EP2406023A1 - Verfahren zum erzeugen eines warmbandes und aus einem triplex-leichtbaustahl hergestelltes warmband - Google Patents

Verfahren zum erzeugen eines warmbandes und aus einem triplex-leichtbaustahl hergestelltes warmband

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EP2406023A1
EP2406023A1 EP09775846A EP09775846A EP2406023A1 EP 2406023 A1 EP2406023 A1 EP 2406023A1 EP 09775846 A EP09775846 A EP 09775846A EP 09775846 A EP09775846 A EP 09775846A EP 2406023 A1 EP2406023 A1 EP 2406023A1
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strip
lightweight steel
melt
hot strip
hot
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EP09775846A
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Karl-Heinz Spitzer
Bianca Springub
Joachim Konrad
Hellfried Eichholz
Markus SCHÄPERKÖTTER
Zacharias Georgeou
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Salzgitter Flachstahl GmbH
SMS Group GmbH
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SMS Siemag AG
Salzgitter Flachstahl GmbH
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    • 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
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0631—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by a travelling straight surface, e.g. through-like moulds, a belt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/46—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling metal immediately subsequent to continuous casting
    • B21B1/463—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling metal immediately subsequent to continuous casting in a continuous process, i.e. the cast not being cut before rolling

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a hot strip of a triplex lightweight steel, in which a melt is cast into a precursor and this is then rolled into a hot strip.
  • Triplex lightweight steels are via the usual continuous casting route, i. H. Continuous casting of the melt into a slab or thin slab, which is rolled either in-line or separately to a hot strip, or not produced with the required properties.
  • the slab or thin slab produced by continuous casting has macrosegregations and forms voids.
  • the precursor has a very coarse grain and the casting powder is problematic due to the high aluminum content of the ferritic steel.
  • Triplex lightweight steels are known, for example, from DE 10 2005 057 599 A1 and DE 102 31 125 A1. They are characterized by a 3-phase microstructure ⁇ ( ⁇ ) K and due to the high proportion of alloy constituents with a specific gravity below the specific gravity of iron by a correspondingly low weight.
  • Triplex lightweight steels are therefore particularly suitable for the automotive industry, which requires such combinations for certain body parts in order to provide evidence of deformation reserves in the event of an accident can.
  • the specified upper limit for the thickness of 6 mm can not be achieved with the existing systems, the actual maximum thickness to be set is usually 4 mm, in special cases at max. 5 mm.
  • the disadvantage is that only a small degree of hot working during rolling is possible due to the low initial thickness of the pre-strip when a hot strip thickness of 2-3 mm is desired.
  • this thickness range for example, on the one hand interesting for the use of hot strip as a lightweight steel in the chassis area z. B. as a transverse or trailing arm.
  • the z. B. for B-pillars or side members front and rear can be used.
  • a low degree of hot working means coarse grain, which has a negative effect on the ductility and thus on the formability.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for producing hot strip from a triplex lightweight steel, with a fine grain can be adjusted while maintaining the advantages of the two-roller casting machine in the hot strip of 2 - 3 mm thickness.
  • This object is achieved by a method in which the melt is flow-calmed in a horizontal strip casting plant and free from casting into a preliminary strip in the range between 6 and 20 mm and then rolled to hot strip with a degree of deformation of at least 50%.
  • the advantage of the proposed method is the fact that when using a horizontal strip casting machine as a casting machine, the advantages of the known two-roller casting machine, such as reducing the marrow oysterings, suppression of voids and avoiding G confusepulverproblematik, even at high Al contents in ferritic steel also come into play and beyond the thickness of the pre-strip is considerably greater than the thickness of a Vorbandes produced by a two-roller casting machine.
  • Triplex lightweight steels do not show complete ⁇ - ⁇ conversion, this results in a tendency for coarse grain formation, which can be reversed by a sufficient degree of hot rolling.
  • the triplex lightweight steel also derives its positive properties from the nano-disperse "kappa" carbides in the austenitic matrix: The rapid cooling of the melt favors the fine distribution and low growth of the carbides, so that after hot rolling and annealing Advantages of the proposed casting process obtained by the favorable carbide distribution.
  • the considered disadvantageous bending during solidification is avoided in that the underside of the casting tape receiving the melt is supported on a plurality of juxtaposed rollers.
  • the support is reinforced in such a way that in the region of the casting belt, a negative pressure is generated, so that the casting belt is pressed firmly on the rollers.
  • the length of the conveyor belt is selected so that at the end of the conveyor belt before its deflection, the Vorband is largely solidified.
  • a homogenization zone which is used for temperature compensation and possible stress relief.
  • Rolling from pre-strip to hot strip can be done either in-line or separately off-line.
  • the pre-strip Before off-line rolling, the pre-strip can be either directly hot-rolled or sliced into sheets prior to cooling after production. The strip or sheet material is then reheated after eventual cooling and unwound for off-line rolling or reheated and rolled as a sheet.
  • Favorable engineering values are achieved if the degree of deformation is> 70% and a mean particle size of> 6 ASTM can be set.
  • a preferred quality for the triplex lightweight steel is one with high Mn contents> 18 wt .-%, with high Al contents> 8 wt .-%, with C contents> 0.6 wt .-% and low Si Contained with ⁇ 0.25 wt .-%.
  • one or more excretion-forming elements of type B, Ta, Zr, Nb, V, Ti, Mo and W of at most 2% by weight may be added.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Warmbandes aus einem Triplex-Leichtbaustahl, bei dem eine Schmelze zu einem Vorband vergossen und dieses anschließend zu einem Warmband gewalzt wird. Hierzu ist vorgesehen, dass die Schmelze in einer horizontalen Bandgießanlage strömungsberuhigt und biegefrei zu einem Vorband im Bereich zwischen 6 udn 20 mm vergossen und anschließend zu Warmband mit einem Umformgrad von mindestens 50 % gewalzt wird.

