EP1341937B1 - Verfahren zum erzeugen eines warmbandes aus einem einen hohen mangan-gehalt aufweisenden stahl - Google Patents

Verfahren zum erzeugen eines warmbandes aus einem einen hohen mangan-gehalt aufweisenden stahl Download PDF

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EP1341937B1 EP01991793A EP01991793A EP1341937B1 EP 1341937 B1 EP1341937 B1 EP 1341937B1 EP 01991793 A EP01991793 A EP 01991793A EP 01991793 A EP01991793 A EP 01991793A EP 1341937 B1 EP1341937 B1 EP 1341937B1
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Johann Wilhelm Dr. Schmitz
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21B9/00—Measures for carrying out rolling operations under special conditions, e.g. in vacuum or inert atmosphere to prevent oxidation of work; Special measures for removing fumes from rolling mills

Definitions

  • the invention relates to a method for generating a Hot strip from a high, more than 12 to 30 Steel having a manganese content by weight. Steels of this type are particularly high Strength.
  • a problem in the manufacture and processing of Steels with such high manganese contents is that they have a freezing behavior have, which differs from the usual for Deep-drawing applications of certain steels, such as IF or low-carbon steels, different. This shows that in conventional slab casting cast, high manganese Steel of the type in question have poor forming behavior.
  • DE 199 00 199 A1 can be steels, alongside other alloying elements Contain 7% to 27% Mn, by thin strip casting as Produce strip close to the final dimension and hot strip to process.
  • the material thus obtained is suitable in special way for application in the field of Automotive body shop.
  • the object of the invention is a method indicate which is the production of steel strips enables that despite a high manganese content have good forming behavior.
  • This task is accomplished by a method for generating a Hot strip with TWIN and TRIP properties a steel containing more than 12 to 30% by weight of manganese solved, in which a melt in a two-roll casting machine close to final dimensions to a supporting strip with a Thickness of up to 6 mm is shed, which in the connection casting continuously to hot strip is processed by being in a single Hot roll pass rolled to the final thickness of the hot strip becomes.
  • high manganese steel becomes shed a material, the dimensions of which Final dimensions of the hot strip are approximated.
  • a thin material becomes wise already in the casting process produces a substantially uniform solidification is ensured over its entire cross-section.
  • Poured primary material close to the final dimensions is essential has a more fine-grained, more even structure than Steel strip with a conventional way comparable high manganese content.
  • That from the primary material hot strip produced has TRIP ("Transformation-Induced-Plasticity") - and TWIP (“Twinning-Induced-Plasticity”) properties and accordingly has a good one Formability on which it is combined with the high Strength in a special way for use in Makes body construction suitable.
  • the thickness of the material produced be as low as possible.
  • the thinner the cast The primary material is, the finer the solidification structure and the fewer errors caused by solidification Disrupt further processing to hot strip.
  • Leaves at the same time the process for a thin cast intermediate product Controlling solidification in a simple way. So can take the circumstance into account in a controlled process be worn that especially in steels here in Kind of the speed of solidification direct influence on the amount and distribution of Has micro segregations. These in turn influence that Grain growth and the state of solidification excretions occurring, such as MnS, AlN and Ti (C, N).
  • the steel is cast according to the invention in a two-roll casting machine.
  • This known per se Casting machine type allows, particularly thin, the final dimension of the hot strip is very close
  • solidification behavior in particular its rate of solidification and - Uniformity to an optimal casting structure and thus accompanied by an optimized formability.
  • the mean rolling starting temperature with which the raw material runs into the roll stand between 1100 ° C and 750 ° C can be.
  • the Properties of the hot rolled strip beyond are specifically influenced by the fact that the rolled Hot strip checked after hot rolling is cooled.
  • the invention hot strip obtained "inline" for example to a Cold strip to process further.
  • Processing steps or properties to be set the hot strip be useful if the strip in Is reeled into a coil during further processing.
  • Steels used according to the invention can be used in addition to further alloying elements up to 3.5% by weight, in particular up to 3% by weight, contain silicon. About that in addition, they can contain up to 3.5% by weight, in particular up to 3% by weight, have aluminum. Iron and aluminum or Iron and silicon form the steels according to the invention processed type intermetallic phases below the hot forming temperature occur and up to Room temperature are stable.
