EP3016754B2 - Verfahren zum warmwalzen von stahlband - Google Patents

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EP3016754B2
EP3016754B2 EP14736716.3A EP14736716A EP3016754B2 EP 3016754 B2 EP3016754 B2 EP 3016754B2 EP 14736716 A EP14736716 A EP 14736716A EP 3016754 B2 EP3016754 B2 EP 3016754B2
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EP
European Patent Office
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rolling
cooling
hot
steel strip
stand
Prior art date
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EP14736716.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3016754A1 (de
EP3016754B1 (de
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Heribert FISCHER
Caspar Schmitt
Andreas Zaum
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Publication of EP3016754B1 publication Critical patent/EP3016754B1/de
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    • C21D8/0231—Warm rolling

Definitions

  • the invention relates to a method for hot rolling steel strip, see e.g. EP 1 038 9178 A1
  • a hot rolling mill of the type in question here usually comprises a hot rolling mill with several rolling stands which are passed through one after the other in the conveying direction of the steel strip to be hot rolled and a cooling section for the intensive cooling of the hot-rolled steel strip emerging from the last rolling stand of the rolling mill.
  • Methods of the type according to the invention are used for rolling so-called "heavy plate” whose thickness is at least 15 mm.
  • the respective steel strip is thermomechanically rolled in a four-high stand.
  • this rolling process takes much longer than hot rolling in a hot strip mill.
  • the aim is therefore to also hot roll thick steel strips in a conventional hot rolling mill.
  • a particular challenge is the rolling of flat steel material intended for the manufacture of thick-walled pipelines, which have to meet the highest requirements in terms of toughness and resistance to cracking. These properties are usually assessed using the results of the so-called “Drop Weight Tear Test", or "DWTT” for short.
  • the DWTT is described in the API 5L3 standard of the American Petroleum Institute, 3rd Edition, 02/1996, in ASTM E436, in DIN EN 10274 from 1999 and in the steel-iron test sheet SEP 1326.
  • a test specimen of a defined weight is dropped from a similarly defined height onto a strip-shaped sheet metal sample, which has a defined groove-like notch on the side facing away from the impacting test specimen in the area of the expected fracture and is placed with its end sections on a support.
  • a certain specified temperature for example -35 °C, the ductile fracture fraction of the respective sample generated in this way is on average 85 %.
  • the preliminary strip is then continuously hot rolled to form a hot strip in one or more passes.
  • Hot rolling is carried out in a temperature range that includes the recrystallization range of the austenite.
  • the hot strip is then cooled by means of a cooling device to a temperature that is at least 20 °C below the recrystallization stop temperature, with the cooling rate being at least 10 °C/s.
  • Rolling is then continued below the recrystallization stop temperature with a total deformation degree of at least 30% in the temperature range below the recrystallization stop temperature until the finished hot strip exits the hot rolling mill.
  • steels for the manufacture of thick-walled pipes typically consist of an alloy containing, in addition to iron and unavoidable impurities (in % by weight), C: ⁇ 0.18%, Si: ⁇ 1.5%, Mn: ⁇ 2.5%, P: 0.005 - 0.1%, S: ⁇ 0.03%, N: ⁇ 0.02%, Cr: ⁇ 0.5%, Cu: ⁇ 0.5%, Ni: ⁇ 0.5%, Mo: ⁇ 0.5%, Al ⁇ 2%, up to a total of 0.3% of one or more of the elements B, Nb, Ti, V, Zr and Ca.
  • These steels also include the steel grades known as "X70" and X80.
  • the object of the invention was to create a hot rolling process based on a conventional hot rolling mill with which hot strips with a final thickness of more than 15 mm can be reliably produced, which also meet the highest requirements for their toughness.
  • a plant for hot rolling steel strip therefore comprises, in accordance with the state of the art specified at the beginning, a hot rolling mill which has several rolling stands which are passed through one after the other in the conveying direction of the steel strip to be hot rolled.
  • a hot rolling mill consists of seven rolling stands which are lined up one after the other in the conveying direction and which are passed through one after the other by the steel strip to be hot rolled.
  • the plant also has a cooling section for intensive cooling of the hot-rolled steel strip emerging from the last rolling stand of the rolling mill.
  • the cooling section now begins, in the direction of conveyance of the steel strip to be hot rolled, not behind the last rolling stand of the hot rolling stage, but before the end of the hot rolling stage.
  • the start of the cooling section is set up in such a way that the cooling section begins immediately after the last rolling stand that was actively passed through before entering the cooling section.
  • Active here means that hot rolling is still taking place in this rolling stand.
  • Inactive on the other hand, are the rolling stands whose roll gap is opened so wide by a corresponding adjustment of the work rolls that the hot strip no longer experiences any deformation when passing through the relevant rolling stand. This means that when the hot strip leaves the last hot rolling stand in the direction of conveyance before the start of the cooling section, in which hot rolling is still taking place, it is immediately caught by the cooling fluid released by the cooling section and cooled at an accelerated rate.
  • the cooling section and the hot rolling stage overlap in such a way that the rolling stage is shortened by two rolling stands and the cooling section is extended into the rolling stage at least so far that, if several of the rolling stands passed through last in the conveying direction of the steel strip to be hot rolled are inactivated, cooling can take place directly behind the last rolling stand in which forming is still taking place.
  • the method according to the invention according to claim 1 for producing rolled steel strip accordingly provides that it is carried out on a previously described system and, during hot rolling, the roll gap is opened in inactive rolling stands to such an extent that no more deformation of the steel strip takes place in this rolling stand in the hot rolling stage, wherein the steel strip is cooled at an accelerated rate after leaving the last active rolling stand by applying a cooling fluid.
  • the invention is therefore based on the proposal to operate a conventional multi-stand rolling mill in such a way that the thickness of the steel strip is not reduced in each of the hot rolling stands it passes through. Instead, the steel strip is only deformed in the active rolling stands of the rolling mill. In the inactive rolling stands, the roll gap is opened so wide that its work rolls no longer touch the rolling stock, so that no more deformation can take place in it. At the same time, the start of the cooling section is shifted into the hot rolling mill so that, for example, in a hot rolling mill with seven hot rolling stands, the accelerated cooling can take place immediately after the fifth rolling stand and no more hot rolling takes place above the penultimate, i.e. the sixth, and last, i.e. the seventh, rolling stands.
  • steel sheets for pipes can be produced which not only have a high level of strength, such as the steel grades "X70” or "X80", but also have a low transition temperature of -10° C and less and high toughness requirements up to thicknesses of 25.4 mm.
  • bainitic steels can preferably be used in order to reliably meet the requirements to be met according to DWTT.
  • the application range of ferritic / pearlitic steels can be expanded to include greater thicknesses.
  • the cooling according to the invention which extends into the rolling line and starts early when rolling in thicknesses >15 mm, prevents unhindered access of oxygen and, as a result, severe post-scaling of the strip surfaces.
  • the rolling speeds are low due to the early end of active forming and the low overall degrees of deformation achieved during hot rolling. They are typically in the range of less than 3 m/s.
  • cooling section By extending the cooling section into the finishing line, it is also possible to display cooling curves with holding times.
  • the system configuration simply has to be designed in such a way that when rolling in a rolling line with seven rolling stands, of which only the first five are activated, the spraying starts directly behind the fifth stand, whereby the amount of cooling fluid applied in front of and behind the unused rolling stands can ideally be adjusted.
  • another spraying system behind the seventh stand and/or a suitable cooling section behind the measuring house provided as standard in hot rolling mills of the type in question different holding times can be achieved with the desired cooling curves.
  • the cooling section can comprise several cooling units and a cooling unit can be arranged above the rolling stand passed through in the conveying direction behind the last one before entering the cooling section and each further rolling stand passed through thereafter.
  • the cooling that takes place after the last active rolling stand is not carried out using conventional laminar cooling, which is known from conventional hot rolling mills, but rather a particularly rapid cooling with a higher cooling rate of at least 80 K/s is used. Cooling rates of at least 130 K/s have proven particularly effective, although in practice the cooling rate is typically up to 160 K/s.
