EP1238727B1 - Verfahren zum Herstellen von metallischen Bändern mit Abschnitten unterschiedlicher Materialeigenschaften - Google Patents

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EP1238727B1
EP1238727B1 EP02002748A EP02002748A EP1238727B1 EP 1238727 B1 EP1238727 B1 EP 1238727B1 EP 02002748 A EP02002748 A EP 02002748A EP 02002748 A EP02002748 A EP 02002748A EP 1238727 B1 EP1238727 B1 EP 1238727B1
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EP
European Patent Office
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strip
casting
process according
gap
cooling
Prior art date
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EP02002748A
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English (en)
French (fr)
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EP1238727A2 (de
EP1238727A3 (de
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Thomas Dr.-Ing. Flehmig
Klaus Dipl.-Ing. Blümel
Johann Wilhelm Dr. Schmitz
Frank Dipl.-Ing. Hagemann
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Stahl AG
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Publication date
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0622—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by two casting wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/124—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for cooling

Definitions

  • Double roller casting machines In addition to “double roller” casting machines are others Casting machines in testing or in development. What these machines have in common is that at least a wall of the casting gap is moved during casting and the tape by continuously pressing Shells of solidified molten metal is produced.
  • tape An essential goal in the manufacture of cast In practice, tape is a high quality To produce tape material, its material properties are homogeneous over its length and cross section. On such an even distribution of its properties having band can be used both during the Pour the following rolling steps as well as during forming in the intended component shape well and with Process repeatable success.
  • Tailored blanks are concerned are boards that are made by combining having different properties Sheet metal blanks are made. That way you can Tailored blanks, for example, in each of the areas be trained particularly resilient, in which they as Body components during practical use or are subject to special requirements during production, while less stressful in everyone else Areas optimal in terms of their weight have reduced thickness.
  • the task is to create a process which is the inexpensive manufacture of metal strip, steel strip in particular, enables one with regard to its later use optimized distribution of its Has material properties.
  • the band core contains fewer alloy elements than the rest of the band. After the original and reshaping of the Due to the small thickness, the tape is quick Cooling down from the pouring heat. As a result, the Band core different properties than the outer areas a tape cast according to the invention.
  • Process can be low alloyed or use microalloyed steel alloys, which typically 0.01 - 0.80% by weight C, 0.30 - 5.00% by weight Mn, ⁇ 0.50 wt% Cr, ⁇ 0.10 wt% Al, ⁇ 0.80 wt% Si and the balance iron and unavoidable impurities contain.
  • the 0.10 - 0.8 wt .-% C and 1.00 - 5.00 wt .-% Mn contains, this alloy preferably in addition to iron and impurities other than chromium preferably in concentrations of up to 0.5% by weight no further alloying elements are added.
  • the steel according to the invention can be up to 0.05 % By weight Ti, up to 0.05% Nb, up to 0.01% N, up to 0.02 % By weight S, up to 0.02% by weight P, up to 0.2% by weight Ni, to 0.1% by weight of Mo and up to 0.1% by weight of W.
  • the Origin of the respective areas of the cast tape can by the targeted cooling of the cast tape supported after its exit from the casting gap become.
  • a two-roll casting machine has proven itself.
  • Such Casting machine makes it easy to put on the tape exerted force in the casting gap vary that the speed is varied at which the walls bounding the pouring gap move, which in the case of the two-roll casting machine by the Circumferential surfaces of the rollers delimiting the casting gap be formed.
  • the diameter of the rolls is preferably 200 mm to 2000 mm.
  • the forces in the casting gap can also be Change in those taking place over the walls in question Cooling of the melt solidifying on them affected become. So a larger cooling causes a stronger one Increasing the thickness of the solidified shells and thus higher forces in the casting gap, while by a low Cooling on the walls of the casting gap the thickness of the solidified shells and consequently the casting forces can be reduced.
  • the achieved Cooling speeds should be at least until Reaching certain limit temperatures of at least 30 K / s be.
  • This can cool the cast strip in at least two successive stages with different cooling rates, where the cooling rate is from the casting heat outgoing temperature range up to 800 ° C should be at least 30 K / s while in the of Temperature range from 800 ° C to 300 ° C preferably at least 10 K / s but at most 500 K / s is.
  • the cooling can be done with splash water as well also done with gases.
  • One with regard to the diversity of the Products that can be produced according to the method of the invention is a particularly advantageous embodiment of the invention characterized in that adjacent portions of the cast tape with different Cooling rates are cooled.
  • the different cooling in the different areas of the cast tape in cooperation with the inhomogeneous distribution of the alloy elements that a different transformation in the areas is achieved.
  • you can cast Create tapes where not only the core area and the adjacent outdoor areas a have different characteristics, but it zones can also be used in the external areas create their properties for example as a result a specifically reduced cooling the properties of the Core area adapted or as a result of a special strong cooling are clearly different from the Properties of the adjacent area.
