EP3429792A1 - Verfahren zum herstellen eines warmwalzplattierten werkstoffverbundes, flachproduktpaket, warmwalzplattierter werkstoffverbund sowie seine verwendung - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines warmwalzplattierten werkstoffverbundes, flachproduktpaket, warmwalzplattierter werkstoffverbund sowie seine verwendung

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EP3429792A1
EP3429792A1 EP17709620.3A EP17709620A EP3429792A1 EP 3429792 A1 EP3429792 A1 EP 3429792A1 EP 17709620 A EP17709620 A EP 17709620A EP 3429792 A1 EP3429792 A1 EP 3429792A1
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EP
European Patent Office
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flat
hot
flat products
flat product
products
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17709620.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Ferkel
Stefan Myslowicki
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3429792A1 publication Critical patent/EP3429792A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/16—Composite materials
    • B23K2103/166—Multilayered materials

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a hot-rolled plated
  • the invention further relates to a flat product package, a corresponding hot-rolled material composite and a corresponding use.
  • Lightweight construction is an essential element in reducing vehicle weight. This can be achieved, inter alia, by the use of materials with increased strength. As the strength increases, its bending capacity tends to decrease. In order to ensure the occupant protection required for crash-relevant components despite increased strength to realize lightweight construction, it must be ensured that the materials used convert the energy introduced by a crash by deformation. This requires a high degree of formability, especially in the crash-relevant components of a vehicle structure.
  • Material manufactured components eg. B. ball bearings, agricultural blades,
  • a first and at least one second flat product are provided, wherein the flat products differ from one another with regard to at least one property.
  • the individual flat products are at least partially to produce a flat product package
  • the flat product package will be on at least one
  • the invention had the object of providing a method for producing a
  • the method according to the invention for producing a hot-rolled material composite comprises the following steps:
  • the first and / or the second provided flat product has a natural unevenness on at least one of its surfaces and the flat product with the at least one surface with the natural one
  • Unevenness is aligned prior to stacking so that this surface is brought into contact with the surface of the other flat product, wherein after the stacking the flat products over their surfaces in some areas in a connecting plane in contact.
  • a production-related surface meant, which adjusts in the course of production of the respective flat product on at least one surface, for example with respect to roughness and / or waviness (surface structure) and in these surfaces no action must be taken to to produce flat surfaces, as described in the prior art, for example by means of straightening machines,
  • Planers or cutting tools plane, milling, grinding.
  • surfaces with natural unevenness can also be adjusted specifically with a surface structure, for example by embossing, in particular with recurring patterns.
  • a surface structure for example by embossing, in particular with recurring patterns.
  • deliberately trapped trapped air spaces are taken into account when stacking a flat product package which, depending on the type of flat product or flat product thickness, may have a gap between the surfaces of up to 5 mm.
  • the flat products are therefore according to the invention only in some areas in a connection level in contact (contact points or contact areas), wherein the remaining area is formed in the connection plane by trapped air spaces.
  • Hot rolling start temperature is formed at the prevailing temperatures, a very thin oxide layer of up to 10 ⁇ in the partially enclosed air spaces.
  • This oxide layer can not be deformed in the course of hot roll plating, but ruptures as a result of deformation during rolling by elongation of the hot-rolled material composite to be produced and store locally in the form of oxidic particles in the rolling direction and in the width of the rolling stock in the connection region or in the connecting regions between the layers.
  • the oxide layer formed or the particles formed can partially suppress diffusion during and / or after rolling.
  • Flat product which defines a length, a width and a height, is to be understood as cast slabs, pre-rolled slabs, blooms, slabs or pre-strips, in particular of a steel material.
  • Aluminum alloys, nickel-based alloys, titanium alloys or magnesium alloys can also be used as flat products.
  • Property is at least the tensile strength, hardness and / or elongation at break of the respective flat product to understand.
  • the sum of the areas (length ⁇ width of the flat product) of the flat products in contact corresponds to at least 30%, in particular at least 35%, preferably at least 40%, particularly preferably at least 45% in the connection plane. range way
  • At least the mutually associated and to be joined surfaces of the first and / or the second flat product are cleaned so that the oxide layer and other impurities, such as loose contaminants and / or adhesions are removed, the natural Unevenness of the surface, however, is substantially preserved.
  • pickling and / or sandblasting are suitable possibilities and in the
  • Substantially surface-structure-retaining cleaning processes are preferred.
  • the flat products are welded together gas-tight.
  • a hot rolling start temperature which may be between 1100 and 1300 ° C
  • no exchange or no penetration of furnace atmosphere between the flat products can be done, whereby the hot rolling process negative would be affected, for example, it could come to a strong scale formation with large pieces of tinder.
  • rolled according to the invention process to form a cold strip, whereby a thickness of the hot-rolled material composite between 0.2 to 2.5 mm can be produced.
  • the invention relates to a flat product package which comprises a first and at least one second flat product, wherein the flat products differ from one another with regard to at least one property, at least one of the surfaces of the flat products assigned to one another and has a natural unevenness and thereby the flat products in some areas in a connecting plane in contact, thereby at least partially
  • the invention relates to a hot-rolled plated
  • Composite material comprising a first and at least one second layer, wherein the layers differ from each other with regard to at least one property, which are at least partially connected to each other via a connection region, wherein at least partially present in the connection region oxidic particles.
  • the particles are present in the compound region with a total surface area of between 0.05% to 20%, for example 0.1% to 10%, in particular 0.3% to 5%.
  • a total surface area of between 0.05% to 20%, for example 0.1% to 10%, in particular 0.3% to 5%.
  • the hot-rolled material composite is present as a hot strip in the form of a plate or sheet or in the form of a collar and its thickness is ⁇ 26 mm, in particular ⁇ 20 mm, preferably ⁇ 15 mm, particularly preferably ⁇ 10 mm.