  • the rapid cooling provided for in the invention limits grain growth in the hot-rolled steel strip and increases the cold toughness of the material, so that it reliably reaches maximum toughness values at low temperatures and accordingly has the highest mechanical properties.
  • intensive cooling or compact cooling units can be used, for example. These should be designed in such a way that the cooling section is able to provide a cooling fluid output of at least 1000 m 3 /h, in particular up to 1500 m 3 /h. Cooling is preferably carried out from both the top and bottom of the strip to be cooled in order to ensure that the strip cross-section cools as quickly as possible and as evenly as possible. After each intensive cooling, the water remaining on the hot strip can be sprayed off by cross-spraying at high pressure before the hot strip passes through the next inactive rolling stand and is subsequently cooled further. This prevents water from standing on the hot strip after the respective cooling stage and ensures that a correspondingly controlled, gradual cooling of the hot strip is achieved.
  • Compact cooling units are particularly suitable for the accelerated cooling that is brought forward into the rolling mill according to the invention, and each of these units applies a cooling fluid jet concentrated on a specific section to the respective hot strip.
  • the cooling units of the cooling section can be designed as conventional intensive cooling units, for example.
  • the length measured in the conveying direction of the steel strip to be hot-rolled, over which the cooling unit arranged behind one of the rolling stands within the rolling mill applies cooling fluid to the steel strip in the conveying direction is at most 25% of the distance at which the rolling stands of the rolling mill arranged adjacent to one another are arranged one after the other in the conveying direction.
  • the length section over which the cooling fluid is applied is limited to 8 - 15% of the distance between the cooling units, the best working results are achieved in practice.
  • cooling between the rolling stands can be carried out in such a way that, due to the intensity of the cooling, no longer controlled deformation can take place in the austenite region of the steel being processed.
  • the cooling units provided according to the invention which are designed in particular as compact cooling units, differ from those cooling devices that are used in conventional hot rolling mills to cool the strip to be hot rolled between two rolling stands.
  • the cooling units used according to the invention from the last active rolling stand onwards cause such intensive strip cooling that no longer controlled deformation can take place in the austenite region.
  • the initial hot rolling temperature of the steel strip is above 800 °C and below 1050 °C.
  • the exit temperature at which the steel strip enters the cooling section when leaving the last rolling stand over which it is hot-formed is typically between 740 °C and 900 °C.
  • the steel strip hot-rolled according to the invention it may be expedient to interrupt the cooling of the steel strip at a cooling stop temperature when the steel strip has reached a cooling stop temperature of between 500 °C and 700 °C. It has also proven advantageous with regard to the development of the desired mechanical properties if the steel strip is cooled in air for 2 - 12 seconds without active cooling after reaching this cooling stop temperature.
  • the steel strip After cooling as described above, the steel strip can be coiled at a coiling temperature of between 450 °C and 650 °C.
  • Thin slabs or pre-strips with a thickness of 50 - 100 mm are particularly suitable as preliminary products for the hot rolling according to the invention.
  • the final thickness of the steel strip hot-rolled according to the invention is typically more than 15 mm.
  • Tests have shown that with the method according to the invention, heavy plates can be hot-rolled on hot rolling mills converted according to the invention in a continuous sequence of work steps. These plates are up to 25.4 mm thick and in the DWTT also meet the highest requirements for their toughness.
  • the method according to the invention is suitable for high-strength, micro-alloyed steels and steels according to DIN EN 10149.
  • the method according to the invention is particularly suitable for processing steel strips made of the bainitic grades X60, X65, X70, X80 and other comparable steels that are usually used for heavy plate production.
  • the steels particularly suitable for the process according to the invention can be summarized under the general alloying specification (in wt.
  • the invention provides a method which makes it possible in a variety of ways to produce hot-rolled steel strip of great thickness based on a conventional hot rolling mill, which not only has high strength values but also has optimal toughness.
  • the steel strips produced in this way are particularly suitable for pipeline construction due to their property profile.
  • a hot rolling mill designed as described above can also be used for other hot rolling tasks without any problem.
  • the cooling units provided according to the invention in the overlap area between the cooling section and the hot rolling stage only have to be deactivated or operated in such a way that they meet the cooling requirements for conventional hot rolling.
  • the plant 1 comprises a hot rolling mill 2, which is formed in a conventional manner by seven rolling stands F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, which are arranged one after the other in the conveying direction F of the steel strip S to be hot rolled in the plant 1, a roller table 3, which follows the hot rolling mill 2 in the conveying direction F, a coiler device 4, which is positioned at the end of the roller table 3, seen in the conveying direction F, a measuring house M, which is arranged in the area of the roller table 3 adjacent to the end of the hot rolling mill 2, and a cooling section 5.
  • a hot rolling mill 2 which is formed in a conventional manner by seven rolling stands F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, which are arranged one after the other in the conveying direction F of the steel strip S to be hot rolled in the plant 1
  • a roller table 3 which follows the hot rolling mill 2 in the conveying direction F
  • a coiler device 4 which is positioned at the end of the roller table 3, seen in the conveying direction F
  • the cooling section 5 is formed by several cooling units K1, K2, K3, designed as compact cooling devices, arranged one behind the other in the conveying direction F, and cooling units K4, K5, K6, ..., Kn, designed as conventional cooling units, optionally as laminar cooling units, which are fed via a cooling fluid supply (not shown here) and whose cooling fluid output can be individually adjusted.
  • the cooling fluid is applied by the respective cooling units K1 - Kn from below and from above to the respective bottom and top of the steel strip S.
  • the cooling fluid flowing to the cooling units K1 - K3 can, for example, be pressurized if necessary by means of pumps (also not shown here).
  • the first cooling unit K1 of the cooling section 5 in the conveying direction F is arranged between the fifth rolling stand F5 and the sixth rolling stand F6 and the second cooling unit K2 of the cooling section 5 is arranged between the sixth rolling stand F6 and the seventh rolling stand F7 of the rolling mill 2, so that the cooling section 5 extends into the rolling mill 2 and accordingly the end section 6 of the rolling mill 2 and the beginning section 7 of the cooling section 5 overlap each other.
  • the length section a, over which the cooling units K1, K2 and K3 arranged in the rolling mill apply cooling fluid to the steel strip S, is limited to approx. 10% of the distance A in which, as can be seen from the rolling stands F5 and F6 arranged one behind the other in the conveying direction F in the Figures 2 and 3 shown, the adjacent rolling stands F1 - F7 are arranged respectively.
  • a spraying device Q1, Q2, Q3 is provided which directs a high-pressure jet O aligned transversely to the conveying direction F and in the direction of the respective cooling unit K1, K2, K3 at least onto the upper side of the steel strip S in order to drive cooling fluid standing there from the relevant surface.
  • the cooling unit K1 arranged between the fifth rolling stand F5 and the sixth rolling stand F6 of the hot rolling mill 2 is set up in such a way that, when the cooling unit K1 is switched on, the coolant jets directed vertically downwards that it emits reach as far as the outlet from the rolling stand F5.
  • the cooling unit K2 arranged between the sixth rolling stand F6 and the seventh rolling stand F7 of the hot rolling mill 2 is set up in such a way that, when the cooling unit K2 is switched on, the coolant jets that it emits reach as far as the outlet from the rolling stand F6.
  • the cooling unit K3 arranged behind the seventh rolling stand F7 in the conveying direction F is set up in such a way that, when the cooling unit K3 is switched on, the coolant jets that it emits reach as far as the rolling stand F7.
  • At least one of the cooling units K1 - K3 is in operation. Cooling in air can take place in the area of the cooling unit that is not active.
  • the hot strip is cooled to the required coiling temperature HT using the conventional cooling units K4 - Kn, which are located behind the hot rolling mill 2 in the conveying direction F.
  • the thickness of the steel slabs processed in rolling mill 2 is typically in the range of 180 - 270 mm.
  • 255 mm thick slabs were produced from the steels E1, E2, E3 specified in Table 1, which entered hot rolling mill 2 with a hot rolling start temperature WAT typically in the range of 800 - 1050 °C and were hot rolled there in a continuous sequence in the first five rolling stands F1, F2, F3, F4, F5 to form a steel strip S.