  • the differently cooled sections can in the longitudinal or transverse direction of the cast tape extend. It is also conceivable to only use certain closely delimited sections of the cast tape to cool so that the properties desired there locally narrowly trained, while the remaining band is cooled less, so that this less refrigerated areas other properties mint.
  • the two-roll casting machine 1 has two axially parallel arranged to each other, a casting gap 2 along its Longitudinal bounding casters 3.4 on a Not shown, adjustable cooling device from the inside be cooled with cooling water.
  • the roles 3.4 consist preferably made of a copper alloy and can with a Nickel coating.
  • the center distance of the casting rolls 3.4 is fixed set that the depth of the casting gap 2 of predetermined thickness D of the cast strip to be produced B corresponds. Are via a controller, not shown the speeds of the opposite direction in the conveying direction F of Band B in the casting gap 2 conveying casting rolls 3.4 adjustable.
  • the cast strip B is in the vertical conveying direction F conveyed downwards from the casting gap 2.
  • Delivery direction F extends behind the casting gap 2 below the casting rolls 3.4 across the width of the belt B a cooling device 5.6.
  • Every single one of the nozzles of the Cooling devices 5,6 is also not one Control device shown controllable, so that in nozzles arranged in certain rows or columns apply cooling fluid K, such as water, together as a group, while none of the others at that time Cooling fluid K emerges.
  • melt S is in the Pouring gap 2 poured so that it is above the casting gap 2 forms a melt pool 7.
  • the melt S solidifies thereby on the rotating casting rolls 3, 4 to shells N1, N2, from the casting rolls 3, 4 into the casting gap 2 be promoted.
  • the thickness of the shells N1, N2 at Entry into the casting gap 2 depends on it Dwell time on the casting rolls 3, 4, i.e. the time that passes until they arrive in the casting gap 2.
  • the shells N1, N2 meet in the casting gap 2 and are squeezed together between the casting rolls 3, 4.
  • G1, G2 forms a core area in the cast strip B.
  • C which has properties other than those of it adjacent outer areas A1, A2 of the cast strip B.
  • the cast strip B then passes through the Cooling devices 5.6.
  • the Cooling devices 5.6 are two in the longitudinal direction L of the tape B extending, distributed over the width of the band B.
  • Stripe areas S2, S4 of a particularly intense, through direct application of cooling fluid K brings about cooling subjected, while in the side of each Strip areas S2, S4 or arranged between them
  • Strip areas S1, S3, S5 direct cooling omitted. This way, in the outer Areas A1, A2 with the stripe areas S1 - S5 in essentially matching zones of different Material properties trained.
  • Cast tape produced shows when leaving the Casting gap 2 in the strip core 0.04 wt .-% carbon and the surface of the outer areas A1, A2 0.08% by weight Carbon on.
  • the 0.1 - 0.8 % By weight C 1.0 - 5.0% by weight Mn (in the specific example 1.5 wt .-% Mn) and up to 0.5 wt .-% Cr, so remains in the due to the high cooling rate directly cooled strip areas S2, S4 of the areas A1, A2 near the surface predominantly get austenitic structure, which has a high Has elasticity.
  • manganese acts as Austenite former, the carbon remains in the Austenite in solution.
  • zones Zh in which the components in question 8,9,10 subjected to high loads in practical use are particularly high strengths
  • the other zones Zg in which the manufacture of the Components 8,9,10 a particularly large deformation takes place, are soft and stretchy.
  • the components 8,9,10 in a simple manner are manufactured in a material-saving and cost-effective manner can nevertheless be used as carriers for high loads.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Coating With Molten Metal (AREA)

Description

Zur Herstellung von gegossenen Bändern und daraus gewonnenen Platinen werden üblicherweise Zweirollen-Gießmaschinen, sogenannte "Double-Roller"-Gießmaschinen, eingesetzt. Diese Gießmaschinen sind mit zwei parallel zueinander angeordneten Gießrollen ausgestattet, zwischen denen ein Gießspalt ausgebildet ist. Beim Gießen des Bandes wird bei rotierenden Rollen Stahlschmelze von oben in diesen Spalt gegeben. Die Schmelze erstarrt auf den Oberflächen der Rollen zu zwei Schalen, die im Gießspalt zu dem Band zusammengepreßt werden. Da die Dicke des Bandes festgelegt ist, ist die im Gießspalt wirksame Kraft dabei abhängig von der Dicke der zu dem Band verpressten, auf den Rollen erstarrten Schalen.
Neben "Double-Roller"-Gießmaschinen sind andere Gießmaschinen in der Erprobung oder in der Entwicklung. Gemeinsam ist diesen Maschinen, daß jeweils mindestens eine Wand des Gießspalts während des Gießens bewegt wird und das Band durch kontinuierliches Verpressen von Schalen erstarrter Metallschmelze erzeugt wird.
