EP1228255B1 - Verfahren zum herstellen eines warmbandes - Google Patents

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EP1228255B1 EP00966035A EP00966035A EP1228255B1 EP 1228255 B1 EP1228255 B1 EP 1228255B1 EP 00966035 A EP00966035 A EP 00966035A EP 00966035 A EP00966035 A EP 00966035A EP 1228255 B1 EP1228255 B1 EP 1228255B1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Warmbandes, insbesondere zum Herstellen eines für die Erzeugung eines gut tiefziehfähigen Kaltbandes bestimmten Warmbandes, aus einem kohlenstoffarmen, niedriglegierten Stahl, bei dem durch Strangguß Dünnbrammen erzeugt werden, bei dem der während des Stranggießens aus einer Gießkokille austretende Strang eine Kühlstrecke durchläuft und bei dem der gegossene Strang selbst oder von dem Strang abgeteilte Dünnbrammen in einem Ausgleichsofen wiedererwärmt werden, bevor sie zu Warmband warmgewalzt werden.
Bei einem bekannten Verfahren der voranstehend genannten Art, welches unter der Bezeichnung "CSP-Verfahren" bekannt geworden ist, werden Dünnbrammen von einem in einer Stranggießanlage erzeugten Stahlstrang abgeteilt und kontinuierlich nach einem Temperaturausgleich in einem Tunnelofen in einer mehrgerüstigen Walzstraße zu Warmband gewalzt. Die Dünnbrammen treten bei dem bekannten Verfahren in der Regel mit einer Temperatur zwischen 950 °C und 1100 °C in den Ausgleichsofen ein und werden darin auf Temperaturen wiedererwärmt, welche zwischen 1100 °C und 1200 °C liegen.
Das bekannte Verfahren ermöglicht unter Ausnutzung der nach dem Gießen im Strang vorhandenen Wärme die Herstellung von Warmband mit einem Energieaufwand, welcher gegenüber anderen herkömmlichen Verfahren dieser Art vermindert ist. Allerdings muß der Ausgleichsofen dazu bei sehr hohen Temperaturen betrieben werden. Diese hohen Temperaturen führen zu einem frühzeitigen Verschleiß des Ofens, dessen Wartung daher die erzielten Energieeinsparungen aufzehrt. Die hohen Temperaturen des Ausgleichsofens werden im Stand der Technik jedoch benötigt, um die Legierungsbestandteile des Stahlstrangs in Lösung zu bringen bzw. zu halten, welche im Laufe der weiteren Verfahrensschritte bei der Herstellung des Warmbandes bzw. des daraus gefertigten Kaltbandes die Entstehung von Ausscheidungen verursachen, welche die Ausbildung einer bestimmten Gefügestruktur des fertigen warm- bzw. des daraus erzeugten Kaltbandes entscheidend beeinflussen.
Aus der EP 0 686 702 A1 ist eine Modifizierung des voranstehend erläuterten Verfahrens bekannt, bei der die Oberflächentemperatur der Bramme zwischen der Gießkokille und dem Ausgleichsofen in ausreichender Weise so stark abgesenkt wird, daß sich in der Bramme eine Gefügeumwandlung von Austenit in Ferrit/Perlit einstellt. Weiter wird angegeben, daß die dabei erreichten Temperaturen in einer Tiefe von 2 mm unterhalb der Brammenoberfläche vorzugsweise weniger als 600 °C betragen.
Das Ziel der in der EP 0 686 702 A1 beschriebenen Maßnahmen besteht darin, daß auch Brammen, welche im Zuge der Zugabe von größeren Mengen von Sekundärschrott zur Schmelze im nennenswerten Umfang Kupfer enthalten, in einem Zustand in den Ausgleichsofen gelangen, durch welchen eine übermäßige Ansammlung von Kupfer im Bereich der Korngrenzen des Primäraustenits verhindert wird. Diese Ansammlungen verursachen andernfalls eine starke Zunderbildung und können im weiteren Verlauf der Warmbandherstellung zu einem sogenannten "Lötbruch" führen. Durch die Abkühlung der Brammen auf Temperaturen unterhalb der Ar3-Temperatur (der Temperatur, mit deren Unterschreiten die Umwandlung des Austenits in Ferrit einsetzt) wird eine Gefügeumwandlung mit einer Neuorientierung der Austenit-Korngrenzen im Zuge der Wiedererwärmung im Ausgleichsofen erzwungen.
