Ing. Engl
Karl Ernst Dipl.-Ing. Friedrich
Hans Dr.-Ing. Pircher
Hans-Peter Dipl.-Ing. Schmitz
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Stahl AG
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a Hot strip based on an unalloyed or low alloy steel with additions of Continuous casting microalloy elements in the form of reheated or straight from the pouring heat used slabs, thin slabs or cast tape is generated, the hot strip being one of several Rolling stands formed finished series passes through. Methods of this type are used to make high-strength Manufacture hot strips of high toughness.
  • DE-A-3437637 describes a method for rolling hot strip Known slabs. The process includes roughing. Finishing rolls and forced cooling during hot rolling and cooling after hot rolling.
  • Such a procedure can also be used for one CSP system is divided into two defined sections Rolling, namely rolling in the recrystallization area of the austenite and the subsequent rolling in the area below the recrystallization stop temperature, carry out.
  • This procedure is disadvantageous however, that the rolling performance is at least one of those in the Finished series not available rolling stands can be used. This leads to a significant one Limitation of the maximum achievable in finish rolling Forming degrees and, associated with it, to a considerable limitation of the variety of products that can be produced with such a method.
  • the object of the invention is a method to create the type specified above, which it enables a high-strength hot strip with outstanding To produce toughness inexpensively.
  • the rolling stock when it is in the Finished season is initiated, a temperature which safely above the recrystallization stop temperature lies.
  • This inlet temperature is set so that at least the first forming of the hot strip in the Finished scale in the recrystallization area of austenite is carried out. Through this in Recrystallization area of the austenite rolls grain refinement is achieved.
  • Hot strip before it is between the two rolling stands those below the recrystallization stop temperature lying temperature is cooled, at least once is cooled between previously passed rolling stands, without increasing the recrystallization stop temperature below.
  • This is particularly useful if the hot strip with a high temperature in the Finished relay arrives.
  • the hot rolling of the hot strip should take place in the austenite area.
  • the final rolling temperature of the hot strip should therefore be greater than Ar 3 + 30 ° C when leaving the finishing train.
  • the method according to the invention makes it possible to the method known from DE 197 25 434 A1, in one process carried out continuously to produce particularly good material properties.
  • These excellent material qualities can be seen in Procedure according to the invention also for hot strips achieve that from steels with diminished or even not present levels of expensive alloy and Microalloying elements such as Ti, Nb, V have been created are.
  • existing steel concepts with new steel qualities higher strength and excellent toughness become.
  • alloy contents be saved without becoming a negative Influencing the property spectrum comes.
  • the method according to the invention is self-evident not on the use of thin slabs or pre-rolled material is limited as the starting material, which is processed directly from the casting heat.
  • the invention within the conventional Hot strip rolling are used in the Continuous cast slabs are reheated before entering the Rolling mill to be introduced.
  • thermo-mechanical hot rolling usually fine-grained Structural structure is the procedure according to the invention refined further. It has thus been found that a conventionally thermo-mechanically rolled, 12.7 mm thick Hot strip with a set according to API X65 Microstructure with a pearlite-ferrite structure has an average ferrite grain diameter of 5 - 7.5 ⁇ m.
  • a comparable hot strip shows after that has gone through a method according to the invention average ferrite grain diameter of 3.5 to 4.5 microns. Ferrite grain inhomogeneities in the strip core become avoided. The same applies to the state of excretion, which has a finer dispersion and one Amount of precipitation hardening leads, which over the expected for conventionally rolled hot strips goes.
  • the Rolling temperatures taking into account the Recrystallization stop temperature unerringly and very can be set precisely. This enables the rolling in the recrystallization area just above the Carry out recrystallization stop temperature. So can the austenite grain refinement can be optimally used. The subsequent forming below the The recrystallization stop temperature then becomes Solidification of the fine-grained austenite grain structure used. This fine-grained and solidified Austenite structure leads to an optimal, very fine Microstructure after the ⁇ / ⁇ conversion.
  • Another advantage of the procedure according to the invention is that the surface condition of the hot strip is positively influenced. Through targeted cooling between the mill stands the scale formation is almost completely suppressed so that little material loss arise and the hot strip in the delivery condition with a small scale layer of less than 10 ⁇ m is occupied. On the one hand, this has advantages in direct use well adhering because thin scale, as expected for example in the manufacture of gas bottles, which painted without descaling after forming become. On the other hand, in cases where the Hot strip is descaled before it is processed, the time required for pickling, for example, is reduced and the capacity of the stain can be increased.
  • a hot strip line is suitable in which at least one the one between two mill stands of the finished series remaining cooling spaces arranged is.
  • a device is for example from the WO 90/06821 known.
  • the in addition to the usual Cooling of the roll stands is provided cooling device able to hot strip during the transition from one to the next roll stand to cool down so much that the Austenite recrystallization area after cooling is completely left and the subsequent rolling at temperatures below the recrystallization stop temperature is carried out.
  • the cooling device advantageously brings at least a high pressure water jet whose volume flow is adjustable.
  • Cooling device can easily reduce the cooling capacity be adapted to the respective requirements.
  • the latter applies in particular if the Cooling device comprises several nozzles, which individually or coolant can be applied in groups. It is also favorable, if not only between one of the a respective cooling device is provided, but if in several of the between two existing stands one each such device is arranged. This gives the Possibility to change the hot strip to a Temperature below the recrystallization stop temperature targeted at that for the respective rolling process optimal position with regard to the desired result perform.
