EP2179066B1 - Verfahren zum herstellen eines oberflächenentkohlten warmbands - Google Patents

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EP2179066B1
EP2179066B1 EP08786978.0A EP08786978A EP2179066B1 EP 2179066 B1 EP2179066 B1 EP 2179066B1 EP 08786978 A EP08786978 A EP 08786978A EP 2179066 B1 EP2179066 B1 EP 2179066B1
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EP
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decarburising
steel strip
atmosphere
temperature
steel
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Axel Grafen
Giovanni Sabatino
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
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    • C21D3/02—Extraction of non-metals
    • C21D3/04—Decarburising
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    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a decarburized hot strip, which is produced from a quenching steel containing at least 0.4 wt .-% carbon.
  • Hot rolled strips produced from steels of this type have a high hardness and are therefore particularly suitable for the production of articles which are exposed to high localized loads during use. This is the case, for example, in the case of punching blades or comparable cutting tools in which both the cutting edge and the blade body carrying the cutting edge have to absorb high forces during the cutting operation in practical use.
  • the ductility of steels can be improved by decarburization annealing.
  • decarburization annealing For example, for deep-drawing deformation, certain steels made of soft steels are subjected to decarburization annealing. The aim is to obtain as even as possible a reduction in the carbon content over the entire sheet metal cross section in order to ensure the most uniform possible deformation behavior.
  • the cold strip is wound according to the known method to an "open coil” and annealed decarburizing as open-coil.
  • an open-coil is so loosely wound that its individual winding layers are separated by open spaces.
  • the reaction gas can flow through the intermediate spaces between the individual layers of the coil, so that with optimized gas flow guidance, each surface of the coil is swept in the same way by the gas.
  • thermoforming 0.03-0.06 wt .-% carbon-containing cold strip
  • DE-OS 2,105,218 Another possibility of decarburization annealing of a thermoforming, 0.03-0.06 wt .-% carbon-containing cold strip is in the DE-OS 2,105,218 described.
  • the cold strip is passed through a furnace in which a reducing atmosphere is maintained at an annealing temperature of less than 780 ° C.
  • the cycle time of the strip through the annealing furnace is adjusted so that its carbon content at the exit from the annealing furnace is less than 0.01 wt .-%.
  • a method for producing a steel strip in which a cold-rolled steel strip is produced from a steel having a C content of 0.3-2 wt%, and this cold-rolled steel strip is subsequently wound into an open coil.
  • the open coil is then subjected to an annealing treatment in which it is heated to an annealing temperature ranging between the A 1 temperature as the upper limit temperature and the lower limit temperature by up to 120 ° C below the A 1 temperature.
  • the steel strip was kept under a decarburizing atmosphere for 1 to 15 hours.
  • This type of decarburization treatment is performed with the aim of uniforming the decarburization depth achieved in decarburization annealing and of ensuring proper bonding between the decarburized layer and the undecarbelled, spherical carbide-containing core portion of the steel sheet.
  • the invention was based on the object to provide a method that allows the production of steel strip, in which high hardness on the one hand and good formability on the other hand are optimally combined with each other.
  • a steel strip is first produced in known manner from a quenching steel containing at least 0.4% by weight of carbon.
  • This steel strip can be a cold or a hot strip, the procedure according to the invention being particularly suitable for the treatment of hot strip which is to be processed with a specific thickness lying above the thickness of cold strip.
  • the steel strip is wound according to the invention to an open coil and heated as an open coil over a sufficiently long period of time to a decarburization annealing temperature.
  • This can be up to 20 ° C, especially up to 10 ° C, are below the A c1 temperature of the respective tempering steel and must not exceed the A c3 temperature of the respective tempering steel.
  • the decarburizing annealing of the steel strip in the open coil is then carried out under a decarburizing atmosphere for a decarburization annealing time of at least 90 minutes.
  • the decarburizing gas forming the decarburizing atmosphere flows through the gaps existing between the winding layers of the open coil.
  • the advantage of the decarburization annealing according to the invention in wound to an open coil steel strip is that can be achieved in this way time-saving uniform temperature distribution over the length and width of each processed steel strip.
  • the annealing conditions are chosen according to the invention so that there is a uniformly distributed structure state over the entire strip.
  • it is ensured by the inventively given range of annealing temperature that in each processed band still sufficient amounts of ferrite are present to allow rapid diffusion of the carbon. This is up to a hundredfold faster in ferrite than in austenite.