Die derart abgekühlten Brammen werden im Ausgleichsofen auf die hohen, üblicherweise im Ausgleichsofen eingestellten Temperaturen erwärmt. Um für die Wiedererwärmung möglichst wenig Energie aufwenden zu müssen, werden bei dem aus der EP 0 686 702 A1 bekannten Verfahren die Tiefe der Abkühlung und die dafür vorgesehene Zeit auf ein Minimum reduziert, so daß die Temperatur im Innern der Bramme bei Eintritt in den Ausgleichsofen möglichst hoch liegt.
Gemäß EP-A-345 206 wird der Strang nach dem Gießen und vor dem Wiedererwärmen und Warmwalzen bis unter Ar1, vorzugsweise auf weniger als Ar1- 200°C, abgekühlt.
Versuche, den Verschleiß des Ausgleichsofens den für seinen Betrieb erforderlichen Energieaufwand durch Absenkung der Ofentemperatur zu minimieren, haben ergeben, daß eine solche Temperatursenkung insbesondere bei der Verarbeitung niedriglegierter, kohlenstoffarmer Stähle die Bildung von Ausscheidungen im nachfolgenden Prozeß der Warm- und Kaltbandherstellung negativ beeinflußt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art im Zuge der Verarbeitung niedriglegierter, kohlenstoffarmer Stähle die erforderlichen Temperaturen im Ausgleichsofen so zu senken, daß die Belastung des Ofens vermindert ist, ohne daß es zu Einbußen der Qualität des erzeugten Warmbandes bzw. eines daraus gefertigten Kaltbandes kommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen eines Warmbandes, insbesondere zum Herstellen eines für die Erzeugung eines gut tiefziehfähigen Kaltbandes bestimmten Warmbandes, gelöst, bei dem eine Stahlschmelze, welche (in Masse-%) C: ≤ 0,07 %, Si: ≤ 0,5 %, Mn: ≤ 2,5 %, Al: ≤ 0,1 %, N: ≤ 0,01 %, P: ≤ 0,025, B: ≤ 0,05, gegebenenfalls bis insgesamt 0,35 % an Nb, Ti und V, und als Rest Eisen und übliche Verunreinigungen enthält, bei dem die Stahlschmelze in einem Strang kontinuierlich aus einer Gießkokille ausgebracht wird, bei dem der gegossene Strang unmittelbar nach dem Austritt aus der Gießkokille durch eine Kühlstrecke geleitet wird, in welcher der gesamte Strang mit einer Abkühlrate von mindestens 3 K/s auf eine Temperatur von Ar1 ± 25 K intensiv abgekühlt wird, bei dem der Strang im Anschluß an seine intensive Abkühlung für mindestens 30 Sekunden an Luft gekühlt wird, und bei der Strang selbst oder von dem Strang abgeteilte Dünnbrammen in einem Ausgleichsofen wiedererwärmt werden, bevor der Strang oder die Dünnbrammen zu Warmband warmgewalzt werden.
Indem gemäß der Erfindung der aus der Gießkokille austretende Strang einer intensiven Kühlung mit Abkühlraten von mindestens 3 K/s ausgesetzt wird, bei welcher der Strang unterhalb der Ar1-Temperatur (der Temperatur, bei welcher die Umwandlung des Austenits in Ferrit abgeschlossen ist) abgekühlt wird, werden die für die Ausbildung der gewünschten Materialeigenschaften des Warmbands benötigten Ausscheidungen gezielt schon in dem Bereich induziert, welche dem Ausgleichsofen vorgelagert werden sollen. Dabei steht während der sich an die intensive Abkühlung anschließenden Abkühlung an Luft so viel Zeit zur Verfügung, daß die Ausscheidungsvorgänge beim Eintritt in den Ausgleichsofen im wesentlichen abgelaufen sind. Gleichzeitig findet in dieser Zeit eine Homogenisierung der Temperatur im Strang statt, so daß beim Eintritt in den Ofen eine gleichmäßige Temperaturverteilung vorliegt.