Ein wesentliches Ziel bei der Herstellung von gegossenem Band besteht in der Praxis darin, ein hochwertiges Bandmaterial zu erzeugen, dessen Materialeigenschaften homogen über seine Länge und seinen Querschnitt sind. Ein solches eine gleichmäßige Verteilung seiner Eigenschaften aufweisendes Band läßt sich sowohl während der auf das Gießen folgenden Walzschritte als auch bei der Umformung in die ihm zugedachte Bauteilform gut und mit wiederhohlbarem Erfolg verarbeiten.
Aus Ulrich Rudolphi "Beitrag zur Beurteilung der Qualität von direkt gegossenen Stahlbändern, hergestellt nach dem Zweirollen-Bandgießverfahren", Shaker Verlag, Aachen 1998, ist es bekannt, daß zur Herstellung eines gegossenen Bandes mit einer homogenen Eigenschaftsverteilung einerseits die im Gießspalt auf das Band ausgeübten Kräfte und andererseits die Temperaturen, mit der das Band den Gießspalt verläßt, unmittelbaren Einfluß auf seine Werkstoffeigenschaft haben. Gemäß dem bekannten Verfahren wird eine niedriglegierte oder mikrolegierte Stahlschmelze erschmolzen und im zwischen bewegten Wänden einer Gießmaschine ausgebildeten Gießspalt zu einem gegossenen Band vergossen, wobei die im Gießspalt auf das Band ausgeübte, über die Breite des Bandes gemessene Kraft mehr als 100 kN/m beträgt. Anschließend wird das gegossene Bandes in bekannter Weise abgekühlt. Zur Einstellung eines ein gleichmäßiges Gefüge aufweisenden, gut weiterverarbeitbaren gegossenen Bandes ist es demnach erforderlich, auf eine hohe Temperatur des Bandes beim Austritt aus dem Gießspalt zu achten und zur Reduzierung der Entstehung von Seigerungen und zur Vermeidung einer ungleichförmigen Temperaturverteilung an der Bandoberfläche zu hohe Kräfte im Gießspalt zu vermeiden. Gegebenenfalls ist darüber hinaus eine aktive Nachkühlung des gegossenen Bandes durchzuführen.
Insbesondere aus dem Bereich des Automobil-Karosseriebaus ist die Forderung erhoben worden, Werkstoffe zur Verfügung zu haben, die bei reduziertem Gewicht den bei der Herstellung und im praktischen Einsatz von Kraftfahrzeugen sich stellenden Anforderungen gewachsen sind. Diese Anforderung ist durch sogenannte "Tailored-Blanks" erfüllt worden. Bei solchen Blechen handelt es sich um Platinen, die durch die Kombination von unterschiedliche Eigenschaften aufweisenden Blechzuschnitten hergestellt sind. Auf diese Weise können Tailored-Blanks beispielsweise jeweils in den Bereichen besonders belastbar ausgebildet werden, in denen sie als Karosseriebauteile während des praktischen Einsatzes oder bei der Herstellung besonderen Anforderungen unterliegen, während sie in allen anderen, weniger belasteten Bereichen eine hinsichtlich ihres Gewichts optimal reduzierte Dicke besitzen.
Die Herstellung von Tailored-Blanks ist technisch aufwendig. Derartige Platinen werden daher derzeit in der Regel nur zur Herstellung von Produkten verwendet, die eine hohe Wertschöpfung besitzen.
Die Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, welches die kostengünstige Herstellung von Metallband, insbesondere Stahlband, ermöglicht, das eine hinsichtlich seiner späteren Verwendung optimierte Verteilung seiner Materialeigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Bändern mit Abschnitten unterschiedlicher Materialeigenschaften gelöst, welches folgende Schritte umfaßt:
  • Erschmelzen eines niedriglegierten oder mikrolegierten Stahls,
  • Vergießen des Stahls im zwischen bewegten Wänden einer Gießmaschine ausgebildeten Gießspalt zu einem gegossenen Band, wobei die im Gießspalt auf das Band ausgeübte, über die Breite des Bandes gemessene Kraft mehr als 100 kN/m beträgt,
  • Abkühlen des gegossenen Bandes,
wobei erfindungsgemäß die auf das Band im Gießspalt wirkenden Kräfte gezielt eingestellt werden und benachbarte Streifenbereiche des Bandes gezielt mit unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten abgekühlt werden, so daß das erhaltene Band zwischen den unterschiedlich gekühlten-Streifenbereichen und / oder zwischen Streifenbereichen und Kernbereich des Bandes voneinander unterschiedliche Materialeigenschaften, wie Festigkeit, Dehnung oder Abriebfestigkeit besitzt.
Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise werden gegossene Bänder und daraus erzeugte Platinen erhalten, die, vergleichbar mit "Tailored blanks", örtlich eindeutig vorgegebene bestimmte Eigenschaften aufweisen. Dies läßt sich insbesondere dann zielgerichtet erreichen, wenn eine unterschiedliche Abkühlung verschiedener benachbarter Bereiche des gegossenen Bandes durchgeführt wird. Bleche mit einer derartigen Verteilung und Einstellung der Eigenschaften sind besonders geeignet zur Herstellung von Automobil-Karosserie-Bauelementen, bei denen bestimmte Zonen im praktischen Einsatz besonderen Belastungen ausgesetzt sind, während an andere Zonen besondere Anforderungen bezüglich ihrer Verformbarkeit gestellt werden. Ebenso sind erfindungsgemäß erzeugte Bänder für die Herstellung von für den Gerüstbau bestimmten Bauelementen, wie Rohren, Schellen und ähnliche Verbindungselemente bestimmt, bei denen in eine bestimmte Richtung eine besondere Festigkeit, Formstabilität oder Vergleichbares erforderlich ist. Ebenso läßt sich die Verteilung der Eigenschaften erfindungsgemäß erzeugter Bänder so einstellen, daß sie sich zur Herstellung von verschleißbelasteten Bauelementen, wie Rinnen für Schüttgüter, einsetzen lassen, bei denen die Bänder eine verschleißfeste, harte Oberfläche bei einem gleichzeitig ausreichend dehnbaren Kernbereich besitzen sollten.
Erfindungsgemäß erzeugte Bänder und daraus gegebenenfalls gewonnene Platinen weisen schon beim Austritt aus dem Gießspalt eine Verteilung ihrer Zusammensetzung auf, die an ihren jeweiligen Verwendungszweck angepaßt ist. Dies wird einerseits durch eine geeignete Bemessung der im Gießspalt wirksamen Kräfte und andererseits durch eine gezielte Abkühlung des Bandes erreicht. Die Erfindung macht sich so die Erkenntnis zu nutze, daß durch eine Steuerung der im Gießspalt wirkenden Kräfte ein unmittelbarer Einfluß auf die Ausprägung des Gefüges genommen werden kann, welches das gegossene Band über seinen Querschnitt aufweist. Auf diese Weise kann das gegossene Band schon während des Gießens so beeinflußt werden, daß es seine für Konstruktionswerkstoffe bedeutungsvollen Eigenschaften wie Festigkeit, Dehnung, Abriebfestigkeit und ähnliches schon im Gußzustand besitzt.
Aufgrund der insbesondere bei einer Zwangskühlung hohen Erstarrungsgeschwindigkeit, welche beim Dünnbandgießen verfahrenstypisch ist, wird während der Erstarrung der Diffusionsausgleich der Stahlbegleitelemente weitgehend unterdrückt. Dies gilt auch für interstitiell gelöste Atome mit hohen Diffusionsgeschwindigkeiten. Bei den erfindungsgemäß vorgesehenen hohen Bandformungskräften tritt eine Verarmung an Stahlbegleitelmenten im Bandkern auf. Diese "Entmischung" oder "Abreicherung" ist um so größer, je stärker das jeweilige Element zur Seigerung neigt. Um diesen Effekt zu erzielen, sind spezifische Bandformkräfte von über 100 kN pro Meter Bandbreite erforderlich, wobei vorzugsweise 200 kN/m und mehr vorgesehen werden, um das gewünschte Ergebnis sicher zu erreichen.
Im Gießspalt werden die auf den den Gießspalt begrenzenden Wänden erstarrenden Bandschalen zusammengepreßt. Dabei entsteht eine Umformzone, aus der die zwischen den erstarrten dendritischen Anteilen der Schalen vorhandene, noch nicht erstarrte interdendritische Schmelze aufgrund der über die Breite des Bandes wirkenden hohen Kräfte zurück in den noch flüssigen Teil des über dem Gießspalt stehenden Schmelzenpools gequetscht wird. Die verbleibenden Dendriten sind eisenreicher und ärmer an Stahlbegleitelementen als die fließfähige Restschmelze zwischen den Dendriten.