  • the decarburization annealing temperature according to the invention is preferably set in a range which is lower by 10-20 ° C. than the A C1 temperature. With this setting of the decarburization annealing temperature, it is ensured that the tempering steel of the processed steel strip in each case has ferritic structure, so that an optimal diffusion rate of the carbon is achieved.
  • the open coil is accelerated cooled to prevent any undesirable and, in terms of its extent, insecure subsequent diffusion of carbon into the previously deliberately decarburized surface layer due to the inherent heat of the coil.
  • the accelerated cooling should take place as soon as possible, as soon as possible after the end of the decarburization annealing time and at a cooling rate of at least 1 ° C / min.
  • the accelerated cooling is carried out under protective gas. This measure also serves to prevent uncontrolled decarburization of the steel strip during cooling as much as possible.
  • a decarburized surface layer measured from the respective surface of the steel strip is present whose depth is in each case less than one quarter of the thickness of the steel strip, so that only areas near the surface are included in the decarburization according to the invention.
  • the parameters of the method according to the invention are preferably chosen so that decarburization depths of a maximum of 120 ⁇ m, in particular 30-120 ⁇ m, are achieved.
  • the steel strip obtained by the procedure according to the invention is consequently characterized in that, as a consequence of the decarburization treatment, it has a high bend formability in the region of a near-surface Owns layer. At the same time, due to the fact that the high initial carbon content is still obtained in the core region of the finished decarburized steel strip, the strip treated according to the invention has a high core hardness.
  • heat-treated steel strip as a result of WeichglühClouds has a relation to the initial state lowered strength, which has a favorable effect on the possibilities of further processing.
  • the method according to the invention can be carried out particularly inexpensively and efficiently.
  • steel sheet produced according to the invention can be used particularly well, for example, for the production of punching knives or similar objects which, if necessary, must be bent sharply in order to obtain their intended shape.
  • the production of a semifinished product made of sheet steel according to the invention may include separation operations, such as stamping or cutting, as well as forming operations, such as deep drawing or bending. If necessary, the so manufactured Semi-finished products also undergo a final compensation treatment.
  • the decarburization time selected in each case when carrying out the process according to the invention depends on the respectively required decarburization depth. It is typically at least 90 minutes. According to experience, the decarburization depth of at least 30 ⁇ m can be achieved in this time, for example in the case of tempered steels having a C content of 0.55% by weight, under the operating parameters prescribed by the invention.
  • the duration over which the decarburization treatment according to the invention has to be carried out in order to achieve a specific decarburization depth can be determined for a given decarburization temperature, given decarburization depth and given dew point of the decarburisation atmosphere on the basis of the carbon content and the coil weight of the steel strip to be treated. If the decarburization depth is to be limited to a maximum of 120 ⁇ m, experience has shown that the decarburization annealing time can be limited to a maximum of 120 minutes.
  • a gas mixture of nitrogen, hydrogen and steam is also used in the implementation of the decarburization according to the invention as decarburization gas.
  • decarburization gas typically, such a decarburizing atmosphere at a dew point between 20-28 ° C, especially 20-26 ° C, contains 85-97% by volume of nitrogen and 3-15% 7% by volume of hydrogen, with one being used in practice Atmosphere typically contains 93 vol .-% nitrogen and 7 vol .-% hydrogen.
  • the heating to the decarburization temperature also takes place in the process according to the invention initially under a protective gas atmosphere.
  • the inert gas atmosphere maintained during the heating may contain 85-97% by volume of nitrogen and 3-15% by volume of hydrogen, with a protective gas atmosphere used in practice typically having 93% by volume of nitrogen and 7% of hydrogen.
  • steam is then added to this atmosphere to provide the reducing decarburization atmosphere under which the decarburization reaction starts C + H 2 O -> CO + H 2 .
  • the amount of water required for the decarburization reaction in the furnace can be regulated as a function of the dew point.
  • the dew point of the decarburizing atmosphere may be detected throughout the decarburization annealing time.
  • the water vapor content of the decarburizing atmosphere is then adjusted so that the dew point of the atmosphere is maintained in the range of 20-26%.
  • the steel strip In order to remove possibly existing oxide layers and lubricant residues on the processed steel strip, the steel strip should be pickled before winding to the open coil.
  • the obtained steel strip may be about Be favorable to temper the steel strip after pickling and before winding to the open coil.
  • the method according to the invention can be carried out in a particularly simple manner when the heating and decarburization annealing of the open coil takes place in a hood annealing furnace.
