EP4347904A1 - Anlage und verfahren zur herstellung von stabförmigen stählen - Google Patents

Anlage und verfahren zur herstellung von stabförmigen stählen

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EP4347904A1
EP4347904A1 EP22715108.1A EP22715108A EP4347904A1 EP 4347904 A1 EP4347904 A1 EP 4347904A1 EP 22715108 A EP22715108 A EP 22715108A EP 4347904 A1 EP4347904 A1 EP 4347904A1
Authority
EP
European Patent Office
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thermomechanical
rolling
temperature
cooling device
plant
Prior art date
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Pending
Application number
EP22715108.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael KÖBERICH
Nicola Redolfi
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Filing date
Publication date
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    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite

Definitions

  • the present invention relates to a plant for the thermomechanical rolling of long steel semi-finished products, a method for producing rod-shaped steels, preferably structural steels, from the long steel semi-finished products, in particular with a yield point of at least 300 MPa, preferably with a yield point of at least 400 MPa, and a rod-shaped steel product , which is preferably obtainable by the process according to the invention.
  • the corresponding steels are first hot-rolled over a plurality of roll stands and then quenched after the rolling train. Due to the large drop in temperature, a martensite ring forms over the circumference, giving the material the required strength.
  • the resulting steel products are then cut to a length of up to 12 m, cooled as evenly as possible on a cooling bed from 650 °C to 100 °C and then combined into bundles that can be transported and processed further.
  • WO 2004/104237 A1 discloses a method for winding metallic rods.
  • the finish-rolled bars are slowly cooled to a temperature in the range of 600 to 700 °C in a cooling and equalizing section, which is arranged downstream of the rolling device in the transport direction and comprises several water tanks, and then fed to a coil winding device. This results in only a microstructure with a core of ferrite and pearlite surrounded by a ring-shaped structure of martensite and larger portions of bainite.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a system for thermomechanical rolling of long steel semi-finished products and a method for producing bar-shaped steel products, in particular structural steels, with which bar-shaped steel products, in particular structural steels, with a low scattering of the mechanical material properties and/or can be produced with consistent quality in terms of their microstructure.
  • the object is achieved by a system having the features of patent claim 1 and a method having the features of patent claim 10 .
  • the plant according to the invention for the thermomechanical rolling of long steel semi-finished products comprises a first rolling device; one in
  • thermomechanical sizing block arranged downstream of the first rolling device; a first cooling device disposed between the first rolling device and the first thermomechanical sizing block; a separator arranged downstream of the first thermomechanical sizing block; a second cooling device disposed between the first thermomechanical sizing block and the separator; and a coil winding device arranged downstream of the separating device in the transport direction.
  • the invention relates to a method for producing bar-shaped steels from long steel semi-finished products, in particular with a yield point of at least 300 MPa, preferably with a yield point of at least 400 MPa, even more preferably with a yield point of at least 500 MPa, and most preferably with a yield point of at least 600 MPa, the first being heated, if necessary to a temperature of at least 900 °C, preferably to a temperature of at least 950 °C
  • Long steel semi-finished product is pre-rolled in a first rolling device and cooled to a temperature of at least 850 °C in a subsequent first cooling device; is then finish-rolled in a first thermomechanical sizing block arranged downstream of the first cooling device in the transport direction to form bar-shaped steel, which is cooled to a temperature in the range of 400 °C to 600 °C in a second cooling device downstream of the first thermomechanical sizing block; subsequently prefabricated in a separating device arranged downstream of the second cooling device in the transport direction; and is then fed to a coil winding device arranged downstream of the separating device in the transport direction and is wound into vertically and/or horizontally wound coils.
  • a coordinated process control produces vertically and/or horizontally wound coils of a bar-shaped steel product which have a specific pearlitic-bainitic microstructure and a reduced scattering of the mechanical material values.
  • the bar-shaped steel products preferably have a scatter in the mechanical material values, in particular the yield point Re of ⁇ 25 MPa, more preferably a scatter in the yield point Re of ⁇ 20 MPa, even more preferably a scatter in the yield point Re of ⁇ 15 MPa, and most preferably one Scatter of the yield point Re of ⁇ 10 MPa, whereby the strength levels specified in the respective standards based on DIN 488 and other material values are partly improved.
  • thermomechanical rolling and the resulting grain refinement effects in the bar-shaped steel products is that the use of manganese or other strength-enhancing micro-alloying elements can be reduced or saved, which has a beneficial effect on manufacturing costs.
  • the winding of the bar-shaped steel products into vertically and/or horizontally wound coils has further advantages with regard to transport and space requirements.
  • long steel semi-finished products is understood to mean steel semi-finished products which are suitable for producing the bar-shaped steels or steel products according to the invention, in particular structural steels.
  • Such semi-finished long steel products are also referred to as billets and usually have a square or rectangular cross-section.
  • the term "rod-shaped steel products” refers to steel products or steel bars, in particular structural steels, which have a round cross-section with a diameter in the range from 6.0 to 50 mm, preferably 6.0 to 32 mm, and whose surface is ribbed and /or is smooth. Such bar-shaped steel products are also known as “rebars”.
  • the first rolling device in which the long steel semi-finished product, which has previously been heated to a temperature of at least 900° C., preferably to a temperature of at least 950° C., is pre-rolled, can be formed from a large number of standless rolling stands.
  • the first rolling means comprises at least ten, more preferably at least twelve, even more preferably at least fourteen, and most preferably sixteen of these standless rolling stands.
  • the first rolling device can comprise hydraulically adjustable roll stands instead of the roll stands without stands.
  • the first cooling device is arranged downstream of the first rolling device in the direction of transport in a first section which extends between the first rolling device and the first thermomechanical sizing block.
  • the first cooling device can comprise one, or more preferably two, water tanks, which are then arranged at a distance from one another in the first section.
  • the cooling capacity of the water tanks of each cooling device can be adjusted based on the volume flow of the cooling water, the number of active cooling tubes per water tank, the cooling tube diameter and/or the cooling water pressure and, if necessary, the cooling water temperature.
  • the specifications can typically be predetermined using specific process models and adjusted by online regulation.
  • An example channel box may have a channel box length of 6500mm and include six cooling tubes each 750mm long. Such a water box then typically has a maximum cooling water quantity of 230 m 3 /h and a controllable cooling water pressure range from 1.5 to 6.0 bar.
  • the first section is preferably selected in such a way that the rolling stock is also given sufficient time for adequate temperature equalization over the cross section.
  • the temperature in the rolling stock is equalized by conduction from the core to the surface.
  • a temperature gradient of at most 100 °C, more preferably a temperature gradient of at most 80 °C, even more preferably a temperature gradient of at most 60 °C, and most preferably, a temperature gradient of at most 50° C. is set.
  • the homogenization of the cross-section temperatures can be controlled indirectly between the respective stations by measuring the surface temperatures of the rolled long steel semi-finished product.
  • corresponding process models can also be used.
  • the first section can have a length of 80 to 120 m, more preferably a length of 90 to 100 m.
