EP1121208B1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines metallbandes für abzulängende tailored blanks - Google Patents

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EP1121208B1
EP1121208B1 EP99948880A EP99948880A EP1121208B1 EP 1121208 B1 EP1121208 B1 EP 1121208B1 EP 99948880 A EP99948880 A EP 99948880A EP 99948880 A EP99948880 A EP 99948880A EP 1121208 B1 EP1121208 B1 EP 1121208B1
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EP
European Patent Office
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strip
rolling
process according
metal strip
temperature
Prior art date
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EP99948880A
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Rudolf Kawalla
Friedrich Behr
Hans-Peter Schmitz
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ThyssenKrupp Stahl AG
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    • B21B45/0215—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
    • B21B45/0233—Spray nozzles, Nozzle headers; Spray systems

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a Metal strip, in particular made of steel, with sections different thicknesses by rolling for cut to length Tailored blanks.
  • first Manufacturing process is made of two sheets different thickness and / or different Assumed material composition in the butt joint be welded together.
  • the advantage of one Manufacturing process consists in the small device-related effort for its implementation. Because of the no high production speeds Permitting welding process is this type of manufacture but only suitable for small quantities.
  • a disadvantage is also that the transitions at the weld from that one sheet on the other sheet is leaping. Thereby occur strong and erratic in case of stress Voltage increases on. Tailored blanks with one optimal load-dependent dimensioning over the entire area are therefore with such a procedure not get.
  • the invention is based on the object Rolling process for tailored blanks to be cut to length from the strip and to create a suitable device with which or with that at high rolling speeds short and gently rising transitions between band sections of different thicknesses can be produced can, without the need for extremely high rolling forces.
  • This task is initiated in a procedure mentioned type solved in that the different thick sections made by hot rolling the strip by hot-rolling the strip, before Hot rolling pass in sections by cooling or heating is set to a different temperature.
  • the inventive for performing the method suitable device is characterized by a Rolling mill with hydraulic feed on a constant rolling force is adjustable and by a front the strip cooling or heating device arranged in the rolling mill.
  • the physical property of a metal strip is exploited that the yield stress depends on the temperature.
  • sections of different thicknesses are then obtained with an essentially constant rolling force.
  • the temperature level of the strip at which rolling is carried out is in each case so high that the strip can be rolled with a rolling force that is significantly reduced compared to cold rolling.
  • This reduced rolling force then also enables short transitions from sections of thicker strip to sections of thinner strip and vice versa. Since the rolling forces are comparatively small overall, there are also significantly smaller values for the springing of the rolling stand, so that correspondingly complex compensation devices are not required.
  • the strip to be rolled is either heated or cooled to reduce the yield stress of the metal depends on several parameters, in particular the temperature of the metal strip, the metal strip quality, the rolling conditions and the grain size of the metal strip to be rolled.
  • the metal strip is preferably cooled or heated in a temperature range with the largest possible temperature-dependent yield stress gradient, because small changes in temperature which can therefore be achieved with a short treatment time lead to relatively large changes in the yield stress and thus also to relatively large changes in strip thickness. This principle can be deviated from in individual cases, specifically if the yield stress level is significantly lower with a somewhat smaller yield stress gradient. For many steels of the two steel grades, the largest possible temperature-dependent yield stress gradient lies between the ⁇ and ⁇ range.
  • high-strength and soft steels can also be distinguished using the carbon equivalent according to Yurioka (Australian Weld. Res. Ass. Melbourne 19.-20.03.81, Paper 10, p.
  • CEN C + [0.75 + 0.25 * tanh (20+ (C-0.12))] * ⁇ Si / 24 + Mn / 6 + Cu / 15 + Ni / 20 + (Cr + Mo + V + Nb + Ti) / 5 + 5 * B ⁇ the alloy contents in mass percent are to be taken into account.
  • Two phase area ( ⁇ + ⁇ ) can also be used because a sudden structural change and Yield stress change with small temperature changes does not occur.
  • the Starting point for cooling the metal strip in the Two-phase area or the end point of the Heating of the metal strip lie in the two-phase area.
  • the hot rolling takes place in the thickness reducing sections of the metal strip preferably in the two-phase region ( ⁇ + ⁇ ) and in the other sections in the ferrite region ( ⁇ ).