  • a tempering steel suitable for the production of steel sheets processed according to the invention typically has the following composition (in% by weight): C: 0.4 - 1.0% Si: 0.1 - 0.5% Mn: 0.3 - 1.2% P: ⁇ 0.02% S: ⁇ 0.008% al: 0.01 - 0.05% Cr: 0.1 - 0.5% Ni: 0.1 - 0.4% Not a word: ⁇ 0.1%
  • One consisting of an addition of iron and unavoidable impurities (in% by weight) 0.5% C, 0.2% Si, 0.75% Mn, ⁇ 0.12% P, ⁇ 0.003% S, 0.02% Al and 0.1% Cr containing tempering steel has been cast in conventional continuous casting to a starting material, such as a slab or thin slab.
  • the slab has been hot rolled in a conventional manner to a steel strip.
  • the final temperature of the hot rolling was in the range of 850-950 ° C, with the actual hot rolling end temperature selected here being 900 ° C.
  • the steel strip emerging from the finishing roll scale as a hot strip at this hot rolling end temperature has been cooled to a reeling temperature of 600-620 ° C. and wound into a conventional coil with layers lying close together. Specifically, the reel temperature selected was 620 ° C.
  • the steel strip is isolated and pickled in a manner which is also known per se and immediately thereafter temper rolling.
  • the temper rolled steel strip was then wound in a conventional manner to an open coil.
  • the winding layers of the steel strip have been held by inserting a wire or other suitable means at a distance, that between each two adjacent layers, a gas-permeable space is formed.
  • the steel strip is then placed as an open coil in a bell annealing furnace and heated for a heating time of 10 hours under a 93% by volume N and 7% by volume H 2 containing protective gas atmosphere until the entire coil has the decarburization annealing temperature of 700 ° C had.
  • the open coil was kept under this atmosphere for a decarburization annealing time of 90 minutes.
  • the dew point of the decarburization atmosphere prevailing in the hood furnace has been recorded continuously and adjusted to a desired value.
  • the composition of the decarburization atmosphere, in particular its water vapor content, has been adjusted so that its dew point has been maintained substantially constant at 26 ° C.
  • the open coil has been cooled in the hood furnace under a protective gas atmosphere at a cooling rate of 1 ° C / min.
  • the surface-decarburized steel strip thus obtained had decarburized surface layers adjacent to its surfaces, 40 ⁇ m thick, while being decarburized Surface layers adjacent inner core region still possessed the carbon content of the parent steel.
  • the respectively achieved decarburization depth ⁇ t is in a range of 30-120 ⁇ m.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines entkohlten Warmbands, das aus einem mindestens 0,4 Gew.-% Kohlenstoff enthaltenden Vergütungsstahl erzeugt ist. Aus Stählen dieser Art hergestellte Warmbänder weisen eine hohe Härte auf und sind daher insbesondere für die Herstellung von Gegenständen geeignet, die im Einsatz hohen lokal begrenzten Belastungen ausgesetzt sind. Dies ist zum Beispiel bei Stanzmessern oder vergleichbaren schneidenden Werkzeugen der Fall, bei denen im praktischen Einsatz sowohl die Schneidkante als auch der die Schneidkante tragende Messerkörper während des Schneidvorgangs hohe Kräfte aufnehmen müssen.
  • Den Vorteilen einer Verwendung von Vergütungsstählen mit vergleichbar hohen Kohlenstoff-Gehalten steht der Nachteil gegenüber, dass derartige Stähle aufgrund ihrer großen Härte nur vergleichbar schwer verformt werden können. Dies führt dazu, dass es beispielsweise bei einer Verformung dünner, aus Vergütungsstahl mit hoher Härte hergestellten Blechen zur Bildung von Rissen an der Blechoberfläche kommt, von denen unter Belastung dann ein Bruch des aus dem jeweiligen Blech hergestellten Bauteils ausgehen kann.
  • Grundsätzlich ist es bekannt, dass die Verformbarkeit von Stählen durch Entkohlungsglühen verbessert werden kann. So werden beispielsweise für eine Tiefziehverformung bestimmte, aus weichen Stählen gefertigte Stähle einer Entkohlungsglühung unterzogen. Ziel ist dabei, eine möglichst gleichmäßige Reduzierung des Kohlenstoff-Gehalts über den gesamten Blechquerschnitt zu erhalten, um ein möglichst gleichmäßiges Verformungsverhalten sicherzustellen.