Da die Bildung von Ausscheidungen vor dem Eintritt in den Ausgleichsofen im wesentlichen abgeschlossen sind, kann die Ofentemperatur auf Temperaturen beschränkt werden, welche niedriger sind als die bei herkömmlicher Vorgehensweise erforderlichen Wiedererwärmungstemperaturen. Zweckmäßigerweise liegt die erfindungsgemäß einzuhaltende Ausgleichsofen-Temperatur in einem Bereich, dessen untere Grenze durch die Ar3-Temperatur festgelegt ist und dessen obere Grenze 1150 °C beträgt.
Wiedererwärmungstemperaturen von maximal 1050 °C sind ausreichend, wenn aus dem erfindungsgemäß erzeugten Warmband ein Kaltband erzeugt wird, welches nach dem Kaltwalzen in einem Durchlaufofen geglüht wird. In diesem Fall finden vorzugsweise während sämtlicher mit der Erzeugung des Warm- und Kaltbandes verbundener, auf die Wiedererwärmung folgender Arbeitsschritte keine Ausscheidungsvorgänge mehr statt, so daß es nicht mehr erforderlich ist, an der Bildung von Ausscheidungen beteiligte Legierungsbestandteile in Lösung zu bringen.
Wird dagegen aus dem erfindungsgemäß erzeugten Warmband ein Kaltband gewalzt, welches nach dem Kaltwalzen in einem Haubenofen geglüht wird, so sollte die Temperatur bei der Erwärmung des Strangs oder der Dünnbrammen im Ausgleichsofen im Bereich von 1100 °C bis 1150 °C liegen. Bei einer Erwärmungstemperatur von oberhalb 1100 °C geht Al-Nitrid in einem Umfang in Lösung, welcher ausreicht, um im Zuge des Haubenglühens ein erwünschtes "Pancake"-Gefüge zu erzeugen.
Es ist festgestellt worden, daß ein in erfindungsgemäßer Weise hergestelltes Band ein feinkörniges Gefüge besitzt, welches sich günstig auf die Tiefziehfähigkeit eines aus dem Warmband hergestellten Kaltbandes auswirkt. Im Ergebnis stellt die Erfindung somit ein Verfahren zur Verfügung, welches es ermöglicht, die Temperatur im Ausgleichsofen herabzusetzen, so daß dessen Lebensdauer erhöht ist und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gegenüber der herkömmlichen Vorgehensweise verbessert ist. Zusätzlich liefert ein erfindungsgemäßes Verfahren ein Produkt, welches sich hervorragend für eine Verarbeitung durch Tiefziehen eignet.
Vorzugsweise werden während des Warmwalzens mehrere Walzstiche durchgeführt, wobei das fertig gewalzte Warmband eine Dicke von 2 bis 5 mm aufweist. Dabei sollte im letzten Stich des Walzens eine Dickenabnahme εh > 15 % erreicht werden. Das so gewalzte Warmband weist eine besonders feinkörnige Gefügestruktur auf, wodurch seine Tiefziehfähigkeit weiter verbessert wird. Unter der "Formänderung εh" wird in diesem Zusammenhang das Verhältnis der Dickenabnahme während des letzten Stichs zur Dicke des Bandes beim Eintritt in das letzte Walzgerüst der Warmwalzstraße verstanden. Dem entsprechend weist ein Warmband beispielsweise vor dem letzten Stich eine Dicke h0 auf. Nach dem letzten Stich ist die Dicke des Bandes auf h1 reduziert. Definitionsgemäß ergibt sich damit die Formänderung im letzten Stich εh zu (h0 - h1) / h0 > 15 % mit h0 = Dicke des Warmbandes beim Eintritt in das letzte Walzgerüst und h1 = Dicke des fertig gewalzten Warmbandes.