  • the tape with in substantially constant rolling force is rolled. Becomes nevertheless provided that the rolling force be changed can then influence the degree the thickness reduction. Then that's from Advantage if the temperature change alone Desired thickness reduction cannot be achieved.
  • the thickness reduction of the metal strip in the hot rolling pass should also be at least 10% in the thicker sections be.
  • Both are suitable for carrying out the method Hot strip that warmed up from the cold state again was, as well as hot strip, which in the coil on a certain temperature was kept, as well as by a Double-roller produced directly from the heat of the melt Hot strip from the double roller directly to the Manufacturing process according to the invention is supplied.
  • the forming properties of the Band in the differently reduced in thickness Sections are not as different as in one cold rolled strip with work hardening, can be used for Compensation of the different forming properties in the Connection to hot rolling the band of a heat treatment be subjected.
  • the cooled metal band can a temperature of more than 600 ° C can be heated.
  • the belt is preferred at a temperature of kept warm over 600 ° C.
  • the temperature of the tape can be exploited after the Has hot rolling. This is advantageously done in Coil.
  • heat treatment can also be carried out in the Annealing furnace or hot-dip galvanizing with a temperature of over 600 ° C.
  • the hydraulic infeed of the rolling mill should one Travel limiter for setting the smallest Have a roll gap.
  • the roll stand shown consists of a frame 1, in which two lower bearing blocks 3, 4 for a lower one Back-up roller 5 are arranged stationary.
  • Two top Bearing blocks 6.7 support an upper support roller 8.
  • This Bearing blocks 6.7 are two adjusting devices 9.10 for assigned a smallest nip 11, the between two supported on the support rollers 5.8 Work rolls 12,13 is located.
  • the upper bearing blocks 6,7 are hydraulic Deliveries 14.15 adjusted. Between these hydraulic infeeds 14.15 and the top Bearing blocks 6.7 are used as energy and energy storage Spring assemblies 16, 17 arranged.
  • FIG. 2 shows, such a roll stand in the direction of travel R of a hot strip W is assigned a cooling device 18, which consists of swiveling or rotating cooling nozzles 18a, 18b arranged above and below the hot strip W and directed against the hot strip W.
  • the cooling nozzles 18a, 18b are preferably operated with water vapor. This is done at intervals to cool the hot strip W in sections.
  • the cooling takes place in such a way that when the essentially constant rolling force is set, the hot strip W entering the rolling stand leaves the rolling stand with alternately thick and thin sections W 1 , W 2 and ramp-shaped short transitions W 3 , W 4 .
  • these relationships are exaggerated in the drawing for reasons of better illustration.
  • the flow stress diagrams for a high strength Steel quality according to Figure 3 and for a soft Steel quality according to Figure 4 shows a completely different course.
  • This different Course is in the setting of the sections different strip temperature to be set consider.
  • the Temperature should be set so that only outside the Mixed area ( ⁇ + ⁇ ) is rolled.
  • the Change in temperature of the hot strip in a range of Flow stress / temperature curve induced in which the Gradient of the curve is greatest, i.e. in an area in which as little as possible Changes in temperature as large as possible Yield stress can be achieved.
  • the hot rolling pass advantageous at the highest possible temperature level, so that the required rolling force remains as low as possible.
  • the thickness reduction should be in the after rolling thicker sections at least 10% be.
  • This rolling heat can be used to heat treat the strip.
  • the tape is wound up from a winding device 19 to form a coil 20.
  • the temperature of the differently warm band sections is equalized. This also compensates for the different material properties created during rolling in the more or less heavily rolled sections.
  • Such a band is finally cut to length receive the tailored blanks.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Metallbandes, insbesondere aus Stahl, mit abschnittsweise unterschiedlicher Dicke durch Walzen für abzulängende Tailored Blanks.
Aus Gründen eines sparsamen Materialeinsatzes und einer belastungsabhängigen Dimensionierung von Bauteilen werden schon seit längerem Bauteile eingesetzt, die über ihre Fläche und/oder ihre Länge eine unterschiedliche Dicke und/oder Materialzusammensetzung haben (Umformtechnik, 7. Aachener Stahlkolloquium vom 26. - 27. März 1992, "4.2 Walzen belastungsoptimierter Längsprofile" von B. Hachmann, R. Kopp, Aachen). Die Vorprodukte solcher Bauteile werden als "Tailored Blanks" bezeichnet. In der Praxis gibt es für die Herstellung solcher Tailored Blanks zwei prinzipiell unterschiedliche Fertigungsverfahren.