  • Ein Beispiel für ein Entkohlungsglühen eines Kaltbands, das für eine Tiefzieh-Verarbeitung bestimmt und aus einem Stahl mit geringen, typischerweise deutlich weniger als 0,03 Gew.-% betragenden Kohlenstoffgehalten erzeugt ist, ist in der GB 1,189,464 beschrieben. Bei diesem bekannten Verfahren wird aus einer Bramme ein Warmband bei einer Endwalztemperatur von 850 - 950 °C warmgewalzt. Das erhaltene Warmband wird dann bei einer Haspeltemperatur von 600 °C gehaspelt und anschließend auf die gewünschte Enddicke kaltgewalzt.
  • Nach dem Kaltwalzen wird das Kaltband gemäß dem bekannten Verfahren zu einem "Open-Coil" gewickelt und als Open-Coil entkohlend geglüht. Ein solches Open-Coil ist so locker gewickelt, dass seine einzelnen Wickellagen durch Freiräume voneinander getrennt sind. Auf diese Weise kann das Reaktionsgas durch die zwischen den einzelnen Lagen des Coils vorhandenen Zwischenräume hindurch strömen, so dass bei optimierter Gasstromführung jede Oberfläche des Coils in gleicher Weise von dem Gas überstrichen wird.
  • Um den gemäß der GB 1,189,464 geforderten Grad der Entkohlung zu erreichen, sind lange Glühzeiten erforderlich. So muss ein 0,04 Gew.-% C enthaltender Stahl gemäß der GB 1,189,464 zunächst 8 bis 12 Stunden unter einer im Wesentlichen trockenen Atmosphäre auf die geforderte Entkohlungsglühtemperatur erwärmt werden. Anschließend wird dann Wasserdampf im Verhältnis 200:1 in die Ofenatmosphäre gegeben, um den Entkohlungsprozess in Gang zu bringen. Dann wird die Entkohlungsglühung für weitere 10 Stunden unter der so gebildeten reduzierenden Atmosphäre fortgesetzt, bis die gewünschte Reduzierung des Kohlenstoff-Gehaltes erreicht ist.
  • Eine andere Möglichkeit des Entkohlungsglühens eines für Tiefziehzwecke bestimmten, 0,03 - 0,06 Gew.-% Kohlenstoff enthaltenden Kaltbands ist in der DE-OS 2 105 218 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird das Kaltband im Durchlauf durch einen Ofen geleitet, in der bei einer weniger als 780 °C betragenden Glühtemperatur eine reduzierende Atmosphäre aufrecht erhalten wird. Die Durchlaufzeit des Bandes durch den Glühofen wird dabei so eingestellt, dass sein Kohlenstoff-Gehalt beim Austritt aus dem Glühofen weniger als 0,01 Gew.-% beträgt.
  • Neben dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ist aus der JP 06 158157 A ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlbands bekannt, bei dem aus einem Stahl mit einem C-Gehalt von 0,3 - 2 Gew.-% ein kaltgewalztes Stahlband erzeugt und dieses kaltgewalzte Stahlband anschließend zu einem Open Coil gewickelt wird. Das Open Coil wird dann einer Glühbehandlung unterzogen, bei der es auf eine Glühtemperatur erwärmt wird, die zwischen der A1-Temperatur als obere Grenztemperatur und einer um bis zu 120 °C unterhalb der A1-Temperatur liegenden unteren Grenztemperatur reicht. Bei dieser Glühtemperatur wird das Stahlband für 1 - 15 Stunden unter einer entkohlenden Atmosphäre gehalten. Diese Art der Entkohlungsbehandlung wird mit dem Ziel durchgeführt, die beim entkohlenden Glühen erreichte Entkohlungstiefe zu vergleichmäßigen und eine ordnungsgemäße Anbindung zwischen der entkohlten Schicht und dem nicht entkohlten, kugelige Karbide enthaltenden Kernbereich des Stahlblechs zu gewährleisten.
  • Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu schaffen, dass die Erzeugung von Stahlband erlaubt, bei dem hohe Härte einerseits und gute Verformbarkeit andererseits miteinander optimal kombiniert sind.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst worden. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß der Erfindung wird zunächst in bekannter Weise aus einem mindestens 0,4 Gew.-% Kohlenstoff enthaltenden Vergütungsstahl ein Stahlband erzeugt. Bei diesem Stahlband kann es sich um ein Kalt- oder ein Warmband handeln, wobei sich die erfindungsgemäße Vorgehensweise insbesondere für die Behandlung von Warmband eignet, das mit einer bestimmten, über der Dicke von Kaltband liegenden Dicke verarbeitet werden soll..