  • the Finished relay FS from seven rolling stands F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7 formed by a hot strip W are run through one after the other in the conveying direction F. It it goes without saying that the FS prefabricated season ever according to their design and performance with a fewer or a larger number of roll stands can be equipped.
  • This cooling device K1 Upstream of the first roll stand F1 in the conveying direction F. is a first cooling device K1.
  • This cooling device K1 has nozzles, not shown, through which water is blasted under high pressure on the hot strip W, before it enters the first mill stand F1.
  • each of the rolling stands F1, F2; F2, F3; F3, F4; F5, F6; F6, F7 each of the remaining rooms R. each have a cooling device K2, K3, K4, K5, K6, K7 arranged.
  • the cooling devices K2 - K7 have also nozzles, which via supply lines L are connected to a control device S. About the Control device S are the nozzles of the Cooling devices K2 - K7 optionally with high pressure standing cooling water.
  • the work here Cooling devices K2 - K7 additionally and independently of the cooling systems with which the respective rolling stands F1 - F7 are equipped as standard.
  • the run-out roller table A In the area of the run-out roller table A is at a short distance to the last rolling stand F7 of the FS 1 finishing mill conventionally designed cooling device K8, in the manner of a laminar cooling section or a accelerated cooling enabling compact cooling section Cooling water can be applied to the hot strip W.
  • a reel device H At the The end of the run-out roller table A is finally a reel device H, in which the hot strip W to Coils C can be wound.
  • the hot strip W is cooled in the first cooling device K1 by means of water applied under high pressure to a temperature which is in the range of a little more than 30 ° C above the recrystallization stop temperature T REK STOP des Steel lies from which the hot strip W has been produced.
  • a pre-rolled thin slab inserted directly from the casting heat or a strip produced by casting close to the final dimensions can be introduced into the finished batch. If necessary, the slab or the strip is cooled by the cooling device K1 to the required temperature T 1 above the recrystallization stop temperature.
  • the hot strip W cooled in this way is subjected to a first forming in the first roll stand F1. Since the temperature of the hot strip W is above the recrystallization stop temperature T REK STOP during this first shaping, this shaping takes place within the recrystallization range of the austenite.
  • the hot strip W is cooled, for example, by the cooling water, which is applied by the cooling device K2 between the first and the second roll stands F1, F2 under high pressure, at a cooling rate of more than 10 ° C./s to a temperature which is at least 20 ° C is lower than the recrystallization stop temperature T REK-STOP .
  • the hot strip W cooled in this way is finish-rolled in the roll stands F2 to F7 in the non-recrystallized area of the austenite, an overall degree of deformation ⁇ h being achieved in these roll stands F1-F7, which is more than 30%.
  • the further cooling devices K3-K7 arranged between the subsequent rolling stands F2-F7 remain inoperative in this case.
  • the temperature T 1 with which the hot strip W enters the finishing season FS can be set by a corresponding cooling capacity of the cooling device K1 so that the hot strip W is at a temperature above the recrystallization stop temperature T REK STOP also enters the second roll stand F2 in order to be rolled there in the recrystallization area of the austenite as well.
  • the hot strip W can then be cooled by the third cooling device K3 at cooling speeds of more than 10 ° C / s to a temperature T 2 which is at least 20 ° C below the recrystallization stop temperature T REK STOP and in the following roll stands F3 to F7 in the non-recrystallized austenite area with a total degree of deformation of at least 30%.
  • the cooling device K2 between the roll stands F1, F2 can be used to lower the temperature of the hot strip W before it enters the second roll stand F2, without, however, falling below the recrystallization stop temperature T REK STOP (FIG. 2).
  • the decisive step of cooling below the recrystallization stop temperature T REK STOP can thus be carried out at the most favorable point of the finished scale FS for the properties of the processed hot strip W.
  • the cooling devices which have passed through this crucial cooling can be used to cool the hot strip W without falling below the recrystallization stop temperature T REK STOP .
  • the need for cooling power in the decisive cooling can be reduced from a temperature above the recrystallization stop temperature T REK STOP to a temperature below the recrystallization stop temperature T REK STOP .
  • the hot strip W produced in this way becomes more advantageous Way to a cold strip with a thickness of less than 5 mm cold rolled, the during the cold rolling achieved total degree of deformation at least 55% should.
  • annealed cold strip with corrosion protection that in the form of hot dip galvanizing or electrolytically applied coating is formed.
  • hot strip samples P K1 , P K2 , P K3 produced in a conventional manner, the respective thickness D in mm, the final rolling temperature ET in ° C, the reel temperature HT in ° C, the yield strength R e in N / mm 2 , the tensile strength R m in N / mm 2 , the elongation at break A in%, the results of the BDWT test BDWT 0 ° C in% or BDWT 85 % in ° C, and the respective mean ferrite grain diameter FK m in ⁇ m.
  • Table 2 shows the same information for six hot strip samples P E1 , P E2 , P E3 , P E4 , P E5 , P E6 produced from the same steel in accordance with the invention.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Warmbandes, das basierend auf einem unlegierten oder niedrig legierten Stahl mit Zusätzen von Mikrolegierungselementen aus Strangguß in Form von wiedererwärmten oder direkt aus der Gießhitze eingesetzten Brammen, Dünnbrammen oder gegossenem Band erzeugt wird, wobei das Warmband eine aus mehreren Walzgerüsten gebildete Fertigstaffel durchläuft. Verfahren dieser Art werden angewendet, um hochfeste Warmbänder von hoher Zähigkeit herzustellen.
