WO2000013820A1 - Verfahren zur herstellung belastungsoptimierter stahlbänder - Google Patents

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Dieter Senk
Ulrich ALBRECHT-FRÜH
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    • B21B2205/02—Tailored blanks

Definitions

  • the invention has for its object to provide a method for producing load-optimized steel strips, which allows both a direct use of the steel strips and their further forming without the disadvantages described in cold rolling.
  • the invention thus relates to a method for producing load-optimized steel strips with a thickness that changes continuously in the longitudinal direction of the strip.
  • a method for producing load-optimized steel strips with a thickness that changes continuously in the longitudinal direction of the strip is characterized according to the invention in that the steel strip is produced by casting between two cooled rolls with a variable passage gap, the cooling of the rolls acting on the molten steel cast into the gusset formed by the rolls depending on the path of the continuous cast strip and so that the thickness of the steel strip is changed such that the steel strip receives a length-related change in thickness of 10 to 40%.
  • a steel strip with a homogeneous structure can be produced over its length of different thickness.
  • Such a strip offers the best prerequisites for further shaping treatment, be it by hot rolling or, in particular, by cold rolling. If the strip is cold rolled, constant degrees of deformation can be achieved without any problems.
  • the cooling of the rollers can be influenced by their contact time with the molten steel. Specifically, this can be done by adjusting the circumferential speed of the rollers and / or via the melt pool level. Alternatively, however, the cooling can also be influenced by the heat flow between the rollers and the molten steel. Specifically, this can be done via the surface structure of the rollers and / or an inert gas atmosphere and / or casting oil.
  • the thickness of the belt is influenced by the cooling of the rollers and thus by the strand shells of the belt that form, a simple adjustment of the supporting force is appropriate. This is because the rollers can be subjected to constant to slightly increasing support force. If the strip is to become thicker, the cooling is increased with the result of thicker strand shells. This means that the rollers recede and form a larger passage gap. Conversely, the support rollers adjust when the cooling is reduced and the strand shells become thinner. In any case, it is ensured in this way that the strand shells in the so-called “kissing point”, that is, the opposite apex points of the rolls, contact each other and weld to one another.
  • the cast strip If the cast strip is to be further reduced in thickness, it can be hot rolled.
  • the structure of the strip can be influenced by this and in particular by cold rolling and possible recrystallization annealing.
  • the invention will be with reference to an A us.beispiel for a suitable for the present process apparatus illustrated in the drawings explained in more detail.
  • Two oppositely driven, cooled rollers 1, 2 form a passage gap between them. Above the passage gap, they form a gusset into which 3 molten steel is poured from a casting container. The molten steel solidifies in the areas adjacent to the cooled rollers 1, 2, so that strand shells 4, 5 form which meet at the narrowest point of the gap in the so-called “kissing point” 6.
  • the strand shells 4, 5 weld to one another Volume 7, which is pulled in the direction of an arrow Z.
  • the distance between the rollers 1, 2 is variable.
  • strand shells 4, 5 of different thickness are formed via the cooling of the rollers 1, 2 exerted on the molten steel.
  • the cooling can be influenced by the heat flow from the cooled rollers 1, 2 on the molten steel.
  • segmented rollers 1, 2 are shown, the segments of which can have a different surface structure in the segments. However, they could also be cooled to different degrees.
  • the cooling can also be influenced by changing the inert gas that forms the atmosphere under which the casting takes place.
  • the casting oil which can be located between the roller shells and the melt, influences the he follows.
  • the bath level can thus be influenced quickly by means of an immersion body 8 which acts as a displacement.
  • the immersion body should be adiabatic, especially ceramic.
  • the peripheral speed of the rollers 1, 2. the cooling is influenced by the contact time of the rollers 1, 2 with the melt. A reduction in the peripheral speed corresponds to a longer contact time, so that the strand shells become thicker, while by increasing the peripheral speed, the contact time is shorter and the strand shells are thinner.
  • the distance between the rollers 1, 2 can be adjusted by actuators, not shown.
  • the actuators work with a constant or slightly increasing support force at an increased distance.
  • the setting of the correct distance is particularly simple because the width of the passage gap is automatically set in this case depending on the thickness of the strand shells 4, 5. Basically, with a rigid stand a large ⁇ K for the rolling force corresponds to a small ⁇ S for the thickness of the strip and with a soft stand a small ⁇ K corresponds to a large ⁇ S.
  • the strip 7 leaving the strip casting device with a strip thickness gradually increasing and decreasing in the strip running direction has a homogeneous structure and can then be used immediately or by means of others Formings such as hot or cold rolling can be changed. In any case, because of the homogeneous structure, it offers optimal conditions for further processing.