  • the rolled long steel semi-finished product cooled to a temperature of at least 850 °C in the first cooling device, is then fed to the first thermomechanical sizing block, in which it is finish-rolled to the desired or specified final diameter.
  • the rolled long steel semi-finished product is fed to the first thermomechanical sizing block at a temperature of at least 700 °C, preferably at a temperature of at least 730 °C, more preferably at a temperature of at least 750 °C, even more preferably at a temperature of at least 760°C, and most preferably at a temperature of at least 770°C.
  • the temperature of the rolled long steel semi-finished products must not be too high, otherwise the lowest possible temperature gradient between the surface and core temperatures required for the metallurgical recrystallization processes and the associated grain refinement effects cannot be set.
  • the temperature at which the rolled long steel semi-finished product is fed to the first thermomechanical sizing block is limited to 850°C, preferably to 840°C, more preferably to 820°C, and most preferably to 800°C. Provision is very particularly preferably made for rolled semi-finished long steel products to be fed to the first thermomechanical sizing block at a temperature of 780°C.
  • thermomechanical sizing block the highest deformation or the highest reduction, which can preferably be 30 to 80%, takes place.
  • the thermomechanical sizing block can have one, preferably two, more preferably four, even more preferably six, and most preferably eight stands.
  • the system can comprise a second thermomechanical sizing block between the first thermomechanical sizing block and the second cooling device, which also has one, preferably two, more preferably four, even more preferably six, and most preferably eight stands can be trained.
  • an intermediate cooling device is provided between the two thermomechanical sizing blocks, which comprises one or two water tanks spaced apart from one another.
  • the first thermomechanical sizing block can have four stands and the second thermomechanical sizing block can have two stands.
  • the first thermomechanical sizing block can, for example, have four stands and the second thermomechanical sizing block can also have four stands. Any other combination is possible and conceivable with regard to the division of the stands between the two thermomechanical sizing blocks.
  • thermomechanical sizing block designed in a basic design could also be divided into six single-stand thermomechanical sizing blocks, with within the entire cascade of, for example, six single-stand thermomechanical sizing blocks between two of these six one-stand thermomechanical sizing blocks each have to be provided with an intermediate cooling device with at least one water tank.
  • the thermomechanical sizing blocks are known in principle and are marketed by the applicant under the brand name MEERdrive®.
  • the second cooling device is then arranged in a second line section, in which the long steel semi-finished products finish-rolled to bar-shaped steels are cooled in order to stop further grain growth.
  • the second cooling device can comprise four to nine water boxes, more preferably five to eight water boxes.
  • the second cooling device can comprise at least two, more preferably three, even more preferably four, and most preferably five water tanks, via which the rod-shaped steels are cooled, on the one hand to equalize the temperature and on the other hand to form hardened microstructures in the form of martensite or bainite.
  • the second section which extends between the first or second thermomechanical sizing block, or the last stand of the sizing block, and the coil winding device, is preferably selected in such a way that the rolling stock is given enough time for adequate temperature equalization across the cross section.
  • the second route section can advantageously have a transport length of 200 to 350 m, more preferably a transport length of 250 to 300 m.
  • cooling which starts as quickly as possible immediately after the last pass, i.e. after the first or second thermomechanical sizing block or the last stand of the sizing block, for the control of the recrystallization processes and a high fine grain size, preferably with a average grain diameter of less than 12.0 pm, more preferably with an average grain diameter of less than 10.0 pm, even more preferably with an average grain diameter of less than 8.0 pm, and most preferably with an average grain diameter in the range of 5.0 to 6.5 pm.
  • the rod-shaped steels which have a temperature in the range from 800° C. to 950° C., preferably a temperature in the range from 800° C. to 900° C., after the last pass, after a maximum of 100 ms, preferably after a maximum of 90 ms, even more preferably after a maximum of 80 ms, more preferably after a maximum of 70 ms, and most preferably after a maximum of 60 ms of the second cooling device, in particular the first water tank of the second cooling device.
  • the rod-shaped steels are cooled to such an extent that an inlet temperature in the coil winding temperature range of 400 °C to 600 °C, preferably an inlet temperature in the coil winding device of 450 °C to 550 °C, is achieved.
  • the system can have a microstructure sensor device arranged between the second cooling device and the separating device, via which a possibly present martensitic microstructure, in particular a martensite proportion in area percent (A.- %), in the thermomechanically rolled rod-shaped steel product is continuously
  • microstructure sensor device which is arranged in the second section, can advantageously be arranged in the direction of transport directly in front of the coil winding device, directly in front of the cutting device, and/or in the direction of transport, possibly directly behind the second cooling device, in particular behind the last water tank of this.
  • An arrangement between two water tanks of the plurality of water tanks in the second cooling device is also possible.
  • the system includes one according to the invention behind each of the plurality of water tanks that are arranged within the second cooling device in the second route section
  • each of the plurality of water tanks can be adjusted individually and the formation of martensitic structures in the specific water tanks can be assigned.
  • the martensitic structure, in particular a proportion of martensite in A%, in the rod-shaped steels can be identified online in the ongoing process via the structure sensor device.
  • the microstructure sensor device for identifying the undesired martensite has an ultrasonic measuring device, an X-ray measuring device, a radar beam measuring device and/or an electromagnetic measuring device.
  • the microstructure sensor device can advantageously be coupled to a control and/or regulation device, via which active interventions in the respective process steps can be undertaken, possibly with the aid of appropriate algorithms, in order to set the desired microstructure.
  • the present invention also relates to a rod-shaped steel product, preferably produced by the method according to the invention, in particular with a yield point of at least 300 MPa, more preferably with a yield point of at least 400 MPa, even more preferably with a yield point of at least 500 MPa, and most preferably having a yield strength of at least 600 MPa, having a martensite content of at most 15.0 A%, preferably a martensite content of at most 10.0 A%, more preferably a martensite content of at most 8.0 A%, even more preferably one 6.0 A.-% maximum martensite content, and most preferably 5.0 A.% maximum martensite content.
  • the bar-shaped steel, in particular structural steel preferably has the following composition in % by weight:
  • the bar-shaped steel can include the following elements individually and/or in combination as additional accompanying elements (in % by weight):
  • Chromium maximum 0.40
  • FIG. 2 shows a temperature profile of a first exemplary embodiment of the method according to the invention
  • Fig. 3 shows a temperature profile of a second embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 4 shows a temperature profile of a third exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows an embodiment variant of the system 1 according to the invention for thermomechanical rolling of long steel semi-finished products 2 in a schematic block diagram.
  • Such long steel semi-finished products or starting billets 2, which are thermomechanically rolled in plant 1 to form bar-shaped steels 3, can have a quadrilateral (square) cross-section with the dimensions of 160 ⁇ 160 mm.
  • the correspondingly finish-rolled bar-shaped steels 3 can have a diameter in the range from 6.0 to 32 mm.
  • the long steel semi-finished products 2 are first fed to a reheating furnace 4, in which the long steel semi-finished products 2 to be rolled are heated to a temperature of 900° C. to 1000° C.
  • the then heated long steel semi-finished products 2 are fed to a first rolling device 5, in which they are pre-rolled hot in a cascade of sixteen standless roll stands (not shown).