Bei einem in der Praxis sehr verbreiteten ersten Herstellungsverfahren wird von zwei Blechen unterschiedlicher Dicke und/oder unterschiedlicher Materialzusammensetzung ausgegangen, die im Stumpfstoß aneinander geschweißt werden. Der Vorteil eines solchen Herstellungsverfahrens besteht in dem geringen vorrichtungstechnischen Aufwand für dessen Durchführung. Wegen des keine hohen Produktionsgeschwindigkeiten erlaubenden Schweißverfahrens ist diese Herstellungsart aber nur für kleine Stückzahlen geeignet. Von Nachteil ist auch, daß die Übergänge an der Schweißnaht von dem einen Blech auf das andere Blech sprunghaft sind. Dadurch treten im Belastungsfall starke und sprunghafte Spannungsanstiege auf. Tailored Blanks mit einer optimalen belastungsabhängigen Dimensionierung über die gesamte Fläche sind deshalb mit einem solchen Verfahren nicht zu erhalten.
Bei einem anderen bekannten Verfahren, das in der Praxis aber bis heute praktisch keine Bedeutung erlangt hat, wird ein Band abschnittsweise mit unterschiedlichem Walzspalt kaltgewalzt. Ein solches Verfahren ist als "flexibles Walzen" bekannt ("Flexibel gewalzte Bleche für belastungsangepaßte Werkstücke" von Schwarz, Kopp, Ebert und Hauger in der Zeitschrift "Werkstatt und Betrieb" 131 (1998) 5). Im Gegensatz zu dem ersten Verfahren lassen sich mit diesem Verfahren durch Veränderung des Walzspaltes sanfte Übergänge von einem dickeren Bandabschnitt zu einem dünneren Bandabschnitt und umgekehrt erreichen. Deshalb ergibt sich bei aus einem solchen Band hergestellten Tailored Blanks eine bessere Belastungsoptimierung als bei aus im Stumpfstoß zusammengeschweißten Blechen unterschiedlicher Dicke erhaltenen Tailored Blanks. Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, daß für die Verkleinerung des Walzspaltes extrem hohe Walzkräfte erforderlich sind. Untersuchungen für eine konkrete Walzaufgabe haben gezeigt, daß bei einer Zustellung des Walzspaltes um 1,5 mm die Walzkraft um 23000 kN gesteigert werden muß. Bei einer geschätzten Walzgerüststeifigkeit von etwa 6000 kN pro mm ergibt sich dabei ein Federweg von 3,8 mm, um den sich das Walzgerüst dehnt. Eine hydraulische Zustellung des Walzspaltes muß demzufolge sowohl die 3,8 mm Dehnung als auch den 1,5 mm Dickenunterschied nachstellen können. Dies ist anlagetechnisch sehr aufwendig und deshalb auch sehr teuer. Ein weiterer Nachteil des flexiblen Walzens für die Herstellung von abzulängenden Tailored Blanks besteht darin, daß wegen der extrem hohen Walzkräfte kurze Dickenübergänge von zum Beispiel 20 mm Länge nur dann herstellbar sind, wenn die Walzgeschwindigkeit sehr klein ist. Es wurde gefunden, daß bei den vorgenannten Walzkräften Zustellgeschwindigkeiten von etwa 10 mm/sek realisierbar sind, was bei den vorgenannten Stellwegen eine Stellzeit von 0,53 sek ergibt. Bei einer Walzgeschwindigkeit von 40 m/min ergibt sich dann ein rampenförmiger Übergang vom dickeren Abschnitt auf den dünneren Abschnitt von etwa 353 mm Länge. Eine solch lange Rampe ist für die meisten Anwendungsfälle von Tailored Blanks deutlich zu lang. Als Konsequenz ergibt sich, daß höhere Walzgeschwindigkeiten von mehr als 100 m/min mit diesem Verfahren des flexiblen Walzens schon gar nicht realisierbar sind, wenn kurze Übergangsstücke gefordert werden.
