EP2991783B1 - Verfahren zur herstellung eines metallischen bandes - Google Patents

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EP2991783B1
EP2991783B1 EP14720168.5A EP14720168A EP2991783B1 EP 2991783 B1 EP2991783 B1 EP 2991783B1 EP 14720168 A EP14720168 A EP 14720168A EP 2991783 B1 EP2991783 B1 EP 2991783B1
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EP
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strip
sheet
cooling
cooling medium
rolling mill
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EP14720168.5A
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B45/00—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/02—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203—Cooling
    • B21B45/0209—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
    • B21B45/0215—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
    • B21B45/0218—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes for strips, sheets, or plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2201/00—Special rolling modes
    • B21B2201/06—Thermomechanical rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B45/00—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/02—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a metallic strip, in which the strip is rolled in a multi-stand rolling mill, applied behind the last roll stand of the rolling mill in the conveying direction and cooled in a cooling device.
  • a method according to the preamble of claim 1 is of the US 2012/0068391 A1 and the JP S60 243226 A known. Other solutions show that WO 02/070157 A1 and the JP S60 221115 A ,
  • the mechanical properties of steel materials can be influenced in many ways. Increasing the strength is achieved by supplementing certain alloying elements (solid solution hardening). In addition, during rolling, the finishing line temperature may be lowered to achieve a higher dislocation density (dislocation hardening). By alloying micro-alloying elements - such as Nb, V or Ti - precipitates are formed which cause an increase in strength (precipitation hardening). However, these mechanisms have the disadvantage that the toughness is adversely affected. In contrast, a fine grain structure (fine grain hardening) has a positive effect on the strength and, at the same time, on the toughness properties. With a small grain size, the strength and toughness properties of the steel material are improved.
  • a decrease in the ferrite grain diameter results in an increase in the yield strength and tensile strength.
  • the Hall-Petch relationship gives a good representation of the results of industrially produced unalloyed low carbon steels (LC steels) and microalloyed steels.
  • Microalloyed steels generally have a smaller grain size due to repressed recrystallization and are accordingly higher in strength than ordinary LC steels.
  • a small ferrite grain size has a positive effect on the toughness.
  • the transition temperature DBTT Ductile Brittle Transition Temperature
  • thermo-mechanical rolling uses these effects deliberately in hot rolling and heavy plate mills.
  • the most important mechanism is the dynamic recrystallization of austenite during forming.
  • thermo-mechanical rolling has been used to steadily improve the controlled temperature control during rolling and subsequent cooling and to set smaller ferrite grain sizes.
  • a grain size of 3 to 5 microns for ordinary CMn steels represents a limit that can not be further undercut with industrial processes and conventional alloying concepts, no matter how high the induced deformation of the austenite phase is during rolling.
  • Hall-Petch equation predicts another grain refinement.
  • a grain size of 1 ⁇ m would lead to an increase in strength of around 350 MPa with simultaneously improved toughness. Therefore, the motivation in material development is to generate new concepts in plant, process and process engineering and to produce high-strength materials of this size on an industrial scale.
  • the disadvantage is that it comes after rolling the strip or sheet to a pronounced grain growth in the structure, which is superimposed by recrystallization and recovery operations.
  • the grain growth leads to a deterioration of the mechanical properties.
  • Another aspect concerns the flatness of the strip or sheet.
  • the invention is therefore based on the object to provide a generic method that allows a better adjustment of the mechanical properties and the phase components of the metallic material, in particular of the steel, especially in a hot strip and plate mill. Furthermore, the degree of planarity of the produced strip or sheet should be as large as possible.
  • the volume flow of cooling medium applied from below to the strip or sheet is at least 150% of the volume flow of cooling medium applied from above onto the strip or sheet.
  • the volume flow of cooling medium applied from below onto the strip or sheet is preferably at most 400% of the volume flow of cooling medium applied from above onto the strip or sheet. It has been shown that at values above 400%, the band edges may bulge downwards.
  • a cooling medium in such an amount (and optionally applied with such pressure) that the cooling of the strip or sheet on its surface with a gradient of at least 500 K / s, preferably with a gradient of at least 750 K / s, more preferably with a gradient of at least 1,000 K / s.