Beispielsweise aus dem Aufsatz "Optimierung der Warmwalzbedingungen zur Verbesserung und Vergleichmäßigung der Werkstoffeigenschaften", K. Kaup, W. Haumann, G. Gorges, W. Fabian, Stahl u. Eisen 104 (1984), S. 1017 -1024, sind Verfahren bekannt, bei denen das Warmband im Rekristallisationsbereich vorgewalzt, anschließend abgekühlt und dann bei einer Temperatur, welche unterhalb der Rekristallisationstemperatur liegt, fertig gewalzt wird. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, den Walzprozeß beim Vorwalzen so zu führen, daß die Vorbandoberfläche vor dem letzten Umformstich des Vorwalzens auf Temperaturen dicht oberhalb der Rekristallisationstemperatur abgekühlt ist. Dies kann zum einen dadurch erreicht werden, daß eine zusätzliche Kühlstrecke im Bereich der Vorwalzstraße vorgesehen wird.
Steht entsprechender Platz nicht zur Verfügung, kann der Walzprozeß für eine für das Abkühlen ausreichende Zeitdauer verzögert werden. Diese Verzögerung, während der das Vorband im Bereich zwischen dem Vorwalzgerüst und der Fertigstaffel hin- und herbewegt wird ("pendelt"), führt zu einer unerwünschten Verlängerung des Produktionsablaufs. Während einer langen Pendelzeit kann es darüber hinaus zu einem unerwünschten Austenitkornwachstum und zu Ausscheidungen kommen, durch welche die Gefügeentwicklung nach dem letzten Umformstich in der Vorwalzstraße und beim anschließenden Fertigwalzen in der Fertigstaffel negativ beeinflußt wird. So können nach dem Fertigwalzen im Warmband Austenit-Mischkornstrukturen vorhanden sein, die einen negativen Einfluß auf die Gefügeentwicklung im Rahmen der γ/α-Umwandlung auf dem Auslaufrollgang und im Coil ausüben.
Letzteres führt insbesondere bei Warmbanddicken von 8 mm und mehr zu einem unerwünscht inhomogenen Gefüge über den Bandquerschnitt, durch welche insbesondere die Zähigkeit in unerwünschtem Maß herabgesetzt wird. Besonders nachteilig wirkt sich dieser Zähigkeitsverlust bei mikrolegierten Stahlgüten mit hohen Zähigkeitsanforderungen aus, welche beispielsweise für den Öl- oder Gas-Pipeline-Bau verwendet werden.
Aus der DE-A-3437637 ist ein Verfahren zum Walzen von Warmband aus Brammen bekannt. Das Verfahren umfaßt Vorwalzen. Fertigwalzen und Zwangskühlen während des Warmwalzens sowie ein Abkühlen nach dem Warmwalzen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 25 434 A1 ist ein Verfahren zum Walzen von Warmband aus stranggegossenen Dünnbrammen in einer sogenannten "Compact-Strip-Production (CSP)"-Linie bekannt. Bei derartigen CSP-Linien wird das stranggegossene Vormaterial nach dem Unterteilen in Walzlängen über einen Ausgleichsofen direkt dem Walzwerk zugeführt. Dabei besteht eine Besonderheit gegenüber konventionellen Herstellungslinien darin, daß die Dünnbramme mit Gußgefüge in die Fertigstaffel eingeführt wird.
In der erwähnten Offenlegungsschrift wird zur Herstellung eines Warmbreitbandes aus einem ferritisch-perlitisch mikrolegierten Baustahl mit einer Mikrolegierung mit Vanadium, Niob und / oder Titan vorgeschlagen, die Gußstruktur des in die Fertigstaffel eingeführten Materials durch Einstellung definierter Temperatur- oder Formänderungsbedingungen bei der ersten Umformung zu verändern. Dabei liegt die Temperatur des Materials während der ersten Umformung oberhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur. Die erwähnte Änderung soll derart durchgeführt werden, daß während oder nach der ersten Umformung eine vollständige Rekristallisation des Gußgefüges vor Beginn des zweiten Umformschritts erfolgt. Anschließend soll das Warmband bei einer Temperatur unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur gewalzt werden. Die dabei erreichte Umformung soll einen Betrag von 30 % nicht unterschreiten. Darüber hinaus soll eine Endwalztemperatur nahe der Ar3-Temperatur erreicht werden.
Um sicherzustellen, daß die Rekristallisation vor der zweiten Umformung vollständig abgeschlossen ist, wird in der genannten Offenlegungsschrift weiter vorgeschlagen, mindestens das zweite Walzgerüst der Fertigstaffel zu öffnen oder allenfalls als Treiber einzusetzen. Auf diese Weise hat das in der ersten Stufe umgeformte Warmband ausreichend Zeit, abzukühlen, bevor es der zweiten Umformung unterzogen wird.