Bei einem ganz anderen bekannten Walzverfahren (DE-PS 505 468), bei dem es nicht um die Herstellung von von einem Band abzulängenden Tailored Blanks, sondern um die Herstellung eines glatten Bandes geht, ist vorgesehen, daß das Band zunächst zwischen Walzen gewalzt wird, von denen mindestens eine eine in Umfangsrichtung wellenförmige Mantelfläche aufweist. Ein so hergestelltes quer zur Bandlängsrichtung ein- oder beidseitig gewelltes Band wird abschließend glatt gewalzt. Sinn und Zweck des wellenförmigen Walzens ist es, Bänder mit im Durchmesser verhältnismäßig kleinen Walzen ohne nachteilige Durchbiegung der Walzen zu walzen.
Schließlich sind weitere Verfahren bekannt (Patent Abstracts of Japan vol. 012, no. 257 (M-719), 20. Juli 1988 (1988-07-20) -& JP 63 040604 A (SUMITOMO METAL IND LTD), 22. Februar 1988 (1988-02-22) und DATABASE WPI Section Ch, Week 198320 Derwent Publications Ltd., London, GB; Class M21, AN 1983-48776K (20) XP002129081 -& SU 940 980 A (DNEPR METAL INST), 7. Juli 1982 (1982-07-07)), bei denen Metallplatten, insbesondere dicke Stahlplatten durch Walzen bei Kaltwalztemperaturen in der Dicke abschnittsweise reduziert werden. Um eine solche Dickenreduktion durchführen zu können, werden die Platten abschnittweise auf eine erhöhte, entsprechend dem gewünschten Verformungsgrad unterschiedliche Temperatur gebracht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Walzverfahren für vom Band abzulängende Tailored Blanks und eine dafür geeignete Vorrichtung zu schaffen, mit dem beziehungsweise mit der bei hohen Walzgeschwindigkeiten kurze und sanft ansteigende Übergänge zwischen verschieden dicken Bandabschnitten hergestellt werden können, ohne daß dafür extrem hohe Walzkräfte nötig sind.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die unterschiedlich dicken Abschnitte durch Warmwalzen des Bandes hergestellt werden, indem das Band warmgewalzt wird, wobei es vor dem Warmwalzstich abschnittsweise durch Kühlen oder Erwärmen auf eine unterschiedliche Temperatur eingestellt wird. Die erfindungsgemäße zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist gekennzeichnet durch ein Walzwerk mit hydraulischer Zustellung, die auf eine konstante Walzkraft einstellbar ist und durch eine vor dem Walzwerk angeordnete Bandkühl- oder -heizeinrichtung.
Bei der Erfindung wird die physikalische Eigenschaft eines Metallbandes ausgenutzt, daß die Fließspannung von der Temperatur abhängt. Durch gezieltes Erhöhen oder Erniedrigen der Temperatur des Bandes in bestimmten Abschnitten ergeben sich dann bei im wesentlichen konstanter Walzkraft Abschnitte unterschiedlicher Dicke. Das Temperaturniveau des Bandes, bei dem gewalzt wird, ist dabei in jedem Fall so hoch, daß sich das Band mit im Vergleich zum Kaltwalzen wesentlich verminderter Walzkraft walzen läßt. Diese verminderte Walzkraft ermöglicht dann auch kurze Übergänge von Abschnitten dickeren Bandes auf Abschnitte dünneren Bandes und umgekehrt. Da die Walzkräfte insgesamt vergleichsweise klein sind, ergeben sich auch wesentlich kleinere Werte für die Auffederung des Walzgerüstes, so daß auch nicht entsprechend aufwendige Kompensationsvorrichtungen benötigt werden. Ob das zu walzende Band entweder erwärmt oder gekühlt wird, um die Fließspannung des Metalls zu vermindern, hängt von mehreren Parametern ab, insbesondere von der Temperatur des Metallbandes, der Metallbandqualität, den Walzbedingungen und der Korngröße des zu walzenden Metallbandes. Vorzugsweise erfolgt die Kühlung beziehungsweise Erwärmung des Metallbandes in einem Temperaturbereich mit einem möglichst großen temperaturabhängigen Fließspannungsgradienten, weil kleine und deshalb bei kurzer Behandlungszeit zu erreichende Temperaturänderungen zu