  • a decrease in the range of 20 to 40% per pass is achieved in the respective roll stand.
  • the average temperature of the rolling stock in the first rolling device 5 is 850°C to 1000°C.
  • a first cooling device 6 is arranged in a first section 7, which in the present case comprises two water tanks (not shown) in order to reduce the temperature of the 850 °C to 1000 °C hot rolling stock before the subsequent step of thermomechanical rolling achieve.
  • the first section can have a length of 90 m to 100 m.
  • the first thermomechanical sizing block 8 can be designed with six stands in one embodiment variant, with a reduction of 22 to 27% being achievable per pass in the individual stands.
  • thermomechanical sizing block 8/8.1 can be supplemented by a second thermomechanical sizing block 8.2, which can also have a multi-stand design.
  • thermomechanical sizing block 8.2 in an intermediate section 9 formed between the two thermomechanical sizing blocks 8.1, 8.2
  • This intermediate section 9 also has a specific distance of 72 m, for example, in order to allow the rolling stock enough time for an adequate temperature equalization between the two thermomechanical rolling steps.
  • the second cooling device 11 is then arranged in a second section 12, which extends between the first or the second thermomechanical sizing block 8, 8.1, 8.2 and a coil winding device 13, downstream of the first or the second thermomechanical sizing block 8, 8.1, 8.2.
  • the long steel semi-finished products 2 which have been finish-rolled into rod-shaped steels 3 and have a temperature of 800° C. to 900° C., are cooled by a cascade of four water tanks spaced one behind the other in order to prevent further grain growth and the formation of hardened grains To prevent microstructures in the form of martensite or bainite.
  • the second section 12 is also chosen to be correspondingly long. This can have a length of 250 to 300 m, for example.
  • the rod-shaped steels 3 are, after prefabrication in a cutting device 14, then fed to the coil winding device 13, which is designed as a vertical coil winding device, at a coil winding temperature of 450° C. to 500° C.
  • the system 1 can also include a microstructure sensor device 15, which is arranged in the second section 12.
  • the formation of the martensitic structure, in particular a proportion of martensite in A%, in the rod-shaped steels 3 produced can be identified online in the ongoing process via the structure sensor device 15 .
  • the microstructure sensor device 15 can comprise, for example, an ultrasonic measuring device, an X-ray measuring device, a radar beam measuring device and/or an electromagnetic measuring device.
  • the possible positions of the structure sensor device 15 in the second section 12 are shown via the dashed arrows. For example, in the transport direction before the second cooling device 11, immediately before the separating device 14 or immediately before the
  • Coil winding device 13 are arranged. An arrangement between the water tanks of the plurality of water tanks in the second cooling device 11 or in the intermediate section 9 is also possible.
  • FIGS. 2 to 4 show three different temperature profiles (average temperatures) 16, 17, 18 of three steel rods 3 with different diameters, which have been produced according to an embodiment variant of the method according to the invention.
  • billets of quality C20D with a quadrangular (square) cross-section with dimensions of 160 x 160 mm were produced in a plant 1, which had a reheating furnace 4, a first rolling device 5 with sixteen standless rolling stands (not shown), a first cooling device 6 with two Water boxes, a six-stand sizing block 8, a second cooling device 11 with four water boxes and a coil winding device 13, thermomechanically to form steel bars 3 with diameters of 8 mm (Fig. 2), 12 mm (Fig. 3) and 25 mm (Fig. 4) rolled.

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Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Anlage (1) und ein Verfahren zum thermomechanischen Walzen von Langstahlhalbzeugen (2), umfassend eine erste Walzeinrichtung (5); einen in Transportrichtung abwärts der ersten Walzeinrichtung (5) angeordneten ersten thermomechanischen Maßwalzblock (8); eine zwischen der ersten Walzeinrichtung (5) und dem ersten thermomechanischen Maßwalzblock (8) angeordnete erste Kühleinrichtung (6); eine in Transportrichtung abwärts des ersten thermomechanischen Maßwalzblocks (8) angeordnete Trenneinrichtung (14); eine zwischen dem ersten thermomechanischen Maßwalzblock (8) und der Trenneinrichtung (14) angeordnete zweite Kühleinrichtung (11); sowie eine in Transportrichtung abwärts der Trenneinrichtung (14) angeordnete Coilwickeleinrichtung (13).

Description

Anlage und Verfahren zur Herstellung von stabförmigen Stählen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum thermomechanischen Walzen von Langstahlhalbzeugen, ein Verfahren zur Herstellung von stabförmigen Stählen, vorzugsweise von Baustählen, aus den Langstahlhalbzeugen, insbesondere mit einer Streckgrenze von zumindest 300 MPa, vorzugsweise mit einer Streckgrenze von zumindest 400 MPa, sowie ein stabförmiges Stahlprodukt, das vorzugsweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist.
Bei der konventionellen Herstellung von stabförmigen Stahlprodukten ist vorgesehen, dass die entsprechenden Stähle zunächst über eine Mehrzahl von Walzgerüsten warmgewalzt und im Anschluss an die Walzstraße abgeschreckt werden. Durch den großen Temperatursturz bildet sich ein Martensitring über den Umfang aus, wodurch das Material die erforderliche Festigkeit erhält. Die sodann erhaltenen Stahlprodukte werden auf eine Länge von bis zu 12 m vereinzelt, auf einem Kühlbett von 650 °C auf 100 °C möglichst gleichmäßig abgekühlt und anschließend zu Bunden zusammengefasst werden, die transportfähig sind und einer Weiterverarbeitung zugeführt werden können.
Alternativ zu der Abkühlung auf einem Kühlbett können derartige Stahlprodukte auch zu kompaktem Coil aufgewickelt werden. Im Gegensatz zu der konventionellen Verfahrensweise liegen bei dem gewickelten Coil allerdings stark inhomogene Abkühlbedingungen vor, die eine erhöhte Streuung der mechanischen Eigenschaften verursachen, und die sich bei einer Weiterverarbeitung, wie beispielsweise beim Ziehen über eine Matrize, sodann negativ auswirken. Aus der WO 2004/104237 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Wickeln von metallischen Stäben bekannt. Gemäß dem offenbarten Verfahren werden die fertiggewalzten Stäbe in einer, in Transportrichtung abwärts der Walzeinrichtung angeordneten, Kühl- und Ausgleichsstrecke, die mehrere Wasserkästen umfasst, langsam auf eine Temperatur im Bereich von 600 bis 700 °C abgekühlt und sodann einer Coilwickeleinrichtung zugeführt. Hierdurch wird lediglich eine Mikrostruktur mit einem Kern aus Ferrit und Perlit erzielt, der von einer ringförmigen Struktur aus Martensit und größeren Anteilen Bainit umgeben ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde eine Anlage zum thermomechanischen Walzen von Langstahlhalbzeugen sowie ein Verfahren zur Herstellung von stabförmigen Stahlprodukten, insbesondere von Baustählen, bereitzustellen, mit der bzw. mit dem stabförmige Stahlprodukte, insbesondere Baustähle, mit einer geringen Streuung der mechanischen Werkstoffeigenschaften und/oder in gleichbleibender Qualität hinsichtlich ihrer Gefügestruktur herstellbar sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Anlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
Die erfindungsgemäße Anlage zum thermomechanischen Walzen von Langstahlhalbzeugen umfasst eine erste Walzeinrichtung; einen in
Transportrichtung abwärts der ersten Walzeinrichtung angeordneten ersten thermomechanischen Maßwalzblock; eine zwischen der ersten Walzeinrichtung und dem ersten thermomechanischen Maßwalzblock angeordnete erste Kühleinrichtung; eine in Transportrichtung abwärts des ersten thermomechanischen Maßwalzblocks angeordnete Trenneinrichtung; eine zwischen dem ersten thermomechanischen Maßwalzblock und der Trenneinrichtung angeordnete zweite Kühleinrichtung; sowie eine in Transportrichtung abwärts der Trenneinrichtung angeordnete Coilwickeleinrichtung.