Soll das Warmwalzen bei austenitischem Gefüge des Warmbandes durchgeführt werden, so liegt die Endwalztemperatur bei Beendigung des Warmwalzens vorzugsweise um mindestens 20 °C oberhalb der Ar3-Temperatur. Soll dagegen nach dem Warmwalzen ein im wesentlichen ferritisches Gefüge des Warmbandes vorliegen, so beträgt die Endwalztemperatur zweckmäßigerweise bei Beendigung des Warmwalzens weniger als die Ar1-Temperatur + 50 °C.
Eine im Hinblick auf die Tiefzieheigenschaften weitere Verbesserung der Gefügestruktur eines aus dem erfindungsgemäß erzeugten Warmband hergestellten Kaltbandes kann dadurch erreicht werden, daß die während des Kaltwalzens des Warmbandes erreichte Gesamtformänderung εges mindestens 60 % beträgt. Unter der "Gesamtformänderung εges" wird hier das Verhältnis der Dickenabnahme während des Kaltwalzens zur Dicke des ungewalzten Bandes beim Eintritt in das Kaltwalzgerüst verstanden. Dieser Definition entsprechend weist ein gemäß der Erfindung hergestelltes Warmband beispielsweise nach dem Warmwalzen eine Dicke h0 auf. Nach dem Kaltwalzen ist die Dicke des Bandes auf h1 reduziert. Definitionsgemäß ergibt sich damit die Gesamtformänderung εges zu (ho - h1) / h0 mit h0 = Dicke des Warmbandes beim Eintritt in das Kaltwalzgerüst und h1 = Dicke des fertig gewalzten Kaltbandes.
Wird, wie oben erwähnt, das aus dem Warmband hergestellte Kaltband nach dem Kaltwalzen in einem Durchlaufofen geglüht, so sollte das fertig gewalzte Warmband bei einer Haspeltemperatur von mindestens 650 °C gehaspelt werden. Durch Einhaltung dieser Mindesttemperatur wird die Bildung von Ausscheidungen im gehaspelten Warmband gefördert, so daß die Rekristallisation des Kaltbandes während des Durchlaufglühens von Ausscheidungen ungehindert ablaufen kann.
Wird dagegen ein Kaltband hergestellt, daß nach dem Kaltwalzen in einem Haubenofen geglüht wird, so sollte zuvor das fertig gewalzte Warmband bei einer Haspeltemperatur von höchstens 625 °C gehaspelt werden. Auf diese Weise wird der Rest der noch im gelösten Zustand vorliegenden, an der Entstehung von Ausscheidungen beteiligten Legierungsbestandteile in Lösung gehalten. Während des Haubenglühens, während dessen das Kaltband für eine längere Zeit einer gegenüber dem Durchlaufglühen niedrigeren Temperatur ausgesetzt wird, bilden sich in dem Kaltband die Ausscheidungen, welche für die Entstehung der erwünschten Pancake-Gefügestruktur des Kaltbandes benötigt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung und anhand von Diagrammen näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1
den Anfang einer Fertigungslinie zum Herstellen eines Warmbandes aus einem gegossenen Stahlstrang in seitlicher Ansicht;
Diag. 1
den Verlauf der Ar1- und Ar3-Temperaturen in Abhängigkeit vom Kohlenstoff-Gehalt eines kohlenstoffarmen Stahls;
Diag. 2
den Verlauf der Temperatur des Strangs im Bereich des in Fig. 1 dargestellten Anfangs einer Fertigungslinie.
Eine Schmelze eines kohlenstoffarmen, niedriglegierten Stahls wird über eine Gießkokille 1 zu einem zwischen 20 und 70 mm dicken Stahlstrang S vergossen.