  • the strip or sheet is preferably produced by first casting a slab in a continuous casting plant, which is then heated to a defined temperature in an oven, in particular in a roller hearth furnace, and immediately thereafter rolled down to the finished strip thickness in the rolling mill functioning as a finishing train ,
  • a steel strip or a steel sheet is preferably produced.
  • the strip may be steel strip to which alloying constituents are added.
  • the rolling mill is preferably a hot rolling mill.
  • the rapid cooling extends from the interior of the last roll stand of the rolling mill in the conveying direction (ie in the rolling direction) over a distance between 2 m and 15 m, preferably between 6 m and 10 m.
  • the cooling device behind the last rolling stand of the rolling mill in the conveying direction preferably begins at a distance greater than 10 m.
  • a procedure which influences the grain structure and sets the smallest possible ferrite grain.
  • a rapid cooling is arranged in the last frame of the finishing train.
  • the time between the passage of the last roll gap and the cooling of the strip or sheet is thus minimal.
  • the rapid cooling is preferably designed so that cooling rates above 1,000 K / s on the surface are possible.
  • the amounts of water are applied in such a way that optimum flatness results.
  • the rolling or conveying direction behind the rapid cooling measuring instruments for the thickness of the band or for the same temperature
  • the (conventional) laminar cooling and then the coiling of the strip take place.
  • the present invention allows the improved production of strips and sheets, in particular of metallic materials (especially steel and iron alloys) in hot and heavy plate mills.
  • the resulting grain structure is the result of recrystallization and recovery processes occurring in the material during forming. Grain growth takes place especially after the last pass in a hot strip mill or in a heavy plate stand and can be prevented or reduced by the earliest possible cooling of the strip.
  • the fields of application of the present invention are thus generally rolling mills, hot strip and plate rolling mills, the production of strips and sheets of steel and iron alloys.
  • the proposed method can be used wherever materials have to be cooled in the production process, in particular in a hot strip and heavy plate train, each with associated units.
  • the present invention provides an answer and describes an arrangement in which a rapid cooling immediately adjoins the last roll stand.
  • a rapid cooling immediately adjoins the last roll stand.
  • the quantities of water on the top and bottom of the strip or sheet are applied in such a way that a flat strip or sheet results.
  • the water ratio between the top and bottom is 1: 1 up to 1: 1.15. This means that the water volumes on the top and bottom are the same or on the bottom up to 15% more volume flow is given up than on the top.
  • the present invention has found that this ratio is detrimental to the setting of good planarity. There are edge waves, so that the band edge is no longer resting on the roller table. This is prevented according to the present invention and a high degree of flatness is achieved when the water flow ratio is in a range between 1: 1.2 and 1: 4, ie At least 120% and up to 400% of the volume flow is discharged to the bottom than is the case on the top of the belt.
  • the slab In the production of hot strip, the slab is first cast in a continuous casting plant, then heated in a roller hearth to the desired oven temperature and immediately afterwards in the finishing mill (rolling mill) rolled down to the finished strip thickness (heating insert).
  • the slab can also be heated in the oven after a longer laytime and then further processed in the rolling mill (cold use).
  • the necessary furnace temperature depends essentially on the final thickness and bandwidth to be rolled as well as on the strip material.
  • the higher toughness results from the decrease in grain size according to the Cottrell-Petch equation. This can be measured in terms of a decrease in the DBTT transition temperature (Ductil Brittle Transition Temperature) or higher values in the notched bar impact test.
  • the rapid cooling is an effective tool to improve the mechanical properties over setting a smaller grain size.
  • the flatness of the strip or sheet is adversely affected by the high volumes of water necessary to set a high cooling rate.
  • the optimal loading between the top and bottom is of particular importance. If the amounts of water are applied in the same ratio, due to thermal stresses to a buckling of the strip or sheet such that the strip or sheet edges stand out from the roller table. However, if the water levels are adjusted to give the same temperatures on the top and bottom of the belt, optimum flatness is achieved and the belt / sheet edge lies flat on the roller table like the belt center. However, it is necessary to increase the amount of water on the bottom.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is shown.