  • Das Stahlband wird erfindungsgemäß zu einem Open-Coil gewickelt und als Open-Coil über eine ausreichend lange Zeitspanne auf eine Entkohlungsglühtemperatur erwärmt. Diese kann bis zu 20 °C, insbesondere bis zu 10 °C, unterhalb der Ac1-Temperatur des jeweiligen Vergütungsstahls liegen und darf die Ac3-Temperatur des jeweiligen Vergütungsstahls nicht überschreiten.
  • Anschließend erfolgt das entkohlende Glühen des Stahlbands im Open-Coil unter einer entkohlenden Atmosphäre für eine Entkohlungsglühzeit von mindestens 90 Minuten. Während der Entkohlungsglühzeit strömt das die entkohlende Atmosphäre bildende Entkohlungsgas durch die zwischen den Wickellagen des Open-Coils vorhandenen Zwischenräume.
  • Der Vorteil des erfindungsgemäßen Entkohlungsglühens bei zu einem Open-Coil gewickelten Stahlband besteht darin, dass sich auf diese Weise zeitsparend eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Länge und Breite des jeweils verarbeiteten Stahlbands erreichen lässt. Die Glühbedingungen sind dabei erfindungsgemäß so gewählt, dass über das gesamte Band ein gleichmäßig verteilter Gefügezustand vorliegt. So ist durch den erfindungsgemäß vorgegebenen Bereich der Glühtemperatur gewährleistet, dass im jeweils verarbeiteten Band noch ausreichende Mengen an Ferrit vorhanden sind, um eine schnelle Diffusion des Kohlenstoffs zu ermöglichen. Diese ist im Ferrit um bis zu hundertfach schneller als im Austenit.
  • Um möglichst kurze Glühzeiten zu erreichen, wird die Entkohlungsglühtemperatur erfindungsgemäß bevorzugt in einen Bereich eingestellt, der um 10 - 20 °C niedriger ist als die AC1-Temperatur. Bei dieser Einstellung der Entkohlungsglühtemperatur ist sichergestellt, dass der Vergütungsstahl des jeweils verarbeiteten Stahlbands ein ferritisches Gefüge besitzt, so dass eine optimale Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs erreicht wird.
  • Im Anschluss an das Entkohlungsglühen wird das Open-Coil beschleunigt abgekühlt, um eine in Folge der Eigenhitze des Coils eventuell eintretende, unerwünschte und in ihrem Umfang unsichere Nachdiffusion von Kohlenstoff in die zuvor gezielt entkohlte Oberflächenschicht zu verhindern. Die beschleunigte Abkühlung sollte dabei so schnell wie möglich, möglichst sofort, nach dem Ende der Entkohlungsglühzeit einsetzen und mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 1 °C/min erfolgen.
  • Erfindungsgemäß wird die beschleunigte Abkühlung unter Schutzgas durchgeführt. Diese Maßnahme dient ebenfalls dazu, eine unkontrollierte Entkohlung des Stahlbands während der Abkühlung weitestgehend zu verhindern.
  • Bei einem so in erfindungsgemäßer Weise behandelten Stahlblech ist eine ausgehend von der jeweiligen Oberfläche des Stahlbands gemessene entkohlte Oberflächenschicht vorhanden, deren Tiefe jeweils kleiner als ein Viertel der Dicke des Stahlbands ist, so dass nur oberflächennahe Bereiche in die erfindungsgemäße Entkohlung einbezogen sind. In der Praxis werden die Parameter des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt so gewählt, dass Entkohlungstiefen von maximal 120 µm, insbesondere 30 - 120 µm, erreicht werden.
  • Das bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise erhaltene Stahlband ist folglich dadurch gekennzeichnet, dass es in Folge der Entkohlungsbehandlung eine hohe Biegeumformbarkeit im Bereich einer oberflächennahen Schicht besitzt. Gleichzeitig weist das erfindungsgemäß behandelte Band aufgrund des Umstandes, dass im Kernbereich des fertig entkohlten Stahlbands noch der hohe Anfangskohlenstoff-Gehalt erhalten ist, eine hohe Kernhärte auf.
  • Insgesamt weist erfindungsgemäß wärmebehandeltes Stahlband in Folge des Weichglühzustands (keine Perlitbildung nach der Glühung) eine gegenüber dem Ausgangszustand abgesenkte Festigkeit auf, die sich günstig auf die Möglichkeiten der Weiterverarbeitung auswirkt.
  • Aufgrund der vergleichbar niedrigen Entkohlungsglühtemperaturen und der kurzen Glühzeiten lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders kostengünstig und effizient durchführen.