Wegen des durch die hohen Gießkräfte bewirkten kontinuierlichen Zurückfließens der mit Stahlbegleitelementen angereicherten Schmelze entsteht in dem gegossenen Band eine Mittenzone aus Dendriten und Dendritenfragmenten. Auf diese Weise wird trotz einer homogen zusammengesetzten Schmelze ein Band mit über seinem Querschnitt inhomogener Zusammensetzung erzeugt, wobei der Bandkern weniger Legierungselemente enthält als der restliche Bandbereich. Nach der Ur- und Umformung des Bandes erfolgt aufgrund der geringen Dicke eine rasche Abkühlung aus der Gießhitze. Im Ergebnis hat damit der Bandkern andere Eigenschaften als die äußeren Bereiche eines erfindungsgemäß gegossenen Bandes. Auf diese Weise läßt sich beispielsweise kostengünstig allein durch eine gezielte Einstellung der auf das Band im Gießspalt wirkenden Kräfte ein gegossenes Band herstellen, bei dem die erforderliche Festigkeit durch seine innere Kernzone gewährleistet ist, während seine äußeren Schalen eine geringe Verschleißfestigkeit bei besserer Umformbarkeit besitzen.Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich niedrig legierte oder mikrolegierte Stahllegierungen verwenden, welche typischerweise 0,01 - 0,80 Gew.-% C, 0,30 - 5,00 Gew.-% Mn, ≤ 0,50 Gew.-% Cr, ≤ 0,10 Gew.-% Al, ≤ 0,80 Gew.-% Si und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthalten. Wird in diesem Rahmen ein Stahl mit 0,01 - 0,20 Gew-% C und 0,30 - 1,00 Gew.-% Mn eingesetzt, so läßt sich ein Band erzeugen, das im Kernbereich eine höhere Dehnbarkeit und in seinen außenliegenden Bereichen eine hohe Festigkeit besitzt. Soll dagegen ein Band erzeugt werden, welches in seinem inneren Kernbereich eine höhere Festigkeit und außen eine höhere Dehnbarkeit aufweist, so läßt sich dies durch den Einsatz einer Stahllegierung erreichen, die 0,10 - 0,8 Gew.-% C und 1,00 - 5,00 Gew.-% Mn enthält, wobei dieser Legierung vorzugsweise neben Eisen und Verunreinigungen außer Chrom in Konzentrationen von bis zu 0,5 Gew.-% vorzugsweise keine weiteren Legierungselemente zugesetzt sind. Zusätzlich kann der erfindungsgemäße Stahl bis zu 0,05 Gew.-% Ti, bis zu 0,05 % Nb, bis zu 0,01 % N, bis zu 0,02 Gew.-% S, bis zu 0,02 Gew.-% P, bis zu 0,2 Gew.-% Ni, bis zu 0,1 Gew.-% Mo, bis zu 0,1 Gew.-% W aufweisen. Die Entstehung der jeweiligen Bereiche des gegossenen Bandes kann durch die gezielte Abkühlung des gegossenen Bandes nach seinem Austritt aus dem Gießspalt unterstützt werden.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich eine Zweirollen-Gießmaschine bewährt. Eine solche Gießmaschine ermöglicht es auf einfache Weise, die auf das Band im Gießspalt ausgeübte Kraft dadurch zu variieren, daß die Geschwindigkeit variiert wird, mit der sich die den Gießspalt begrenzenden Wände bewegen, welche im Fall der Zweirollen-Gießmaschine durch die Umfangsflächen der den Gießspalt begrenzenden Rollen gebildet werden. Der Durchmesser der Rollen beträgt dabei vorzugsweise 200 mm bis 2000 mm.
Durch eine Veränderung der Geschwindigkeit, mit der sich die den Gießspalt begrenzenden Wände bewegen, wird der auf ihnen erstarrenden Schmelze mehr oder weniger Zeit für den Aufbau einer mehr oder weniger dicken Schale gegeben. So führt bei einer Zweirollen-Gießmaschine eine Verringerung der Drehzahl der Rollen zu einer Vergrößerung der Dicke der Schalen. Da gleichzeitig die Dicke des zu erzeugenden Bandes und damit das Maß der engsten Stelle des Gießspaltes festgelegt ist, steigen die im Gießspalt wirkenden Kräfte an. Der gegenteilige Effekt wird durch eine Erhöhung der Drehzahl der Gießrollen bewirkt.
Alternativ oder ergänzend zu einer Variation der Geschwindigkeit der den Gießspalt begrenzenden Wände können die im Gießspalt wirksamen Kräfte auch durch eine Veränderung der über die betreffenden Wände erfolgenden Kühlung der auf ihnen erstarrenden Schmelze beeinflußt werden. So bewirkt eine größere Kühlung ein stärkeres Anwachsen der Dicke der erstarrten Schalen und damit höhere Kräfte im Gießspalt, während durch eine geringe Kühlung an den Wänden des Gießspalts die Dicke der erstarrten Schalen und infolgedessen die Gießkräfte vermindert werden.