  • the invention relates to a use of a
  • hot-rolled material composite as part or component in areas with wear influences in mechanical or plant engineering, in construction, in vehicle, railway, shipbuilding or aerospace.
  • Figure 1 is a flowchart of an embodiment of a
  • FIG. 2b shows a partial section through the region marked in FIG. 2a
  • FIG. 3 a shows a schematic longitudinal section through an exemplary embodiment of a hot-rolled plate according to the invention
  • FIG. 3b) shows a partial section through the region marked in FIG. 3a).
  • FIG. 1) shows a flow diagram of an exemplary embodiment of a method according to the invention for producing a hot-rolled material composite. At least two flat products are preferably made of a steel material, which is cuboid in the form of cast slabs, pre-rolled slabs,
  • Vorblöcken, Vorplatten or Vorb are provided, wherein the flat products with respect to at least one property (tensile strength, hardness and / or elongation at break) differ from each other [step A].
  • the first and / or the second provided flat product has, on at least one of its surfaces, a natural unevenness which is intended to be connected to another surface of a flat product, which may also be a natural surface, in the course of hot-roll plating.
  • the surface with natural unevenness may, due to its production, adjust with a surface structure (roughness and / or waviness) and has no plane surface.
  • the surfaces with natural unevenness can also be adjusted specifically with a surface structure.
  • Flat product are cleaned to the formed on the surface, for example, during storage of the flat products rust layer and possibly further on the
  • the first and at least the second flat product are stacked on top of each other, wherein the first and / or the second flat product with the at least one surface with the natural unevenness in front of the
  • the individual flat products are at least partially welded together to produce a flat product package.
  • the flat products are gas-tight welded together to prevent replacement or penetration of furnace atmosphere in a subsequent heating of the flat product package between the flat products [step D].
  • the flat product package is heated or thoroughly heated to at least one hot rolling start temperature, for example in a walking beam oven at, for example, temperatures between 1100 and 1300 ° C. [step E]. Since the flat products only in some areas in a connection level in contact (contact points or
  • Connecting areas between layers can be prevented.
  • the hot strip is either cut to plates or sheets [step G] or wound into a bundle [step G '] and the
  • the hot strip can be rolled to cold strip if required.
  • FIG. 2a an embodiment of a flat product package (1) according to the invention is shown in a schematic, perspective view, wherein the Flat product package (1), for example, after the aforementioned process steps [A] - [D] was prepared.
  • the flat product package (1) consists of three flat products (2, 3, 4).
  • the flat product (3) is, for example, a slab with a thickness of 220 mm made of, for example, a ductile steel material with a C content of less than 0.15% by weight and acts as the core of the flat product package (1).
  • the flat products (2, 4) are gas-tightly welded to one another via a welded connection (5), wherein the welded connection (5) can also comprise a plurality of weld seams.
  • a welded connection (5) can also comprise a plurality of weld seams.
  • the sum of the areas of the areawise contact (K) standing flat products (2, 3) corresponds to at least 30%, in particular at least 35%, preferably at least 40%, particularly preferably at least 45% in the
  • connection plane (V) and the enclosed air spaces (L) between the flat products (2, 3) occupy an area in total of at least 20%, in particular at least 25%, preferably at least 30%, particularly preferably at least 35% in the connection plane ( V).
  • the trapped air spaces (L) in some areas have a gap (S) between the surfaces (0 2 , 0 3 ) of up to 5 mm.
  • the mutually associated and to be joined surfaces of the flat products (3, 4) also each have a natural unevenness and correspond in the
  • the flat products (2, 3, 4) can also have other thicknesses, in particular also other thickness ratios.
  • an asymmetric structure is conceivable.
  • the flat product package can be customized.
  • a heat treatable steel material having a C content of over 0.2 wt .-% as a core and two steel materials, each having a C content of less than 0.15 wt .-% are used as conditions for the construction of the flat product package.
  • FIG. 3a an embodiment of a hot-rolled material composite according to the invention () is shown in a schematic longitudinal section.
  • the flat product package (1) with the individual flat products (2, 3, 4) shown in FIG. 2a) was heated, cf.
  • the roll-bonded material composite () further comprises substantially three layers (2 ', 3', 4 '). The result of the warming
  • Hot roll plating to be deformed, but ruptures due to the pressure caused by rolling in conjunction with a reduction in thickness and associated elongation of the produced hot rolled material composite and stored in the form of oxidic particles (P) locally in the rolling direction and locally in the width of the rolling stock Connecting portions (V) between the layers (2 ', 3') and (3 ', 4'), as shown in the enlarged section in Fig. 3b).
  • Hot roll-clad composite materials () according to the invention can be used everywhere in the areas in which lightweight construction is used, for example in the automotive, railway, shipbuilding or aerospace industries. It is also possible to use it in areas subject to wear, in the construction sector, in plant engineering or mechanical engineering.
  • the invention is not limited to the embodiments shown in the drawings and to the statements in the general description, but in addition to plate-shaped or slightly deformed, such as deep-drawn semi-finished and closed profiles with, for example, a circular Cross section of hot rolled-plated material composites according to the invention are produced, so that even areas with abrasive acting media management, such as pipes for liquid concrete extraction, etc. can be operated accordingly.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines warmwalzplattierten Werkstoffverbundes. Die Erfindung betrifft ferner ein Flachproduktpaket, einen entsprechend warmwalzplattierten Werkstoffverbund sowie eine entsprechende Verwendung.

Description

Verfahren zum Herstellen eines warmwalzplattierten Werkstoffverbundes, Flachproduktpaket, warmwalzplattierter Werkstoffverbund sowie seine
Verwendung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines warmwalzplattierten
Werkstoffverbundes. Die Erfindung betrifft ferner ein Flachproduktpaket, einen entsprechend warmwalzplattierten Werkstoffverbund sowie eine entsprechende Verwendung.