In gleicher Weise betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von stabförmigen Stählen aus Langstahlhalbzeugen, insbesondere mit einer Streckgrenze von zumindest 300 MPa, vorzugsweise mit einer Streckgrenze von zumindest 400 MPa, noch mehr bevorzugt mit einer Streckgrenze von zumindest 500 MPa, und am meisten bevorzugt mit einer Streckgrenze von zumindest 600 MPa, wobei zunächst das, ggf. auf eine Temperatur von zumindest 900 °C, vorzugsweise auf eine Temperatur von zumindest 950 °C, erwärmte
Langstahlhalbzeug in einer ersten Walzeinrichtung vorgewalzt und in einer sich daran anschließenden ersten Kühleinrichtung auf eine Temperatur von mindestens 850 °C gekühlt wird; anschließend in einem in Transportrichtung abwärts der ersten Kühleinrichtung angeordneten ersten thermomechanischen Maßwalzblock zu dem stabförmigen Stahl fertiggewalzt wird, welcher in einer sich dem ersten thermomechanischen Maßwalzblock anschließenden zweiten Kühleinrichtung auf eine Temperatur im Bereich von 400 °C bis 600 °C abgekühlt wird; anschließend in einer in Transportrichtung abwärts der zweiten Kühleinrichtung angeordneten Trenneinrichtung vorkonfektioniert; und sodann einer in Transportrichtung abwärts der Trenneinrichtung angeordneten Coilwickeleinrichtung zugeführt und zu vertikal und/oder horizontal gewickelten Coils gewickelt wird. Im Rahmen der Entwicklung der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, dass durch eine abgestimmte Prozessführung vertikal und/oder horizontal gewickelte Coils eines stabförmigen Stahlproduktes erhalten werden, die zum einen ein spezifisches perlitisch-bainitisches Mikrostrukturgefüge, und zum anderen eine verringerte Streuung der mechanischen Werkstoffwerte aufweisen. Vorzugsweise weisen die stabförmigen Stahlprodukte eine Streuung der mechanischen Werkstoffwerte, insbesondere der Streckgrenze Re von < 25 MPa, mehr bevorzugt eine Streuung der Streckgrenze Re von < 20 MPa, noch mehr bevorzugt eine Streuung der Streckgrenze Re von < 15 MPa, und am meisten bevorzugt eine Streuung der Streckgrenze Re von < 10 MPa, auf, wobei die in den jeweiligen Normen vorgegebenen Festigkeitsniveaus in Anlehnung an die DIN 488, sowie weitere Werkstoffwerte teils verbessert werden.
Ein weiterer Vorteil des thermomechanischen Walzens und der hierdurch erzielten Kornfeinungseffekte in den stabförmigen Stahlprodukten besteht darin, dass der Einsatz von Mangan, oder anderen festigkeitssteigernden Mikrolegierungselementen, reduziert oder eingespart werden kann, was sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten auswirkt.
Ferner weist das Aufwickeln der stabförmigen Stahlprodukte zu vertikal und/oder horizontal gewickelten Coils in Bezug auf den Transport und den Platzbedarf weitere Vorteil auf.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass die vorliegend genannten Temperaturen die Durchschnittstemperaturen über den Querschnitt des Walzgutes darstellen und somit nicht mit Oberflächentemperaturen gleichgesetzt werden können.
Unter dem Begriff „Langstahlhalbzeuge“ werden im Sinne der vorliegenden Erfindung Stahlhalbzeuge verstanden, die zur Herstellung der erfindungsgemäßen stabförmigen Stähle bzw. Stahlprodukte, insbesondere von Baustählen, geeignet sind. Solche Langstahlhalbzeuge werden auch als Knüppel bezeichnet und haben in der Regel einen quadratischen oder einen rechteckigen Querschnitt.
Unter dem Begriff „stabförmige Stahlprodukte“ werden im Sinne der vorliegenden Erfindung Stahlprodukte bzw. Stabstähle, insbesondere Baustähle, verstanden, die einen runden Querschnitt mit einem Durchmesser im Bereich von 6.0 bis 50 mm, vorzugsweise 6.0 bis 32 mm, aufweisen und deren Oberfläche gerippt und/oder glatt ausgeführt ist. Solche stabförmigen Stahlprodukte sind auch unter der englischen Bezeichnung „rebars“ bekannt. Die erste Walzeinrichtung, in der das, im Vorfeld auf eine Temperatur von zumindest 900 °C, bevorzugt auf eine Temperatur von zumindest 950 °C erwärmte, Langstahlhalbzeug vorgewalzt wird, kann aus einer Vielzahl von ständerlosen Walzgerüsten gebildet werden. Vorteilhafterweise umfasst die erste Walzeinrichtung mindestens zehn, mehr bevorzugt mindestens zwölf, noch mehr bevorzugt mindestens vierzehn, und am meisten bevorzugt sechzehn dieser ständerlosen Walzgerüste.
Ergänzend oder alternativ kann die erste Walzeinrichtung anstatt der ständerlosen Walzgerüste hydraulisch anstellbare Walzgerüste umfassen.
In Transportrichtung hinter der ersten Walzeinrichtung ist die erste Kühleinrichtung in einem ersten Streckenabschnitt angeordnet, der sich zwischen der ersten Walzeinrichtung und dem ersten thermomechanischen Maßwalzblock erstreckt. Die erste Kühleinrichtung kann einen, oder mehr bevorzugt zwei Wasserkästen umfassen, die in dem ersten Streckenabschnitt sodann zueinander beabstandet angeordnet sind. Mittels der Kühleinrichtung wird eine Temperaturverringerung in dem Walzgut vor dem Schritt des thermomechanischen Walzens erzielt.
Die Kühlleistung der Wasserkästen einer jeden Kühleinrichtung kann anhand des Volumenstroms des Kühlwassers, der Anzahl der aktiven Kühlrohre pro Wasserkasten, des Kühlrohrdurchmessers und/oder des Kühlwasserdruckes sowie ggfs der Kühlwassertemperatur gezielt eingestellt werden. Die Vorgaben können typischerweise mittels spezifischen Prozessmodellen vorbestimmt und durch eine Online-Regelung angepasst werden.