Besondere Bedeutung hat bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch die im Anschluß an den Austritt aus dem Gießspalt erfolgende Abkühlung des gegossenenBandes. Die dabei erreichten Abkühlgeschwindigkeiten sollten mindestens bis zum Erreichen bestimmter Grenztemperaturen mindestens 30 K/s betragen. Dabei kann die Abkühlung des gegossenen Bandes in mindestens zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Stufen mit unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten erfolgen, wobei die Abkühlgeschwindigkeit im von der Gießhitze ausgehenden und bis 800 °C reichenden Temperaturbereich mindestens 30 K/s betragen sollte, während sie im von 800 °C bis 300 °C reichenden Temperaturbereich vorzugsweise mindestens 10 K/s jedoch höchstens 500 K/s beträgt. Die Abkühlung kann sowohl mit Spritzwasser als auch mit Gasen erfolgen. Bei der Abkühlung erfolgt aufgrund der durch das Bandgießen ermöglichten geringen Banddicken von 0,5 mm bis 4 mm im Gegensatz zum Strangguß die Abkühlung nicht nur oberflächennah, sondern nahezu zeitgleich über den gesamten Querschnitt des Bandes. Der im Gießspalt durch die Wirkung der Bandformungskräfte erzeugte ungleichförmige Gefügezustand wird auf diese Weise geradezu eingefroren, so daß ein Angleichen der Eigenschaften der einzelnen Bereiche unterschiedlicher Zusammensetzungen infolge eines andernfalls eintretenden Temperaturausgleichs verhindert wird.
Eine im Hinblick auf die Vielfältigkeit der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugbaren Produkte besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Abschnitte des gegossenen Bandes mit unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten abgekühlt werden. Die unterschiedliche Abkühlung in den verschiedenen Bereichen des gegossenen Bandes führt im Zusammenwirken mit der inhomogenen Verteilung der Legierungselemente dazu, daß eine in den Bereichen unterschiedliche Umwandlung erreicht wird. Auf diese Weise lassen sich gegossene Bänder erzeugen, bei denen nicht nur der Kernbereich und die daran angrenzenden Außenbereiche eine unterschiedliche Beschaffenheit aufweisen, sondern es lassen sich auch in den außen liegenden Bereichen Zonen schaffen, deren Eigenschaften beispielsweise infolge einer gezielt reduzierten Abkühlung den Eigenschaften des Kernbereichs angepaßt oder infolge einer besonders starken Abkühlung deutlich verschieden sind von den Eigenschaften des jeweils angrenzenden Bereichs.
Dabei können die unterschiedlich abgekühlten Abschnitte sich in Längs- oder Querrichtung des gegossenen Bandes erstrecken. Ebenso ist es denkbar, jeweils nur bestimmte, eng umgrenzte Abschnitte des gegossenen Bandes intensiv zu kühlen, so daß die dort gewünschten Eigenschaften örtlich eng umgrenzt ausgebildet werden, während das übrige Band weniger gekühlt wird, so daß sich in diesen weniger gekühlten Bereichen andere Eigenschaften ausprägen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden im Zusammenhang mit dem nachfolgend anhand einer Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1
eine Zweirollen-Gießmaschine in einem Ausschnitt in seitlicher Ansicht;
Fig. 2
einen Ausschnitt eines in der Zweirollen-Gießmaschine gegossenen Bandes in Aufsicht;
Fig. 3
das gegossene Band gemäß Fig. 2 in einem Querschnitt entlang der in Fig. 2 eingezeichneten Linie X-X;
Fig. 4-6
verschiedene Bauelemente im Querschnitt.
Die Zweirollen-Gießmaschine 1 weist zwei achsparallel zueinander angeordnete, einen Gießspalt 2 entlang seiner Längsseiten begrenzende Gießrollen 3,4 auf, die über eine nicht dargestellte, regelbare Kühleinrichtung von innen mit Kühlwasser gekühlt werden. Die Rollen 3,4 bestehen bevorzugt aus einer Kupferlegierung und können mit einer Nickelbeschichtung versehen sein.
Der Achsabstand der Gießrollen 3,4 ist fest so eingestellt, daß die Tiefe des Gießspalts 2 der vorgegebenen Dicke D des zu erzeugenden gegossenen Bandes B entspricht. Über eine nicht dargestellte Steuerung sind die Drehzahlen der gegenläufig in Förderrichtung F des Bandes B in den Gießspalt 2 hineinfördernden Gießrollen 3,4 verstellbar.
Das gegossene Band B wird in vertikaler Förderrichtung F nach unten aus dem Gießspalt 2 gefördert. In Förderrichtung F hinter dem Gießspalt 2 erstreckt sich unterhalb der Gießrollen 3,4 über die Breite des Bandes B eine Kühleinrichtung 5,6. Jede einzelne der Düsen der Kühleinrichtungen 5,6 ist ebenfalls über eine nicht dargestellte Steuereinrichtung steuerbar, so daß in bestimmten Zeilen oder Spalten angeordnete Düsen jeweils als Gruppe gemeinsam Kühlfluid K, wie Wasser, ausbringen, während aus den jeweils anderen in dieser Zeit kein Kühlfluid K austritt.