  • the figure shows schematically the structure of a device 1 for generating a hot strip W, the one Pouring device 2, a first cooling section 3 Roll stand 4, a second cooling section 5 and one Reel device 6 includes.
  • pouring device 2 becomes one contained in a tundish 7 Melt S one explained in detail below Composition in the between two casting rolls 8.9 poured casting gap 10 cast to support strip V.
  • the cast pre-strip V leaves the casting gap 10 in one continuous conveying process with a thickness that is variable between less than 1 mm and 6 mm.
  • the preliminary strip V is on its way to the rolling stand 4 in the below the exit of the casting gap 10 and narrow adjacent to this first cooling section 3 with a cooling medium applied to its surfaces cooled down in a controlled manner.
  • the conveyor line is surrounded by an enclosure 11 in which an inert gas atmosphere is maintained. On in this way contact of the tape surface with the Avoided oxygen in the ambient air.
  • the thin strip V runs in the roll stand 4 with a Rolling start temperature AT and is in one Stitch rolled to its final thickness.
  • the roll stand 4 with a final roll temperature ET leaving hot strip W runs immediately then the second cooling section 5.
  • the hot strip W is in turn with a suitable Cooling medium controls the reel temperature HT brought, with which it was finally in the reel 6 is wound into a coil C.
  • the initial roll temperature AT the end roll temperature ET and the reel temperature HT about the processing time after casting in the Bandwidth shown, which varies depending on the Composition and the desired properties of the generating hot strip on a according to the figure Have the assembled device adjusted.
  • a suitable temperature control along a given Limit curve with subsequent isothermal hold rolling and the fine-grained structure of the Hot strip after leaving the rolling stand freeze so that the good performance of the Hot strip is retained after hot rolling.
  • this effect can be to reach.
  • the melt S cast in the exemplary embodiment pointed in addition to the usual unavoidable impurities Mn content of 20% by weight, a C content of 0.003% by weight, a sulfur content of 0.007% by weight, a Si content of 3.0% by weight, an Al content of 3.0% by weight and as Rest of iron on.
  • Figure 1 shows an enlarged section through the Edge area and image 2 one in the same way enlarged section through the middle of one this steel in that shown in the figure Device produced hot strip. It turns out that that Band has a dendritic structure, which is made of austenite and probably one carbon-containing second phase. To the core of the The structure shows a clear refinement.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Warmbandes aus einem einen hohen, mehr als 12 bis 30 Gew.-% betragenden Mangan-Gehalt aufweisenden Stahl. Stähle dieser Art zeichnen sich durch besonders hohe Festigkeit aus.
Ein Problem bei der Herstellung und Verarbeitung von Stählen, die derart hohe Mangan-Gehalte aufweisen, besteht darin, daß sie ein Erstarrungsverhalten aufweisen, welches sich von den üblichen, für Tiefziehanwendungen bestimmten Stählen, wie IF- oder Low-Carbon-Stählen, unterscheidet. So zeigt sich, daß im konventionellen Brammenstrangguß vergossene, hochmanganhaltige Stähle der in Rede stehenden Art ein schlechtes Umformverhalten aufweisen.
Gemäß einem aus der DE 199 00 199 A1 bekannten Verfahren lassen sich Stähle, die neben anderen Legierungselementen 7 % bis 27 % Mn enthalten, durch Dünnbandgießen als endabmessungsnahes Band erzeugen und zu Warmband verarbeiten. Das so erhaltene Material eignet sich in besonderer Weise für die Anwendung im Bereich des Automobil-Karosseriebaus.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, welches die Erzeugung von Stahlbändern ermöglicht, die trotz eines hohen Mangan-Gehaltes ein gutes Umformverhalten besitzen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Erzeugen eines TWIN- und TRIP-Eigenschaften aufweisenden Warmbandes aus einem mehr als 12 bis 30 Gew.-% Mangan enthaltenden Stahl gelöst, bei dem eine Schmelze in einer Zwei-Rollen-Gießmaschine endabmessungsnah zu einem Vorband mit einer Dicke von bis zu 6 mm vergossen wird, welches im Anschluß an das Gießen kontinuierlich zu Warmband weiterverarbeitet wird, indem es in einem einzigen Warmwalzstich auf die Enddicke des Warmbands gewalzt wird.