Ein beispielhafter Wasserkasten kann eine Wasserkastenlänge von 6500 mm aufweisen und sechs Kühlrohre mit einer Länge von jeweils 750 mm umfassen. Ein derartiger Wasserkasten weist sodann typischerweise eine maximale Kühlwassermenge von 230 m3/h und einen regelbaren Kühlwasserdruckbereich von 1.5 bis 6.0 bar auf.
Der erste Streckenabschnitt ist zudem vorzugsweise derart gewählt, dass das Walzgut auch genügend Zeit für einen ausreichenden Temperaturausgleich über den Querschnitt erhält. Der Ausgleich der Temperatur in dem Walzgut erfolgt durch Konduktion vom Kern zur Oberfläche. Um eine möglichst gleichmäßige Temperatur über den gesamten Querschnitt des Walzgutes zu erzielen, ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass ein Temperaturgradient von maximal 100 °C, mehr bevorzugt ein Temperaturgradient von maximal 80 °C, noch mehr bevorzugt ein Temperaturgradient von maximal 60 °C, und am meisten bevorzugt ein Temperaturgradient von maximal 50 °C eingestellt wird. Die Steuerung der Homogenisierung der Querschnittstemperaturen kann zwischen den jeweiligen Stationen indirekt über die Messung der Oberflächentemperaturen des gewalzten Langstahlhalbzeuges erfolgen. Ergänzend können auch entsprechende Prozessmodelle herangezogen werden.
Der erste Streckenabschnitt kann eine Länge von 80 bis 120 m, mehr bevorzugt eine Länge von 90 bis 100 m aufweisen.
Das in der ersten Kühleinrichtung auf eine Temperatur von mindestens 850 °C gekühlte gewalzte Langstahlhalbzeug wird sodann dem ersten thermomechanischen Maßwalzblock zugeführt, in dem dieses auf den gewünschten bzw. vorgegebenen Enddurchmesser fertiggewalzt wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das gewalzte Langstahlhalbzeug dem ersten thermomechanischen Maßwalzblock mit einer Temperatur von mindestens 700 °C, bevorzugt mit einer Temperatur von mindestens 730 °C, mehr bevorzugt mit einer Temperatur von mindestens 750 °C noch mehr bevorzugt mit einer Temperatur von mindestens 760 °C, und am meisten bevorzugt mit einer Temperatur von mindestens 770 °C zugeführt wird. Die Temperatur der gewalzten Langstahlhalbzeuge darf aber nicht zu hoch sein, da ansonsten der für die metallurgischen Rekristallisationsvorgänge, und damit einhergehende Kornfeinungseffekte, erforderliche und möglichst geringe Temperaturgradient zwischen Oberflächen- und Kerntemperatur nicht eingestellt werden kann. Daher ist die Temperatur, mit der das gewalzte Langstahlhalbzeug dem ersten thermomechanischen Maßwalzblock zugeführt wird, auf 850 °C, bevorzugt auf 840 °C, mehr bevorzugt auf 820 °C, und am meisten bevorzugt auf 800 °C limitiert. Ganz besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass gewalzte Langstahlhalbzeug dem ersten thermomechanischen Maßwalzblock mit einer Temperatur von 780 °C zugeführt wird.
In dem thermomechanischen Maßwalzblock erfolgt die höchste Umformung bzw. die höchste Abnahme, die vorzugsweise 30 bis 80 % betragen kann. Der thermomechanische Maßwalzblock kann ein-, bevorzugt zwei-, mehr bevorzugt vier-, noch mehr bevorzugt sechs-, und am meisten bevorzugt acht-gerüstig ausgebildet sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann die Anlage zwischen dem ersten thermomechanischen Maßwalzblock und der zweiten Kühleinrichtung einen zweiten thermomechanischen Maßwalzblock umfassen, der ebenfalls ein-, bevorzugt zwei-, mehr bevorzugt vier-, noch mehr bevorzugt sechs-, und am meisten bevorzugt acht-gerüstig ausgebildet sein kann. In diesem Zusammenhang ist ganz besonders bevorzugt vorgesehen, dass zwischen beiden thermomechanischen Maßwalzblöcken eine Zwischenkühleinrichtung vorgesehen ist, die einen oder zwei zueinander beabstandete Wasserkästen umfasst. So kann beispielsweise in einer ersten vorteilhaften Ausführungsvariante der erste thermomechanische Maßwalzblock vier-gerüstig und der zweite thermomechanische Maßwalzblock zwei-gerüstig ausgebildet sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann der erste thermomechanische Maßwalzblock beispielsweise vier-gerüstig und der zweite thermomechanische Maßwalzblock ebenfalls vier-gerüstig ausgebildet sein. Jedwede weitere Kombination sind hinsichtlich der Aufteilung der Gerüste auf die beiden thermomechanischen Maßwalzblöcke möglich und denkbar.
So könnte weiterhin auch ein in einer Grundausführung ausgebildeter thermomechanischer Maßwalzblock, beispielsweise ein sechs-gerüstig ausgebildeter thermomechanischer Maßwalzblock, in sechs ein-gerüstige thermomechanischer Maßwalzblöcke aufgeteilt werden, wobei innerhalb der gesamten Kaskade aus den beispielsweise sechs ein-gerüstigen thermomechanischen Maßwalzblöcken zwischen jeweils zwei dieser sechs ein- gerüstigen thermomechanischen Maßwalzblöcken jeweils eine Zwischenkühleinrichtung mit mindestens einem Wasserkasten vorzusehen ist. Die thermomechanischen Maßwalzblöcke sind grundsätzlich bekannt und werden von der Anmelderin unter dem Markennamen MEERdrive® vertrieben. In Transportrichtung hinter dem ersten, ggf. zweiten, thermomechanischen Maßwalzblock ist sodann die zweite Kühleinrichtung in einem zweiten Streckenabschnitt angeordnet, in der die zu stabförmigen Stählen fertiggewalzten Langstahlhalbzeuge gekühlt werden, um ein weiteres Kornwachstum zu stoppen. Die zweite Kühleinrichtung kann vier bis neun Wasserkästen, mehr bevorzugt fünf bis acht Wasserkästen umfassen. In einer weiteren Ausführungsvariante kann die zweite Kühleinrichtung mindestens zwei, mehr bevorzugt drei, noch mehr bevorzugt vier, und am meisten bevorzugt fünf Wasserkästen umfassen, über die die stabförmigen Stähle gekühlt werden, um zum einen einen Temperaturausgleich, und zum anderen die Bildung von gehärteten Gefügestrukturen in Form von Martensit oder Bainit zu verhindern.
Auch der zweite Streckenabschnitt, der sich zwischen dem ersten oder zweiten thermomechanischen Maßwalzblock, bzw. des letzten Gerüstes des Maßwalzblocks, und der Coilwickeleinrichtung erstreckt, ist vorzugsweise derart gewählt, dass das Walzgut genügend Zeit für einen ausreichenden Temperaturausgleich über den Querschnitt erhält. Vorzugsweise wird daher in dem zum stabförmigen Stahl fertiggewalzten Langstahlhalbzeug ein Temperaturgradient von maximal 100 °C, mehr bevorzugt ein Temperaturgradient von maximal 80 °C, noch mehr bevorzugt ein Temperaturgradient von maximal 60 °C, und am meisten bevorzugt ein Temperaturgradient von maximal 50 °C eingestellt.