  • the single figure shows schematically the last framework of a finishing train for producing a steel strip and a subsequent laminar cooling including coiler.
  • the figure shows the rolling stand 2 of a finishing train.
  • the strip 1 is rolled in the finishing train and leaves in the conveying direction F, the last rolling stand 2.
  • the belt 1 is cooled, using a quick-cooling 4 is used, the structure of the classical Construction corresponds.
  • a cooling medium (water) is sprayed onto the top and bottom of the belt 1.
  • the cooling device 3 is divided into 10 sections.
  • the length L 1 of the rapid cooling 4 in the exemplary embodiment amounts to approximately 9 m from the middle of the roll stand 2;
  • the rapid cooling begins as described immediately behind or in the nip of the last rolling mill. 2
  • the distance L 2 of the cooling device 3, ie the beginning thereof, is in the exemplary embodiment at about 14 m behind the center of the roll stand second
  • Behind the cooling device 3 is a reel device 5 for winding the now finished tape.
  • Temperature measuring elements 6 and 7 determine the respective temperature at the corresponding location in order to be able to monitor the course of the process.
  • the strength and elongation of the strip (or sheet) are increased, which is due to the small grain size, which is achieved when using the proposed method.
  • grain growth takes place immediately after recrystallization. This can be prevented if the strip temperature is reduced as quickly as possible after rolling in an area in which grain growth no longer takes place.
  • the strip must therefore be cooled from the final rolling temperature, which is at about 800 ° C to 920 ° C, on average at 860 ° C, to at least 700 ° C.
  • the proposed method is used in combination with a CSP plant with X-strands, oscillation and use of the tunnel kiln, or in a conventional hot rolling mill.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bandes, bei dem das Band in einem mehrgerüstigen Walzwerk gewalzt, hinter dem letzten Walzgerüst des Walzwerks in Förderrichtung ausgebracht und in einer Kühlvorrichtung gekühlt wird.
  • Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus
    der US 2012/0068391 A1 und der JP S60 243226 A bekannt. Andere Lösungen zeigen die WO 02/070157 A1 und die JP S60 221115 A .
  • Die mechanischen Eigenschaften von Stahlwerkstoffen können auf vielfältige Weise beeinflusst werden. Eine Erhöhung der Festigkeit wird durch Ergänzen von bestimmten Legierungselementen erreicht (Mischkristallhärtung). Außerdem kann während des Walzens die Fertigstraßentemperatur abgesenkt werden, um eine höhere Versetzungsdichte zu erreichen (Versetzungshärtung). Durch Zulegieren von Mikrolegierungselementen - wie beispielsweise Nb, V oder Ti - werden Ausscheidungen gebildet, die eine Erhöhung der Festigkeit hervorrufen (Ausscheidungshärtung). Diese Mechanismen haben allerdings den Nachteil, dass die Zähigkeit ungünstig beeinflusst wird. Dagegen wirkt sich eine feine Kornstruktur des Gefüges (Feinkornhärtung) positiv auf die Festigkeits- und gleichzeitig auf die Zähigkeitseigenschaften aus. Mit einer kleinen Korngröße werden die Festigkeits- und die Zähigkeitseigenschaften des Stahlwerkstoffes verbessert.
  • Eine Abnahme der Ferrit-Korngröße erhöht die Festigkeit und wird durch die Hall-Petch-Gleichung beschrieben. Hiernach ist die Festigkeitszunahme (ΔσV) proportional zur Korngröße (d) gemäß der Beziehung: Δσ V ≅ 1 d
    Figure imgb0001
  • Diese Beziehung wurde durch experimentelle Untersuchungen mehrfach bestätigt.