Gemäß der Erfindung wird hoch-manganhaltiger Stahl zu einem Vormaterial vergossen, dessen Abmessungen den Endabmessungen des Warmbandes angenähert sind. Auf diese Weise wird schon im Gießprozeß ein derart dünnes Material erzeugt, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Erstarrung über seinen gesamten Querschnitt sichergestellt ist. Überraschend hat sich gezeigt, daß das derart endabmessungsnah vergossene Vormaterial ein wesentlich feinkörnigeres, gleichmäßigeres Gefüge aufweist als auf konventionellem Wege erzeugtes Stahlband mit einem vergleichbar hohen Mangan-Gehalt. Das aus dem Vormaterial erzeugte Warmband besitzt TRIP ("Transformation-Induced-Plasticity")- und TWIP ("Twinning-Induced-Plasticity")-Eigenschaften und weist dementsprechend eine gute Umformbarkeit auf, welche es in Kombination mit der hohen Festigkeit in besonderer Weise für die Verwendung im Karosseriebau geeignet macht.
Erfindungsgemäß sollte die Dicke des erzeugten Materials möglichst gering sein. Je dünner das gegossene Vormaterial ist, desto feiner ist das Erstarrungsgefüge und desto weniger können erstarrungsbedingte Fehler die Weiterverarbeitung zu Warmband stören. Gleichzeitig läßt sich bei einem dünnen gegossenen Vorprodukt der Vorgang der Erstarrung auf einfache Weise gezielt steuern. So kann in einem kontrollierten Vorgang dem Umstand Rechnung getragen werden, daß insbesondere bei Stählen der hier in Rede stehenden Art die Erstarrungsgeschwindigkeit unmittelbaren Einfluß auf die Höhe und die Verteilung von Mikroseigerungen hat. Diese beeinflussen wiederum das Kornwachstum und den Zustand der im Zuge der Erstarrung auftretenden Ausscheidungen, wie MnS, AlN und Ti(C,N). Durch die gezielte Steuerung der Gefügeparameter des gegossenen Vormaterials können somit die Grundlagen eingestellt werden, welche die Weiterverarbeitbarkeit und die Gebrauchseigenschaften des Endprodukts entscheidend beeinflussen.
Das Vergießen des Stahles erfolgt erfindungsgemäß in einer Zwei-Rollen-Gießmaschine. Dieser an sich bekannte Gießmaschinentyp ermöglicht es, besonders dünnes, der endgültigen Abmessung des Warmbandes stark angenähertes Vormaterial zu erzeugen, dessen Erstarrungsverhalten, insbesondere seine Erstarrungsgeschwindigkeit und -gleichmäßigkeit zu einem optimalen Gußgefüge und damit einhergehend zu einer optimierten Umformbarkeit führt.
Überraschend hat sich gezeigt, daß sich dadurch, daß aus dem Vorband in nur einem einzigen Stich ein Warmband auf Enddicke gewalzt wird, besonders gute Arbeitsergebnisse erzielen lassen. Die unmittelbare, kontinuierliche Aufeinanderfolge von Gießprozeß und des in einem Stich erfolgenden Warmwalzens ermöglicht es, die Hitze des Gießprozesses in den Walzprozeß mitzunehmen, so daß der bei konventionellem Brammenguß stets erforderliche Schritt der Wiedererwärmung vor dem Warmwalzen vermieden werden kann. Die "Mitnahme" der Gießhitze vermeidet zudem ein übermäßiges Kristallwachstum und unterstützt so zusätzlich die Ausbildung eines feinen Gefüges im Vormaterial.
Wegen des besonderen Einflusses des Erstarrungsvorgangs auf die Eigenschaften des Endprodukts ist es vorteilhaft, wenn die Weiterverarbeitung des Vormaterials zu Warmband eine im unmittelbaren Anschluß an das Gießen erfolgende kontrollierte Abkühlung umfaßt. Dies ermöglicht es, das aus der Gießkokille austretende Vormaterial gezielt so abzukühlen, daß ein für die Weiterverarbeitung optimiertes Gefüge erhalten wird. Dabei wird die Abkühlung in der Regel mit einer gegenüber der Abkühlung an Luft höheren Abkühlgeschwindigkeit erfolgen.
Versuche haben gezeigt, daß, in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und den gewünschten Eigenschaften des Endproduktes, die mittlere Walzanfangstemperatur, mit der das Vormaterial in das Walzgerüst einläuft, zwischen 1100 °C und 750 °C liegen kann.