Durch ein solches Vorgehen läßt sich zwar auch bei einer CSP-Anlage ein in zwei definierte Abschnitte unterteiltes Walzen, nämlich das Walzen im Rekristallisationsbereich des Austenits und das anschließende Walzen im Bereich unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur, durchführen. Nachteilig an dieser Verfahrensweise ist jedoch, daß die Walzleistung mindestens eines der in der Fertigstaffel zur Verfügung stehenden Walzgerüste nicht genutzt werden kann. Dies führt zu einer erheblichen Beschränkung des beim Fertigwalzen maximal erzielbaren Umformgrades und, damit einhergehend, zu einer erheblichen Einschränkung der Vielfalt an Produkten, die mit einem solchen Verfahren hergestellt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zu schaffen, welches es ermöglicht, ein hochfestes Warmband mit herausragender Zähigkeit kostengünstig herzustellen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, daß ein Verfahren zum Herstellen eines Warmbandes, das basierend auf einem unlegierten oder niedrig legierten Stahl mit Zusätzen von Mikrolegierungselementen aus Strangguß in Form von Brammen, Dünnbrammen oder Band erzeug wird, wobei das Warmband eine aus mehreren Walzgerüsten gebildete Fertigstaffel durchläuft, die folgenden Schritte umfaßt:
  • Einleiten des Warmbandes in das erste Walzgerüst der Fertigstaffel mit einer Temperatur, welche um mindestens 30 °C über der Rekristallisationsstop-Temperatur liegt,
  • kontinuierlich erfolgendes Walzen des Warmbandes in einem oder mehreren Stichen im Rekristallisationsbereich des Austenits,
  • Abkühlen des Warmbandes zwischen zwei Walzgerüsten mittels einer Kühleinrichtung auf eine Temperatur, welche mindestens 20 °C unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur liegt, mit einer Abkühlgeschwindigkeit, welche mindestens 10 °C/s beträgt,
  • Walzen des unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur abgekühlten Warmbandes in mehreren Stichen bei einem Gesamtumformgrad von mindestens 30 % im Temperaturbereich unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur.
Besonders vorteilhaft läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Warmband herstellen, welches aus einem Stahl erzeugt ist, der in Masse-% C: ≤ 0,18 %, Si: ≤ 1,5 %, Mn: ≤ 2,5 %, P: 0, 005 - 0,1 %, S: ≤ 0,03 %, N: ≤ 0,02 %, Cr: ≤ 0,5 %, Cu: ≤ 0,5 %, Ni: ≤ 0,5 %, Mo: ≤ 0,5 %, Al ≤ 2 %, bis insgesamt 0,3 % von einem oder mehreren der Elemente B, Nb, Ti, V, Zr und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält.
Gemäß der Erfindung hat das Walzgut, wenn es in die Fertigstaffel eingeleitet wird, eine Temperatur, welche sicher oberhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur liegt. Diese Eintrittstemperatur ist so eingestellt, daß mindestens die erste Umformung des Warmbandes in der Fertigstaffel im Rekristallisationsbereich des Austenits durchgeführt wird. Durch dieses im Rekristallisationsbereich des Austenits erfolgende Walzen wird eine Kornfeinung erreicht.
Nach der ersten oder erforderlichenfalls weiteren Umformung in diesem Temperaturbereich wird das Warmband zwischen zwei der Walzgerüste der Fertigstaffel mit einer geeigneten Kühleinrichtung so stark und schnell abgekühlt, daß seine Temperatur beim Eintritt in das folgende Walzgerüst unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur liegt.
In diesem Zusammenhang kann es günstig sein, wenn das Warmband, bevor es zwischen den beiden Walzgerüsten auf die unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur liegende Temperatur gekühlt wird, mindestens einmal zwischen zuvor durchlaufenen Walzgerüsten gekühlt wird, ohne dabei die Rekristallisationsstop-Temperatur zu unterschreiten. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn das Warmband mit einer hohen Temperatur in die Fertigstaffel einläuft. Durch das dem entscheidenden Schritt der Abkühlung unter die Rekristallisationsstop-Temperatur vorgeschaltete Kühlen "tastet" man sich an die Temperatur heran, von der aus dann mit einem Schlag das Walzgut bis mindestens 20 °C unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur abgekühlt wird. Wesentlich bleibt dabei, daß diese entscheidende Abkühlung unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur definiert zwischen zwei Walzgerüsten erreicht wird.
Erfindungsgemäß sollte das Fertigwalzen des Warmbandes im Austenitbereich stattfinden. Daher sollte die Endwalztemperatur des Warmbandes beim Verlassen der Fertigstaffel größer als Ar3 + 30 °C sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, anders als das aus der DE 197 25 434 A1 bekannte Verfahren, in einem kontinuierlich durchgeführten Prozeß ein Warmband von besonderes guten Materialeigenschaften herzustellen. Diese hervorragenden Materialqualitäten lassen sich bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise auch bei Warmbändern erreichen, die aus Stählen mit verminderten oder gar nicht vorhandenen Gehalten an teueren Legierungs- und Mikrolegierungselementen, wie Ti, Nb, V, erzeugt worden sind. Damit können durch Anwendung der Erfindung bei vorhandenen Legierungskonzepten neue Stahlqualitäten mit höheren Festigkeiten und hervorragender Zähigkeit erzeugt werden. Bei bekannten Stahlgüten können Legierungsgehalte eingespart werden, ohne daß es zu einer negativen Beeinflussung des Eigenschaftsspektrums kommt.