  • the thickness D of the steel strips S hot-rolled from the steels E1, E2, E3 was 23 mm or 18 mm in each case.
  • the hot rolling start temperatures WAT specifically set in the exemplary embodiments explained here are given in Table 3.
  • the temperature TAF5 at the exit of the fifth rolling stand F5 the temperature WET at the exit of the finishing train and the coiler temperature HT are also specified there for the hot strip processed in each case and produced from the respective steel E1, E2 and E3.
  • the steel strips S emerging from the fifth rolling stand F5 have also passed through the last two rolling stands F6 and F7 of the hot rolling mill 2.
  • these rolling stands F6, F7 the work rolls were moved so far apart that the height of the roll gap delimited by them was greater than the thickness D of the steel strip S emerging from the fifth rolling stand F5.
  • no further forming of the steel strip S took place via the last two rolling stands F6 and F7 of the rolling mill 2 as seen in the conveying direction F.
  • the rolling stand F5 was the last of the rolling stands F1 - F7 in the conveying direction F in which hot forming of the steel strip S took place
  • the cooling units K1 and K2 as well as all subsequent cooling units K3 - Kn of the cooling section 5 were activated. Accordingly, the steel strip S emerging from the last active rolling stand F5 in the conveying direction F was caught by the cooling fluid jet of the cooling unit K1 after it emerged from the working gap A5 and was intensively cooled on its way to the next rolling stand F6 until it reached the inlet E6 of the rolling stand F6.
  • the active cooling is stopped and the steel strip S runs out on the roller table 3 until it is reeled into a coil in the reeling device 4 at a reel temperature of 450 - 650 °C.
  • the cooling units K1 - Kn of the cooling section 5 have achieved a total output of up to 1500 m3/h, specifically 1400 m3 /h, of cooling fluid via the cooling section 5 at a cooling fluid pressure of more than 3 bar, specifically 3.2 bar, and a cooling fluid temperature of less than 40 °C, specifically 25 °C.
  • water was used as the cooling fluid.
  • other cooling fluids can also be used to achieve the required cooling rate.
  • Fig.4 The dashed line T2 shows the temperature profile that is achieved during the production of a 23 mm thick hot strip sample made of steel E1 when the cooling already begins in the rolling mill 2 in accordance with the invention, but the cooling rate is less than 80 K/s.
  • the dotted line T4 also shows the temperature curve achieved in a conventional hot rolling mill equipped with seven rolling stands, in which the hot strip is cooled in air after leaving the last active rolling stand F5 up to the measuring house M and after the measuring house M by means of conventional laminar cooling.
  • Each of the steel strips S manufactured in this way from steels E1, E2 and E3 achieved the target values specified for the respective steel in terms of strength (steel E1: Rm at least 570 MPa, Rt0.5 at least 485 MPa; steel E2: Rm at least 570 MPa, Rt0.5 at least 485 MPa; steel E3: Rm at least 625 MPa, Rt0.5 at least 555 MPa).

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmwalzen von Stahlband, siehe z.B. EP 1 038 9178 A1 . Eine Warmwalzanlage der hier in Rede stehenden Art umfasst üblicherweise eine Warmwalzstaffel mit mehreren in Förderrichtung des warmzuwalzenden Stahlbands nacheinander durchlaufene Walzgerüsten und eine Kühlstrecke zum intensiven Kühlen des aus dem letzten Walzgerüst der Walzstaffel austretenden warmgewalzten Stahlbands.
  • Verfahren der erfindungsgemäßen Art werden zum Walzen von so genanntem "Grobblech" eingesetzt, dessen Dicke mindestens 15 mm beträgt. Bei der konventionellen Herstellung von derart dicken Stahlbändern wird das jeweilige Stahlband reversierend in einem Quartogerüst thermomechanisch gewalzt. Dieser Walzvorgang dauert jedoch sehr viel länger als das Warmwalzen in einer Warmbandstraße. Es wird daher angestrebt, auch dicke Stahlbänder in einer konventionellen Warmwalzanlage warmzuwalzen.
  • Eine besondere Herausforderung stellt das Walzen von Stahlflachmaterial dar, das für die Herstellung von dickwandigen Rohrleitungen bestimmt ist, an deren Zähigkeit und Unempfindlichkeit gegen Rissbildung höchste Anforderungen gestellt werden. Diese Eigenschaften werden üblicherweise anhand der Ergebnisse des so genannten "Drop Weight Tear Test", kurz "DWTT", beurteilt. Der DWTT ist in der Vorschrift API 5L3 des American Petroleum Institutes 3. Edition, 02/1996, im ASTM E436, in der DIN EN 10274 von 1999 und im Stahl-Eisen-Prüfblatt SEP 1326 beschrieben. Bei diesem Test wird ein Prüfkörper von definiertem Gewicht aus einer ebenso definierten Höhe auf eine streifenförmige Blechprobe fallen gelassen, die auf ihrer vom auftreffenden Prüfkörper abgewandten Seite im Bereich des zu erwartenden Bruchs mit einer definierten nutartigen Kerbe versehen und mit ihren Endabschnitten auf jeweils einem Auflager aufgelegt ist. Dabei wird in der Regel verlangt, dass bei einer bestimmten vorgegebenen Temperatur, beispielsweise -35 °C, beim so erzeugten Bruch der jeweiligen Probe der Duktilbruchanteil im Mittel 85 % beträgt.
  • Es ist versucht worden, die Zähigkeit von dicken Stahlbändern, die für die Herstellung von Öl- oder Gas-Pipelines benötigt werden, durch bestimmte Warmwalz- und Kühlstrategien zu optimieren. Verschiedene Beispiele für diese Verfahren sind beispielsweise in der EP 1 038 978 B1 zusammengefasst. Das in der EP 1 038 978 B1 selbst neu beschriebene Verfahren ermöglicht die kostengünstige Herstellung von hochfestem Warmband mit herausragender Zähigkeit. Hierzu wird aus einem unlegierten oder niedrig legierten Stahl mit Zusätzen von Mikrolegierungselementen ein Vormaterial, wie Brammen, Dünnbrammen oder gegossenes Band erzeugt, das anschließend eine aus mehreren Walzgerüsten gebildete Fertigstaffel durchläuft. Das Vormaterial wird dabei in das erste Walzgerüst der Fertigstaffel mit einer Temperatur eingeleitet, die um mindestens 30 °C über der Rekristallisationsstopp-Temperatur des jeweiligen Stahls liegt. Dann erfolgt ein kontinuierliches Warmwalzen des Vorbands zu einem Warmband in einem oder mehreren Stichen. Das Warmwalzen wird dabei in einem Temperaturbereich durchgeführt, der den Rekristallisationsbereich des Austenits umfasst. Zwischen zwei Walzgerüsten erfolgt daraufhin ein Abkühlen des Warmbandes mittels einer Kühleinrichtung auf eine Temperatur, die mindestens 20 °C unterhalb der Rekristallisationsstopp-Temperatur liegt, wobei die Abkühlgeschwindigkeit der Abkühlung mindestens 10 °C/s beträgt. Dann wird das Walzen unterhalb der Rekristallisationsstopp-Temperatur mit einem Gesamtumformgrad von mindestens 30 % im Temperaturbereich unterhalb der Rekristallisationsstopp-Temperatur fortgesetzt, bis das fertige Warmband aus der Warmwalzstaffel austritt.
  • Wie in der EP 1 038 978 B1 ebenfalls dargelegt, bestehen Stähle für die Herstellung dickwandiger Rohre typischerweise aus einer Legierung, in der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) C: ≤ 0,18 %, Si: ≤ 1,5 %, Mn: ≤ 2,5 %, P: 0, 005 - 0,1 %, S: ≤ 0,03 %, N: ≤ 0,02 %, Cr: ≤ 0,5 %, Cu: ≤ 0,5 %, Ni: ≤ 0,5 %, Mo: ≤ 0,5 %, Al ≤ 2 %, bis insgesamt 0,3 % von einem oder mehreren der Elemente B, Nb, Ti, V, Zr und Ca vorhanden sind. Zu diesen Stählen zählen auch die unter der Bezeichnung "X70" und X80 bekannten Stahlgüten.