Der zweite Streckenabschnitt kann vorteilhafterweise eine Transportlänge von 200 bis 350 m, mehr bevorzugt eine Transportlänge von 250 bis 300 m aufweisen. In diesem Zusammenhang hat sich besonders bevorzugt gezeigt, dass eine möglichst kurzfristig einsetzende Kühlung unmittelbar nach dem letzten Stich, also nach dem ersten oder zweiten thermomechanischen Maßwalzblock bzw. des letzten Gerüstes des Maßwalzblocks, für die Kontrolle der Rekristallisationsvorgänge und eine hohe Feinkörnigkeit, vorzugsweise mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von kleiner 12.0 pm, mehr bevorzugt mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von kleiner 10.0 pm, noch mehr bevorzugt mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von kleiner 8.0 pm, und am meisten bevorzugt mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser im Bereich von 5.0 bis 6.5 pm ausschlaggebend ist.
Vorteilhafterweise ist daher vorgesehen, dass die stabförmigen Stähle, die nach dem letzten Stich eine Temperatur im Bereich von 800 °C bis 950 °C, bevorzugt eine Temperatur im Bereich von 800 °C bis 900 °C aufweisen, nach maximal 100 ms, bevorzugt nach maximal 90 ms, noch mehr bevorzugt nach maximal 80 ms, weiter bevorzugt nach maximal 70 ms, und am meisten bevorzugt nach maximal 60 ms der zweiten Kühleinrichtung, insbesondere dem ersten Wasserkasten der zweiten Kühleinrichtung zugeführt werden. Um das weitere Kornwachstum zu unterbinden, werden die stabförmigen Stähle soweit gekühlt, dass eine Einlauftemperatur in die Coilwickeltemperatur im Bereich von 400 °C bis 600 °C, vorzugsweise eine Einlauftemperatur in die Coilwickeleinrichtung von 450 °C bis 550 °C erzielt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann die Anlage eine zwischen der zweiten Kühleinrichtung und der Trenneinrichtung angeordnete Gefügesensoreinrichtung aufweisen, über die ein ggf. vorhandenes martensitisches Gefüge, insbesondere ein Martensitanteil in Flächenprozent (A.- %), in dem thermomechanisch gewalzten stabförmigen Stahlprodukt im laufenden
Prozess direkt ermittelbar ist. Die erfindungsgemäße Gefügesensoreinrichtung, die in dem zweiten Streckenabschnitt angeordnet ist, kann vorteilhafterweise in Transportrichtung unmittelbar vor der Coilwickeleinrichtung, unmittelbar vor der Trenneinrichtung, und/oder in Transportrichtung, ggf. unmittelbar, hinter der zweiten Kühleinrichtung, insbesondere hinter dem letzten Wasserkasten dieser angeordnet sein. Auch eine Anordnung zwischen zwei Wasserkästen der Mehrzahl von Wasserkästen in der zweiten Kühleinrichtung ist möglich.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante umfasst die Anlage hinter jedem der Mehrzahl von Wasserkästen, die innerhalb der zweiten Kühleinrichtung in dem zweiten Streckenabschnitt angeordnet sind, jeweils eine erfindungsgemäße
Gefügesensoreinrichtung. Hierdurch ist jeder der Mehrzahl von Wasserkästen individuell einstellbar und die Bildung von martensitischen Gefügen in den spezifischen Wasserkästen zuordenbar.
Über die Gefügesensoreinrichtung kann das martensitische Gefüge, insbesondere ein Martensitanteil in A.-%, in den stabförmigen Stählen online im laufenden Prozess identifiziert werden. Als Messverfahren können grundsätzlich sämtliche dem Fachmann zum Anmeldezeitpunkt bekannten Techniken eingesetzt werden. Vorteilhafterweis ist jedoch vorgesehen, dass die Gefügesensoreinrichtung zur Identifizierung des unerwünschten Martensits eine Ultraschallmesseinrichtung, eine Röntgenstrahlenmesseinrichtung, eine Radarstrahlenmesseinrichtung und/oder eine elektro-magnetische Messeinrichtung aufweist. Die Gefügesensoreinrichtung kann vorteilhafterweise mit einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung gekoppelt sein, über die, ggf. mit Hilfe entsprechender Algorithmen, aktive Eingriffe in den jeweiligen Prozessschritten vorgenommen werden können, um das gewünschte Gefüge einzustellen. In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung zudem ein stabförmiges Stahlprodukt, vorzugsweise hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere mit einer Streckgrenze von zumindest 300 MPa, mehr bevorzugt mit einer Streckgrenze von zumindest 400 MPa, noch mehr bevorzugt mit einer Streckgrenze von zumindest 500 MPa, und am meisten bevorzugt mit einer Streckgrenze von zumindest 600 MPa, aufweisend einen Martensitanteil von maximal 15.0 A.-%, bevorzugt einen Martensitanteil von maximal 10.0 A.-%, mehr bevorzugt einen Martensitanteil von maximal 8.0 A.-%, noch mehr bevorzugt einen Martensitanteil von maximal 6.0 A.- %, und am meisten bevorzugt einen Martensitanteil von maximal 5.0 A.-%. Vorzugsweise weist der stabförmige Stahl, insbesondere Baustahl die folgende Zusammensetzung in Gew.-% auf:
Kohlenstoff: 0.04 bis 0.35,
Silizium: 0.10 bis 0.80,
Mangan: 0.40 bis 1.60 Phosphor: maximal 0.06
Schwefel: maximal 0.06,
Stickstoff: maximal 0.012; sowie Rest Eisen, ggf. weitere Begleitelemente, und unvermeidbare Verunreinigungen. Als weitere Begleitelemente kann der stabförmige Stahl die nachfolgenden Elemente einzeln und/oder in Kombination umfassen (in Gew.-%):
Chrom: maximal 0.40,
Molybdän: maximal 0.20, Nickel: maximal 0.90,
Kupfer: maximal 1.0,
Blei: maximal 0.25,
Zinn: maximal 0.07,
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der stabförmige Stahl, insbesondere Baustahl, ein Kohlenstoffäquivalent (Ceq) von < 0.60, mehr bevorzugt ein Kohlenstoffäquivalent (Ceq) von < 0.50 aufweist.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand von Figuren und Beispielen näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage,
Fig. 2 ein Temperaturprofil eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 3 ein Temperaturprofil eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, sowie
Fig. 4 ein Temperaturprofil eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Figur 1 ist eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage 1 zum thermomechanischen Walzen von Langstahlhalbzeugen 2 in einer schematischen Blockdarstellung gezeigt. Solche Langstahlhalbzeuge oder Ausgangsknüppel 2, die in der Anlage 1 zu den stabförmigen Stählen 3 thermomechanisch gewalzt werden, können einen viereckigen (quadratischen) Querschnitt mit den Ausmaßen von 160 x 160 mm aufweisen. Die entsprechend fertiggewalzten stabförmigen Stähle 3 können einen Durchmesser im Bereich von 6.0 bis 32 mm aufweisen.