  • Grundsätzlich kommt es bei einer Abnahme des Ferritkorndurchmessers zu einem Anstieg der Streckgrenze und Zugfestigkeit. Die Hall-Petch-Beziehung gibt die Ergebnisse von industriell hergestellten unlegierten kohlenstoffarmen Stählen (LC-Stählen) und mikrolegierten Stählen gut wieder. Mikrolegierte Stähle haben im Allgemeinen aufgrund der unterdrückten Rekristallisation eine kleinere Korngröße und liegen entsprechend auf einem höheren Festigkeitsniveau als gewöhnliche LC-Stähle. Gleichzeitig wirkt sich eine kleine Ferritkorngröße positiv auf die Zähigkeit aus. Die Übergangstemperatur DBTT (Ductile Brittle Transition Temperature) nimmt bei der Abnahme der Korngröße deutlich ab (Cottrell-Petch-Beziehung).
  • Mit dem thermomechanischen Walzen (Thermomechnical Controlled Process - TMCP) werden diese Effekte in Warmwalz- und Grobblechwerken bewusst ausgenutzt. Als wichtigster Mechanismus wird die dynamische Rekristallisation des Austenits während der Umformung genannt. In den vergangenen Jahren wurde mit dem thermomechanischen Walzen die kontrollierte Temperaturführung während des Walzens und des anschließenden Kühlens stetig verbessert und kleinere Ferritkorngrößen eingestellt. Allgemein gilt, dass eine Korngröße von 3 bis 5 µm für gewöhnliche CMn-Stähle eine Grenze darstellt, die mit industriellen Verfahren und herkömmlichen Legierungskonzepten nicht weiter unterboten werden kann, unabhängig davon, wie hoch die eingebrachte Verformung der Austenit-Phase während des Walzens ist.
  • Die Hall-Petch-Gleichung (s. oben) sagt allerdings eine weitere Kornfeinigung voraus. Eine Korngröße von 1 µm würde zum Beispiel zu einem Anstieg der Festigkeit um 350 MPa bei gleichzeitig verbesserter Zähigkeit führen. Daher ist die Motivation in der Werkstoffentwicklung groß, neue Konzepte in der Anlagen-, Prozess- und Verfahrenstechnik zu generieren und hochfeste Werkstoffe dieser Korngrößen im industriellen Maßstab zu erzeugen.
  • Typischerweise ist in Warmband- oder in Grobblechstraßen vorgesehen, dass sich zwischen dem letzten Walzgerüst und der Kühlstrecke ein Abstand größer als 12 m ergibt. In diesem Bereich sind im Allgemeinen Messeinrichtungen für Temperatur, Dicke, Profil und Planheit installiert. Gerade bei langsam gewalzten Bändern kann die Zeit bis zum Erreichen der Kühlung somit mehr als 12 Sekunden betragen (bei einer Bandgeschwindigkeit von 1 m/s). Dies wirkt sich jedoch nachteilig auf die Korngröße des Gefüges innerhalb des Bandes und damit auf die erzielbaren mechanischen Eigenschaften aus, da es nach der Umformung zu Rekristallisation und Erholungsvorgängen kommt.
  • Nachteilig ist, dass es nach dem Walzen des Bandes oder Blechs zu einem ausgeprägten Kornwachstum im Gefüge kommt, das von Rekristallisations- und Erholungsvorgängen überlagert wird. Das Kornwachstum führt zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften.
  • Ein weiterer Aspekt betrifft die Planheit des Bandes oder Bleches. Je tiefer die Temperatur nach dem Kühlen in der Kühlstrecke ist und je dicker die Band- oder Blechdicke ist, desto wichtiger ist die Wassermengenaufbringung auf die Oberseite und Unterseite des Bandes. Wenn das Wassermengenverhältnis zwischen Ober- und Unterseite nicht optimal ist, wird das Band oder Blech unplan bzw. uneben. In diesem Falle ist eine aufwändige Nachbearbeitung oder Nachbesserung erforderlich.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren bereitzustellen, das eine bessere Einstellung der mechanischen Eigenschaften sowie der Phasenbestandteile des metallischen Werkstoffs, insbesondere des Stahls, ermöglicht, insbesondere in einer Warmband- und Grobblechstraße. Ferner soll der Planheitsgrad des herzustellenden Bands oder Blechs möglichst groß sein.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 erreicht.