Unmittelbar nach Austritt aus der Gießkokille 1 wird der Stahlstrang S durch Kühlwasser, welches aus beidseits des Stahlstrangs S angeordneten Kühleinrichtungen 2 auf den Stahlstrang S gerichtet ist, im Verlauf einer "metallurgischen Länge" LM intensiv gekühlt. Die während der intensiven Abkühlung des Stahlstrangs S innerhalb der metallurgischen Länge LM erreichte Abkühlrate aLM beträgt mindestens 3 K/s, wobei die tatsächlich eingestellte Abkühlrate aLM abhängig von der jeweiligen Wärmeleitfähigkeit des Stahlstrangs S und der erforderlichen Temperatur TLM am Ende der metallurgischen Länge LM ist. Der Umfang der intensiven Abkühlung ist in jedem Fall so bemessen, daß der Stahlstrang S am Ende der metallurgischen Länge LM eine Temperatur TLM von Ar1 ± 25 °C, beispielsweise 710 °C, aufweist. In Diag. 1 ist die Lage der Ar1-Temperatur in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt der Zusammensetzung des Stahlstrangs S angegeben.
Im Anschluß an die metallurgische Länge LM mit den an dieser positionierten Kühleinrichtungen 2 durchläuft der Stahlstrang S auf einem Rollgang 3 eine Abkühlstrecke LT, in welcher eine Abkühlung des Stahlstrangs S an Luft erfolgt. Für die Abkühlstrecke LT benötigt der Stahlstrang S mindestens 30 Sekunden, so daß am Ende der Abkühlstrecke LT die Bildung von Ausscheidungen in dem Stahlstrang S im wesentlichen abgeschlossen ist und eine homogene Temperaturverteilung vorliegt. Nach Durchlauf der Ankühlstrecke LT treten, je nach Ausgestaltung der Fertigungslinie, der Stahlstrang S selbst oder von ihm mittels einer Abteileinrichtung 4 abgeteilte Dünnbrammen D in einen Ausgleichsofen 5 ein.
Im als Tunnelofen ausgebildeten Ausgleichsofen 5 werden der Stahlstrang S bzw. die Dünnbrammen D auf eine Wiedererwärmungstemperatur TW erwärmt, welche oberhalb der Ar3-Temperatur, jedoch unterhalb 1100 °C liegt. Die Lage der Ar3-Temperatur ist ebenfalls in Diag. 1 in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt der Stahlzusammensetzung angegeben.
Die bei der Wiedererwärmung im Ausgleichsofen 5 erreichte Temperatur TW hängt ab von der Glühbehandlung, die während der weiteren Verarbeitung des aus dem Stahlstrang S oder den Dünnbrammen D erzeugten Warmbands zu Kaltband durchgeführt wird. Wird das aus dem Warmband kaltgewalzte Kaltband einer Haubenglühung unterzogen, so liegt die Wiedererwärmungstemperatur TW im Bereich von 1100 °C. Durchläuft das Kaltband dagegen nach dem Kaltwalzen eine Durchlaufglühe, so beträgt die Wiedererwärmungstemperatur TW ca. 1000 °C.
In Diag. 2 ist zusätzlich zum in einer durchgezogenen Linie dargestellten Verlauf der Temperatur des Stahlstrangs S bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise der in gestrichelten Linien dargestellte Verlauf des Stahlstrangs S eingezeichnet, welcher sich bei herkömmlicher Arbeitsweise einstellt. Es ist deutlich zu erkennen, daß bei herkömmlicher Verarbeitung eines Stranges aus einem kohlenstoffarmen, niedriglegierten Stahl die Abkühlrate aLMSdT im Bereich der metallurgischen Länge LM wesentlich kleiner ist als beim erfindungsgemäßen Verfahren, daß die Ar3-Temperatur nicht unterschritten wird und daß die Obergrenze der Wiedererwärmungstemperatur TWStD deutlich höher liegt als die Obergrenze der Wiedererwärmung von 1100 °C bei der Erfindung.