Description

Verfahren zum Erzeugen eines Warmbandes und aus einem Triplex- Leichtbaustahl hergestelltes Warmband
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Warmbandes aus einem Triplex- Leichtbaustahl, bei dem eine Schmelze zu einem Vorprodukt vergossen und dieses anschließend zu einem Warmband gewalzt wird.
Triplex-Leichtbaustähle sind über die übliche Stranggussroute, d. h. Stranggießen der Schmelze zu einer Bramme bzw. Dünnbramme, die entweder in-line oder separat zu einem Warmband gewalzt wird, bzw. nicht mit den benötigten Eigenschaften herstellbar.
Gründe dafür sind, dass die über Strangguss erzeugte Bramme bzw. Dünnbramme Makroseigerungen aufweist und Lunker bildet. Außerdem weist das Vorprodukt ein sehr grobes Korn auf und das Vergießen mit Gießpulver ist aufgrund des hohen Aluminium- Gehaltes des ferritischen Stahles problematisch.
Triplex-Leichtbaustähle sind beispielsweise aus der DE 10 2005 057 599 A1 und der DE 102 31 125 A1 bekannt. Sie zeichnen sich durch ein 3-Phasen-Gefüge α (γ) K und infolge des hohen Anteils an Legierungsbestandteilen mit einem spezifischen Gewicht unterhalb des spezifischen Gewichts von Eisen durch ein entsprechend niedriges Gewicht aus.
Außerdem lassen sich mit diesem Stahl bei entsprechender Behandlung eine günstige Kombination von hoher Festigkeit gepaart mit hoher Dehnung im Bauteil erreichen.
Triplex-Leichtbaustähle sind deshalb besonders geeignet für die Automobilindustrie, die für bestimmte Karosserieteile solche Kombinationen fordert, um den Nachweis von Verformungsreserven im Falle eines Unfalls erbringen zu können.
Aus der DE 100 60 948 C2 ist bereits bekannt, Warmbänder aus hochmanganhaltigem Stahl mit 12 bis 30 Gew.-% Mangan und bis zu je 3,5 Gew.-% Aluminium und Silizium in der Weise zu erzeugen, dass die Stahlschmelze in einer Zwei-Rollen-Gießmaschine endabmessungsnah zu einem Vorband mit einer Dicke bis zu 6 mm vergossen wird und anschließend das Vorband kontinuierlich in vorzugsweise einem Stich warmgewalzt wird.
Die angegebene Obergrenze für die Dicke mit 6 mm ist mit den existierenden Anlagen nicht zu erreichen, die tatsächlich einzustellende maximale Dicke liegt üblicherweise bei 4 mm, in Sonderfällen bei max. 5 mm.
Vorteilhaft bei diesen bekannten Verfahren ist, dass die Makroseigerungen geringer sind, eine Lunkerbildung unterdrückt wird und die Gießpulverproblematik nicht relevant ist.
Nachteilig ist aber, dass durch die geringe Ausgangsdicke des Vorbandes nur ein geringer Warmumformgrad beim Walzen möglich ist, wenn eine Warmbanddicke von 2 - 3 mm angestrebt wird. Dieser Dickenbereich ist aber beispielsweise zum Einen interessant für den Einsatz des Warmbandes als Leichtbaustahl im Fahrwerksbereich z. B. als Quer- oder Längslenker. Zum Anderen kann aus 2 - 3 mm dickem Warmband bei einem Umformgrad von 40 - 50 % Kaltband mit einer Dicke von beispielsweise 1 ,0 - 1 ,8 mm erzeugt werden, das z. B. für B-Säulen oder Längsträger vorn und hinten genutzt werden kann. Ein geringer Warmumformgrad bedeutet jedoch Grobkorn, das sich negativ auf die Duktilität und somit auf die Umformbarkeit auswirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Erzeugung von Warmband aus einem Triplex-Leichtbaustahl anzugeben, mit dem unter Beibehaltung der Vorteile der Zwei-Rollen- Gießmaschine im Warmband von 2 - 3 mm Dicke ein feines Korn eingestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem die Schmelze in einer horizontalen Bandgießanlage strömungsberuhigt und biegefrei zu einem Vorband im Bereich zwischen 6 und 20 mm vergossen und anschließend zu Warmband mit einem Umformungsgrad von mindestens 50 % gewalzt wird.