  • Bevorzugt beträgt der von unten auf das Band oder Blech aufgebrachte Volumenstrom an Kühlmedium mindestens 150 % des von oben auf das Band oder Blech aufgebrachten Volumenstroms an Kühlmedium. Andererseits beträgt der von unten auf das Band oder Blech aufgebrachte Volumenstrom an Kühlmedium vorzugsweise höchstens 400 % des von oben auf das Band oder Blech aufgebrachten Volumenstroms an Kühlmedium. Es hat sich gezeigt, dass bei Werten über 400 % eine Wölbung der Bandkanten nach unten auftreten kann.
  • Bei der Schnellkühlung des Bandes oder Bleches wird erfindungsgemäß ein Kühlmedium in einer solchen Menge (und gegebenenfalls mit einem solchen Druck) aufgebracht, dass die Kühlung des Bandes oder Bleches an seiner Oberfläche mit einem Gradienten von mindestens 500 K/s erfolgt, vorzugsweise mit einem Gradienten von mindestens 750 K/s, besonders bevorzugt mit einem Gradienten von mindestens 1.000 K/s.
  • Das Band oder Blech wird vorzugsweise hergestellt, indem zunächst eine Bramme in einer Stranggießanlage gegossen wird, diese dann in einem Ofen, insbesondere in einem Rollenherdofen, auf eine definierte Temperatur erwärmt wird und unmittelbar danach in dem als Fertigstraße fungierendem Walzwerk auf die Fertigbanddicke herunter gewalzt wird.
  • Als Band oder Blech wird bevorzugt ein Stahlband oder ein Stahlblech hergestellt. Dabei kann das Band Stahlband sein, dem Legierungsbestandteile zugegeben werden.
  • Das Walzwerk ist vorzugsweise ein Warmwalzwerk.
  • Die Schnellkühlung erstreckt sich erfindungsgemäß vom Inneren des letzten Walzgerüsts des Walzwerks in Förderrichtung (d. h. in Walzrichtung) über eine Strecke zwischen 2 m und 15 m, vorzugsweise zwischen 6 m und 10 m. Indes beginnt die Kühlvorrichtung hinter dem letzten Walzgerüst des Walzwerks in Förderrichtung vorzugsweise in einem Abstand größer als 10 m.
  • Erfindungsgemäß wird also eine Verfahrensweise vorgeschlagen, die die Kornstruktur beeinflusst und ein möglichst kleines Ferritkorn einstellt. Im letzten Gerüst der Fertigstraße wird eine Schnellkühlung angeordnet. Die Zeit zwischen dem Passieren des letzten Walzspalts und dem Kühlen des Bandes oder Blechs wird damit minimal. Die Schnellkühlung wird bevorzugt so ausgelegt, dass Kühlraten über 1.000 K/s an der Oberfläche möglich sind. Die Wassermengen werden so aufgebracht, dass sich eine optimale Planheit ergibt. In Walz- bzw. Förderrichtung hinter der Schnellkühlung sind Messinstrumente (für die Dicke des Bandes bzw. für die Temperatur desselben) angeordnet. Anschließend finden die (herkömmliche) Laminarkühlung und dann das Aufhaspeln des Bandes statt.
  • Die vorliegende Erfindung erlaubt die verbesserte Herstellung von Bändern und Blechen, insbesondere aus metallischen Werkstoffen (vor allem aus Stahl- und Eisenlegierungen) in Warm- und Grobblechwerken.
  • Die sich ergebende Kornstruktur ist das Ergebnis der im Werkstoff ablaufenden Rekristallisations- und Erholungsvorgänge während der Umformung. Kornwachstum findet besonders nach dem letzten Stich in einer Warmbandstraße oder in einem Grobblechgerüst statt und kann durch eine möglichst frühzeitige Kühlung des Bandes unterbunden bzw. reduziert werden.
  • Die Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung sind also generell Walzwerke, Warmband- und Grobblechwalzwerke, die Herstellung von Bändern und Blechen aus Stahl- und Eisenlegierungen. Das vorgeschlagene Verfahren kann überall dort eingesetzt werden, wo im Produktionsprozess Werkstoffe gekühlt werden müssen, insbesondere in einer Warmband- und Grobblechstraße mit jeweils zugehörigen Aggregaten.