In der Automobilindustrie wird nach neuen Lösungen zur Reduzierung des
Kraftstoffverbrauchs gesucht. Leichtbau ist dabei ein wesentlicher Baustein, um das Fahrzeuggewicht senken zu können. Dies kann unter anderem durch den Einsatz von Werkstoffen mit gesteigerter Festigkeit erzielt werden. Mit dem Anstieg der Festigkeit nimmt in der Regel dessen Biegevermögen ab. Um trotz gesteigerter Festigkeit zur Realisierung von Leichtbau auch den bei crashrelevanten Bauteilen erforderlichen Insassenschutz zu gewährleisten, ist zu gewährleisten, dass die eingesetzten Werkstoffe die durch einen Crash eingeleitete Energie durch Deformation umwandeln. Dies bedingt ein hohes Maß an Umformvermögen insbesondere in den crashrelevanten Bauteilen einer Fahrzeugstruktur.
In Industriebereichen sind viele Anwendungen bekannt, bei denen die aus einem
Werkstoff gefertigten Bauteile, z. B. Kugellager, landwirtschaftliche Klingen,
Pflugscharen etc. einem abrasiven Verschleiß unterliegen. Damit unter
Einsatzbedingungen akzeptable Standzeiten der Bauteile erreicht werden können, ist eine möglichst hohe Härte erforderlich. Damit verbunden wird die Verarbeitbarkeit bzw. Umformbarkeit oder die Widerstandsfähigkeit gegen schlagende Beanspruchung, welche zu einem spröden Versagen führen kann, limitiert oder es erfordert einen erhöhten fertigungstechnischen Aufwand, um die Eigenschaften verbessern und/oder optimieren zu können, z. B. in Form einer nachträglichen Wärmebehandlung (Anlassen) etc..
In beiden aufgeführten Einsatzbereichen ist die Wahl des eingesetzten Werkstoffes das Ergebnis eines Kompromisses zwischen allen Teilanforderungen. Eine Lösung, die diesen Anforderungen gerecht wird, liefert der Einsatz von Werkstoffverbunden, da diesbezüglich lokal eine Anpassung der Werkstoffeigenschaften an unterschiedliche Teilanforderungen erfolgen kann.
Beispielsweise kann die Herstellung von Werkstoffverbunden durch Walzplattieren, insbesondere durch Warmwalzplattieren erfolgen. Dafür werden ein erstes und mindestens ein zweites Flachprodukt bereitgestellt, wobei sich die Flachprodukte hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden. Die
Flachprodukte werden aufeinander gestapelt, wobei zumindest die einander
zugeordneten und zu verbindenden Oberflächen der Flachprodukte vor dem
Aufeinanderstapeln zum Reinigen bearbeitet werden. Die einzelnen Flachprodukte werden zur Erzeugung eines Flachproduktpaketes zumindest bereichsweise
miteinander verschweißt. Das Flachproduktpaket wird auf mindestens eine
Warmwalzanfangstemperatur erwärmt und anschließend zu einem Warmband warmgewalzt, wobei das Warmband anschließend zu Blechen abgetafelt oder zu einem Bund aufgehaspelt werden kann, vgl. deutsche Patentschrift DE 10 2005 006 606 B3. Ein wesentlicher Aspekt in dieser Patentschrift ist, dass die vor dem Aufeinanderstapeln einander zugeordneten Oberflächen der Flachprodukte einer abtragenden
Oberflächenbehandlung unterzogen werden, um das nach dem Zusammenführen zwischen den Flachprodukten eingeschlossene Lufträume auf ein Minimum zu reduzieren bzw. im Wesentlichen zu verhindern, so dass adhäsive Bindungskräfte beim Verbindungsprozess optimal zur Wirkung kommen können. Als abtragende
Oberflächenbehandlung werden u. a. Hobeln, Schleifen oder Fräsen angeführt, um eine Planheit an den Oberflächen der zu verbindenden Flachprodukte einstellen und um dadurch einen im Wesentlichen vollflächigen Kontakt zwischen den Oberflächen der Flachprodukte sicherstellen zu können. Die Durchführung der genannten Maßnahmen zur Bereitstellung von Flachprodukten mit planen Oberflächen ist sehr aufwendig und kostenintensiv.
Insbesondere beim Warmwalzplattieren wird eine Verbindung zwischen den einzelnen Flachprodukten bei hohem Druck und hoher Temperatur durch Diffusionsprozesse zwischen den Flachprodukten erzeugt. An den zu verbindenden Oberflächen der Flachprodukte findet oberflächennah eine Durchmischung der Eigenschaften der Flachproduktpartner statt, die sich je nach Beschaffenheit der Flachprodukte und in Abhängigkeit der Prozessbedingungen (Temperatur und Haltezeit) von der Oberfläche aus weit in die Bereiche der jeweiligen Flachprodukte erstrecken können, insbesondere problematisch bei interstitiell gelösten Atomen, wie beispielsweise Kohlenstoff oder Stickstoff, die während der sukzessiven Wärmebehandlungsschritte in benachbarte Flachprodukte eindringen und die Werkstoffeigenschaften dieser Flachprodukte negativ beeinflussen können. Mit Blick auf die Funktion der Flachprodukte im Werkstoffverbund wäre ein weitgehender Erhalt der Eigenschaften im Vergleich zum monolithischen Vollmaterial der jeweils einzelnen Flachprodukte wünschenswert.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines
warmwalzplattierten Werkstoffverbundes bereitzustellen, welches die Nachteile des bekannten Standes der Technik überwindet, welches wirtschaftlich und relativ einfach umgesetzt werden kann, und ein Flachproduktpaket, einen warmwalzplattierten Werkstoffverbund sowie eine entsprechende Verwendung anzugeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines warmwalzplattiertes Werkstoffverbundes folgende Schritte:
Bereitstellen eines ersten und mindestens eines zweiten Flachproduktes, wobei sich die Flachprodukte hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden, Aufeinanderstapeln der Flachprodukte, wobei zumindest die einander zugeordneten und zu verbindenden Oberflächen der Flachprodukte vor dem Aufeinanderstapeln gereinigt werden,
zumindest bereichsweise Verschweißen der einzelnen Flachprodukte zur Erzeugung eines Flachproduktpaketes,
Erwärmen des Flachproduktpaketes auf mindestens eine Warmwalzanfangstemperatur, Warmwalzen des Flachproduktpaketes zu einem Warmband,
Abtafeln des Warmbandes zu Platten oder Blechen oder Aufhaspeln des Warmbandes zu einem Bund. Erfindungsgemäß weist das erste und/oder das zweite bereitgestellte Flachprodukt zumindest auf einer seiner Oberflächen eine natürliche Unebenheit auf und das Flachprodukt mit der zumindest einen Oberfläche mit der natürlichen
Unebenheit vor dem Aufeinanderstapeln derart ausgerichtet wird, dass diese Oberfläche in Kontakt mit der Oberfläche des anderen Flachproduktes gebracht wird, wobei nach dem Aufeinanderstapeln die Flachprodukte über ihre Oberflächen bereichsweise in einer Verbindungsebene in Kontakt stehen.