verhältnismäßig großen Änderungen der Fließspannung und damit auch zu verhältnismäßig großen Banddickenänderungen führen. Von diesem Grundsatz kann im Einzelfall abgewichen werden, und zwar dann, wenn bei einem etwas kleinerem Fließspannungsgradienten das Fließspannungsniveau wesentlich kleiner ist. Bei vielen Stählen der beiden Stahlqualitäten liegt der möglichst große temperaturabhängige Fließspannungsgradient zwischen dem α- und γ-Bereich. Der Unterschied zwischen den höherfesten und weichen Stählen besteht darin, daß bei höherfesten Stählen die γ-/α-Umwandlung über ein größeres Temperaturintervall als bei weichen Stählen stattfindet. Bei höherfesten Stählen ist mit wenigen Ausnahmen das Temperaturintervall für die Umwandlung ΔAr = Ar3 - Ar1 > 150 K, während das Temperaturintervall für die Umwandlung bei weichen Stählen ΔAr = Ar3 - Ar1 < 130 K ist. Daneben oder zusätzlich lassen sich höherfeste und weiche Stähle auch mit Hilfe des Kohlenstoffäquivalentes nach Yurioka (Australian Weld. Res. Ass. Melbourne 19.-20.03.81, Paper 10, p. 1-18) nach folgender Formel unterscheiden: CEN= C + [0,75 + 0,25 * tanh(20+(C-0,12))] * {Si/24 + Mn/6 + Cu/15 + Ni/20 + (Cr + Mo + V + Nb + Ti)/5 + 5 * B} wobei die Legierungsgehalte in Massenprozent zu berücksichtigen sind. Der Grenzwert CEN für weiche und höherfeste Stähle liegt bei CEN = 0,1. Höherfeste Stähle liegen oberhalb dieses Grenzwertes, während weiche Stähle unterhalb dieses Grenzwertes liegen. Charakteristisch für harte Stahlqualitäten ist schließlich auch, daß sie in der Regel einen Kohlenstoffgehalt von > 0,05 Gewichtsprozent haben, während er bei weichen Stählen darunter liegt.
Wegen des beschriebenen unterschiedlichen temperaturabhängigen Fließspannungsgradienten sollte bei weichen Stählen das Band sowohl im Austenit-Bereich als auch im Ferrit-Bereich gewalzt werden, und zwar im Austenit-Bereich mit der höheren Temperatur die nach dem Walzen dickeren Bandabschnitte und im Ferrit-Bereich die abgekühlten, nach dem Walzen dünneren Bandabschnitte. Diese unterschiedliche Behandlungsweise bei weichen Stählen ergibt sich aus dem Fließspannungsverlauf mit lokalen Minimum und Maximum mit steigender Temperatur zwischen dem Ferrit- und Austenit-Bereich. Wegen dieses besonderen Fließspannungsverlaufs bei weichen Stählen ergibt sich in den vor dem Warmwalzen abgekühlten Abschnitten eine geringere Banddicke als in den nicht abgekühlten Abschnitten. Das Walzen ausschließlich im Austenit- und/oder Ferrit-Bereich und nicht im Übergangsbereich (α + γ) wird bei den weichen Stählen bevorzugt. Bei höherfesten Stählen mit trägem Umwandlungsverhalten und relativ kleinen Fließspannungsgradienten im γ/α-Gebiet kann das Zweiphasengebiet (γ + α) ebenfalls genutzt werden, weil eine schlagartige Gefügeumwandlung und Fließspannungsänderung bei geringen Temperaturänderungen nicht auftritt. Bei solchen Stahlqualitäten sollte der Startpunkt der Abkühlung des Metallbandes im Zweiphasengebiet beziehungsweise der Endpunkt der Erwärmung des Metallbandes im Zweiphasengebiet liegen. Dabei erfolgt das Warmwalzen in den in der Dicke zu reduzierenden Abschnitten des Metallbandes vorzugsweise im Zweiphasengebiet (γ + α) und in den anderen Abschnitten im Ferrit-Gebiet (α).
Grundsätzlich ist vorgesehen, daß das Band mit im wesentlichen konstanter Walzkraft gewalzt wird. Wird gleichwohl vorgesehen, daß die Walzkraft verändert werden kann, dann kann darüber zusätzlich Einfluß auf den Grad der Dickenreduzierung genommen werden. Das ist dann von Vorteil, wenn allein über die Temperaturänderung die gewünschte Dickenreduzierung nicht erreichbar ist.
Die Dickenreduzierung des Metallbandes im Warmwalzstich sollte auch in den dickeren Abschnitten mindestens 10 % betragen.