  • Es wird vorteilhaft eine bessere Einstellung der mechanischen Eigenschaften sowie der Phasenbestandteile des Stahls insbesondere in einer Warmband- und Grobblechstraße möglich. Mit der optimalen Wassermengenverteilung von Oberseite und Unterseite ergibt sich eine gute Planheit.
  • Vorteilhaft ist die sich durch das erfindungsgemäße Verfahren ergebende geringe Korngröße des Gefüges mit einer verbesserten Planheit.
  • Hierauf liefert die vorliegende Erfindung eine Antwort und beschreibt eine Anordnung, in der sich an das letzte Walzgerüst eine Schnellkühlung unmittelbar anschließt. Durch die Schnellkühlung werden sehr hohe Kühlraten erreicht und eine kleine Korngröße möglich.
  • Unter Planheitsaspekten ist darauf zu achten, dass die Wassermengen auf der Ober- und Unterseite des Bandes oder Blechs so aufgebracht werden, dass sich ein planes Band oder Blech ergibt. Üblicherweise liegt das Wassermengenverhältnis zwischen der Ober- und Unterseite bei 1 : 1 bis zu 1 : 1,15. Das bedeutet, dass die Wassermengen auf der Ober- und Unterseite gleich sind oder auf der Unterseite bis zu 15 % mehr Volumenstrom aufgegeben wird als auf der Oberseite.
  • Die vorliegende Erfindung hat indes festgestellt, dass dieses Verhältnis nachteilig für die Einstellung einer guten Planheit ist. Es ergeben sich Randwellen, so dass die Bandkante nicht mehr auf dem Rollgang aufliegt. Dies wird nach der vorliegenden Erfindung verhindert und ein hoher Planheitsgrad erreicht, wenn das Wassermengenverhältnis in einem Bereich zwischen 1 : 1,2 und 1 : 4 liegt, d. h. es wird mindestens 120 % und bis zu 400 % des Volumenstroms auf die Unterseite ausgebracht, als es auf der Bandoberseite der Fall ist.
  • Bei der Herstellung von Warmband wird zunächst die Bramme in einer Stranggießanlage gegossen, dann in einem Rollenherdofen auf die gewünschte Ofentemperatur erwärmt und unmittelbar danach in der Fertigstraße (Walzwerk) auf die Fertigbanddicke herunter gewalzt (Heizeinsatz). Die Bramme kann auch nach einer längeren Liegezeit im Ofen erwärmt und dann im Walzwerk weiter verarbeitet werden (Kalteinsatz). Die notwendige Ofentemperatur hängt dabei im Wesentlichen von der zu walzenden Enddicke und Bandbreite sowie vom Bandmaterial ab.
  • Vorteilhaft ergeben sich somit also verbesserte mechanische Eigenschaften des hergestellten Bandes bzw. Blechs mit insbesondere einer höheren Festigkeit. Die höhere Festigkeit ergibt sich gemäß der Hall-Petch-Gleichung durch die Abnahme der Korngröße.
  • Ferner wird auch eine höhere Zähigkeit des Materials erreicht. Die höhere Zähigkeit ergibt sich gemäß der Cottrell-Petch-Gleichung mit der Abnahme der Korngröße. Dies kann in Form einer Abnahme der DBTT-Übergangstemperatur (Ductil Brittle Transition Temperature) oder über höhere Werte im Kerbschlagbiegeversuch gemessen werden.
  • Mit einer Änderung der mechanischen Eigenschaften können auch Kosten für Legierungselemente eingespart werden. Erste Untersuchungen haben ergeben, dass erhebliche Kosten eingespart werden können.