Zu Herstellung der entsprechenden stabförmigen Stähle 3 werden die Langstahlhalbzeuge 2 zunächst einem Wiedererwärmungsofen 4 zugeführt, in dem die zu walzenden Langstahlhalbzeuge 2 auf eine Temperatur von 900 °C bis 1000 °C erwärmt werden.
Die sodann erwärmten Langstahlhalbzeuge 2 werden einer ersten Walzeinrichtung 5 zugeführt, in der sie in einer Kaskade von sechzehn ständerlosen Walzgerüsten (nicht dargestellt) warm vorgewalzt werden. Hierbei wird eine Abnahme im Bereich von 20 bis 40 % pro Stich in dem jeweiligen Walzgerüst erzielt. Die durchschnittliche Temperatur des Walzgutes in der ersten Walzeinrichtung 5 beträgt 850 °C bis 1000 °C.
In Transportrichtung hinter der ersten Walzeinrichtung 5 ist eine erste Kühleinrichtung 6 in einem ersten Streckenabschnitt 7 angeordnet, die vorliegend zwei Wasserkästen (nicht dargestellt) umfasst, um eine Temperaturverringerung des 850 °C bis 1000 °C heißen Walzgutes vor dem nachfolgenden Schritt des thermomechanischen Walzens zu erzielen. Der erste Streckenabschnitt 7, der sich zwischen dem letzten ständerlosen Walzgerüst der ersten Walzeinrichtung 5 und einem ersten thermomechanischen Maßwalzblock 8 erstreckt, ist zudem derart gewählt, dass das Walzgut neben der Temperaturverringerung genügend Zeit für einen ausreichenden Temperaturausgleich erhält. Der erste Streckenabschnitt kann eine Länge von 90 m bis 100 m aufweisen.
Das vorgewalzte und abgekühlte Langstahlhalbzeug 2, das inzwischen einen runden und/oder ovalen Querschnitt aufweist, wird sodann dem ersten thermomechanischen Maßwalzblock 8 mit einer Temperatur im Bereich von 760°C bis 820 °C zugeführt und auf den gewünschten bzw. vorgegebenen Enddurchmesser fertiggewalzt, der beispielsweise 8 mm, 12 mm oder 25 mm betragen kann. Hierzu kann der erste thermomechanische Maßwalzblock 8 in einer Ausführungsvariante sechs-gerüstig ausgebildet sein, wobei pro Stich in den einzelnen Gerüsten eine Abnahme von 22 bis 27 % erzielbar ist.
In einer weiteren Ausführungsvariante kann der erste thermomechanische Maßwalzblock 8/8.1 durch einen zweiten thermomechanischen Maßwalzblock 8.2 ergänzt werden, der ebenfalls mehr-gerüstig ausgebildet sein kann. In dieser Ausführungsvariante ist in einem, zwischen den beiden thermomechanischen Maßwalzblöcken 8.1, 8.2 gebildeten, Zwischenstreckenabschnitt 9 eine
Zwischenkühleinrichtung 10 mit zwei Wasserkästen (nicht dargestellt) vorgesehen. Auch dieser Zwischenstreckenabschnitt 9 weist eine spezifische Strecke von beispielsweise 72 m auf, um dem Walzgut genügend Zeit für einen ausreichenden Temperaturausgleich zwischen den beiden thermomechanischen Walzschritten zu ermöglichen.
In Transportrichtung hinter dem ersten oder dem zweiten thermomechanischen Maßwalzblock 8, 8.1, 8.2 ist sodann die zweite Kühleinrichtung 11 in einem zweiten Streckenabschnitt 12 angeordnet, der sich zwischen dem ersten oder dem zweiten thermomechanischen Maßwalzblock 8, 8.1, 8.2 und einer Coilwickeleinrichtung 13 erstreckt. In der zweiten Kühleinrichtung 11 werden die zu stabförmigen Stählen 3 fertiggewalzten Langstahlhalbzeuge 2, die eine Temperatur von 800 °C bis 900 °C aufweisen, durch eine Kaskade von vorliegend vier hintereinander beabstandeten Wasserkästen gekühlt, um ein weiteres Kornwachstum zu unterbinden und die Bildung von gehärteten Gefügestrukturen in Form von Martensit oder Bainit zu verhindern. Hierzu ist eine möglichst kurzfristig einsetzende Kühlung unmittelbar nach dem letzten Stich erforderlich, um die Rekristallisationsvorgänge kontrollieren zu können und eine hohe Feinkörnigkeit mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser im Bereich von 6.0 bis 10.0 pm zu erzielen. Um dem Walzgut auf dem Weg zu der letzten Station genügend Zeit für einen ausreichenden Temperaturausgleich zu ermöglichen, ist auch der zweite Streckenabschnitt 12 entsprechend lang gewählt. Dieser kann beispielsweise eine Länge von 250 bis 300 m aufweisen. Die stabförmigen Stähle 3 werden, nach einer Vorkonfektionierung in einer Trenneinrichtung 14, sodann mit einer Coilwickeltemperatur von 450 °C bis 500 °C der Coilwickeleinrichtung 13 zugeführt, die als vertikale Coilwickeleinrichtung ausgebildet ist. Da der gesamte Kühlprozess in Bezug auf die jeweiligen Zieltemperaturen instabil ist, und es somit im Rahmen der Prozessführung zu einer schlagartigen Bildung von martensitischen Gefügestrukturen kommen kann, kann die Anlage 1 zudem eine Gefügesensoreinrichtung 15 umfassen, die in dem zweiten Streckenabschnitt 12 angeordnet ist. Über die Gefügesensoreinrichtung 15 kann die Bildung des martensitischen Gefüges, insbesondere ein Martensitanteil in A.-%, in den produzierten stabförmigen Stählen 3 online im laufenden Prozess identifiziert werden. Zur Identifizierung des unerwünschten Martensits kann die Gefügesensoreinrichtung 15 beispielsweise eine Ultraschallmesseinrichtung, eine Röntgenstrahlenmesseinrichtung, eine Radarstrahlenmesseinrichtung und/oder eine elektro-magnetische Messeinrichtung umfassen.
Über die gestrichelten Pfeile sind die möglichen Positionierungen der Gefügesensoreinrichtung 15 in dem zweiten Streckenabschnitt 12 gezeigt. So kann diese beispielsweise in Transportrichtung vor der zweiten Kühleinrichtung 11, unmittelbar vor der Trenneinrichtung 14 oder unmittelbar vor der
Coilwickeleinrichtung 13 angeordnet werden. Auch eine Anordnung zwischen den Wasserkästen der Mehrzahl von Wasserkästen in der zweiten Kühleinrichtung 11 oder in dem Zwischenstreckenabschnitt 9 ist möglich.