  • Praktische Erfahrungen zeigen, dass trotz der jeweils vergleichbar aufwändigen Maßnahmen, die für die im Stand der Technik jeweils geforderte Temperaturführung nötig sind, mit den aus der Praxis bekannten Verfahren zwar dicke Warmbänder mit erhöhter Festigkeit erzeugt werden können, dass diese Warmbänder jedoch nicht mit der notwendigen Zuverlässigkeit die im Bereich des Pipelinebaus an ihre Zähigkeit gestellten Anforderungen erfüllen.
  • Die Aufgabe der Erfindung bestand vor diesem Hintergrund darin, auf Grundlage einer konventionellen Warmwalzanlage ein Verfahren zum Warmwalzen zu schaffen, mit denen sich betriebssicher Warmbänder mit einer Enddicke von mehr als 15 mm erzeugen lassen, die auch höchsten Anforderungen an ihre Zähigkeit gerecht werden.
  • Die Lösung der oben genannten Aufgabe in Bezug auf das Verfahren besteht erfindungsgemäß darin, dass bei der Herstellung von dickem Warmband die in Anspruch 1 angegebenen Arbeitsschritte durchlaufen werden.
  • Vorteilhafle Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
  • Eine Anlage zum Warmwalzen von Stahlband umfasst demnach in Übereinstimmung mit dem eingangs angegebenen Stand der Technik eine Warmwalzstaffel, die mehrere in Förderichtung des warmzuwalzenden Stahlbands nacheinander durchlaufene Walzgerüste aufweist. Typischerweise besteht eine solche Warmwalzstaffel aus sieben Walzgerüsten, die in Förderrichtung hintereinander aufgereiht sind und vom jeweils warmzuwalzenden Stahlband nacheinander durchlaufen werden. Ebenso ist bei der Anlage, wie bei konventionellen Warmwalzanlagen üblich, eine Kühlstrecke zum intensiven Kühlen des aus dem letzten Walzgerüst der Walzstaffel austretenden warmgewalzten Stahlbands vorgesehen.
  • Die Kühlstrecke beginnt nun in Förderrichtung des warmzuwalzenden Stahlbands gesehen nicht erst hinter dem letzten Walzgerüst der Warmwalzstaffel, sondern bereits vor dem Ende der Warmwalzstaffel. Dabei ist der Beginn der Kühlstrecke so eingerichtet, dass die Kühlstrecke in unmittelbarem Anschluss an das letzte vor dem Eintritt in die Kühlstrecke aktiv durchlaufene Walzgerüst beginnt. "Aktiv" bedeutet hier, dass in diesem Walzgerüst noch eine Warmwalzung stattfindet. "Inaktiv" sind dagegen die Walzgerüste, deren Walzspalt durch eine entsprechende Verstellung der Arbeitswalzen so weit geöffnet ist, dass das Warmband beim Durchlaufen des betreffenden Walzgerüsts keine Verformung mehr erfährt. Es wird also das Warmband beim Verlassen des in Förderrichtung vor dem Beginn der Kühlstrecke letzten Warmwalzgerüsts, in dem noch eine Warmwalzung stattfindet, unmittelbar vom von der Kühlstrecke ausgebrachten Kühlfluid erfasst und beschleunigt abgekühlt.
  • Bei der zuvor beschriebenen Anlage zum Warmwalzen überschneiden sich folglich die Kühlstrecke und die Warmwalzstaffel derart, dass die Walzstaffel um zwei Walzgerüste verkürzt ist und die Kühlstrecke mindestens soweit in die Walzstaffel hinein verlängert ist, dass das bei Inaktivierung mehrerer der in Förderrichtung des warmzuwalzenden Stahlbands zuletzt durchlaufenen Walzgerüste die Kühlung direkt hinter dem letzten Walzgerüst erfolgen kann, in dem noch eine Umformung stattfindet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1 zum Herstellen von gewalztem Stahlband sieht dementsprechend vor, dass es auf einer zuvor beschriebenen ausgebildeten Anlage durchgeführt wird und dabei während des Warmwalzens bei inaktiven Walzgerüsten der Walzspalt soweit geöffnet wird, dass bei diesem Walzgerüst in der Warmwalzstaffel keine Verformung des Stahlbands mehr stattfindet, wobei das Stahlband im Anschluss an den Austritt aus dem letzten aktiven Walzgerüst durch Beaufschlagen mit einem Kühlfluid beschleunigt gekühlt wird.
  • Die Erfindung basiert somit auf dem Vorschlag, eine konventionelle mehrgerüstige Walzstraße so zu betreiben, dass die Dicke des Stahlbands nicht in jedem der von ihm durchlaufenen Warmwalzgerüste reduziert wird. Stattdessen wird das Stahlband nur in den aktiven Walzgerüsten der Walzstaffel verformt. In den inaktiven Walzgerüsten wird der Walzspalt so weit geöffnet, dass seine Arbeitswalzen das Walzgut nicht mehr berühren, in ihm also keine Umformung mehr stattfinden kann. Gleichzeitig ist der Beginn der Kühlstrecke in die Warmwalzstaffel hinein verlagert, so dass beispielsweise bei einer Warmwalzstaffel mit sieben Warmwalzgerüsten die beschleunigte Kühlung bereits unmittelbar nach dem fünften Walzgerüst erfolgen kann und über dem vorletzten, d.h. dem sechsten, und letzten, d.h. dem siebten, Walzgerüst kein Warmwalzen mehr erfolgt.
  • Diesem Vorgehen liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass dann, wenn hochfeste Rohrblechgüten mit einer Dicke von mehr als 15 mm, an deren Zähigkeit höchste Anforderungen gestellt werden, in einer Warmwalzstaffel warmgewalzt werden sollen, in der sie die Walzgerüste in einer kontinuierlichen Abfolge nacheinander durchlaufen, nur eine eingeschränkte Anzahl von Warmverformungen vorgenommen werden sollten, um einerseits mittels der aktivierten Walzgerüste eine für eine gute Maßhaltigkeit des Bandes ausreichende Verformung pro Walzstich zu bewirken. Andererseits gelingt es durch die eingeschränkte Zahl von Walzstichen mit einer direkt nach der letzten Verformung einsetzenden Kühlung die Übergangstemperatur der Zähigkeit zu niedrigeren Temperaturwerten zu verschieben. Auf diese Weise können auf Basis von konventionellen, in der erfindungsgemäßen Weise umgestalteten Warmwalzanlagen Stahlbleche für Rohre erzeugt werden, die nicht nur eine hohe Festigkeit aufweisen, wie beispielsweise die Stahlgüten "X70" oder "X80", sondernd dabei auch noch eine niedrige Übergangstemperatur von - 10° C und weniger und bis zu Dicken von 25,4 mm hohe Zähigkeitsanforderungen besitzen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Erzeugung von Warmband mit einer Dicke von mehr als 18 mm können bevorzugt bainitische Stähle eingesetzt werden, um die gemäß DWTT zu erfüllenden Anforderungen sicher zu erreichen. Durch die Verbesserung der Übergangstemperaturen in Folge der erfindungsgemäß möglichst kurzfristig nach dem letzten wirksamen Umformstich einsetzenden Kühlung kann der Einsatzbereich ferritisch / perlitischer Stähle auf größere Dicken ausgeweitet werden.
  • Gegenüber der konventionellen Kühlung nach dem letzten Gerüst einer Fertigstaffel wird durch die erfindungsgemäß bis in die Walzstaffel hineinreichende, frühzeitig einsetzende Kühlung beim Walzen in Dicken >15 mm ein ungehinderter Sauerstoffzutritt und damit einhergehend eine starke Nachverzunderung der Bandoberflächen unterbunden.
  • Beim erfindungsgemäßen Betrieb einer Warmwalzanlage sind die Walzgeschwindigkeiten in Folge des frühen Endes des aktiven Umformens und der niedrigen beim Warmwalzen erzielten Gesamtumformgrade gering. Typischerweise liegen sie im Bereich von weniger als 3 m/s.