Der Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist darin zu sehen, dass bei Verwendung einer horizontalen Bandgießanlage als Gießmaschine die Vorteile der bekannten Zwei-Rollen- Gießmaschine, wie Verringerung der Markroseigerungen, Unterdrückung von Lunkern sowie Vermeidung der Gießpulverproblematik, auch bei hohen AI-Gehalten im ferritischen Stahl ebenfalls zum Tragen kommen und darüber hinaus die Dicke des Vorbandes erheblich über der Dicke eines mittels einer Zwei-Rollen-Gießmaschine erzeugten Vorbandes liegt. Dies eröffnet die Möglichkeit, ausreichend hohe Umformgrade im Hinblick auf Einstellung eines feinen Kornes im Gefüge des Warmbandes zu erreichen, insbesondere gilt dies für Warmbanddicken im Bereich von 2 - 3 mm. Triplex Leichtbaustähle zeigen keine vollständige γ-α-Umwandlung, hierdurch ergibt sich eine Tendenz zur Grobkornbildung, welche durch einen ausreichenden Umformgrad beim Warmwalzen rückgängig gemacht werden kann.
Von weiterem Vorteil ist, dass bei einer Bandgießanlage die aufgegebene Schmelze sehr schnell abkühlt und erstarrt. Der Triplex-Leichtbaustahl bezieht seine positiven Eigenschaften auch aus den nano-dispers verteilten „Kappa" Karbiden in der Austenit-Matrix. Die schnelle Abkühlung der Schmelze begünstigt die feine Verteilung sowie ein geringes Wachstum der Karbide. Somit bleiben auch nach dem Warmwalzen und Glühen die Vorteile des vorgeschlagenen Gießverfahrens durch die günstige Karbidverteilung erhalten.
Verfahrenstechnisch wird vorgeschlagen, die Strömungsberuhigung dadurch zu erreichen, dass eine mitlaufende elektromagnetische Bremse eingesetzt wird, die dafür sorgt, dass im Idealfall die Geschwindigkeit des Schmelzenzulaufs gleich der Geschwindigkeit des umlaufenden Förderbandes ist.
Die als nachteilig angesehene Biegung während der Erstarrung wird dadurch vermieden, dass die Unterseite des die Schmelze aufnehmenden Gießbandes sich auf einer Vielzahl von nebeneinander liegenden Rollen abstützt. Verstärkt wird die Abstützung in der Weise, dass im Bereich des Gießbandes ein Unterdruck erzeugt wird, so dass das Gießband fest auf die Rollen gedrückt wird.
Um diese Bedingungen während der kritischen Phase der Erstarrung aufrecht zu erhalten, wird die Länge des Förderbandes so gewählt, dass am Ende des Förderbandes vor dessen Umlenkung das Vorband weitestgehend durcherstarrt ist.
Am Ende des Förderbandes schließt sich eine Homogenisierungszone an, die für einen Temperaturausgleich und möglichen Spannungsabbau genutzt wird.
Das Walzen von Vorband zu Warmband kann entweder in-line oder separat off-line erfolgen. Vor dem off-line-Walzen kann das Vorband nach der Herstellung vor dem Abkühlen entweder direkt warm aufgecoilt oder zu Tafeln geschnitten werden. Das Band- oder Tafelmaterial wird dann nach einer eventuellen Abkühlung wiedererwärmt und für das offline-Walzen abgewickelt bzw. als Tafel wiedererwärmt und gewalzt. Günstige technische Werte werden dann erreicht, wenn der Umformgrad > 70% ist und eine mittlere Korngröße von > 6 ASTM eingestellt werden kann.
Eine bevorzugte Güte für den Triplex-Leichtbaustahl ist eine mit hohen Mn-Gehalten > 18 Gew.-%, mit hohen AI-Gehalten > 8 Gew.-%, mit C-Gehalten > 0,6 Gew.-% und geringen Si-Gehalten mit < 0,25 Gew.-%.
Optional können ein oder mehrere ausscheidungsbildende Elemente von Typ B, Ta, Zr, Nb, V, Ti, Mo und W von insgesamt höchstens 2 Gew.-% zugegeben werden.