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Gießkokille
2
Kühleinrichtungen
3
Rollgang
4
Abteileinrichtung
5
Ausgleichsofen
D
Dünnbrammen
LM
metallurgische Länge
LT
Abkühlstrecke
L
Wegachse des Diag. 2
S
Stahlstrang
T
Temperaturachse des Diag. 2
TLM
Temperatur am Ende der metallurgischen Länge LM
TW
Wiedererwärmungstemperatur
TWStdT
Wiedererwärmungstemperatur beim Stand der Technik

Claims (12)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Warmbandes, insbesondere zum Herstellen eines für die Erzeugung eines gut tiefziehfähigen Kaltbandes bestimmten Warmbandes,
    bei dem eine Stahlschmelze, welche (in Masse-%)
    C: ≤ 0,07 %
    Si: ≤ 0,5 %
    Mn: ≤ 2,5 %
    Al: ≤ 0,1 %
    N: ≤ 0,01 %
    P: ≤ 0,025
    B: ≤ 0,05
    gegebenenfalls bis insgesamt 0,35 % an Nb, Ti und V, und
    als Rest Eisen und übliche Verunreinigungen enthält, erschmolzen wird,
    bei dem die Stahlschmelze in einem Strang (S) kontinuierlich aus einer Gießkokille (1) ausgebracht wird,
    bei dem der gegossene Strang (S) unmittelbar nach dem Austritt aus der Gießkokille (1) durch eine Kühlstrecke (2) geleitet wird, in welcher der gesamte Strang (S) mit einer Abkühlrate (aLM) von mindestens 3 K/s auf eine Temperatur von Ar1 ± 25 K intensiv abgekühlt wird,
    bei dem der Strang (S) im Anschluß an seine intensive Abkühlung für mindestens 30 Sekunden an Luft gekühlt wird,
    bei dem der Strang (S) selbst oder von dem Strang (S) abgeteilte Dünnbrammen (D) in einem Ausgleichsofen (5) wiedererwärmt werden, bevor der Strang (S) oder die Dünnbrammen (D) zu Warmband warmgewalzt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang (S) oder die Dünnbrammen (D) in dem Ausgleichsofen (5) auf eine oberhalb der Ar3-Temperatur liegende, jedoch 1100 °C nicht überschreitende Temperatur (TW) wiedererwärmt werden.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Dünnbrammen 20 - 70 mm beträgt.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Warmwalzens mehrere Walzstiche durchgeführt werden und daß das fertig gewalzte Warmband eine Dicke von 2 bis 5 mm aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im letzten Stich des Warmwalzens eine Dickenabnahme εh > 15 % erreicht wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Endwalztemperatur bei Beendigung des Warmwalzens um mindestens 20 °C oberhalb der Ar3-Temperatur liegt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Endwalztemperatur bei Beendigung des Warmwalzens weniger als die Ar1-Temperatur + 50 °C beträgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Warmband ein Kaltband kaltgewalzt wird und daß die während des Kaltwalzens erreichte Gesamtformänderung εges mindestens 60 % beträgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltband in einem Durchlaufofen geglüht wird und daß die Temperatur bei der Erwärmung des Strangs (S) oder der Dünnbrammen (D) im Ausgleichsofen (5) 1050 °C nicht überschreitet.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das fertig gewalzte Warmband bei einer Haspeltemperatur von mindestens 650 °C gehaspelt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltband in einem Haubenofen geglüht wird und daß die Temperatur bei der Erwärmung des Strangs (S) oder der Dünnbrammen (D) im Ausgleichsofen (5) im Bereich von 1100 °C bis 1150 °C liegt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das fertig gewalzte Warmband bei einer Haspeltemperatur von höchstens 625 °C gehaspelt wird.
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DE19950502A DE19950502C1 (de) 1999-10-20 1999-10-20 Verfahren zum Herstellen eines Warmbandes
DE19950502 1999-10-20
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