  • Die besondere Eigenschaftskombination eines erfindungsgemäß behandelten, aus einem Vergütungsstahl erzeugten Stahlblechs erlaubt es, solches Stahlband ohne die Gefahr von Rissbildung zu verformen. Als solches lässt sich erfindungsgemäß hergestelltes Stahlblech beispielsweise besonders gut für die Herstellung von Stanzmessern oder ähnlichen Gegenständen verwenden, die erforderlichenfalls stark gebogen werden müssen, um die ihnen zugedachte Form zu erhalten.
  • Dabei kann die Fertigung eines Halbzeugs aus erfindungsgemäß hergestelltem Stahlblech Trennoperationen, wie Stanzen oder Schneiden, sowie Umformoperationen, wie Tiefziehen oder Biegen, umfassen. Erforderlichenfalls können die derart gefertigten Halbzeuge auch eine abschließende Vergütungsbehandlung durchlaufen.
  • Die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens jeweils gewählte Entkohlungszeit richtet sich nach der jeweils geforderten Entkohlungstiefe. Typischerweise beträgt sie mindestens 90 Minuten. Unter den durch die Erfindung vorgegebenen Betriebsparametern lässt sich in dieser Zeit erfahrungsgemäß beispielsweise bei Vergütungsstählen mit einem C-Gehalt von 0,55 Gew.-% eine Entkohlungstiefe von mindestens 30 µm erreichen.
  • Grundsätzlich lässt sich die Dauer, über die die erfindungsgemäße Entkohlungsbehandlung durchgeführt werden muss, um eine bestimmte Entkohlungstiefe zu erreichen, bei gegebener Entkohlungstemperatur, vorgegebener Entkohlungstiefe und vorgegebenem Taupunkt der Entkohlungsatmosphäre anhand des Kohlenstoffgehaltes und des Coilgewichtes des zu behandelnden Stahlbands bestimmen. Soll die Entkohlungstiefe auf maximal 120 µm beschränkt werden, so kann dazu erfahrungsgemäß die Entkohlungsglühzeit auf maximal 120 Minuten beschränkt werden.
  • In an sich bekannter Weise wird auch bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Entkohlung als Entkohlungsgas ein Gasgemisch aus Stickstoff, Wasserstoff und Wasserdampf verwendet. Typischerweise enthält eine solche entkohlende Atmosphäre bei einem zwischen 20 - 28 °C, insbesondere 20 - 26 °C, liegenden Taupunkt 85 - 97 Vol.-% Stickstoff und 3 - 15 % 7 Vol.-% Wasserstoff, wobei eine in der Praxis verwendete Atmosphäre typischerweise 93 Vol.-% Stickstoff und 7 Vol.-% Wasserstoff enthält.
  • Zweckmäßigerweise erfolgt die Erwärmung auf die Entkohlungstemperatur auch beim erfindungsgemäßen Verfahren zunächst unter einer Schutzgasatmosphäre. Ist dann die Entkohlungstemperatur erreicht, wird das Stahlband im Open-Coil der entkohlenden Atmosphäre ausgesetzt. Die während der Erwärmung aufrechterhaltene Schutzgasatmosphäre kann 85 - 97 Vol.-% Stickstoff und 3 - 15 Vol.-% Wasserstoff enthalten, wobei eine in der Praxis eingesetzte Schutzgasatmosphäre typischerweise 93 Vol.-% Stickstoff und 7 % Wasserstoff aufweist. Nach Erreichen der Entkohlungsglühtemperatur wird dieser Atmosphäre dann Wasserdampf zugeführt, um die reduzierende Entkohlungsatmosphäre zu schaffen, unter der die Entkohlungsreaktion C+H2O -> CO+H2 einsetzt.
  • Die für die Entkohlungsreaktion im Ofen erforderliche Wassermenge kann in Abhängigkeit vom Taupunkt geregelt werden. Zu diesem Zweck kann der Taupunkt der Entkohlungsatmosphäre über die gesamte Entkohlungsglühzeit erfasst werden. In Abhängigkeit vom Ergebnis eines Soll-/Ist-Abgleichs wird dann der Wasserdampfanteil der entkohlenden Atmosphäre so eingestellt, dass der Taupunkt der Atmosphäre im Bereich von 20 - 26 % gehalten wird.
  • Um auf dem jeweils verarbeiteten Stahlband eventuell vorhandene Oxidschichten und Schmierstoffrückstände zu entfernen, sollte das Stahlband vor dem Wickeln zu dem Open-Coil gebeizt werden.