Kostenträchtige Kühlstrecken mit hohem Platzbedarf oder für das Abkühlen erforderliche zusätzliche Prozeßzeiten werden bei der Erfindung nicht benötigt. Ebenso kann die Walzleistung aller in der Fertigstaffel zur Verfügung stehenden Walzgerüste voll genutzt werden, so daß mit der Erfindung eine uneingeschränkt große Produktpalette hergestellt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist selbstverständlich nicht auf die Verwendung von Dünnbrammen oder vorgewalztem Material als Ausgangsmaterial beschränkt, welches direkt aus der Gießhitze verarbeitet wird. Ebenso kann die Erfindung im Rahmen des konventionellen Warmbandwalzens eingesetzt werden, bei dem Stranggußbrammen wiedererwärmt werden, bevor sie in die Walzstraße eingeführt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Warmbänder herstellen, welche ein über den Querschnitt sehr feinkörniges und homogenes Gefüge aufweisen. Die beim konventionellen thermo-mechanischen Warmwalzen üblicherweise sich einstellende feinkörnige Gefügestruktur wird bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise weiter verfeinert. So ist festgestellt worden, daß ein konventionell thermo-mechanisch gewalztes, 12,7 mm dickes Warmband mit einer nach API X65 eingestellten Gefügestruktur ein Perlit-Ferrit-Gefüge mit einem mittleren Ferrit-Korndurchmesser von 5 - 7,5 µm aufweist. Ein vergleichbares Warmband weist, nachdem es das erfindungsgemäße Verfahren durchlaufen hat, einen mittleren Ferrit-Korndurchmesser von 3,5 bis 4,5 µm auf. Ferritkorn-Inhomogenitäten im Bandkern werden dabei vermieden. Das gleiche gilt für den Ausscheidungszustand, welcher eine feinere Dispersion besitzt und zu einem Betrag der Ausscheidungshärtung führt, welcher über den bei konventionell gewalzten Warmbändern zu erwartenden hinausgeht.
Weiter wurde festgestellt, daß die Zähigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Warmbänder trotz gestiegener Streckgrenze und höherer Banddicke verbessert ist. Die Übergangstemperatur für 80 % Mattbruch beim BDWT-Test wurde um bis zu 25 °C zu tieferen Temperaturen verschoben.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Walztemperaturen unter Berücksichtigung der Rekristallisationsstop-Temperatur zielsicher und sehr genau eingestellt werden. Dies ermöglicht es, das Walzen im Rekristallisationsgebiet dicht oberhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur durchzuführen. So kann die Austenitkornverfeinung optimal ausgenutzt werden. Die anschließende Umformung unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur wird dann zur Verfestigung der feinkörnigen Austenitkornstruktur genutzt. Diese feinkörnige und verfestigte Austenitstruktur führt zu einer optimalen, sehr feinen Gefügestruktur nach der γ/α-Umwandlung.
Des weiteren werden bei der Erfindung verformungsinduzierte Ausscheidungsvorgänge auf die nur eine kurze Zeit in Anspruch nehmende Verformung in den letzten Gerüsten der Fertigwalzstaffel beschränkt. Der Anteil der ausgeschiedenen Mikrolegierungsgehalte wird aufgrund dieser kurzen Zeitspanne deutlich verringert. Gleichzeitig wird das Ausscheidungspotential für die Ausscheidungshärtung des Gefüges nach der γ/α-Umwandlung besser genutzt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise besteht darin, daß der Oberflächenzustand des Warmbandes positiv beeinflußt wird. Durch die gezielte Kühlung zwischen den Walzgerüsten wird die Zunderbildung nahezu vollständig unterdrückt, so daß geringe Materialverluste entstehen und das Warmband im Lieferzustand mit einer geringen Zunderschicht von weniger als 10 µm belegt ist. Dadurch sind einerseits Vorteile beim Direkteinsatz mit gut haftendem, weil dünnen Zunder, zu erwarten, wie beispielsweise bei der Fertigung von Gasflaschen, welche ohne vorheriges Entzundern nach der Umformung lackiert werden. Andererseits kann in solchen Fällen, in denen das Warmband vor seiner Weiterverarbeitung entzundert wird, die beispielsweise für das Beizen benötigte Zeit verkürzt und die Kapazität der Beize erhöht werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Warmbandlinie geeignet, bei der mindestens in einem der zwischen zwei Walzgerüsten der Fertigstaffel verbleibenden Freiräume eine Kühleinrichtung angeordnet ist. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der WO 90/06821 bekannt. Die zusätzlich.zu den üblichen Kühlungen der Walzgerüste vorgesehene Kühleinrichtung ist in der Lage, das Warmband während des Übergangs vom einen zum nächsten Walzgerüst so stark abzukühlen, daß der Rekristallisationsbereich des Austenits nach der Kühlung vollständig verlassen ist und das anschließende Walzen bei Temperaturen unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur durchgeführt wird.