  • Die Schnellkühlung ist ein wirkungsvolles Werkzeug, die mechanischen Eigenschaften über Einstellung einer kleineren Korngröße zu verbessern. Allerdings wird die Planheit des Bandes oder Bleches durch die hohen Wassermengen, die für die Einstellung einer hohen Kühlrate notwendig sind, ungünstig beeinflusst. Dafür kommt der optimalen Beaufschlagung zwischen Ober- und Unterseite eine besondere Bedeutung zu. Wenn die Wassermengen im gleichen Verhältnis aufgebracht werden, kommt es aufgrund von thermischen Verspannungen zu einer Wölbung des Bandes oder Bleches derart, dass die Band- oder Blechkanten sich vom Rollgang abheben. Wenn allerdings die Wassermengen so angepasst werden, dass sich auf der Band-/Blechober- und - unterseite die gleichen Temperaturen ergeben, wird eine optimale Planheit erreicht, und die Band-/Blechkante liegt wie die Bandmitte plan auf dem Rollgang. Dazu ist es allerdings notwendig, dass die Wassermengen auf der Unterseite erhöht werden.
  • Es hat sich gezeigt, dass bei einer Erhöhung der Wassermenge auf die Unterseite auf mindestens den 1,2-fachen Wert der Oberseite eine besonders gute Planheit erzielt wird. Ein Wert an der Unterseite, der größer als die vierfache Menge der Oberseite ist, führt allerdings zu dem entgegengesetzten Ergebnis. Das Band oder das Blech wölbt sich in diesem Falle in der Mitte nach oben. Auch dieser Effekt ist sehr nachteilig, da das Band oder Blech nicht weiterverarbeitet werden kann.
  • Schließlich ergibt sich eine optimale Planheit durch das erfindungsgemäß vorgesehene Wassermengenverhältnis zwischen dem Volumenstrom auf der Oberseite und der Unterseite des Bandes bzw. Blechs.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch das letzte Gerüst einer Fertigstraße zum Herstellen eines Stahlbandes und eine sich anschließende Laminarkühlung samt Haspelanlage.
  • In der Figur ist das Walzgerüst 2 einer Fertigstraße zu sehen. Das Band 1 wird in der Fertigstraße gewalzt und verlässt in Förderrichtung F das letzte Walzgerüst 2. Unmittelbar hinter dem Walzspalt bzw. bereits im Walzspalt des letzten Walzgerüsts 2 wird das Band 1 gekühlt, wozu eine Schnellkühlung 4 eingesetzt wird, die vom Aufbau her der klassischen Bauweise entspricht. Ein Kühlmedium (Wasser) wird auf die Ober- und Unterseite des Bandes 1 aufgespritzt.
  • Hinter der Schnellkühlung 4 schließt sich eine klassische Kühlvorrichtung 3 in Form einer Laminarkühlung an. Im Ausführungsbeispiel ist die Kühlvorrichtung 3 in 10 Abschnitte aufgeteilt.
  • Ferner ist erwähnenswert, dass sich die Länge L1 der Schnellkühlung 4 im Ausführungsbeispiel auf ca. 9 m ab Mitte des Walzgerüsts 2 beläuft; die Schnellkühlung beginnt wie beschrieben unmittelbar hinter bzw. im Walzspalt des letzten Walzgerüst 2.
  • Der Abstand L2 der Kühlvorrichtung 3, d. h. deren Beginn, liegt indes im Ausführungsbeispiel bei ca. 14 m hinter der Mitte des Walzgerüsts 2.
  • Hinter der Kühlvorrichtung 3 befindet sich eine Haspelvorrichtung 5 zum Aufwickeln des jetzt fertigen Bandes.
  • Temperaturmesselemente 6 und 7 (Pyrometer) ermitteln die jeweilige Temperatur am entsprechenden Ort, um den Prozessverlauf überwachen zu können.
  • Es wird erreicht, dass gleichzeitig die Festigkeit und die Dehnung des Bandes (bzw. des Bleches) gesteigert werden, was durch die geringe Korngröße bedingt ist, die bei Einsatz des vorgeschlagenen Verfahrens erreicht wird. Nach dem Walzen des Bandes in der Warmbandstraße findet unmittelbar nach der Rekristallisation ein Kornwachstum statt. Dieses kann unterbunden werden, wenn die Bandtemperatur möglichst schnell nach dem Walzen in einen Bereich reduziert wird, in dem Kornwachstum nicht mehr stattfindet. Das Band muss also von der Endwalztemperatur, die bei ca. 800 °C bis 920 °C liegt, im Mittel bei 860 °C, auf mindestens 700 °C gekühlt werden.