Die Erfinder haben überraschend festgestellt, dass durch das Weglassen einer spanabhebenden Bearbeitung zur Erzeugung einer Planheit an den zu verbindenden Oberflächen der Flachprodukte das Verfahren wirtschaftlicher und einfacher umgesetzt werden kann, wodurch Flachprodukte bereitgestellt werden, welche zumindest eine Oberfläche mit einer natürlichen Unebenheit aufweisen, die dazu bestimmt ist, mit einer anderen Oberfläche eines Flachproduktes, welche ebenfalls als natürliche Oberfläche ausgeführt sein kann, im Zuge des Warmwalzplattierens miteinander verbunden zu werden. Unter Oberfläche mit natürlicher Unebenheit ist erfindungsgemäß eine herstellungsbedingte Oberfläche gemeint, welche sich im Zuge der Herstellung des jeweiligen Flachproduktes auf mindestens einer Oberfläche, beispielsweise in Bezug auf Rauheit und/oder Welligkeit (Oberflächenstruktur) einstellt und bei diesen Oberflächen keine Maßnahmen durchgeführt werden müssen, um plane Oberflächen zu erzeugen, wie im Stand der Technik beschrieben, beispielsweise mittels Richtmaschinen,
Planiervorrichtungen oder spanabhebenden Mitteln (Hobeln, Fräsen, Scheifen).
Alternativ oder kumulativ können auch Oberflächen mit natürlicher Unebenheit gezielt mit einer Oberflächenstruktur eingestellt werden, beispielsweise durch Prägungen insbesondere mit wiederkehrenden Mustern. Mittels der natürlichen Unebenheit auf mindestens einer der Oberflächen der Flachprodukte werden beim Erzeugen eines Flachproduktpaketes durch deren Aufeinanderstapeln bewusst eingeschlossene Lufträume in Kauf genommen, welche je nach Flachprodukttyp bzw. Flachproduktdicke bereichsweise ein Spaltmaß zwischen den Oberflächen von bis zu 5 mm aufweisen können. Die Flachprodukte stehen daher erfindungsgemäß nur bereichsweise in einer Verbindungebene in Kontakt (Kontaktpunkte oder Kontaktbereiche), wobei der restliche Bereich in der Verbindungsebene durch eingeschlossene Lufträume gebildet ist. Während der Erwärmung des Flachproduktpaketes auf mindestens eine
Warmwalzanfangstemperatur bildet sich bei den vorherrschenden Temperaturen eine sehr dünne Oxidschicht von bis zu 10 μιη in den bereichsweise eingeschlossenen Lufträumen aus. Diese Oxidschicht kann nicht im Zuge des Warmwalzplattierens verformt werden, sondern reißt infolge der Verformung beim Walzen durch Längung des zu erzeugenden warmwalzplattierten Werkstoffverbundes auf und lagern sich lokal in Form von oxydischen Partikeln in Walzrichtung und in der Breite des Walzgutes im Verbindungsbereich bzw. in den Verbindungsbereichen zwischen den Lagen ein. Die gebildete Oxidschicht respektive die gebildeten Partikel können beim und/oder nach dem Walzen bereichsweise eine Diffusion unterdrücken. Mit der Erfindung kann somit eine im Wesentlichen vollflächige Durchmischung der Eigenschaften an den zu verbindenden Oberflächen der Flachprodukte im Verbindungsbereich bzw. im weiteren Verlauf der Herstellung des warmwalzplattierten Werkstoffverbundes verhindert und eine Erstreckung in die Flachprodukte im Wesentlichen auf die Kontaktbereiche reduziert werden.
Unter Flachprodukt, welches eine Länge, eine Breite und eine Höhe definiert, sind gegossene Brammen, vorgewalzte Brammen, Vorblöcken, Vorplatten oder Vorbänder, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff zu verstehen. Auch Aluminiumlegierungen, Nickel-Basis-Legierungen, Titan-Legierungen oder Magnesium-Legierungen können als Flachprodukte eingesetzt werden.
Unter Eigenschaft sind mindestens die Zugfestigkeit, Härte und/oder Bruchdehnung des jeweiligen Flachproduktes zu verstehen.