Für die Durchführung des Verfahrens eignet sich sowohl Warmband, das aus dem kalten Zustand wieder aufgewärmt wurde, als auch Warmband, das im Coil auf einer bestimmten Temperatur gehalten wurde, als auch von einem Double-Roller direkt aus der Hitze der Schmelze erzeugtes Warmband, das vom Double-Roller unmittelbar dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren zugeführt wird.
Obwohl nach dem Warmwalzen die Umformeigenschaften des Bandes in den verschieden stark in der Dicke reduzierten Abschnitten nicht so unterschiedlich sind wie bei einem kaltgewalzten Band mit Kaltverfestigung, kann zum Ausgleich der unterschiedlichen Umformeigenschaften im Anschluß an das Warmwalzen das Band einer Wärmebehandlung unterworfen werden. So kann das abgekühlte Metallband auf eine Temperatur von mehr als 600°C erwärmt werden. Bevorzugt wird das Band aber bei einer Temperatur von über 600° C warmgehalten. Für das Warmhalten kann die Temperatur des Bandes ausgenutzt werden, die es nach dem Warmwalzen hat. Dies geschieht vorteilhafterweise im Coil. Eine Wärmebehandlung kann allerdings auch im Glühofen oder beim Feuerverzinken mit einer Temperatur von über 600° C erfolgen.
Sofern dagegen gewünscht wird, daß durch das Warmwalzen erhaltene unterschiedliche Materialeigenschaften in den einzelnen Abschnitten erhalten bleiben, kann das Metallband nach dem Walzstich einheitlich bis auf eine Temperatur ≤ 500° C gekühlt werden.
Um die Umstellung des Walzspalts von dünneren Bandabschnitten auf dickere Bandabschnitte und umgekehrt ohne großen vorrichtungstechnischen Aufwand zu verwirklichen, ist bei einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die konstante Walzkraft von der hydraulischen Zustellung über eine Federgruppe auf die Walzen übertragen wird. Die Federn dienen dann quasi als Kraft-/Energiespeicher, die schnell auf den wechselnden Umformwiderstand des Bandes reagieren, ohne daß es notwendig ist, die hydraulische Zustellung zu aktivieren.
Um dem Band abschnittsweise über die Temperatur eine unterschiedliche Fließspannung aufzuprägen, können sowohl Heizeinrichtungen, wie induktive Heizeinrichtungen, als auch Kühlvorrichtungen vorgesehen sein. Am einfachsten läßt sich die Bandkühleinrichtung mit auf die Bandoberfläche gerichteten Düsen verwirklichen, die mit Preßluft, Wasser oder insbesondere Wasserdampf betrieben werden. Da die Einwirkungszeit der Düsen auf das Band für den Kühlungsgrad mit entscheidend ist, kann die Einwirkungszeit bei hoher Bandgeschwindigkeit dadurch im Sinne einer Verlängerung beeinflußt werden, daß die Düsen in Bandlaufrichtung schwenk- oder drehbar sind. Insbesondere besteht die Möglichkeit, daß die Düsen in Bandlaufrichtung im wesentlichen parallel zum Band mit Bandlaufgeschwindigkeit verstellbar sind, d.h. daß sie parallel zum Band mit gleicher Geschwindigkeit mitgeführt werden.
Damit es nicht zu einer Unterschreitung der kleinsten Banddicke kommt, sollte die hydraulische Zustellung des Walzwerkes einen Stellwegbegrenzer für die Einstellung auf einen kleinsten Walzspalt aufweisen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Figur 1
ein Walzgerüst in Vorderansicht,
Figur 2
das Walzgerüst gemäß Figur 1 mit Kühlvorrichtung und einem Aufwickelhaspel in Seitenansicht,
Figur 3
ein temperaturabhängiges Fließspannungsdiagramm für einen höherfesten Stahl
und
Figur 4
ein temperaturabhängiges Fließspannungsdiagramm für einen weichen Stahl.
Das dargestellte Walzgerüst besteht aus einem Rahmen 1, in dem zwei untere Lagerböcke 3,4 für eine untere Stützwalze 5 stationär angeordnet sind. Zwei obere Lagerböcke 6,7 lagern eine obere Stützwalze 8. Diesen Lagerböcken 6,7 sind zwei Einstellvorrichtungen 9,10 für einen kleinsten Walzenspalt 11 zugeordnet, der sich zwischen zwei an den Stützwalzen 5,8 abgestützten Arbeitswalzen 12,13 befindet.