Vorteilhafter Weise bringt die Kühleinrichung mindestens einen Hochdruck-Wasserstrahl aus, dessen Volumenstrom regelbar ist. Bei einer derart ausgestalteten Kühleinrichtung kann die Kühlleistung auf einfache Weise an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden. Letzteres gilt insbesondere dann, wenn die Kühleinrichtung mehrere Düsen umfaßt, welche einzeln oder in Gruppen mit Kühlflüssigkeit beaufschlagbar sind. Günstig ist es auch, wenn nicht nur zwischen einem der jeweiligen Walzgerüstpaare eine Kühleinrichtung vorgesehen ist, sondern wenn in mehreren der zwischen jeweils zwei Walzgerüsten vorhandenen Räumen eine derartige Einrichtung angeordnet ist. Dies gibt die Möglichkeit, den Übergang des Warmbandes zu einer Temperatur unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur gezielt an der für den jeweiligen Walzprozeß im Hinblick auf das gewünschte Ergebnis optimalen Stelle durchzuführen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1
die Fertigstaffel und den Auslaufrollgang einer Walzstraße in seitlicher Ansicht;
Fig. 2
den über die Zeit aufgetragenen Temperaturverlauf während des Walzens in der Fertigstaffel der Walzstraße.
Beim hier erläuterten Ausführungsbeispiel ist die Fertigstaffel FS aus sieben Walzgerüsten F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7 gebildet, welche von einem Warmband W in Förderrichtung F nacheinander durchlaufen werden. Es versteht sich von selbst, daß die Fertigstaffel FS je nach deren Auslegung und Leistungsvermögen mit einer geringeren oder eine größeren Zahl von Walzgerüsten ausgestattet sein kann.
Dem ersten Walzgerüst F1 in Förderrichtung F vorgeordnet ist eine erste Kühleinrichtung K1. Diese Kühleinrichtung K1 weist hier nicht gezeigte Düsen auf, über die Wasser unter hohem Druck auf das Warmband W gestrahlt wird, bevor es in das erste Walzgerüst F1 eintritt.
In jedem der zwischen den Walzgerüsten F1,F2; F2,F3; F3,F4; F5,F6; F6,F7 jeweils verbliebenen Räumen R ist jeweils eine Kühleinrichtung K2,K3,K4,K5,K6,K7 angeordnet. Die Kühleinrichtungen K2 - K7 weisen ebenfalls Düsen auf, welche über Versorgungsleitungen L an eine Steuereinrichtung S angeschlossen sind. Über die Steuereinrichtung S werden die Düsen der Kühleinrichtungen K2 - K7 wahlweise mit unter hohem Druck stehendem Kühlwasser beaufschlagt. Dabei arbeiten die Kühleinrichtungen K2 - K7 zusätzlich und unabhängig von den Kühlungen, mit denen die jeweiligen Walzgerüste F1 - F7 standardmäßig ausgestattet sind.
Im Bereich des Auslaufrollgangs A ist im geringen Abstand zum letzten Walzgerüst F7 der Fertigstaffel FS eine herkömmlich ausgebildete Kühleinrichtung K8 angeordnet, in der nach Art einer Laminarkühlstrecke oder einer eine beschleunigte Abkühlung ermöglichenden Kompaktkühlstrecke Kühlwasser auf das Warmband W aufgebracht werden kann. Am Ende des Auslaufrollgangs A befindet sich schließlich eine Haspeleinrichtung H, in welcher das Warmband W zu Coils C gewickelt werden kann.
Beispielsweise aus konventionellem Strangguß hergestelltes, anschließend abgekühltes, wiedererwärmtes und vorgewalztes Warmband W wird in der ersten Kühleinrichtung K1 mittels unter hohem Druck ausgebrachtem Wasser auf eine Temperatur abgekühlt, welche im Bereich von wenig mehr als 30 °C oberhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur TREK STOP des Stahls liegt, aus dem das Warmband W erzeugt worden ist. Alternativ kann auch eine direkt aus der Gießhitze eingesetzte und vorgewalzte Dünnbramme oder ein durch endabmessungsnahes Gießen erzeugtes Band in die Fertigstaffel eingeleitet werden. Dabei wird, wenn erforderlich, die Bramme oder das Band durch die Kühleinrichtung K1 auf die erforderliche Temperatur T1 oberhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur gekühlt.
Das derart abgekühlte Warmband W wird im ersten Walzgerüst F1 einer ersten Umformung unterzogen. Da die Temperatur des Warmbandes W während dieser ersten Umformung oberhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur TREK STOP liegt, erfolgt diese Umformung innerhalb des Rekristallisationsbereichs des Austenits.
Ein formelmäßiger Zusammenhang für die Bestimmung der Rekristallisationsstop-Temperatur in Abhängigkeit bestimmter Legierungselemente ist beispielsweise aus dem Artikel "Determination of Recrystallization Stop Temperature from Rolling Mill Logs and Comparison with Laboratory Simulation Results", T.M. Maccagno et al., ISIJ International, Vol. 34 (1994) No. 11, pp. 917-922, bekannt.
Nach dem ersten Umformvorgang wird das Warmband W beispielsweise durch das von der Kühleinrichtung K2 zwischen dem ersten und dem zweiten Walzgerüst F1,F2 unter hohem Druck ausgebrachte Kühlwasser mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mehr als 10 °C/s auf eine Temperatur gekühlt, die um mindestens 20 °C geringer ist als die Rekristallisationsstop-Temperatur TREK-STOP. Das derart gekühlte Warmband W wird in den Walzgerüsten F2 bis F7 im nichtrekristallisierten Bereich des Austenits fertiggewalzt, wobei ein Gesamtumformgrad εh beim Walzen in diesen Walzgerüsten F1-F7 erreicht wird, der mehr als 30 % beträgt. Die weiteren zwischen den nachfolgend durchlaufenen Walzgerüsten F2 - F7 angeordnete Kühleinrichtung K3 - K7 bleiben in diesem Fall außer Funktion.