Die Summe der Flächen (Länge x Breite des Flachproduktes) der bereichsweise in Kontakt (Kontaktpunkte oder Kontaktbereiche) stehenden Flachprodukte entspricht mindestens 30%, insbesondere mindestens 35%, vorzugsweise mindestens 40%, besonders bevorzugt mindestens 45% in der Verbindungsebene. Bereichsweise
Kontaktbereiche mit einer Fläche in der Verbindungsebene unterhalb von 30% sind während des Warmwalzplattierens nicht ausreichend, um eine sichere Verbindung zwischen den Flachprodukten im Zuge des Warmwalzplattierens zu ermöglichen respektive eine dauerhafte Verbindung zwischen den Lagen des warmwalzplattierten Werkstoffverbundes zu gewährleisten, was zu einer Delamination des
warmwalzplattierten Werkstoffverbund und/oder zu einem frühzeitigen und nicht akzeptablen Versagen im späteren Anwendungs-/Belastungsfall führen kann.
Da eine vollflächige Kontaktierung der einander zugeordneten Oberflächen zwischen den Flachprodukten im Zuge der Erwärmung zu einer vollflächigen oberflächennahen Durchmischung führen würde, sind erfindungsgemäß nach dem Aufeinanderstapeln durch die natürliche Unebenheit der mindestens einen zu verbindenden Oberfläche zumindest bereichsweise eingeschlossene Lufträume zwischen den Flachprodukten vorhandenen, welche der Fläche in Summe von mindestens 20%, insbesondere mindestens 25%, vorzugsweise mindestens 30%, besonders bevorzugt mindestens 35% in der Verbindungsebene einnehmen. Die Fläche, bezogen auf das bereichsweise eingeschlossene Lufträume, ist auf maximal 70% beschränkt, denn darüber hinaus ist eine Verbindung zwischen den Flachprodukten im Zuge des Warmwalzplattierens kaum möglich bzw. eine dauerhafte Verbindung zwischen den Lagen des warmwalzplattieren Werkstoffverbundes kann nicht sicher gewährleistet werden.
Da die Flachprodukte vor ihrer Verwendung bzw. Bereitstellung in der Regel in einer normalen Umgebung aufbewahrt werden, kann sich zumindest bereichsweise
Rostschicht auf den Oberflächen der Flachprodukte ausbilden, welche auch die vorgenannten Kontaktbereiche belegen kann. Mit Walzzunder und/oder Rost im
Kontaktbereich ist keine zufriedenstellende Verbindung zwischen den Flachprodukten im Zuge des Warmwalzplattierens möglich. Deshalb werden gemäß einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest die einander zugeordneten und zu verbindenden Oberflächen des ersten und/oder des zweiten Flachproduktes derart gereinigt, dass die Oxidschicht und andere Störpartikel, wie beispielsweise lose Verunreinigungen und/oder Anhaftungen, entfernt werden, wobei die natürliche Unebenheit der Oberfläche jedoch im Wesentlichen erhalten bleibt. Hierfür sind insbesondere Beizen und/oder Sandstrahlen geeignete Möglichkeiten und im
Wesentlichen kommen oberflächenstrukturerhaltende Reinigungsverfahren bevorzugt in Frage.
Gemäß einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Flachprodukte gasdicht miteinander verschweißt. Dies hat den Vorteil, dass während des Erwärmens respektive Durcherwärmens des Flachproduktpaketes beispielsweise in einem Hubbalkenofen auf eine Warmwalzanfangstemperatur, welche zwischen 1100 und 1300 °C liegen kann, kein Austausch bzw. kein Eindringen von Ofenatmosphäre zwischen die Flachprodukte erfolgen kann, wodurch der Warmwalzprozess negativ beeinflusst werden würde, beispielsweise es zu einer starken Zunderbildung mit großen Zunderstücken kommen könnte.
Das erzeugte Warmband wird gemäß einer weiteren Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens zu einem Kaltband gewalzt, wodurch eine Dicke des warmwalzplattierten Werkstoffverbundes zwischen 0,2 bis 2,5 mm erzeugt werden kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Flachproduktpaket, welches ein erstes und mindestens ein zweites Flachprodukt umfasst, wobei sich die Flachprodukte hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden, mindestens eine der einander zugeordneten und zu verbindenden Oberflächen der Flachprodukte eine natürliche Unebenheit aufweist und dadurch die Flachprodukte bereichsweise in einer Verbindungsebene in Kontakt stehen, dadurch zumindest bereichsweise
eingeschlossene Lufträume zwischen den Flachprodukten vorhanden sind und die Flachprodukte über eine Schweißverbindung gasdicht miteinander verschweißt sind.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorteilhaften Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung einen warmwalzplattierten
Werkstoffverbund umfassend eine erste und mindestens eine zweite Lage, wobei sich die Lagen hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden, welche zumindest bereichsweise über einen Verbindungsbereich miteinander verbunden sind, wobei zumindest bereichsweise im Verbindungsbereich oxydische Partikel vorliegen.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorteilhaften Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
Gemäß einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Werkstoffverbundes liegen die Partikel im Verbindungsbereich mit einem Flächenanteil in Summe zwischen 0,05 % bis 20 %, beispielsweise 0,1% bis 10%, insbesondere 0,3% bis 5% vor. In dieser Größenordnung kann eine sichere und dauerhafte Verbindung zwischen den Lagen innerhalb des warmwalzplattieren Werkstoffverbundes gewährleistet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Werkstoffverbundes liegt der warmwalzplattierte Werkstoffverbund als Warmband in Form einer Platte oder eines Bleches oder in Form eines Bundes vor und seine Dicke beträgt <26 mm, insbesondere < 20 mm, vorzugsweise < 15 mm, besonders bevorzugt < 10 mm.
Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung eines
erfindungsgemäß warmwalzplattierten Werkstoffverbundes als Teil oder Komponente in Bereichen mit Verschleiß-Einflüssen, im Maschinen- bzw. Anlagenbau, im Baubereich, im Fahrzeug-, im Eisenbahn-, im Schiffbau oder in der Luft- und Raumfahrt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt
Figur 1) ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen warmwalzplattierten Werkstoffverbundes,
Figur 2 a) ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Flachproduktpaketes in einer schematischen, perspektivischen
Ansicht,
Figur 2b) einen Teilschnitt durch den in Fig. 2a) gekennzeichneten Bereich,
Figur 3 a) einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen warmwalzplattierten
Werkstoffverbundes und
Figur 3b) einen Teilschnitt durch den in Fig. 3a) gekennzeichneten Bereich. In Fig. 1) ist ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines warmwalzplattierten Werkstoffverbundes dargestellt. Es werden mindestens zwei Flachprodukte vorzugsweise aus einem Stahlwerkstoff, welche quaderförmig in Form von gegossene Brammen, vorgewalzte Brammen,
Vorblöcken, Vorplatten oder Vorbänder ausgebildet sind, bereitgestellt, wobei die Flachprodukte sich hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft (Zugfestigkeit, Härte und/oder Bruchdehnung) voneinander unterscheiden [Schritt A]. Das erste und/oder das zweite bereitgestellte Flachprodukt weist zumindest auf einer seiner Oberflächen eine natürliche Unebenheit auf, die dazu bestimmt ist, mit einer anderen Oberfläche eines Flachproduktes, welche ebenfalls als natürliche Oberfläche ausgeführt sein kann, im Zuge des Warmwalzplattierens miteinander verbunden zu werden. Die Oberfläche mit natürlicher Unebenheit kann sich herstellungsbedingt mit einer Oberflächenstruktur (Rauheit und/oder Welligkeit) einstellen und weist keine plane Oberfläche auf.
Alternativ oder kumulativ können auch die Oberflächen mit natürlicher Unebenheit gezielt mit einer Oberflächenstruktur eingestellt werden.
Zumindest die zu verbindende Oberfläche des ersten und/oder des zweiten
Flachproduktes werden gereinigt, um die an der Oberfläche beispielsweise während der Lagerung der Flachprodukte ausgebildete Rostschicht und ggf. weitere auf der
Oberfläche befindliche Störpartikel zu entfernen. Die Reinigung dabei erfolgt derart, dass die natürliche Unebenheit der Oberfläche im Wesentlichen erhalten bleibt [Schritt B].
Nach der Reinigung werden das erste und das mindestens zweite Flachprodukt aufeinander gestapelt, wobei das erste und/oder das zweite Flachprodukt mit der zumindest einen Oberfläche mit der natürlichen Unebenheit vor dem
Aufeinanderstapeln derart ausgerichtet wird, dass diese Oberfläche in Kontakt mit der Oberfläche des anderen Flachproduktes gebracht wird, wobei nach dem
Aufeinanderstapeln die Flachprodukte über ihre Oberflächen bereichsweise in einer Verbindungsebene in Kontakt stehen [Schritt C].
Nach dem Aufeinanderstapeln werden die einzelnen Flachprodukte zumindest bereichsweise zur Erzeugung eines Flachproduktpaketes miteinander verschweißt. Vorzugsweise werden die Flachprodukte gasdicht miteinander verschweißt, um einen Austausch bzw. ein Eindringen von Ofenatmosphäre bei einer nachfolgen Erwärmung des Flachproduktpaketes zwischen den Flachprodukten zu verhindern [Schritt D].
Das Flachproduktpaket wird auf mindestens eine Warmwalzanfangstemperatur, beispielsweise in einem Hubbalkenofen bei beispielsweise Temperaturen zwischen 1100 und 1300 °C erwärmt bzw. durcherwärmt [Schritt E]. Da die Flachprodukte nur bereichsweise in einer Verbindungebene in Kontakt (Kontaktpunkte oder
Kontaktbereiche) stehen und der restliche Bereich in der Verbindungsebene aus eingeschlossenen Lufträumen besteht, bildet sich bei den vorherrschenden
Temperaturen eine dünne Oxidschicht durch die bzw. in den eingeschlossenen
Lufträumen aus.
Nach Erreichen der mindestens Warmwalzanfangstemperatur wird das
Flachproduktpaket nach einem bestimmten Stichplan zu einem Warmband gewalzt, welches den warmwalzplattierten Werkstoffverbund bildet [Schritt F]. Die infolge der Erwärmung entstandene Oxidschicht kann nicht im Zuge des Warmwalzplattierens verformt werden, sondern reißt infolge der Verformung durch das Walzen durch Längung des zu erzeugenden warmwalzplattierten Werkstoffverbundes auf und lagern sich lokal in Form von oxydischen Partikeln in Walzrichtung und in der Breite des Walzgutes im Verbindungsbereich bzw. in den Verbindungsbereichen zwischen den Lagen ein. Die gebildete Oxidschicht respektive Partikel können beim und/oder nach dem Walzen bereichsweise eine Diffusion unterdrücken und somit eine vollflächige Durchmischung der Eigenschaften in dem Verbindungsbereich bzw. in den
Verbindungsbereichen zwischen Lagen verhindert werden.
Nach Beendigung des Walzens wird das Warmband entweder zu Platten oder Blechen abgelängt [Schritt G] oder zu einem Bund aufgehaspelt [Schritt G'] und der
weiterverarbeitenden Industrie zur Verfügung gestellt. Das Warmband kann bei Bedarf zu Kaltband gewalzt werden.