In den Figuren 2 bis 4 sind drei unterschiedliche Temperaturprofile (Durchschnittstemperaturen) 16, 17, 18 von drei im Durchmesser unterschiedlichen Stabstählen 3 gezeigt, die gemäß einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden sind. Hierzu wurden Knüppel der Güte C20D mit einem viereckigen (quadratischen) Querschnitt mit den Ausmaßen von 160 x 160 mm in einer Anlage 1, die einen Wiedererwärmungsofen 4, eine erste Walzeinrichtung 5 mit sechszehn ständerlosen Walzgerüsten (nicht dargestellt), eine erste Kühleinrichtung 6 mit zwei Wasserkästen, einen sechs-gerüstigen Maßwalzblock 8, eine zweite Kühleinrichtung 11 mit vier Wasserkästen sowie eine Coilwickeleinrichtung 13 umfasst, thermomechanisch zu Stabstahl 3 mit den Durchmessern 8 mm (Fig. 2), 12 mm (Fig. 3) sowie 25 mm (Fig. 4) gewalzt.
Bezugszeichenliste
1 Anlage
2 Langstahlhalbzeug 3 stabförmiger Stahl / Stabstahl
4 Ofen
5 erste Walzeinrichtung
6 erste Kühleinrichtung
7 erster Streckenabschnitt 8 erster Maßwalzblock
8.1 erster Maßwalzblock
8.2 zweiter Maßwalzblock
9 Zwischenstreckenabschnitt
10 Zwischenkühleinrichtung 11 zweite Kühleinrichtung
12 zweiter Streckenabschnitt
13 Coilwickeleinrichtung
14 Trenneinrichtung
15 Gefügesensoreinrichtung 16 Temperaturprofil
17 Temperaturprofil
18 Temperaturprofil

Claims

Patentansprüche
1. Anlage (1 ) zum thermomechanischen Walzen von Langstahlhalbzeugen (2), umfassend eine erste Walzeinrichtung (5); einen in Transportrichtung abwärts der ersten Walzeinrichtung (5) angeordneten ersten thermomechanischen Maßwalzblock (8); eine zwischen der ersten Walzeinrichtung (5) und dem ersten thermomechanischen Maßwalzblock (8) angeordnete erste Kühleinrichtung (6); eine in Transportrichtung abwärts des ersten thermomechanischen Maßwalzblocks (8) angeordnete Trenneinrichtung (14); eine zwischen dem ersten thermomechanischen Maßwalzblock (8) und der Trenneinrichtung (14) angeordnete zweite Kühleinrichtung (11 ); sowie eine in Transportrichtung abwärts der Trenneinrichtung (14) angeordnete Coilwickeleinrichtung (13).
2. Anlage (1 ) nach Anspruch 1 , weiter umfassend einen zwischen dem ersten thermomechanischen Maßwalzblock (8) und der zweiten Kühleinrichtung (11 ) angeordneten zweiten thermomechanischen Maßwalzblock (8.2) mit ggf. einer zwischen den beiden Maßwalzblöcken (8.1 , 8.2) angeordneten Zwischenkühleinrichtung (10).
3. Anlage (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Kühleinrichtung (6) mindestens einen Wasserkasten, vorzugsweise zwei Wasserkästen, umfasst.
4. Anlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite
Kühleinrichtung (11 ) mindestens zwei Wasserkästen, vorzugsweise mindestens drei Wasserkästen, noch mehr bevorzugt mindestens vier Wasserkästen umfasst, die jeweils zueinander beabstandet angeordnet sind.
5. Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder der thermomechanischen Maßwalzblöcke (8.1, 8.2) ein-, zwei-, vier-, sechs und/oder acht-gerüstig ausgebildet ist.
6. Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Coilwickeleinrichtung (13) als vertikale Coilwickeleinrichtung ausgebildet ist.
7. Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Gefügesensoreinrichtung (15), die in Transportrichtung unmittelbar vor der Coilwickeleinrichtung (13); unmittelbar vor der Trenneinrichtung (14); und/oder in Transportrichtung, ggf. unmittelbar, hinter der zweiten Kühleinrichtung (11) angeordnet ist.
8. Anlage (1) nach Anspruch 7, wobei die Gefügesensoreinrichtung (15) eine Ultraschallmesseinrichtung, eine Röntgenstrahlenmesseinrichtung, eine
Radarstrahlenmesseinrichtung und/oder eine elektro-magnetische Messeinrichtung aufweist.
9. Anlage (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Gefügesensoreinrichtung (15) mit einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zur Einstellung der
Temperatur in den Kühleinrichtungen (6, 10, 11), der Walztemperatur und/oder der Walzgeschwindigkeit in den jeweiligen Walzeinheiten (5, 8, 8.1, 8.2) der Anlage (1) gekoppelt ist.
10. Verfahren zur Herstellung von stabförmigen Stählen (3) aus
Langstahlhalbzeugen (2), insbesondere mit einer Streckgrenze von zumindest 300 MPa, vorzugsweise mit einer Streckgrenze von zumindest 400 MPa, wobei zunächst das, ggf. auf eine Temperatur von zumindest 900 °C, erwärmte Langstahlhalbzeug (2) in einer ersten Walzeinrichtung (5) vorgewalzt und in einer sich daran anschließenden ersten Kühleinrichtung (6) auf eine Temperatur von mindestens 850 °C gekühlt wird; anschließend in einem in Transportrichtung abwärts der ersten Kühleinrichtung (6) angeordneten ersten thermomechanischen Maßwalzblock (8) zu dem stabförmigen Stahl (3) fertiggewalzt wird, welcher in einer sich an dem ersten thermomechanischen Maßwalzblock (8) anschließenden zweiten Kühleinrichtung (11) auf eine Temperatur im Bereich von 400 °C bis 600 °C abgekühlt wird; anschließend in einer in Transportrichtung abwärts der zweiten Kühleinrichtung (11) angeordneten Trenneinrichtung (14) vorkonfektioniert; und sodann einer in Transportrichtung abwärts der Trenneinrichtung (14) angeordneten Coilwickeleinrichtung (13) zugeführt und zu vertikal und/oder horizontal gewickelten Coils gewickelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Langstahlhalbzeug (2) bei einer Temperatur im Bereich von 700 bis 850 °C fertiggewalzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das stabförmige Stahlprodukt (3) bei einer Temperatur im Bereich von 450 bis 550 °C auf einem Dorn der Coilwickeleinrichtung (13) aufgewickelt wird.
13. Stabförmiger Stahl (3), vorzugsweise hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, insbesondere mit einer Streckgrenze von zumindest 300 MPa, vorzugsweise mit einer Streckgrenze von zumindest 400 MPa, aufweisend einen Martensitanteil von maximal 15.0 A.-%.
14. Stabförmiger Stahl (3) nach Anspruch 13, umfassend die folgende Zusammensetzung in Gew.-%:
Kohlenstoff: 0.04 bis 0.35
Silizium: 0.10 bis 0.80
Mangan: 0.40 bis 1.60
Phosphor: maximal 0.06
Schwefel: maximal 0.06
Stickstoff: maximal 0.012,
Rest Eisen, ggf. weitere Begleitelemente, sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
15. Stabförmiger Stahl (3) nach Anspruch 13 oder 14, aufweisend ein Kohlenstoffäquivalent (Ceq) von < 0.60.)
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