Sofern das Vormaterial warmgewalzt wird, können die Eigenschaften des warmgewalzten Bandes darüber hinaus dadurch gezielt beeinflußt werden, daß das gewalzte Warmband im Anschluß an das Warmwalzen kontrolliert abgekühlt wird.
Grundsätzlich ist es denkbar, das erfindungsgemäß erhaltene Warmband "inline" beispielsweise zu einem Kaltband weiterzuverarbeiten. In vielen Fällen wird es im Hinblick auf möglicherweise folgende Verarbeitungsschritte oder einzustellende Eigenschaften des Warmbandes jedoch zweckmäßig sein, wenn das Band im Zuge der Weiterverarbeitung zu einem Coil gehaspelt wird.
Indem die Weiterverarbeitung des Vormaterials zu Warmband mindestens abschnittsweise unter einer Schutzgasatmosphäre erfolgt, kann eine Oxidation der Bandoberfläche und damit einhergehend eine übermäßige Zunderbildung vermieden werden. In diesem Zusammenhang ist es besonders günstig, wenn das Vormaterial mindestens bis zu seinem Eintritt in das Walzgerüst unter der Schutzgasatmosphäre gehalten wird.
Erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Stähle können neben weiteren Legierungselementen bis zu 3,5 Gew.-%, insbesondere bis zu 3 Gew.-%, Silizium enthalten. Darüber hinaus können sie bis zu 3,5 Gew.-%, insbesondere bis zu 3 Gew.-%, Aluminium aufweisen. Eisen und Aluminium bzw. Eisen und Silizium bilden in Stählen der erfindungsgemäß verarbeiteten Art intermetallische Phasen, die unterhalb der Warmformungstemperatur auftreten und bis zur Raumtemperatur stabil sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur
den Aufbau einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Warmbandes in einer schematischen seitlichen Ansicht,
Diagramm
den Temperaturverlauf über die Verarbeitungszeit des Vor- und Warmbandes in einer Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Bild 1
einen vergrößerten Schnitt durch den Kantenbereich des in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 erzeugten Warmbandes,
Bild 2
einen vergrößerten Schnitt durch den Mittenbereich des in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 erzeugten Warmbandes.
Die Figur zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung 1 zum Erzeugen eines Warmbandes W, die eine Gießvorrichtung 2, eine erste Kühlstrecke 3, ein Walzgerüst 4, eine zweite Kühlstrecke 5 und eine Haspeleinrichtung 6 umfaßt.
In der nach dem bekannten Prinzip einer Zwei-Rollen-Gießmaschine ("Double Roller") aufgebauten Gießvorrichtung 2 wird eine in einem Tundish 7 enthaltene Schmelze S einer nachfolgend im einzelnen erläuterten Zusammensetzung in den zwischen zwei Gießrollen 8,9 gebildeten Gießspalt 10 zu Vorband V gegossen. Das gegossene Vorband V verläßt den Gießspalt 10 in einem kontinuierlichen Fördervorgang mit einer Dicke, die zwischen weniger als 1 mm und 6 mm variierbar ist.
Das Vorband V wird auf seinem Weg zu dem Walzgerüst 4 in der unterhalb des Austritts des Gießspalts 10 und eng benachbart zu diesem angeordneten ersten Kühlstrecke 3 mit einem auf seine Oberflächen aufgebrachten Kühlmedium kontrolliert abgekühlt.
Die zwischen dem Austritt des. Gießspalts 10 und dem Walzgerüst 4 von dem Dünnband V zurückgelegte Förderstrecke ist von einer Einhausung 11 umgeben, in der eine Schutzgas-Atmosphäre aufrechterhalten wird. Auf diese Weise wird ein Kontakt der Bandoberfläche mit dem Sauerstoff der Umgebungsluft vermieden.
Das Dünnband V läuft in das Walzgerüst 4 mit einer Walzanfangstemperatur AT ein und wird darin in einem Stich auf seine Enddicke gewalzt.
Das das Walzgerüst 4 mit einer Walzendtemperatur ET verlassende Warmband W durchläuft unmittelbar anschließend die zweite Kühlstrecke 5. In der Kühlstrecke 5 wird das Warmband W wiederum mit einem geeigneten Kühlmedium kontrolliert auf die Haspeltemperatur HT gebracht, mit der es schließlich in der Haspeleinrichtung 6 zu einem Coil C aufgewickelt wird.