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Abstract

Um belastungsoptimierte Bauteile aus Stahlblech herzustellen, wird ein Stahlband zwischen zwei gekühlten Rollen mit variablem Durchtrittsspalt gegossen, wobei über die Veränderung der Kontaktzeit der Strangschalen mit den Rollen oder über die Veränderung der Kühlintensität der Rollen auf die in den von den Rollen in den Zwickel eingegossene Stahlschmelze die Dicke des Stahlbandes verändert wird. Ein solches Band hat ein homogenes Gefüge und kann anschließend durch Warm- oder Kaltwalzen für den jeweiligen Einsatzzweck veredelt werden.

Description

Verfahren zur Herstellung belastungsoptimierter Stahlbänder
Aus Gründen eines sparsamen Umgangs mit Rohstoffen und Energie ist man seit langem bemüht, konstruktive Bauteile belastungsoptimiert zu gestalten. Diese Bemühungen haben vor allem bei Kraftfahrzeugen, bei denen das Gewicht für den Kraftstoffverbrauch eine herausragende Rolle spielt, dazu geführt, daß an verschiedenen Stellen des Kraftfahrzeuges aus sogenannten tailored blanks hergestellte Bauteile eingesetzt werden. Solche Bauteile bestehen aus zusammengeschweißten Blechteilen unterschiedlicher Dicke. Es versteht sich, daß solche Bauteile wegen des Dickensprungs nicht an jeder Stelle bezüglich der späteren Belastung optimal sind.
Um belastungsoptimierte Bauteile ohne solchen Dickensprung zu erhalten, sind in jüngster Zeit Versuche mit dem sogenannten flexiblen Kaltwalzen gemacht worden, das heißt einem Kaltwalzen von Bändern, bei dem der Walzspalt beim Durchlaufen des Bandes wegabhängig verändert wird (B. Hachmann, R. Kopp, Aachen, „Walzen belastungsoptimierter Längsprofile", Seiten 4.2-1 bis 4.2-6, Umformtechnik, 7. Aachener Stahlkolloquium, 26. März bis 27. März 1992, Institut für Bildsame Formgebung der RWTH Aachen). Diese Versuche haben jedoch noch nicht zu praktisch verwendbaren Ergebnissen geführt. Neben der Schwierigkeit, die erforderlichen hohen Walzkräfte aufzubringen, besteht eine weitere Schwierigkeit darin, daß die Bänder beim Kaltwalzen über die Bandlänge verschiedenen Umformgraden unterworfen werden. Für die meisten Anwendungsfälle ist die damit verbundene unterschiedliche Verfestigung nicht erwünscht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen belastungsoptimierter Stahlbänder zu schaffen, das sowohl einen unmittelbaren Einsatz der Stahlbänder als auch deren weitere Umformung ohne die beschriebenen Nachteile beim Kaltwalzen erlaubt.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Herstellen belastungsoptimierter Stahlbänder mit in Bandlängsrichtung sich stetig verändernder Dicke. Ein solches Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlband durch Gießen zwischen zwei gekühlten Rollen mit einem variablen Durchtrittsspalt hergestellt wird, wobei in Abhängigkeit vom Weg des durchlaufenden, gegossenen Bandes die auf die in den von den Rollen gebildeten Zwickel eingegossene Stahlschmelze einwirkende Kühlung der Rollen und damit die Dicke des Stahlbandes derart verändert wird, daß das Stahlband eine längenbezogene Dickenänderung von 10 bis 40 % erhält.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich ein Stahlband mit homogenem Gefüge aber über seine Länge unterschiedlicher Dicke herstellen. Ein solches Band bietet beste Voraussetzungen für eine umformende Weiterbehandlung, sei es durch Warmwalzen, sei es insbesondere durch Kaltwalzen. Wird das Band kaltgewalzt, dann lassen sich konstante Umformgrade problemlos erzielen.
Nach Ausgestaltungen der Erfindung gibt es verschiedene Möglichkeiten der Einstellung der Dicke des Bandes über die Kühlung der Rollen. So kann nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung die Kühlung der Rollen über deren Kontaktzeit mit der Stahlschmelze beeinflußt werden. Konkret kann dies durch Einstellen der Umfangsgeschwindigkeit der Rollen und/oder über den Schmelzbadspiegel erfolgen. Alternativ kann allerdings auch die Kühlung über den Wärmefluß zwischen den Rollen und der Stahlschmelze beeinflußt werden. Konkret kann dies über die Oberflächenstruktur der Rollen und/oder eine Inertgasatmosphäre und/oder Gießöl erfolgen.