  • Durch die Verlängerung der Kühlstrecke in die Fertigstaffel hinein ergibt sich darüber hinaus die Möglichkeit, Abkühlkurven mit Haltezeiten darzustellen. Die Anlagenkonfiguration muss dazu lediglich so ausgelegt sein, dass beim Walzen in einer Walzstaffel mit sieben Walzgerüsten, von denen jedoch nur die ersten fünf aktiviert sind, die Abspritzung direkt hinter dem fünften Gerüst beginnt, wobei optimalerweise die jeweils vor bzw. hinter den ungenutzten Walzgerüsten ausgebrachte Kühlfluidmenge einstellbar ist. In Verbindung mit einer weiteren Abspritzung hinter dem siebten Gerüst oder/ und einer geeigneten Kühlstrecke hinter dem standardmäßig bei Warmwalzanlagen der hier in Rede stehenden Art vorgesehenen Messhaus können unterschiedliche Haltezeiten bei gewünschten Abkühlkurven realisiert werden.
  • Zu diesem Zweck kann bei einer erfindungsgemäßen Anlage zum Warmwalzen die Kühlstrecke mehrere Kühlaggregate umfassen und über dem in Förderrichtung hinter dem letzten vor dem Eintritt in die Kühlstrecke durchlaufenen Walzgerüst und jedem weiteren im Anschluss daran durchlaufenen Walzgerüstjeweils ein Kühlaggregat angeordnet sein.
  • Die nach dem letzten aktiven Walzgerüst erfolgende Kühlung wird nicht mittels konventioneller Laminarkühlung vorgenommen, die man von konventionellen Warmwalzanlagen kennt, sondern es wird eine besonders schnell einsetzende Kühlung mit einer höheren Abkühlrate von mindestens 80 K/s eingesetzt. Abkühlraten von mindestens 130 K/s haben sich dabei besonders bewährt, wobei in der Praxis die Abkühlrate typischerweise bis zu 160 K/s beträgt. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene schnelle Abkühlung wird das Kornwachstum im jeweils warmgewalzten Stahlband begrenzt und die Kaltzähigkeit des Werkstoffs erhöht, so dass dieser maximale Zähigkeitswerte bei niedrigen Temperaturen sicher erreicht und dementsprechend höchste mechanische Eigenschaften besitzt.
  • Um die erfindungsgemäße intensive Kühlung zu bewerkstelligen, können beispielsweise Intensivkühlungen oder Kompaktkühleinheiten eingesetzt werden. Diese sollten so ausgelegt sein, dass die Kühlstrecke in der Lage ist, eine Kühlfluidausbringung von mindestens 1000 m3/h, insbesondere bis zu 1500 m3/h, zu leisten. Dabei wird vorzugsweise sowohl von der Ober- als auch von der Unterseite des zu kühlenden Bands her gekühlt, um über den Bandquerschnitt eine möglichst gleichmäßige schnelle Abkühlung zu gewährleisten. Nach dem jeweiligen Intensivkühlen kann das auf dem Warmband verbliebene Wasser durch Querabspritzung mit Hochdruck abgespritzt werden, bevor das Warmband das nächste inaktive Walzgerüst durchläuft und im Anschluss daran eine weitere Kühlung einsetzt. Auf diese Weise wird verhindert, dass nach der jeweiligen Kühlstufe Wasser auf dem Warmband steht und sichergestellt, dass man eine dementsprechend kontrollierte stufenweise Abkühlung des Warmbands erreicht.
  • Für die erfindungsgemäß in die Walzstaffel vorgezogene beschleunigte Abkühlung eignen sich insbesondere Kompaktkühlaggregate, die jeweils einen auf einen bestimmten Abschnitt konzentrierten Kühlfluidstrahl auf das jeweilige Warmband ausbringen. Außerhalb der Walzstaffel können die Kühlaggregate der Kühlstrecke dagegen beispielsweise als konventionelle Intensivkühlaggregate ausgebildet sein.
  • Im Hinblick auf die gezielt gesteuerte Art und Weise, in der die Abkühlung erfindungsgemäß vorgenommen wird, hat es sich in diesem Zusammenhang als optimal erwiesen, wenn die in Förderrichtung des warmzuwalzenden Stahlbands gemessene Länge, über die das in Förderrichtung jeweils hinter einem der Walzgerüste innerhalb der Walzstaffel angeordnete Kühlaggregat das Stahlband jeweils mit Kühlfluid beaufschlagt, höchstens 25 % des Abstands beträgt, in dem die jeweils benachbart zueinander angeordneten Walzgerüste der Walzstaffel in Förderrichtung aufeinander folgend aufgestellt sind. Insbesondere dann, wenn der Längenabschnitt, über den die Kühlfluidbeaufschlagung jeweils erfolgt, auf 8 - 15 % des Abstands der Kühlaggregate voneinander beschränkt ist, ergeben sich in der Praxis beste Arbeitsergebnisse.
  • Auf diese Weise lässt sich die Abkühlung zwischen den Walzgerüsten so vornehmen, dass wegen der Stärke der Abkühlung jeweils keine geregelte Verformung im Austenitgebiet des jeweils verarbeiteten Stahls mehr stattfinden kann. Hierin unterscheiden sich die erfindungsgemäß vorgesehenen, insbesondere als Kompaktkühlaggregate ausgebildeten Kühlaggregate von solchen Kühleinrichtungen, die bei konventionellen Warmwalzstraßen zum Kühlen des jeweils warmzuwalzenden Bandes zwischen zwei Walzgerüsten eingesetzt werden. Die erfindungsgemäß ab dem letzten aktiven Walzgerüst eingesetzten Kühlaggregate bewirken erfindungsgemäß eine so intensive Bandkühlung, dass keine geregelte Verformung mehr im Austenitgebiet erfolgen kann.
  • Typischerweise liegt bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Warmwalzverfahrens die Warmwalzanfangstemperatur des Stahlbandes über 800 °C und unterhalb von 1050 °C. Die Austrittstemperatur, mit der das Stahlband beim Verlassen des letzten Walzgerüsts, über das es warmverformt wird, in die Kühlstrecke eintritt, liegt dagegen typischerweise zwischen 740 °C und 900 °C.
  • Zur Ausprägung der gewünschten Zähigkeitseigenschaften des erfindungsgemäß warmgewalzten Stahlbands kann es zweckmäßig sein, die Kühlung des Stahlbands bei einer Kühlstopptemperatur zu unterbrechen, wenn das Stahlband eine zwischen 500 °C und 700 °C liegende Kühlstopptemperatur erreicht hat. Dabei hat es sich ebenfalls im Hinblick auf die Ausprägung der gewünschten mechanischen Eigenschaften als vorteilhaft erwiesen, wenn das Stahlband nach Erreichen dieser Kühlstopptemperatur über 2 - 12 Sekunden ohne aktive Kühlung an Luft abgekühlt wird.
  • Nach der in der voranstehend erläuterten Weise durchgeführten Abkühlung kann das Stahlband bei einer Haspeltemperatur gehaspelt werden, die zwischen 450 °C und 650 °C liegt.
  • Als Vorprodukt für das erfindungsgemäße Warmwalzen kommen insbesondere Dünnbramen oder Vorband mit einer Dicke, die 50 - 100 mm beträgt, in Frage. Dagegen beträgt die Enddicke des erfindungsgemäß warmgewalzten Stahlbands typischerweise mehr als 15 mm. Versuche haben dabei belegt, dass sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Grobbleche auf in erfindungsgemäßer Weise umgerüsteten Warmwalzanlagen in einer kontinuierlichen Arbeitsschrittfolge warmwalzen lassen, die bis zu 25,4 mm dick sind und im DWTT auch höchste Anforderungen an ihre Zähigkeit erfüllen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für höherfeste, mikrolegierte Stähle, und Stähle gemäß DIN EN 10149. Besonders eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Verarbeitung von Stahlbändern aus den bainitischen Güten X60, X65, X70, X80 und anderen vergleichbaren Stählen, die üblicherweise für die Grobblechherstellung eingesetzt werden. Die für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeigneten Stähle lassen sich unter der allgemeinen Legierungsvorschrift (in Gew.-%) C: ≤ 0,18 %, Si: ≤ 1,5 %, Mn: ≤ 2,5 %, P: 0, 005 - 0,1 %, S: ≤ 0,03 %, N: ≤ 0,02 %, Cr: ≤ 0,5 %, Cu: ≤ 0,5 %, Ni: ≤ 0,5 %, Mo: ≤ 0,5 %, Al ≤ 2 %, bis insgesamt 0,3 % von einem oder mehreren der Elemente B, Nb, Ti, V, Zr und Ca, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, zusammenfassen.