  • Im Hinblick auf die Maßhaltigkeit, insbesondere die Planheit, des erhaltenen Stahlbands kann es darüber hinaus günstig sein, das Stahlband nach dem Beizen und vor dem Wickeln zu dem Open-Coil dressierzuwalzen.
  • Besonders einfach lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren dann durchführen, wenn die Erwärmung und Entkohlungsglühung des Open-Coils in einem Haubenglühofen stattfindet.
  • Praktische Untersuchungen haben ergeben, dass sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gute Herstellungsergebnisse erzielen lassen, wenn die Entkohlungsglühtemperatur 680 - 780 °C beträgt, wobei es sich insbesondere günstig auswirkt, wenn die Glühtemperatur nahe der Ac1-Temperatur gewählt wird.
  • Ein für die Herstellung erfindungsgemäß verarbeiteter Stahlbleche geeigneter Vergütungsstahl weist typischerweise folgende Zusammensetzung auf (in Gew.-%):
    C: 0,4 - 1,0 %
    Si: 0,1 - 0,5 %
    Mn: 0,3 - 1,2 %
    P: < 0,02 %
    S: < 0,008 %
    Al: 0,01 - 0,05 %
    Cr: 0,1 - 0,5 %
    Ni: 0,1 - 0,4 %
    Mo: ≤ 0,1 %
  • Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Ein aus einem neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) 0,5 % C, 0,2 % Si, 0,75 % Mn, < 0,12 % P, < 0,003 % S, 0,02 % Al und 0,1 % Cr enthaltender Vergütungsstahl ist in konventionellem Strangguss zu einem Vormaterial, wie einer Bramme oder Dünnbramme, vergossen worden.
  • Anschließend ist die Bramme in an sich bekannter Weise zu einem Stahlband warmgewalzt worden. Die Endtemperatur des Warmwalzens lag dabei im Bereich von 850 - 950 °C, wobei die hier konkret gewählte Warmwalzendtemperatur 900 °C betrug.
  • Das mit dieser Warmwalzendtemperatur als Warmband aus der Fertigwalzstaffel austretende Stahlband ist auf eine Haspeltemperatur von 600 - 620 °C abgekühlt und zu einem konventionellen Coil mit dicht aufeinander liegenden Lagen gewickelt worden. Konkret betrug die gewählte Haspeltemperatur 620 °C.
  • Nach dem Haspeln ist das Stahlband abgehapselt und in an sich ebenfalls bekannter Weise gebeizt und unmittelbar darauf folgend dressiergewalzt worden.
  • Das dressiergewalzte Stahlband ist dann in an sich bekannter Weise zu einem Open-Coil gewickelt worden. Dabei sind die Wickellagen des Stahlbands durch Einlegen eines Drahts oder eines anderen geeigneten Mittels so auf Abstand gehalten worden, dass zwischen jeweils zwei benachbarten Lagen ein von Gas durchströmbarer Freiraum gebildet ist.
  • Das Stahlband ist daraufhin als Open-Coil in einen Haubenglühofen gesetzt und über eine Erwärmungszeit von 10 Stunden unter einer 93 Vol.-% N und 7 Vol.-% H2 enthaltenden Schutzgasatmosphäre erwärmt worden, bis das gesamte Coil die 700 °C betragende Entkohlungsglühtemperatur aufwies.
  • Nach Erreichen der Entkohlungsglühtemperatur ist Wasserdampf in die Schutzgasatmosphäre geleitet worden, um die Entkohlungsreaktion zu starten. Die zugeführte Wasserdampfmenge ist dabei so bemessen worden, dass der Taupunkt der Atmosphäre während der Entkohlung konstant bei 26 °C lag.
  • Das Open-Coil ist für eine Entkohlungsglühzeit von 90 Minuten unter dieser Atmosphäre gehalten worden. Während der Entkohlungsglühzeit ist der Taupunkt der im Haubenofen herrschenden Entkohlungsatmosphäre laufend erfasst und mit einem Sollwert abgeglichen worden. Abhängig vom Ergebnis dieses Vergleichs ist die Zusammensetzung der Entkohlungsatmosphäre, insbesondere ihr Wasserdampfgehalt, so eingestellt worden, dass ihr Taupunkt im Wesentlichen konstant bei 26°C gehalten worden ist.
  • Unmittelbar nach Ablauf der Entkohlungsglühzeit ist das Open-Coil noch im Haubenofen unter einer Schutzgasatmosphäre mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 1 °C/min abgekühlt worden.