Da die Dicke des Bandes über die Kühlung der Rollen und damit über die sich bildenden Strangschalen des Bandes beeinflußt wird, bietet sich eine einfache Einstellung der Stützkraft an. Die Rollen können nämlich mit konstanter bis geringfügig ansteigender Stützkraft beaufschlagt werden. Soll das Band dicker werden, dann wird die Kühlung mit der Folge dickerer Strangschalen vergrößert. Das bedeutet, daß die Rollen zurückweichen und einen größeren Durchtrittsspalt bilden. Umgekehrt stellen sich die Stützrollen nach, wenn die Kühlung vermindert wird und damit die Strangschalen dünner werden. In jedem Fall wird auf diese Art und Weise sichergestellt, daß die Strangschalen im sogenannten „kissing point" , das sind die gegenüberliegenden Scheitelpunkte der Rollen, einander kontaktieren und miteinander verschweißen.
Sofern das gegossene Band in der Dicke weiter vermindert werden soll, kann es warmgewalzt werden. Darüber und insbesondere über das Kaltwalzen sowie über mögliches Rekristallisationsglühen kann das Gefüge des Bandes beeinflußt werden. Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel für eine für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Vorrichtung darstellenden Zeichnung näher erläutert.
Zwei gegenläufig angetriebene gekühlte Rollen 1,2 bilden zwischen sich einen Durchtrittsspalt. Oberhalb des Durchtrittsspaltes bilden sie einen Zwickel, in den aus einem Gießbehälter 3 Stahlschmelze gegossen wird. Die Stahlschmelze erstarrt in den an den gekühlten Rollen 1,2 angrenzenden Bereichen, so daß sich Strangschalen 4,5 bilden, die sich an der engsten Stelle des Spaltes im sogenannten „kissing point" 6 treffen. Hier verschweißen die Strangschalen 4,5 zu einem Band 7, das in Richtung eines Pfeils Z abgezogen wird.
Um ein Band 7 mit in Bandlängsrichtung unterschiedlicher Dicke herzustellen, ist es erforderlich, daß der Abstand der Rollen 1,2 veränderlich ist. Darüber hinaus ist es erforderlich, daß über die auf die Stahlschmelze ausgeübte Kühlung der Rollen 1,2 sich Strangschalen 4,5 unterschiedlicher Dicke bilden. Für die Beeinflussung der Kühlung gibt es mehrere Möglichkeiten. So kann die Kühlung über den Wärmefluß von den gekühlten Rollen 1,2 auf die Stahlschmelze beeinflußt werden. Im Ausführungsbeispiel sind segmentierte Rollen 1,2 dargestellt, deren Segmente in den Segmenten eine unterschiedliche Oberflächenstruktur haben können. Sie könnten aber auch unterschiedlich stark gekühlt sein. Die Kühlung kann aber auch dadurch beeinflußt werden, daß das Inertgas, das die Atmosphäre bildet, unter der das Gießen stattfindet, _ verändert wird. Denkbar ist aber auch, daß eine Beeinflussung über das Gießöl, das zwischen den Rollenmänteln und der Schmelze sich befinden kann, erfolgt. Besonders wirksam und schnell reagieren hinsichtlich der Kühlung kann man allerdings über eine Veränderung der Kontaktzeit der Rollen 1,2 mit der Stahlschmelze. So kann der Badspiegel schnell über einen als Verdrängung wirkenden Tauchkörper 8 beeinflußt werden. Der Tauchkörper sollte adiabatisch sein, insbesondere aus Keramik bestehen. Schließlich ist aber auch eine Beeinflussung über die Umfangsgeschwindigkeit der Rollen 1,2 möglich. In diesen beiden letzten Fällen wird die Kühlung über die Kontaktzeit der Rollen 1,2 mit der Schmelze beeinflußt. Einer Verringerung der Umfangsgeschwindigkeit entspricht eine längere Kontaktzeit, so daß die Strangschalen dicker werden, während durch Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit die Kontaktzeit kürzer und damit die Strangschalen dünner werden.
Der Abstand der Rollen 1,2 kann durch nicht dargestellte Stellglieder eingestellt werden. Vorzugsweise arbeiten die Stellglieder mit konstanter oder bei vergrößertem Abstand leicht größer werdender Stützkraft. In diesem Fall ist die Einstellung des richtigen Abstandes besonders einfach, weil die Weite des Durchtrittsspaltes sich in diesem Fall automatisch in Abhängigkeit von der Dicke der Strangschalen 4,5 einstellt. Grundsätzlich gilt, daß bei einem steifen Gerüst einem großen Δ K für die Walzkraft ein kleines Δ S für die Dicke des Bandes und bei einem weichen Gerüst einem kleinen Δ K ein großes Δ S entspricht.
Das die Bandgießvorrichtung verlassende Band 7 mit in Bandlaufrichtung allmählich größer und kleiner werdender Banddicke hat ein homogenes Gefüge und kann anschließend unmittelbar zum Einsatz kommen oder durch weitere Umformungen, wie Warm- oder Kaltwalzen, verändert werden. In jedem Fall bietet es wegen des homogenen Gefüges optimale Voraussetzungen für die Weiterverarbeitung.