  • Mit der Erfindung steht ein Verfahren zur Verfügung, welches es auf vielseitige Weise ermöglicht, auf Grundlage einer konventionellen Warmwalzanlage warmgewalztes Stahlband von großer Dicke herzustellen, das nicht nur hohe Festigkeitswerte besitzt, sondern auch eine optimale Zähigkeit besitzt. Die so erzeugten Stahlbänder eignen sich aufgrund ihres Eigenschaftsprofils insbesondere für den Pipelinebau. Dabei lässt sich eine wie zuvor beschriebene gestaltete Warmwalzanlage ohne Weiteres auch für andere Warmwalzaufgaben einsetzen. Hierzu müssen lediglich die erfindungsgemäß vorgesehenen Kühlaggregate im Überschnittbereich von Kühlstrecke und Warmwalzstaffel deaktiviert oder so betrieben werden, dass sie den beim konventionellen Warmwalzen an die Kühlung gestellten Anforderungen entsprechen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
    • Fig. 1
    eine Anlage 1 zum Warmwalzen von Stahlband S mit einer Enddicke D von mehr als 15 mm mit Kühlung von oben und unten;
    Fig. 2
    zwei in der Anlage 1 vorgesehene Walzgerüste in seitlicher Ansicht;
    Fig. 3
    die beiden Walzgerüste gemäß Fig. 2 in einer Ansicht von oben;
    Fig. 4
    ein Diagramm, in dem für verschiedene Varianten einer in der Anlage 1 durchgeführten Abkühlung des Stahlbands der Temperaturverlauf über die Zeit dargestellt ist.
  • Die Anlage 1 umfasst eine Warmwalzstaffel 2, die in konventioneller Weise durch sieben Walzgerüste F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7 gebildet ist, die in der in Förderrichtung F des in der Anlage 1 warmzuwalzenden Stahlbands S aufeinander folgend aufgestellt sind, einen Rollgang 3, der in Förderrichtung F auf die Warmwalzstaffel 2 folgt, eine Haspeleinrichtung 4, die in Förderrichtung F gesehen am Ende des Rollgangs 3 positioniert ist, ein Messhaus M, das im Bereich des Rollgangs 3 benachbart zum Ende der Warmwalzstaffel 2 angeordnet ist, und eine Kühlstrecke 5.
  • Die Kühlstrecke 5 ist durch mehrere in Förderrichtung F hintereinander aufgereihte, als Kompaktkühlgeräte ausgebildete Kühlaggregate K1, K2, K3 und als konventionelle, optional als Laminarkühleinheiten ausgebildete Kühleinheiten K4, K5, K6, ..., Kn gebildet, die über einen hier nicht gezeigten Kühlfluidvorrat gespeist werden und deren Kühlfluidausbringung jeweils individuell eingestellt werden kann. Das Kühlfluid wird dabei von den jeweiligen Kühlaggregaten K1 - Kn jeweils von unten und von oben auf die jeweils zugeordnete Unter- und Oberseite des Stahlbands S aufgebracht. Um die erforderliche Kühlfluidausbringung zu gewährleisten, kann beispielsweise das zu den Kühlaggregaten K1 - K3 strömende Kühlfluid erforderlichenfalls mittels hier ebenfalls nicht gezeigter Pumpen druckbeaufschlagt werden.
  • Das in Förderrichtung F erste Kühlaggregat K1 der Kühlstrecke 5 ist zwischen dem fünften Walzgerüst F5 und dem sechsten Walzgerüst F6 und das zweite Kühlaggregat K2 der Kühlstrecke 5 zwischen dem sechsten Walzgerüst F6 und dem siebten Walzgerüst F7 der Walzstaffel 2 angeordnet, so dass die Kühlstrecke 5 in die Walzstaffel 2 hineinreicht und sich dementsprechend der Endabschnitt 6 der Walzstaffel 2 und der Anfangsabschnitt 7 der Kühlstrecke 5 einander überlappen. Der Längenabschnitt a, über den die in der Walzstaffel jeweils angeordneten Kühlaggregate K1, K2 und K3 Kühlfluid auf das Stahlband S ausbringen, ist jeweils auf ca. 10 % des Abstands A beschränkt, in dem, wie anhand der in Förderrichtung F hintereinander angeordneten Walzgerüste F5 und F6 in den Figuren 2 und 3 dargestellt, die zueinander benachbarten Walzgerüste F1 - F7 jeweils angeordnet sind.
  • Zwischen dem jeweiligen in der Walzstaffel 2 angeordneten Kühlaggregat K1 und K2 und dem in Förderrichtung F jeweils nächstfolgend aufgestellten Walzgerüst F6,F7 und hinter dem nach Walzgerüst F7 vorgesehenen Kühlaggregat K3 ist jeweils eine Abspritzeinrichtung Q1,Q2,Q3 vorgesehen, die einen quer zur Förderichtung F und in Richtung des jeweiligen Kühlaggregats K1,K2,K3 ausgerichteten Hochdruckstrahl O mindestens auf die Oberseite des Stahlbands S richtet, um dort stehendes Kühlfluid von der betreffenden Oberfläche zu treiben.
  • Grundsätzlich ist es möglich, von den Walzgerüsten F1 - F7 auch weiter vorne in der Warmwalzstaffel 2 angeordnete Walzgerüste F1 - F7 inaktiv zu fahren. Allerdings zeigt die Praxis, dass jeweils mindestens fünf der Walzgerüste F1 - F7 aktiv sein müssen, wobei gemäß der Erfindung in jedem Fall nach dem in Förderrichtung F jeweils letzten aktiven Walzgerüst, spätestens aber nach dem letzten Walzgerüst F7 der Warmwalzstaffel 2 die intensive Kompaktkühlung einsetzt.
  • Das zwischen dem fünften Walzgerüst F5 und dem sechsten Walzgerüst F6 der Warmwalzstaffel 2 angeordnete Kühlaggregat K1 ist so eingerichtet, dass, sofern das Kühlaggregat K1 eingeschaltet ist, die von ihm ausgebrachten senkrecht nach unten gerichteten Kühlflüssigkeitsstrahlen bis zum Austritt aus dem Walzgerüst F5 reichen. Genauso ist das zwischen dem sechsten Walzgerüst F6 und dem siebten Walzgerüst F7 der Warmwalzstaffel 2 angeordnete Kühlaggregat K2 so eingerichtet, dass die von ihm ausgebrachten Kühlflüssigkeitsstrahlen, sofern das Kühlaggregat K2 eingeschaltet ist, bis zum Austritt aus dem Walzgerüst F6 reichen. Ebenso ist das in Förderrichtung F hinter dem siebten Walzgerüst F7 angeordnete Kühlaggregat K3 so eingerichtet, dass, sofern das Kühlaggregat K3 eingeschaltet ist, die von ihm ausgebrachten Kühlflüssigkeitsstrahlen bis zum Walzgerüst F7 reichen.
  • Bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen ist jeweils mindestens eines der Kühlaggregate K1 - K3 in Betrieb. Im Bereich des jeweils nicht aktiven Kühlaggregats kann eine Abkühlung an Luft stattfinden. Mittels der konventionellen, in Förderrichtung F hinter der Warmwalzstaffel 2 stehenden Kühlaggregate K4 - Kn wird das Warmband auf die jeweils geforderte Haspeltemperatur HT abgekühlt.