Die oberen Lagerböcke 6,7 werden von hydraulischen Zustellungen 14,15 verstellt. Zwischen diesen hydraulischen Zustellungen 14,15 und den oberen Lagerböcken 6,7 sind als Kraft- und Energiespeicher Federpakete 16,17 angeordnet.
Wie Figur 2 zeigt, ist einem solchen Walzgerüst in Durchlaufrichtung R eines Warmbandes W eine Kühlvorrichtung 18 zugeordnet, die aus oberhalb und unterhalb des Warmbandes W angeordneten und gegen das Warmband W gerichteten schwenkbaren oder umlaufenden Kühldüsen 18a,18b besteht. Die Kühldüsen 18a,18b werden vorzugsweise mit Wasserdampf betrieben. Dies geschieht intervallmäßig, um das Warmband W abschnittsweise zu kühlen. Die Abkühlung erfolgt derart, daß bei eingestellter, im wesentlichen konstanter Walzkraft das in das Walzgerüst einlaufende Warmband W das Walzgerüst mit abwechselnd dicken und dünnen Abschnitten W1,W2 und rampenförmigen kurzen Übergängen W3,W4 verläßt. In der Zeichnung sind diese Verhältnisse aus Gründen der besseren Darstellung zeichnerisch übertrieben groß dargestellt.
Die Fließspannungsdiagramme für eine hochfeste Stahlqualität gemäß Figur 3 und für eine weiche Stahlqualität gemäß Figur 4 zeigen einen völlig unterschiedlichen Verlauf. Dieser unterschiedliche Verlauf ist bei der Einstellung der abschnittsweise unterschiedlich einzustellenden Bandtemperatur zu berücksichtigen. Bei weichen Stählen (Figur 4) sollte die Temperatur so eingestellt werden, daß nur außerhalb des Mischgebiets (α + γ) gewalzt wird. Je nachdem, ob das Warmband W mit einer Temperatur im Austenit-Bereich oder im Ferrit-Bereich dem Walzwerk zugeführt wird, wird es entweder gekühlt oder erwärmt. Vorzugsweise wird die Temperaturänderung des Warmbandes in einem Bereich der Fließspannungs-/Temperaturkurve induziert, in dem der Gradient der Kurve am größten ist, das heißt also in einem Bereich, in dem mit möglichst geringer Temperaturänderung möglichst große Änderungen der Fließspannung erreicht werden können. Dabei ist außerdem zu berücksichtigen, daß der Warmwalzstich vorteilhaft bei einem möglichst hohen Temperaturniveau erfolgen soll, damit die benötigte Walzkraft möglichst gering bleibt.
Wird von einer hochfesten Stahlsorte gemäß Figur 3 ausgegangen und wird das Band mit einer Temperatur im Zweiphasengebiet dem Walzwerk zugeführt, dann wird es vor dem Walzstich durch die Kühlvorrichtung 18 auf dem gesamten Abschnitt, in dem das Band nach dem Walzstich die größere Dicke haben soll, auf eine Temperatur bis in den Ferrit-Bereich abgekühlt. Der ungekühlte Bandabschnitt erfährt dann eine stärkere Dickenreduzierung. Für alle Bandabschnitte soll aber eine Dickenabnahme um mindestens 10 % im Walzwerk erfolgen. Bei einer weichen Stahlqualität gemäß Figur 4 dagegen wird der Bandabschnitt, der am Ausgang des Walzwerkes am dünnsten sein soll, durch die Kühleinrichtung 18 bis auf eine Temperatur im Ferrit-Bereich gekühlt. Wegen des besonderen Verlaufs der Fließspannungskurve mit einem auf die Temperatur bezogenen steilen Abfall der Fließspannung braucht der zu kühlende Abschnitt nur um einen vergleichsweise kleinen Betrag abgekühlt zu werden.
Auch in diesem Fall sollte die Dickenreduzierung in den nach dem Walzen dickeren Abschnitten mindestens 10 % betragen.