In Fig. 2a) ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flachproduktpaketes (1) in einer schematischen, perspektivischen Ansicht dargestellt, wobei das Flachproduktpaket (1) beispielsweise nach den vorgenannten Verfahrensschritten [A]- [D] hergestellt wurde. Das Flachproduktpaket (1) besteht aus drei Flachprodukten (2, 3, 4). Das Flachprodukt (3) ist beispielweise eine Bramme mit einer Dicke von 220 mm aus einem beispielsweise duktilen Stahlwerkstoff mit einem C-Gehalt von unter 0,15 Gew.- % und fungiert als Kern des Flachproduktpaketes (1). Bedeckt ist der Kern (3) durch zwei Flachprodukte (2, 4) mit beispielsweise jeweils einer Dicke von 30 mm aus jeweils einem beispielsweise vergütbaren Stahlwerkstoff mit einem C-Gehalt von mehr als 0,2 Gew.-%, so dass sich eine Gesamtdicke von 280 mm ergibt. Die Flachprodukte (2, 3, 4) sind über eine Schweißverbindung (5) gasdicht miteinander verschweißt, wobei die Schweißverbindung (5) auch mehrere Schweißnähte umfassen kann. In der Teilansicht in Fig. 2b) ist gezeigt, dass mindestens eine, vorzugsweise beide der einander zugeordneten und zu verbindenden Oberflächen (02, 03) der Flachprodukte (2, 3) eine natürliche Unebenheit aufweisen und dadurch die Flachprodukte (2, 3) bereichsweise in einer Verbindungsebene (V) in Kontakt (K) stehen und dadurch zumindest
bereichsweise eingeschlossene Lufträume (L) zwischen den Flachprodukten (2, 3) vorhanden sind. Die Summe der Flächen der bereichsweise in Kontakt (K) stehenden Flachprodukte (2, 3) entspricht mindestens 30%, insbesondere mindestens 35%, vorzugsweise mindestens 40%, besonders bevorzugt mindestens 45% in der
Verbindungsebene (V) und die zwischen den Flachprodukten (2, 3) bereichsweise vorhandenen eingeschlossenen Lufträume (L) nehmen eine Fläche in Summe von mindestens 20%, insbesondere mindestens 25%, vorzugsweise mindestens 30%, besonders bevorzugt mindestens 35% in der Verbindungsebene (V) ein. Mittels der natürlichen Unebenheit auf mindestens einer der Oberflächen (02, 03) der
Flachprodukte (2, 3) können die eingeschlossenen Lufträume (L) bereichsweise ein Spaltmaß (S) zwischen den Oberflächen (02, 03) von bis zu 5 mm aufweisen. Die einander zugeordneten und zu verbindenden Oberflächen der Flachprodukte (3, 4) weisen ebenfalls jeweils eine natürliche Unebenheit auf und entsprechen im
Wesentlichen den Ausführungen der Oberflächen (02, 03), hier nicht dargestellt.
Die Flachprodukte (2, 3, 4) können selbstredend auch andere Dicken insbesondere auch andere Dickenverhältnisse aufweisen. Beispielsweise ist auch ein asymmetrischer Aufbau denkbar. Je nach Anwendung kann das Flachproduktpaket individuell aufgebaut werden. Beispielsweise kann ein vergütbarer Stahlwerkstoff mit einem C-Gehalt von über 0,2 Gew.-% als Kern und zwei Stahlwerkstoffe mit jeweils einem C-Gehalt von unter 0,15 Gew.-% als Auflagen zum Aufbau des Flachproduktpaketes verwendet werden.
In Fig. 3a) ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen warmwalzplattierten Werkstoffverbundes ( ) in einem schematischen Längsschnitt dargestellt. Das in Fig. 2a) gezeigte Flachproduktpaket (1) mit den einzelnen Flachprodukten (2, 3, 4) wurde erwärmt, vgl. Beschreibung zu Verfahrensschritt [E], und zu einem Warmband mit einer Dicke (d) < 26 mm, besonders bevorzugt < 10 mm gewalzt, vgl. Beschreibung zu
Verfahrensschritt [F]. Der walzplattierte Werkstoffverbund ( ) umfasst weiterhin im Wesentlichen drei Lagen (2', 3', 4'). Die infolge der Erwärmung entstandene
Zunderschicht in den eingeschlossenen Lufträumen (L) kann nicht im Zuge des
Warmwalzplattierens verformt werden, sondern reißt infolge der Druckeinwirkung durch das Walzen in Verbindung mit einer Dickenreduktion und damit verbunden einer Längung des zu erzeugenden warmwalzplattierten Werkstoffverbundes auf und lagern sich in Form von oxydischen Partikeln (P) lokal in Walzrichtung und lokal in der Breite des Walzgutes im Verbindungsbereichen (V) zwischen den Lagen (2', 3') und (3', 4') ein, wie in dem vergrößerten Ausschnitt in Fig. 3b) gezeigt. Die Partikel (P) im
Verbindungsbereich (V) bzw. in den Verbindungsbereichen liegen mit einem
Flächenanteil zwischen 0,05 % bis 20 %, insbesondere 0,3 % bis 5 % vor. Die
oxydischen Partikel (P) wirken sich nicht negativ auf die Ausbildung des
Verbindungsbereiches (V) im Zuge des Warmwalzplattierens aus.
Erfindungsgemäße warmwalzplattierte Werkstoffverbunde ( ) können überall in den Bereichen eingesetzt werden, in denen Leichtbau betrieben wird, beispielsweise im Fahrzeug-, Eisenbahn-, Schiffbau oder Luft- und Raumfahrt. Auch die Verwendung in Bereichen mit Verschleiß-Einflüssen, im Baubereich, im Anlagen- bzw. Maschinenbau ist möglich.
Die Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele sowie auf die Ausführungen in der allgemeinen Beschreibung beschränkt, vielmehr können neben plattenförmigen oder leicht verformten, beispielsweise tiefgezogenen Halbzeugen auch geschlossene Profile mit beispielsweise einem kreisrunden Querschnitt aus erfindungsgemäßen warmwalzplattierten Werkstoffverbunde hergestellt werden, so dass auch Bereiche mit abrasiv wirkender Medienführung, beispielsweise Rohrleitungen für Flüssigbetonförderung etc. entsprechend bedient werden können.