Im beigefügten Diagramm sind die Walzanfangstemperatur AT, die Walzendtemperatur ET und die Haspeltemperatur HT über die Verarbeitungszeit nach dem Gießen in der Bandbreite dargestellt, die sich in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und den gewünschten Eigenschaften des zu erzeugenden Warmbandes auf einer gemäß der Figur aufgebauten Vorrichtung einstellen lassen. Durch eine geeignete Temperaturführung entlang einer vorgegebenen Grenzkurve mit anschließendem isothermen Halten, Walzen und Abschrecken läßt sich das feinkörnige Gefüge des Warmbandes nach dem Austritt aus dem Walzgerüst einfrieren, so daß die guten Gebrauchseigenschaften des Warmbandes nach dem Warmwalzen erhalten bleiben. Insbesondere dann, wenn der Temperaturverlauf des Vorund Warmbandes der unteren im Diagramm dargestellten Grenzkurve angenähert ist, läßt sich dieser Effekt erreichen.
Die im Ausführungsbeispiel vergossene Schmelze S wies neben den üblichen unvermeidbaren Verunreinigungen einen Mn-Gehalt von 20 Gew.-%, einen C-Gehalt von 0,003 Gew.-%, einen Schwefelgehalt von 0,007 Gew.-%, einen Si-Gehalt von 3,0 Gew.-%, einen Al-Gehalt von 3,0 Gew.-% und als Rest Eisen auf.
Bild 1 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch den Kantenbereich und Bild 2 einen in gleicher Weise vergrößerten Schnitt durch den Mittenbereich eines aus diesem Stahl in der in der Figur dargestellten Vorrichtung erzeugten Warmbands. Es zeigt sich, daß das Band ein dendritisch ausgebildetes Gefüge aufweist, welches aus Austenit und einer vermutlich kohlenstoffhaltigen zweiten Phase besteht. Zum Kern des Bandes hin zeigt sich eine deutliche Feinung des Gefüges.
Bezugszeichen
1
Vorrichtung
2
Zwei-Rollen-Gießmaschine
3
erste Kühlstrecke
4
Walzgerüst
5
zweite Kühlstrecke
6
Haspeleinrichtung
7
Tundish
8,9
Gießrollen
10
Gießspalt
11
Einhausung
AT
Walzanfangstemperatur
C
Coil
ET
Walzendtemperatur
S
Schmelze
V
Dünnband
W
Warmband

Claims (11)

  1. Verfahren zum Erzeugen eines TWIP- und TRIP-Eigenschaften aufweisenden Warmbandes (W) aus einem mehr als 12 bis 30 Gew.-% Mangan enthaltenden Stahl, bei dem eine Schmelze (S) in einer Zwei-Rollen-Gießmaschine (2) endabmessungsnah zu einem Vorband (V) mit einer Dicke von bis zu 6 mm vergossen wird, welches im Anschluß an das Gießen kontinuierlich zu Warmband (W) weiterverarbeitet wird, indem es in einem einzigen Warmwalzstich auf die Enddicke des Warmbands (W) gewalzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Vorbands bis zu 4 mm, insbesondere bis zu 2,5 mm, beträgt.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Weiterverarbeitung des Vorbands zu Warmband eine im unmittelbaren Anschluß an das Gießen erfolgende kontrollierte Abkühlung umfaßt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung mit einer gegenüber der Abkühlung an Luft höheren Abkühlgeschwindigkeit erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Walzanfangstemperatur (AT), mit der das Vorband in das Walzgerüst (4) einläuft, zwischen 1100 °C und 750 °C liegt.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gewalzte Warmband (W) im Anschluß an das Warmwalzen kontrolliert abgekühlt wird.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband (W) am Ende der Weiterverarbeitung zu einem Coil (C) gehaspelt wird.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Weiterverarbeitung des Vorbands zu Warmband (W) mindestens abschnittsweise unter einer Schutzgasatmosphäre erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorband (V) mindestens bis zu seinem Eintritt in das Walzgerüst (4) unter der Schutzgasatmosphäre gehalten wird.
  10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl bis zu 3,5 Gew.-%, insbesondere bis zu 3 Gew.-%, Silizium enthält.
  11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl bis zu 3,5 Gew.-%, insbesondere bis zu 3 Gew.-% Aluminium, enthält.
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