Ist dagegen ein größerer Umformgrad beim Walzen im rekristallisierten Austenit erforderlich, so kann die Temperatur T1, mit welcher das Warmband W in die Fertigstaffel FS eintritt, durch eine entsprechende Kühlleistung der Kühleinrichtung K1 so eingestellt werden, daß das Warmband W, mit einer Temperatur oberhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur TREK STOP auch in das zweite Walzgerüst F2 einläuft, um dort ebenfalls im Rekristallisationsbereich des Austenits gewalzt zu werden. In diesem Fall kann das Warmband W anschließend durch die dritte Kühleinrichtung K3 mit Abkühlgeschwindigkeiten von mehr als 10 °C/s auf eine um mindestens 20 °C unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur TREK STOP liegende Temperatur T2 gekühlt und in den folgenden Walzgerüsten F3 bis F7 im nichtrekristallisierten Austenitbereich bei einem Gesamtumformgrad von wiederum mindestens 30 % fertiggewalzt werden. Dabei kann die Kühleinrichtung K2 zwischen den Walzgerüsten F1,F2 dazu benutzt werden, die Temperatur des Warmbandes W vor seinem Eintritt in das zweite Walzgerüst F2 abzusenken, ohne dabei jedoch die Rekristallisationsstop-Temperatur TREK STOP zu unterschreiten (Fig. 2).
Indem im Raum R zwischen jedem der Walzgerüst-Paare F2,F3; F3,F4; F4,F5; F5,F6; F6,F7 eine Kühleinrichtung K2 - K7 angeordnet ist, kann somit der entscheidende Schritt der Abkühlung unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur TREK STOP an der für die Eigenschaften des verarbeiteten Warmbands W jeweils günstigsten Stelle der Fertigstaffel FS durchgeführt werden. Dabei können die jeweils vor dieser entscheidenden Abkühlung durchlaufenen Kühleinrichtungen dazu genutzt werden, das Warmband W abzukühlen, ohne die Rekristallisationsstop-Temperatur TREK STOP zu unterschreiten. Auf diese Weise kann unter anderem der Bedarf an Kühlleistung bei der entscheidenden Kühlung von einer Temperatur oberhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur TREK STOP auf eine Temperatur unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur TREK STOP vermindert werden.
Das im hier erläuterten Beispiel mit einer oberhalb der Ar3-Temperatur liegenden Temperatur T3 aus der Fertigstaffel FS austretende Warmband W tritt spätestens nach 10, vorzugsweise aber schon nach 2 Sekunden in die Kühleinrichtung K8 ein. In dieser wird es mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mehr als 20 °C/s auf eine Haspeltemperatur von nicht mehr als 650 °C, vorzugsweise nicht mehr als 550 °C, gekühlt. Das so gekühlte Warmband W wird schließlich auf der Haspeleinrichtung H zu einem Coil C gehaspelt.
Das derart hergestellte Warmband W wird vorteilhafter Weise zu einem Kaltband mit einer Dicke von weniger als 5 mm kaltgewalzt, wobei der während des Kaltwalzens erreichte Gesamtumformgrad mindestens 55 % betragen sollte. Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang auch, wenn das Kaltband rekristallisierend geglüht wird. Dabei kann das Glühen je nach gewünschter Eigenschaft des Endprodukts in einem Hauben- oder einem Durchlaufofen durchgeführt werden. Weiter ist es möglich, das derart geglühte Kaltband mit einem Korrosionsschutz zu versehen, der in Form einer Feuerverzinkung oder einer elektrolytisch aufgebrachten Beschichtung gebildet wird.
In Tabelle 1 sind für drei aus einem Stahl mit in Masse-% 0,06 % C, 0,28 % Si, 1,07 % Mn, 0,019 % P, 0,001 % S, 0,03 % Al, 0,11 % Cu, 0,05 % Ni, 0,007 % N, 0,057 % Nb, 0,056 % V, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen in konventioneller Vorgehensweise hergestellte Warmbandproben PK1,PK2,PK3 die jeweilige Dicke D in mm, die Endwalztemperatur ET in °C, die Haspeltemperatur HT in °C die Streckgrenze Re in N/mm2, die Zugfestigkeit Rm in N/mm2, die Bruchdehnung A in %, die Ergebnisse des BDWT-Tests BDWT 0°C in % bzw. BDWT 85 % in °C, sowie der jeweilige mittlere Ferrit-Korndurchmesser FKm in µm angegeben.
D ET HT Re Rm A BDWT 0°C BDWT 85% FKm
PK1 12,7 870 620 494 563 48 96 -10 5,7
PK2 12,7 865 590 496 609 44 69 10 7,2
PK3 12,7 865 620 470 581 44 87 5 7,0
In Tabelle 2 sind, soweit ermittelt, die gleichen Angaben für sechs in erfindungsgemäßer Weise aus demselben Stahl hergestellte Warmbandproben PE1, PE2, PE3, PE4, PE5, PE6 zusammengestellt.