Bezugszeichenliste
1 Flachproduktpaket
warm walzplattierter Werkstoffverbund, Warmband
2, 3, 4 Flachprodukt
2', 3', 4' Lagen
5 Schweißverbindung
A, B, C, D, E, F, G, G' Verfahrensschritte
d Dicke
K Kontakt, Kontaktbereich
L eingeschlossener Luftraum
02, 03 Oberfläche mit natürlicher Unebenheit
P oxydische Partikel
S Spaltmaß
V Verbindungsebene
V Verbindungsbereich

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines warmwalzplattierten Werkstoffverbundes
umfassend folgende Schritte:
Bereitstellen eines ersten und mindestens eines zweiten Flachproduktes, wobei sich die Flachprodukte hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden,
Aufeinanderstapeln der Flachprodukte, wobei zumindest die einander zugeordneten und zu verbindenden Oberflächen der Flachprodukte vor dem Aufeinanderstapeln gereinigt werden,
zumindest bereichsweise Verschweißen der einzelnen Flachprodukte zur
Erzeugung eines Flachproduktpaketes,
Erwärmen des Flachproduktpaketes auf mindestens eine
Warm walzanfangstemp eratur,
Warmwalzen des Flachproduktpaketes zu einem Warmband,
Abtafeln des Warmbandes zu Platten oder Blechen oder Aufhaspeln des Warmbandes zu einem Bund,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste und/oder das zweite bereitgestellte Flachprodukt zumindest auf einer seiner Oberflächen eine natürliche Unebenheit aufweist und das Flachprodukt mit der zumindest einen Oberfläche mit der natürlichen Unebenheit vor dem
Aufeinanderstapeln derart ausgerichtet wird, dass diese Oberfläche in Kontakt mit der Oberfläche des anderen Flachproduktes gebracht wird, wobei nach dem
Aufeinanderstapeln die Flachprodukte über ihre Oberflächen bereichsweise in einer Verbindungsebene in Kontakt stehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Summe der Fläche der bereichsweise in Kontakt stehenden Flachprodukte mindestens 30%, insbesondere mindestens 35%, vorzugsweise mindestens 40%, besonders bevorzugt mindestens 45% in der Verbindungsebene entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich nach dem Aufeinanderstapeln durch die natürliche Unebenheit der mindestens einen zu verbindenden Oberfläche zumindest bereichsweise
Lufträume zwischen den Flachprodukten bilden, welche eine Fläche in Summe von mindestens 20%, insbesondere mindestens 25%, vorzugsweise mindestens 30%, besonders bevorzugt mindestens 35% in der Verbindungsebene einnehmen.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest die zu verbindende Oberfläche des ersten und/oder des zweiten Flachproduktes derart gereinigt wird, dass die natürliche Unebenheit der
Oberfläche im Wesentlichen erhalten bleibt.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Flachprodukte gasdicht miteinander verschweißt werden.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
als erstes und mindestens zweites Flachprodukt jeweils ein Stahlwerkstoff oder jeweils eine Aluminiumlegierung verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Werkstoffverbund zu einem Kaltband gewalzt wird.
8. Flachproduktpaket (1) umfassend ein erstes und mindestens ein zweites
Flachprodukt (2, 3, 4), wobei sich die Flachprodukte (2, 3, 4) hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden, mindestens eine der einander zugeordneten und zu verbindenden Oberflächen (02, 03) der
Flachprodukte (2, 3, 4) eine natürliche Unebenheit aufweist und dadurch die Flachprodukte (2, 3, 4) bereichsweise in einer Verbindungsebene (V) in Kontakt (K) stehen, dadurch zumindest bereichsweise eingeschlossene Lufträume (L) zwischen den Flachprodukten (2, 3, 4) vorhanden sind und die Flachprodukte (2, 3, 4) über eine Schweißverbindung (5) gasdicht miteinander verschweißt sind.
9. Flachproduktpaket nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Summe der Flächen der bereichsweise in Kontakt (K) stehenden Flachprodukte (2, 3, 4) mindestens 30%, insbesondere mindestens 35%, vorzugsweise
mindestens 40%, besonders bevorzugt mindestens 45% in der Verbindungsebene (V) entspricht und zwischen den Flachprodukten (2, 3, 4) bereichsweise eingeschlossene Lufträume (L) vorhanden sind, welche eine Fläche in Summe von mindestens 20%, insbesondere mindestens 25%, vorzugsweise mindestens 30%, besonders bevorzugt mindestens 35% in der Verbindungsebene (V) einnehmen.
10. Warmwalzplattierter Werkstoffverbund ( ) umfassend eine erste Lage (3') und mindestens eine zweite Lage (2', 4'), wobei sich die Lagen (2', 3', 4') hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden, welche zumindest bereichsweise über einen Verbindungsbereich (V) miteinander verbunden sind, insbesondere hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, oder insbesondere hergestellt durch ein Warmwalzen eines Flachproduktpaketes (1) nach
Anspruches 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest bereichsweise im Verbindungsbereich (V) oxydische Partikel (P) vorliegen.
11. Warmwalzplattierter Werkstoffverbund nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Partikel (P) im Verbindungsbereich (V) mit einem Anteil zwischen 0,05 % bis 20 % vorliegen.
12. Warmwalzplattierter Werkstoffverbund nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass
der warmwalzplattierte Werkstoffverbund ( ) als Warmband in Form einer Platte oder eines Bleches oder in Form eines Bundes vorliegt und die Dicke (d) < 26 mm beträgt.
13. Verwendung eines warmwalzplattierten Werkstoffverbundes ( ) nach einem der Ansprüche 10 bis 12 als Teil oder Komponente in Bereichen mit Verschleiß- Einflüssen, im Baubereich, im Anlagen- bzw. Maschinenbau, Fahrzeug-, Eisenbahn-, Schiffbau oder Luft- und Raumfahrt.
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