  • Die Dicke der in der Walzstaffel 2 verarbeiteten Stahlbrammen liegt in der Praxis typischerweise im Bereich von 180 - 270 mm. Konkret sind bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen aus den in Tabelle 1 angegebenen Stählen E1, E2, E3 255 mm dicke Brammen erzeugt worden, die mit einer typischerweise im Bereich von 800 - 1050 °C liegenden Warmwalzanfangstemperatur WAT in die Warmwalzstaffel 2 eingelaufen und dort in einer kontinuierlichen Aufeinanderfolge in den ersten fünf Walzgerüsten F1, F2, F3, F4, F5 zu jeweils einem Stahlband S warmgewalzt worden sind. Die Dicke D der aus den Stählen E1,E2,E3 warmgewalzten Stahlbänder S betrug dabei jeweils 23 mm oder 18 mm. Die bei den hier erläuterten Ausführungsbeispielen jeweils konkret eingestellten Warmwalzanfangstemperaturen WAT sind in Tabelle 3 angegeben. Dort sind darüber hinaus für das jeweils verarbeitete, aus dem jeweiligen Stahl E1, E2, E3 erzeugte Warmband ebenso die Temperatur TAF5 am Auslauf des fünften Walzgerüstes F5, die Temperatur WET am Auslauf der Fertigstraße und die Haspeltemperatur HT angegeben.
  • Die aus dem fünften Walzgerüst F5 austretenden Stahlbänder S haben ebenfalls die beiden letzten Walzgerüste F6 und F7 der Warmwalzstaffel 2 durchlaufen. Jedoch waren bei diesen Walzgerüsten F6,F7 die Arbeitswalzen so weit auseinander gefahren, dass die Höhe des von ihnen begrenzten Walzspalts größer war als die Dicke D des aus dem fünften Walzgerüst F5 austretenden Stahlbands S. Infolgedessen fand bei den hier erläuterten Ausführungsbeispielen über die beiden in Förderrichtungen F gesehen letzten Walzgerüste F6 und F7 der Walzstaffel 2 keine Umformung des Stahlbands S mehr statt.
  • Da die Walzgerüste F6 und F7 inaktiv gestellt waren und somit das Walzgerüst F5 das in Förderrichtung F letzte der Walzgerüste F1 - F7 war, in dem eine Warmumformung des Stahlbands S stattfand, waren die Kühlaggregate K1 und K2 sowie alle folgenden Kühlaggregate K3 - Kn der Kühlstrecke 5 aktiviert. Dementsprechend ist das aus dem in Förderrichtung F letzten aktiven Walzgerüst F5 austretende Stahlband S nach seinem Austritt aus dem Arbeitsspalt A5 vom Kühlfluidstrahl des Kühlaggregats K1 erfasst und auf seinem Weg zum nächsten Walzgerüst F6 intensiv gekühlt worden, bis es den Eintritt E6 des Walzgerüsts F6 erreicht hat. Sobald das Stahlband S den Arbeitsspalt A6 des inaktiven Walzgerüsts F6 durchtreten hat, ist es in gleicher Weise unmittelbar vom Kühlfluidstrahl des Kühlaggregats K2 erfasst und ebenso intensiv weiter abgekühlt worden, bis es den Eintritt E7 des inaktiven Walzgerüsts F7 erreicht hat. Ebenso unmittelbar dann, wenn es durch den Arbeitsspalt A7 des Walzgerüsts F7 getreten ist, ist das Stahlband S vom Kühlfluidstrahl des Kühlaggregats K3 erfasst worden und auf den Rollgang 3 ausgelaufen, auf dem es durch die dort angeordneten weiteren Kühlaggregate K4 - Kn weiterhin beschleunigt und kontrolliert abgekühlt worden ist, bis eine Kühlstopptemperatur von 500 - 700 °C erreicht worden ist.
  • Mit Erreichen der Kühlstopptemperatur ist die aktive Kühlung abgebrochen worden und das Stahlband S auf dem Rollgang 3 ausgelaufen, bis es mit einer Haspeltemperatur von 450 - 650 °C in der Haspeleinrichtung 4 zu einem Coil gehaspelt worden ist.
  • Die Kühlaggregate K1 - Kn der Kühlstrecke 5 haben bei einem Kühlfluiddruck von mehr als 3 bar, konkret 3,2 bar, und einer Kühlfluidtemperatur von weniger als 40 °C, konkret 25 °C, über die Kühlstrecke 5 eine Gesamtausbringung von bis zu 1500 m3/h, konkret 1400 m3/h, Kühlfluid erreicht.
  • Bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen ist als Kühlfluid Wasser verwendet worden. Selbstverständlich können auch andere Kühlfluide eingesetzt werden, um die erforderliche Abkühlgeschwindigkeit zu erreichen.
  • In Fig. 4 ist jeweils für eine aus dem Stahl E1 hergestellte, 23 mm dicke Warmbandprobe über die Zeit t als durchgezogene Linie T1 der Temperaturverlauf dargestellt, der bei der voranstehend erläuterten erfindungsgemäßen Fahrweise der Anlage 1 erzielt wird.
  • Zum Vergleich ist in Fig. 4 durch die gestrichelte Linie T2 der Temperaturverlauf wiedergegeben, der bei der Erzeugung einer aus dem Stahl E1 hergestellten, 23 mm dicken Warmbandprobe erzielt wird, wenn die Abkühlung bereits in erfindungsgemäßer Weise in der Walzstaffel 2 beginnt, die Abkühlrate jedoch geringer als 80 K/s ist.
  • Dagegen wird bei einer konventionellen, mit sieben Walzgerüsten ausgestatteten Warmwalzanlage, bei der das 23 mm dicke, aus dem Stahl E1 bestehende Warmband nach dem Verlassen des letzten aktiven Walzgerüstes bis nach dem Messhaus M an Luft und dann mittels einer erst nach dem Messhaus M einsetzenden Kompaktkühlung abgekühlt wird, der in Fig. 4 durch die strichpunktierte Linie T3 dargestellte Temperaturverlauf erzielt.
  • Schließlich ist durch die in Fig. 4 ebenfalls eingetragene punktierte Linie T4 der Temperaturverlauf dargestellt, der bei einer konventionellen Warmwalzanlage erzielt wird, die mit sieben Walzgerüsten ausgestattet ist und bei der das Warmband nach dem Verlassen des letzten aktiven Walzgerüsts F5 bis zum Messhaus M an Luft und nach dem Messhaus M mittels einer konventionellen Laminarkühlung abgekühlt wird.
  • In dem Diagramm gemäß Fig. 4 sind zusätzlich für jeden Temperaturverlauf T1 - T4 die jeweilige Temperatur TAF5, die das Warmband am Ausgang des letzten aktiven Walzgerüsts F5 aufweist, durch gefüllte Dreiecke, die jeweilige Temperatur TAF6, die das Warmband am Ausgang des ersten inaktiven Walzgerüsts F6 aufweist, durch ungefüllte Dreiecke, die jeweilige Temperatur WET, die das jeweilige Stahlband S am Ende der Walzstaffel 2 aufwies, durch ein Quadrat und die jeweilige Haspeltemperatur durch einen Kreis symbolisiert.
  • Es zeigt sich, dass sich nur bei der erfindungsgemäßen Fahrweise ein Temperaturverlauf der Abkühlung einstellt (Linie T1), bei dem sicher das für die gewünschte Zähigkeit benötigte bainitische Gefüge erreicht wird.
  • Jedes der auf diese Weise aus den Stählen E1, E2 und E3 gefertigten Stahlbänder S erreichte die für den jeweiligen Stahl in Bezug auf die Festigkeit vorgegebenen Sollwerte (Stahl E1: Rm mindestens 570 MPa, Rt0,5 mindestens 485 MPa; Stahl E2: Rm mindestens 570 MPa, Rt0,5 mindestens 485 MPa; Stahl E3: Rm mindestens 625 MPa, Rt0,5 mindestens 555 MPa).