Claims

Patentansprϋche
1. Verfahren zum Erzeugen eines Warmbandes aus einem Triplex-Leichtbaustahl, bei dem eine Schmelze zu einem Vorband vergossen und dieses anschließend zu einem Warmband gewalzt wird dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze in einer horizontalen Bandgießanlage strömungsberuhigt und biegefrei zu einem Vorband im Bereich zwischen 6 und 20 mm vergossen und anschließend zu Warmband mit einem Umformgrad von mindestens 50 % gewalzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Schmelzenlaufs gleich der Geschwindigkeit des umlaufenden Förderbandes ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass für alle Flächenelemente der mit Beginn der Erstarrung sich bildenden Strangschale eines sich über die Breite des Förderbandes erstreckenden Streifens etwa gleiche Abkühlbedingungen gegeben sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3 dadurch gekennzeichnet, dass die auf das Förderband aufgegebene Schmelze am Ende des Förderbandes weitestgehend durcherstarrt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, dass nach der Durcherstarrung und vor Beginn der Weiterbehandlung das Vorband eine Homogenisierungszone durchläuft.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterbehandlung ein Abtafeln des Vorbandes ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abtafeln die Tafeln auf Walztemperatur erwärmt und anschließend dem Walzprozess unterworfen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterbehandlung ein Aufcoilen des Vorbandes ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entcoilen das Vorband auf Walztemperatur erwärmt und anschließend dem Walzprozess unterworfen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Vorband vor dem Entcoilen wieder erwärmt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Vorband in-line dem Walzprozess unterworfen und danach aufgecoilt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 , 7, 9 und 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Umformgrad beim Warmwalzen > 70 % ist.
13. Warmband aus einem Triplex-Leichtbaustahl dadurch gekennzeichnet, dass es eine mittlere Korngröße > 6 ASTM aufweist.
14. Warmband nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass der Triplex-Leichtbaustahl eine chemische Zusammensetzung in Gew.-% aufweist > 0,6 C; > 18 Mn; > 8 AI; < 0,25 Si; Rest Eisen einschließlich unvermeidbarer stahlbegleitender Elemente.
15. Warmband nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Triplex-Leichtbaustahl optional ein oder mehrere ausscheidungsbildende Elemente vom Typ B, Ta, Zr, Nb, V, Ti, Mo und W von insgesamt höchstens 2 Gew.-% enthält.
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