Claims

A N S P R U C H E
1. Verfahren zum Herstellen belastungsoptimierter Stahlbänder mit in Bandlängsrichtung sich stetig verändernder Dicke, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Stahlband durch Gießen zwischen zwei gekühlten Rollen mit einem variablen Durchtrittsspalt hergestellt wird, wobei in Abhängigkeit vom Weg des durchlaufenden, gegossenen Bandes die auf die in den von den Rollen gebildeten Zwickel eingegossene Stahlschmelze einwirkende Kühlung der Rollen und damit die Dicke des Stahlbandes derart verändert wird, daß das Stahlband eine längenbezogene Dickenänderung von 10 bis 40 % erhält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die
Kühlung der Rollen über deren Kontaktzeit mit der Stahlschmelze beeinflußt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die
Kontaktzeit über die Drehzahl der Rollen und/oder den Schmelzbadspiegel eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die
Kühlung über den Wärmefluß zwischen Rollen und Stahlschmelze beeinflußt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der
Wärmefluß über die Oberflächenstruktur der Rollen und/oder Inertgasatmosphäre und/oder Gießöl beeinflußt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die
Rollen mit konstanter Stützkraft beaufschlagt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das gegossene Stahlband aus der Gießhitze warmgewalzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das gegossene Stahlband unmittelbar oder nach dem Warmwalzen und/oder Rekristallisationsglühen kaltgewalzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das
Warm- und/oder Kaltwalzen gegebenenfalls nach vorheriger Rekristallisationsglühung mit konstantem Umformgrad erfolgt.
PCT/EP1999/006303 1998-08-09 1999-08-27 Verfahren zur herstellung belastungsoptimierter stahlbänder WO2000013820A1 (de)

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