  • Bevorzugt wird das vorgeschlagene Verfahren in Kombination mit einer CSP-Anlage mit X-Strängen, Oszillation und Einsatz des Tunnelofens eingesetzt, oder in einem herkömmlichen Warmwalzwerk.
  • Es können spezielle Werkstoff eingesetzt werden, z. B. mikrolegierte Qualitäten.
  • Es kann auch eine Kombination mit einem Blechwalzwerk vorgesehen werden.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Band
    2
    Walzgerüst
    3
    Kühlvorrichtung
    4
    Schnellkühlung
    5
    Haspelvorrichtung
    6
    Temperaturmesselement
    7
    Temperaturmesselement
    F
    Förderrichtung
    L1
    Länge der Schnellkühlung
    L2
    Abstand der Kühlvorrichtung

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bandes oder Blechs (1), bei dem das Band oder Blech (1) in einem mehrgerüstigen Walzwerk gewalzt, hinter dem letzten Walzgerüst (2) des Walzwerks in Förderrichtung (F) ausgebracht und in einer Kühlvorrichtung (3) gekühlt wird, wobei das Band oder Blech (1) unmittelbar nach Passieren der Arbeitswalzen des letzten Walzgerüsts (2) einer zusätzlichen Schnellkühlung (4) unterzogen wird, wobei das Kühlen des Bandes oder Bleches (1) zumindest teilweise noch innerhalb der Erstreckung des letzten Walzgerüsts (2) in Förderrichtung (F) erfolgt, wobei das Schnellkühlen erfolgt, indem ein Kühlmedium von oben und von unten auf das Band oder Blech (1) aufgebracht wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der von unten auf das Band oder Blech (1) aufgebrachte Volumenstrom an Kühlmedium mindestens 120 % des von oben auf das Band oder Blech (1) aufgebrachten Volumenstroms an Kühlmedium beträgt, wobei bei der Schnellkühlung des Bandes oder Bleches (1) ein Kühlmedium in einer solchen Menge und/oder mit einem solchen Druck aufgebracht wird, dass die Kühlung des Bandes oder Bleches (1) an seiner Oberfläche mit einem Gradienten von mindestens 500 K/s erfolgt und wobei sich die Schnellkühlung (4) vom Inneren des letzten Walzgerüsts (2) des Walzwerks in Förderrichtung (F) über eine Strecke zwischen 2 m und 15 m erstreckt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von unten auf das Band oder Blech (1) aufgebrachte Volumenstrom an Kühlmedium mindestens 150 % des von oben auf das Band oder Blech (1) aufgebrachten Volumenstroms an Kühlmedium beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der von unten auf das Band oder Blech (1) aufgebrachte Volumenstrom an Kühlmedium höchstens 400 % des von oben auf das Band oder Blech (1) aufgebrachten Volumenstroms an Kühlmedium beträgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Schnellkühlung des Bandes oder Bleches (1) ein Kühlmedium in einer solchen Menge und/oder mit einem solchen Druck aufgebracht wird, dass die Kühlung des Bandes oder Bleches (1) an seiner Oberfläche mit einem Gradienten von mindestens 750 K/s, bevorzugt mit einem Gradienten von mindestens 1.000 K/s, erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Band oder Blech (1) hergestellt wird, indem zunächst eine Dünnbramme in einer Stranggießanlage gegossen wird, diese dann in einem Ofen, insbesondere in einem Rollenherdofen, auf eine definierte Temperatur erwärmt wird und unmittelbar danach in dem als Fertigstraße fungierenden Walzwerk auf die Fertigbanddicke herunter gewalzt wird (CSP-Verfahren).
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Band (1) oder Blech ein Stahlband oder ein Stahlblech hergestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schnellkühlung (4) vom Inneren des letzten Walzgerüsts (2) des Walzwerks in Förderrichtung (F) über eine Strecke zwischen 6 m und 10 m erstreckt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (3) hinter dem letzten Walzgerüst (2) des Walzwerks in Förderrichtung (F) in einem Abstand von mindestens 10 m, vorzugsweise von mindestens 13 m, beginnt.
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