Das so erhaltene Band mit dünnen und dicken Abschnitten W1,W2 und rampenförmigen kurzen Übergängen W3,W4 verläßt das Walzwerk mit einer Temperatur von knapp 600° C im einen Fall und etwas über 800° C im anderen Fall. Diese Walzhitze kann ausgenutzt werden, um das Band wärmezubehandeln. Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist dargestellt, daß das Band von einer Aufwickelvorrichtung 19 zu einem Coil 20 aufgewickelt wird. Die unterschiedlich warmen Bandabschnitte gleichen sich dabei in ihrer Temperatur aus. Dabei kommt es auch zum Ausgleich von beim Walzen entstandenen unterschiedlichen Materialeigenschaften in den mehr oder weniger stark gewalzten Abschnitten.
Aus einem solchen Band werden schließlich durch Ablängen die Tailored Blanks erhalten.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Metallbandes, insbesondere aus Stahl, mit Abschnitten unterschiedlicher Dicke durch Walzen für abzulängende Tailored Blanks,
    dadurch gekennzeichnet , daß die unterschiedlich dicken Abschnitte des Bandes durch Warmwalzen hergestellt werden, indem das Band vor dem Warmwalzstich abschnittsweise durch Kühlen oder Erwärmen auf eine unterschiedliche Temperatur eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet , daß in Abhängigkeit von der Stahlqualität (weich oder höherfest) und der Temperatur des Metallbandes das Metallband abschnittsweise entweder erwärmt oder gekühlt wird, um die Fließspannung des Stahls zu vermindern.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Kühlen beziehungsweise Erwärmen des Metallbandes in einem Temperaturbereich mit einem möglichst großen temperaturabhängigen Fließspannungsgradienten erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet , daß bei höherfesten Stahlqualitäten, bei denen sich das Zweiphasengebiet (γ + α) über einen größeren Temperaturbereich erstreckt, der Startpunkt der Abkühlung des Metallbandes im Zweiphasengebiet (γ + α) beziehungsweise der Endpunkt der Erwärmung des Metallbandes im Zweiphasengebiet (γ + α) liegt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Warmwalzen in den in der Dicke zu reduzierenden Abschnitten des Metallbandes im Zweiphasengebiet (γ + α) und in den anderen Abschnitten im Ferrit-Gebiet (α) erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Warmwalzen bei weichen Stahlqualitäten in den in der Dicke zu reduzierenden Abschnitten im Ferrit-Gebiet (α) und in den anderen Abschnitten im Austenit-Gebiet (γ) erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet , daß beim Warmwalzen die dickeren Abschnitte des Metallbandes um mindestens 10 % dickenreduziert werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Warmwalzen in den dünnen und dicken Abschnitten mit im wesentlichen gleich großer Walzkraft erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Metallband nach dem Warmwalzen zum Zwecke eines Ausgleichs der beim Warmwalzen erhaltenen abschnittsweise unterschiedlichen Umformeigenschaften wärmebehandelt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Metallband nach dem Warmwalzen bei einer Temperatur T ≥ 600° C warmgehalten wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Warmhalten im Coil erfolgt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet , daß unmittelbar nach dem Warmwalzen das Metallband bis auf eine Temperatur ≤ 500° C gekühlt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Metallband auf eine Temperatur ≥ 600° C erwärmt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Wärmebehandlung beim Durchlauf durch einen Glühofen oder eine Feuerverzinkungsanlage erfolgt.
  15. Vorrichtung zum Herstellen eines Metallbandes, insbesondere aus Stahl, mit Abschnitten unterschiedlicher Dicke durch Walzen für abzulängende Tailored Blanks, die ein Walzgerüst mit hydraulischer Zustellung umfaßt, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Zustellung (14, 15) auf eine konstante Walzkraft einstellbar ist und eine vor dem Walzgerüst (1) angeordnete Bandkühl- (18) oder -heizeinrichtung vorgesehen ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet , daß die konstante Walzkraft von der hydraulischen Zustellung (14,15) über eine Federgruppe (16, 17) auf das Walzwerk übertragen wird.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Bandkühleinrichtung (18) auf die Bandoberfläche gerichtete Düsen (18a,18b) aufweist, die mit Preßluft, Wasser oder Wasserdampf betrieben sind.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Düsen (18a,18b) in Bandlaufrichtung schwenk- oder drehbar sind.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (18a, 18b) in Bandlaufrichtung im wesentlichen parallel zum Band mit Bandlaufgeschwindigkeit verstellbar sind.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19,
    dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Zustellung (14, 15) einen Stellwegbegrenzer für die Einstellung auf einen kleinsten Walzspalt aufweist.
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