  • Das so erhaltene oberflächenentkohlte Stahlband wies an seinen Oberflächen angrenzende, 40 µm dicke entkohlte Oberflächenschichten auf, während ihr an die entkohlten Oberflächenschichten angrenzender innerer Kernbereich noch den Kohlenstoffgehalt des Ausgangstahls besaß.
  • In Fig. 1 ist schematisch für das in der voranstehend beschriebenen Weise entkohlungsgeglühte Stahlband der Kohlenstoffgehalt %C in Gew.-% über den Abstand A zur Oberfläche (Abstand A = 0 µm) des Stahlbands aufgezeichnet. Typischerweise liegt dabei die jeweils erreichte Entkohlungstiefe At in einem Bereich von 30 - 120 µm.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Herstellen eines aus einem mindestens 0,4 Gew.-% Kohlenstoff enthaltenden Vergütungsstahl erzeugten, oberflächenentkohlten Stahlbands, umfassend folgende Arbeitsschritte:
    - Erzeugen des Stahlbands aus dem Vergütungsstahl;
    - Erwärmen des zu dem Open-Coil gewickelten Stahlbands auf eine Entkohlungsglühtemperatur, die bis zu 20 °C unterhalb der Ac1-Temperatur des jeweiligen Vergütungsstahls liegen kann und die Ac3-Temperatur des jeweiligen Vergütungsstahls nicht überschreitet;
    - Glühen des Stahlbands im Open-Coil unter einer entkohlenden Atmosphäre für eine Entkohlungsglühzeit von mindestens 90 Minuten, wobei das die entkohlende Atmosphäre bildende Entkohlungsgas durch die zwischen den Wickellagen des Open-Coils vorhandenen Zwischenräume strömt;
    - beschleunigtes Abkühlen des Stahlbands, wobei die beschleunigte Abkühlung unter einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird,
    so dass die ausgehend von der jeweiligen Oberfläche des Stahlbands gemessene Tiefe der Entkohlung auf einen Bereich beschränkt ist, der jeweils kleiner als ein Viertel der Dicke des Stahlbands ist.
  2. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Entkohlung 30 - 120 µm beträgt.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkohlungsglühzeit maximal 120 Minuten beträgt.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entkohlende Atmosphäre 85 - 97 Vol.-% Stickstoff, 3 - 15 Vol.-% Wasserstoff enthält.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlband, bevor es für die Entkohlungsglühzeit der entkohlenden Atmosphäre ausgesetzt wird, im Open-Coil unter einer Schutzgasatmopshäre auf die Entkohlungsglühtemperatur erwärmt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die während der Erwärmung aufrechterhaltene Schutzgasatmosphäre 85 - 97 Vol.-% Stickstoff und 3 - 15 Vol.-% Wasserstoff enthält und dass der Schutzgasatmosphäre nach Erreichen der Entkohlungsglühtemperatur Wasserdampf zugeführt wird, um die entkohlende Atmosphäre herzustellen.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass über die Entkohlungsglühzeit durch Regelung ihres Wasserdampfanteils der Taupunkt der entkohlenden Atmosphäre im Bereich von 20 - 28 °C gehalten wird.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlband vor dem Wickeln zu dem Open-Coil gebeizt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlband nach dem Beizen und vor dem Wickeln zu dem Open-Coil dressiert wird.
  10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung und Entkohlungsglühung des Open-Coils in einem Haubenglühofen durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkohlungsglühtemperatur 680 - 780 °C beträgt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Entkohlungstemperatur um 10 - 20 °C niedriger als die AC1-Temperatur ist.
  13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergütungsstahl folgende Zusammensetzung aufweist (in Gew.-%): C: 0,4 - 1,0 % Si: 0,1 - 0,5 % Mn: 0,3 - 1,2 % P: < 0,02 % S: < 0,008 % Al: 0,01 - 0,05 % Cr: 0,1 - 0,5 % Ni: 0,1 - 0,4 % Mo: ≤ 0,1 %
    Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
  14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge der Erzeugung des Stahlbands folgende Arbeitsschritte absolviert werden:
    - Erschmelzen des Vergütungsstahls,
    - Vergießen des Vergütungsstahls zu einem Vormaterial, wie Bramme oder Dünnbramme,
    - Warmwalzen des Vormaterials zu dem Stahlband bei einer Warmwalzendtemperatur von 850 - 900 °C,
    - Haspeln des Stahlbands bei einer 600 - 620 °C betragenden Haspeltemperatur.
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