Zum Gießen eines Bandes B wird Schmelze S in den Gießspalt 2 gegossen, so daß sich oberhalb des Gießspalts 2 ein Schmelzenpool 7 bildet. Die Schmelze S erstarrt dabei auf den sich drehenden Gießrollen 3,4 zu Schalen N1,N2, die von den Gießrollen 3,4 in den Gießspalt 2 gefördert werden. Die Dicke der Schalen N1,N2 beim Eintritt in den Gießspalt 2 ist dabei abhängig von ihrer Verweilzeit auf den Gießrollen 3,4, also der Zeit, die vergeht, bis sie im Gießspalt 2 eintreffen.
Im Gießspalt 2 treffen die Schalen N1,N2 zusammen und werden zwischen den Gießrollen 3,4 zusammengequetscht. Die dabei aufgrund der festen Einstellung des Achsabstandes der Gießrollen 3,4 über die Breite des Bandes B wirkenden, im wesentlichen normal zur Bandoberfläche wirkenden Gießkräfte G1,G2 betragen mindestens 200 kN/m. Infolge dieser hohen Gießkräfte G1,G2 bildet sich im gegossenen Band B ein Kernbereich C, der andere Eigenschaften besitzt als die an ihn angrenzenden äußeren Bereiche A1,A2 des gegossenen Bandes B.
Anschließend durchläuft das gegossene Band B die Kühleinrichtungen 5,6. Beim hier erläuterten Beispiel werden darin zwei sich in Längsrichtung L des Bandes B erstreckende, über die Breite des Bandes B verteilte Streifenbereiche S2,S4 einer besonders intensiven, durch direktes Aufbringen von Kühlfluid K bewirkten Kühlung unterzogen, während in den jeweils seitlich der Streifenbereiche S2,S4 bzw. zwischen ihnen angeordneten Streifenbereiche S1,S3,S5 eine direkte Kühlung unterbleibt. Auf diese Weise werden in den äußeren Bereichen A1,A2 mit den Streifenbereichen S1 - S5 im wesentlichen übereinstimmende Zonen unterschiedlicher Materialeigenschaften ausgebildet.
Ein ausgehend von einer Stahlschmelze, welche 0,01 - 0,2 Gew.-% C, 0,3 - 1,0 Gew.-% Mn, bis zu 0,5 Gew.-% Cr, bis zu 0,1 Gew.-% Al und bis zu 0,8 Gew.-% Si enthält, erzeugtes gegossenes Band weist beim Verlassen des Gießspalts 2 im Bandkern 0,04 Gew.-% Kohlenstoff und an der Oberfläche der äußeren Bereiche A1,A2 0,08 Gew.-% Kohlenstoff auf. Durch eine weit oberhalb von 30 K/s liegende, starke Kühlung in den Kühleinrichtungen 5,6 wird der Austenit im Kernbereich C in Ferrit und Perlit umgewandelt. In den direkt und folglich besonders intensiv gekühlten Streifenbereichen S2,S4 der äußeren Bereiche A1,A2 entsteht demgegenüber Bainit, während es in den nicht direkt gekühlten Streifenbereichen S1,S3,S5 nicht zur Bildung von Bainit oder Martensit kommt. Trotz der Unterschiede in ihrer chemischen Zusammensetzung (u.a höherer Kohlenstoffgehalt) entsprechen die Werkstoffeigenschaften dieser Streifenbereiche S1,S3,S5 daher im wesentlichen denen des Kernbereichs C. Nach Austritt aus den Kühleinrichtungen 5,6 weist das Band im Bereich des Bandkerns C und den nicht direkt gekühlten Streifenbereichen S1,S3,S5 weiche ferritische Phasen auf, während in den direkt gekühlten Streifenbereich S2,S4 in den äußeren Bereichen A1,A2 des Bandes B harte Phasen vorhanden sind.
Wird von einer Stahlschmelze ausgegangen, die 0,1 - 0,8 Gew.-% C, 1,0 - 5,0 Gew.-% Mn (im konkreten Beispiel 1,5 Gew.-% Mn) und bis zu 0,5 Gew.-% Cr aufweist, so bleibt infolge der hohen Abkühlgeschwindigkeit in den direkt gekühlten Streifenbereichen S2,S4 der oberflächennahen Bereiche A1,A2 ein überwiegend austenitisches Gefüge erhalten, welches eine hohe Dehnbarkeit aufweist. Hierbei wirkt Mangan als Austenitbildner, der Kohlenstoff bleibt dadurch im Austenit in Lösung. Demgegenüber entsteht im Kernbereich C und den nicht direkt gekühlten Streifenbereichen S1,S3,S5 eine perlitische oder martensitische Phase, die eine höhere Härte bei verringerter Zähigkeit besitzt.
Bei den in den Fig. 4 bis 6 gezeigten Beispielen weisen die Zonen Zh, in denen die betreffenden Bauteile 8,9,10 im praktischen Einsatz hohen Belastungen unterworfen sind, besonders hohe Festigkeiten auf, während die anderen Zonen Zg, in denen bei der Herstellung der Bauteile 8,9,10 eine besonders große Verformung stattfindet, weich und dehnfähig ausgebildet sind. Auf diese Weise können die Bauteile 8,9,10 auf einfache Weise materialsparend und kostengünstig hergestellt werden und sind dennoch als Träger für hohe Belastungen einsetzbar.