  • Die für die aus den Stählen E1, E2, E3 in der voranstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Weise erzeugten Stahlbänder S im DWTT ermittelten gemittelten Übergangstemperaturen Tue, bei denen ein Mattbruchanteil von im Mittel mehr als 85 % vorlag, sowie die jeweils konkret gemessenen Zugfestigkeiten Rm und Dehngrenzen Rp0,5 sind in Tabelle 2 angegeben. Somit erfüllte jedes der erfindungsgemäß erzeugten Stahlbänder S auch die an ihre Zähigkeit gestellten Anforderungen. Tabelle 1
    Stahl C Si Mn P S Al Cr Cu Mo N Ni Nb Ti V Sn 8 Ca CÄq*1) PCM2)
    E1 0,054 0,297 1,528 0,014 0,0013 0,036 0,221 0,026 0,103 0,0054 0,2053 0,0657 0,0191 0,0006 0,005 0,0004 0,0012 0,389 0,165
    E2 0,075 0,388 1,633 0,014 0.0014 0,032 0,044 0,023 0,008 0,0063 0,0296 0,0564 0,0044 0,0826 0,0065 0,0004 0,0007 0,378 0,184
    E3 0,046 0,290 1,690 0,012 0,001 0,035 0,280 0,040 0,110 0,0054 0,0500 0,0770 0,0130 0,0030 0,0030 0,0005 0,0011 0,412 0,167
    Angaben in Gew.-%, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen
    1)CÄq = C + Mn/6 + (Ni + Cu)/15 + (Cr + Mo + V)/5 (gemäß International Institut of Welding (I.I.W.))
    2)PCM = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B (gemäß ITO et al.: Weldability Formula of High Steels, Related to Heat-Affected Zone Cracking, Sumintomo Search, 1 (1969), H. 5, p. 59-70)
    Tabelle 2
    Stahl Stahlbanddicke [mm] Tue [°C] Rp0,5 [MPa] Rm [MPa] Mattbruchanteil [%]
    E1 18 -20 530 630 >90
    E1 23 0 530 630 >85
    E2 18 -10 530 630 >85
    E3 18 -20 650 650 >87
    Tabelle 3
    Stahl Stahlbanddicke [mm] WAT [°C] TAF5 [°C] WET [°C] HT [°C]
    E1 18 900 820 730 550
    E1 23 880 820 700 550
    E2 18 900 820 730 550
    E3 18 880 820 730 550
    • BEZUGSZEICHEN
    • 1
    Anlage zum Warmwalzen von Stahlband S
    2
    Warmwalzstaffel
    3
    Rollgang
    4
    Haspeleinrichtung
    5
    Kühlstrecke
    6
    Endabschnitt der Walzstaffel 2
    7
    Anfangsabschnitt der Kühlstrecke 5
    A
    Abstand zwischen zwei benachbart angeordneten Walzgerüsten F1 - F7
    a
    Längenabschnitt, über den die Kühlaggregate K1-K3 jeweils Kühlfluid auf das Stahlband S ausbringen
    A5
    Arbeitsspalt des Walzgerüsts F5
    A6
    Arbeitsspalt des Walzgerüsts F6
    A7
    Arbeitsspalts des Walzgerüsts F7
    D
    Dicke des Stahlbands S
    E6
    Eintritt des Walzgerüstes F6
    E7
    Eintritt des Walzgerüstes F7
    F
    Förderrichtung Stahlbands S
    F1 - F7
    Walzgerüste der Warmwalzstaffel 2
    K1 - K3
    Kühlaggregate im Bereich der Warmwalzstaffel 2
    K4 - Kn
    Kühlaggregate in Förderrichtung F hinter Messhaus M
    M
    Messhaus
    O
    von den Abspritzeinrichtungen Q1,Q2 jeweils ausgebrachter Fluidstrahl
    Q1,Q2,Q3
    Abspritzeinrichtungen
    S
    Stahlband
    T1-T4
    Temperaturverläufe bei erfindungsgemäßer Fahrweise
    T
    Temperatur in °C
    t
    Zeit in s

Claims (9)

  1. Verfahren zum Warmwalzen von Stahlband für die Herstellung dickwandiger Rohre, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einer Anlage zum Warmwalzen von Stahlband (S), mit einer Warmwalzstaffel (2), die aus sieben in Förderrichtung (F) des warmzuwalzenden Stahlbands (S) nacheinander durchlaufene Walzgerüste (F1 - F7) besteht, und mit einer Kühlstrecke (5) zum intensiven Kühlen des aus dem letzten Walzgerüst (F7) der Walzstaffel (2) austretenden warmgewalzten Stahlbands (S), bei der der Beginn der Kühlstrecke (5) in Förderrichtung (F) des warmzuwalzenden Stahlbands (S) gesehen vor das Ende der Warmwalzstaffel (2) verlagert ist, wobei die Kühlstrecke (5) im unmittelbarem Anschluss an das letzte vor dem Eintritt in die Kühlstrecke (5) aktiv durchlaufene Walzgerüst (F5) beginnt, in dem eine Warmwalzung des jeweils warmzuwalzenden Stahlbands (S) erfolgt und dass die Kühlstrecke (5) mehrere Kühlaggregate (K1 - Kn) umfasst und dass in Förderrichtung (F) hinter dem letzten vor dem Eintritt in die Kühlstrecke (5) durchlaufenen Walzgerüst (F5) und jedem weiteren im Anschluss daran durchlaufenen Walzgerüst (F6,F7) jeweils ein Kühlaggregat (K1,K2,K3) angeordnet ist und dass das in Förderrichtung F erste Kühlaggregat K1 der Kühlstrecke 5 zwischen dem fünften Walzgerüst F5 und dem sechsten Walzgerüst F6 und das zweite Kühlaggregat K2 der Kühlstrecke 5 zwischen dem sechsten Walzgerüst F6 und dem siebten Walzgerüst F7 der Walzstaffel 2 angeordnet ist, ausgeführt wird und dass während des Warmwalzens bei den in Förderrichtung (F) gesehen beiden letzten Walzgerüsten (F6, F7) der Arbeitsspalt (A6,A7) soweit geöffnet wird, dass ab diesem Walzgerüst (A6,A7) in der Warmwalzstaffel (2) keine Verformung des Stahlbands (S) mehr stattfindet, wobei fünf der Walzgerüste (F1 - F5) aktiv sind, und d a s s das Stahlband (S) im Anschluss an den Austritt des vor dem jeweils ersten geöffneten Walzgerüst (F6,F7) durchlaufenen Walzgerüstes (F5) durch Beaufschlagen mit einem Kühlfluid mit einer Abkühlrate von mindestens 80 K/s beschleunigt gekühlt wird, wobei die Enddicke (D) des Stahlbands (S) beim Austritt aus der Warmwalzstaffel (2) mindestens 15 mm beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
    gekennzeichnet, dass die Warmwalzendgeschwindigkeit weniger als 3 m/s beträgt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Warmwalzanfangstemperatur des Stahlbands (S) mehr als 800 °C und weniger als 1050 °C beträgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittstemperatur, mit der das Stahlband (S) beim Verlassen des letzten Walzgerüsts (F5), über das es warmverformt wird, in die Kühlstrecke (5) eintritt, zwischen 740 °C und 900 °C liegt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des Stahlbands (S) bei einer Kühlstopptemperatur abgebrochen wird, die zwischen 500 °C und 700 °C liegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch
    gekennzeichnet, dass das Stahlband (2) bei Erreichen der Kühlstopptemperatur über 2 - 12 Sekunden bei der jeweiligen Temperatur gehalten wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlband (S) bei einer Haspeltemperatur, die zwischen 450 °C und 650 °C liegt, gehaspelt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (D) des Stahlbands (S) bei seinem Eintritt in die Warmwalzstaffel 50 - 100 mm und beim Verlassen der Warmwalzstaffel >15 - 25,5 mm beträgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlband (S) aus einem Stahl hergestellt ist, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen aus (in Gew.-%) C: ≤ 0,18 %, Si: ≤ 1,5 %, Mn: ≤ 2,5 %, P: 0, 005 - 0,1 %, S: ≤ 0,03 %, N: ≤ 0,02 %, Cr: ≤ 0,5 %, Cu: ≤ 0,5 %, Ni: ≤ 0,5 %, Mo: ≤ 0,5 %, Al ≤ 2 %, bis insgesamt 0,3 % von einem oder mehreren der Elemente B, Nb, Ti, V, Zr, Ca besteht.
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