Der Vergleich der Materialeigenschaften der nach dem konventionellen Verfahren hergestellten Warmbandproben PK1,PK2,PK3 mit den Eigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Warmbandproben PE1, PE2, PE3, PE4, PE5, PE6 zeigt deutlich, daß die erfindungsgemäß erzeugten Warmbänder bei einer größeren Dicke erheblich verbesserte Festigkeitseigenschaften, einen deutlich verbesserten Mattbruchanteil und eine sehr viel feinere Körnung aufweisen.
D ET HT Re Rm A BDWT 0°C BDWT 85% FKm
PE1 14,5 845 600 540 592 41 100 -15 3,9
PE2 14,5 845 600 515 580 39 100 -15 4,3
PE3 14, 5 835 630 526 597 43 100 -30 3, 5
PE4 14,5 830 600 505 578 39 4,4
PE5 14,5 830 600 504 575 30 98 -5 4,3
PE6 14,5 820 600 540 622 37 94 -5 4,2
BEZUGSZEICHEN
A
Auslaufrollgang
C
Coil
εH
Gesamtumformgrad nach der Abkühlung unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur
ET
Endtemperatur des Warmbandes beim Verlassen der Fertigstaffel FS
F
Förderrichtung
FS
Fertigstaffel
F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7
Walzgerüste
H
Haspeleinrichtung
HT
Haspeltemperatur
K1 - K8
Kühleinrichtungen
L
Versorgungsleitungen
R
Raum zwischen jeweils zwei Walzgerüsten
S
Steuereinrichtung
T1
Temperatur des in die Fertigstaffel eintretenden Warmbandes W
TREK STOP
Rekristallisationsstop-Temperatur
T2
Unterhalb TREK STOP liegende Temperatur
W
Warmband

Claims (13)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Warmbandes (W), das basierend auf einem unlegierten oder niedrig legierten Stahl mit Zusätzen von Mikrolegierungselementen aus Strangguß in Form von wiedererwärmten oder direkt aus der Gießhitze eingesetzten Brammen, Dünnbrammen oder gegossenem Band erzeugt wird, wobei das Warmband (W) eine aus mehreren Walzgerüsten (F1 - F7) gebildete Fertigstaffel (FS) durchläuft, umfassend die folgenden Schritte:
    Einleiten des Warmbandes (W) in das erste Walzgerüst (F1) der Fertigstaffel (FS) mit einer Temperatur (T1), welche um mindestens 30 °C über der Rekristallisationsstop-Temperatur (TREK-STOP) liegt,
    kontinuierlich erfolgendes Walzen des Warmbandes (W) in einem oder mehreren Stichen im Rekristallisationsbereich des Austenits,
    Abkühlen des Warmbandes (W) zwischen zwei Walzgerüsten (F1,F2;F2,F3;F3,F4;F4,F5;F5,F6;F6,F7) mittels einer Kühleinrichtung (K2 - K7) auf eine Temperatur (T2), welche mindestens 20 °C unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur (TREK-STOP) liegt, mit einer Abkühlgeschwindigkeit, welche mindestens 10 °C/s beträgt,
    Walzen des unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur (TREK-STOP) abgekühlten Warmbandes (W) in mehreren Stichen bei einem Gesamtumformgrad (εh) von mindestens 30 % im Temperaturbereich unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur (TREK-STOP).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl in Masse-%
    C:   ≤  0,18 %
    Si:   ≤  1,5 %
    Mn:   ≤  2,5 %
    P:  0,005 -  0,1 %
    S:   ≤  0,03 %
    N:   ≤  0,02 %
    Cr:   ≤  0,5 %
    Cu:   ≤  0,5 %
    Ni:   ≤  0,5 %
    Mo:   ≤  0,5 %
    Al:   ≤  2 %
    bis insgesamt 0,3 % von einem oder mehreren der Elemente B, Nb, Ti, V, Zr und als
    Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen
    enthält.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endwalztemperatur (ET) des Warmbands (W) beim Verlassen der Fertigstaffel (FS) größer als Ar3 + 30 °C ist.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband (W), bevor es zwischen den beiden Walzgerüsten (F1,F2;F2,F3;F3,F4;F4,F5;F5,F6;F6,F7) auf die unterhalb der Rekristallisationsstop-Temperatur (TREK-STOP) liegende Temperatur (T2) gekühlt wird, mindestens einmal zwischen zuvor durchlaufenen Walzgerüsten (F1 - F7) gekühlt wird, ohne dabei die Rekristallisationsstop-Temperatur (TREK-STOP) zu unterschreiten.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband (W) nach dem Verlassen der Fertigstaffel (FS) spätestens nach 10 Sekunden mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mehr als 20 °C/s auf eine Haspeltemperatur (HT) von nicht mehr als 650 °C gekühlt und anschließend gehaspelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung des Warmbandes (W) spätestens 2 Sekunden nach dem Verlassen der Fertigstaffel (FS) beginnt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Haspeltemperatur (HT) nicht mehr als 550 °C beträgt.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband (W) bei Temperaturen von nicht mehr als 650 °C feuerverzinkt wird.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband (W) zu einem Kaltband mit einer Dicke von weniger als 5 mm kaltgewalzt wird und d a ß der während des Kaltwalzens erreichte Gesamtumformgrad mindestens 55 % beträgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltband rekristallisierend geglüht wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltband feuerverzinkt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltband elektrolytisch mit einem Korrosionsschutz versehen wird.
  13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Warmbandes (W) mindestens 8 mm beträgt.
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