BEZUGSZEICHEN
1
Zweirollen-Gießmaschine
2
Gießspalt
3,4
Gießrollen
5,6
Kühleinrichtung
7
Schmelzenpool
8-10
Bauteile
A1,A2
äußere Bereiche
B
gegossenes Band
C
Kernbereich
D
Dicke
F
Förderrichtung F
G1,G2
Gießkräfte
K
Kühlfluid K
L
Längsrichtung des Bandes B
N1,N2
aus erstarrter Schmelze S auf den Gießrollen 3,4 gebildete Schalen
S
Schmelze
S1-S5
Streifenbereiche
Zh
Zonen hoher Belastung
Zg
Zonen geringerer Belastung

Claims (17)

  1. Verfahren zur Herstellung von metallischen Bändern (B) mit Abschnitten (S1 - S5) unterschiedlicher Materialeigenschaften umfassend folgende Schritte:
    Erschmelzen eines niedriglegierten oder mikrolegierten Stahls,
    Vergießen des Stahls im zwischen bewegten Wänden einer Gießmaschine (1) ausgebildeten Gießspalt (2) zu einem gegossenen Band (B), wobei die im Gießspalt (2) auf das Band (B) ausgeübte, über die Breite des Bandes (B) gemessene Kraft (G1,G2) mehr als 100 kN/m beträgt,
    Abkühlen des gegossenen Bandes (B),
    dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Band im Gießspalt wirkenden Kräfte gezielt eingestellt werden und benachbarte Streifenbereiche (S1 - S5) des Bandes (B) gezielt mit unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten abgekühlt werden, so daß das erhaltene Band (B) zwischen den unterschiedlich gekühlten Streifenbereichen (S1 - S5) und / oder zwischen Streifenbereichen und Kernbereich (C) des Bandes voneinander unterschiedliche Materialeigenschaften, wie Festigkeit, Dehnung oder Abriebfestigkeit besitzt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl (in Gew.-%) C 0,01 - 0, 80 %, Mn 0,30 - 5,00 %, Cr ≤ 0,50 %, Al ≤ 0,10 %, Si ≤ 0,80 %, Ti ≤ 0,05 %, Nb ≤ 0,05 %, N ≤ 0,01 %, S ≤ 0,02 % P ≤ 0,02 % Ni ≤ 0,2 % Mo ≤ 0,1 % W ≤ 0,1 %
    Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl 0,01 - 0,20 Gew-% Kohlenstoff und 0,30 - 1,00 Gew.-% Mangan enthält.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl 0,10 - 0,8 Gew.-% Kohlenstoff und 1,00 - 5,00 Gew.-% Mangan enthält.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießmaschine (1) eine Zweirollen-Gießmaschine ist.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Gießspalt (2) auf das Band (B) ausgeübte Kraft (G1,G2) mindestens 200 kN/m beträgt.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen der auf das Band (B) im Gießspalt (2) ausgeübten Kraft (G1,G2) die Geschwindigkeit variiert wird, mit der sich die den Gießspalt (2) begrenzenden Wände bewegen.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die unterschiedlich gekühlten Abschnitte (S1 - S5) streifenförmig in Längsrichtung (L) des gegossenen Bandes (B) erstrecken.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die unterschiedlich gekühlten Abschnitte streifenförmig in Querrichtung des gegossenen Bandes (B) erstrecken.
  10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gegossene Band (B) mit einer mindestens 30 K/s betragenden Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt wird.
  11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung des gegossenen Bandes (B) in mindestens zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Stufen mit unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlgeschwindigkeit im von der Gießhitze ausgehenden und bis 800 °C reichenden Temperaturbereich mindestens 30 K/s beträgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlgeschwindigkeit im von 800 °C bis 300 °C reichenden Temperaturbereich mindestens 10 K/s jedoch höchstens 500 K/s beträgt.
  14. Verwendung eines nach dem in einem der Ansprüche 1 bis 13 beanspruchten Verfahren erzeugten Bandes zur Herstellung von Automobil-Karosserie-Bauelementen (8-10)
  15. Verwendung eines nach dem in einem der Ansprüche 1 bis 13 beanspruchten Verfahren erzeugten Bandes zur Herstellung von für den Gerüstbau bestimmten Bauelementen (8-10).
  16. Verwendung eines nach dem in einem der Ansprüche 1 bis 13 beanspruchten Verfahren erzeugten Bandes als Vormaterial für das flexible Walzen.
  17. Verwendung eines nach dem in einem der Ansprüche 1 bis 13 beanspruchten Verfahren erzeugten Bandes zur Herstellung von verschleißfesten Bauelementen.
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