WO2017050311A1 - Verfahren und ermittlung der gefügebestandteile in einer glühlinie - Google Patents

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WO2017050311A1
WO2017050311A1 PCT/DE2016/100381 DE2016100381W WO2017050311A1 WO 2017050311 A1 WO2017050311 A1 WO 2017050311A1 DE 2016100381 W DE2016100381 W DE 2016100381W WO 2017050311 A1 WO2017050311 A1 WO 2017050311A1
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model
cooling
structural
calculated
annealing
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PCT/DE2016/100381
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Thomas Heimann
Ulrich Sommers
Christoph Hassel
Mostafa BIGLARI
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Sms Group Gmbh
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • C21D11/005—Process control or regulation for heat treatments for cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the structural constituents in an annealing line for the heat treatment of multiphase steels as hot or cold strip, wherein the annealing line is equipped with actuators for setting certain operating parameters and the process process is based on a process model.
  • Operating parameters are, for example, the cooling parameters in a cooling section and / or the parameters for the heat treatment.
  • DE 199 41 600 A1 and DE 199 41 736 A1 disclose processes for process control and process optimization in the hot rolling of metal, wherein the electromagnetic radiation emitted by the hot metal is detected and evaluated online as a spectrum, or the radiation from an X-ray machine emitted electromagnetic radiation of the metal, here a metal strip penetrates and is recorded and evaluated online on the back of the metal strip, with the evaluation crystallographic and / or microstructural transformations and / or chemical transformations that occur at certain temperatures of the metal, determined and depending Process control and / or process control variables suitable for process optimization are derived from the degree of conversion or from the transformation process and / or an online adaptation of the process models is carried out.
  • the operating parameters of a metallurgical plant for the treatment of steel or aluminum are to be determined by means of a microstructure optimizer as a function of the desired material properties of the metal.
  • the expected material and service properties are determined. This is followed by a comparison between nominal values and the values for the material and service properties determined by the microstructure observer. If there is a difference between the observed or calculated and the determined values, the Operating parameters, such as input and output temperature of the rolling line and the reduction rates changed.
  • WO 99/24182 also explains the changes in the microstructure of steel during rolling, while DE 199 41 600 A1 and DE 199 41 736 A1 describe the ⁇ - ⁇ microstructure transformation of steel in more detail.
  • the object of the invention is to provide a method for the prediction of the structural constituents and the resulting calculation of the properties of steel strip in an annealing line for the purpose of better design of the capacities of the furnace and the cooling section and for the purpose of controlling and regulating the furnace and the cooling section available put.
  • At least one current value, meaningful for the microstructure be recorded online and, depending on this value, suitable process control and / or process control variables for influencing the plant actuators are determined and described using an adapted for the teilaustenitinstrumenten area in the intercritical annealing model model that describes the running during the cooling or heat treatment solid state reactions.
  • the process model underlying the process also serves to ensure the automated process flow. Where the acquired actual structural characteristic values are compared with predefined target values and a resulting difference value is used as the control variable for the process.
  • the setpoint values for oven temperatures and cooling rates as well as cooling stop temperatures can be determined from the calculated microstructural constituents.
  • the predictive model is intended to include a structural model for predicting the solid-state reactions taking place during the cooling from the intercritical region in the cooling section and the structural constituents thereby occurring in a dual-phase steel.
  • the AMM model regulates the process based on the phase components.
  • the model Due to the exact calculation of the phase components from the intercritical range, the model provides much more accurate values for the design of a furnace and / or a cooling section. As a result, these system components can usually be designed shorter, which in turn is reflected in lower investment and operating costs. In addition, the AMM model allows the process to be controlled based on phase components rather than temperature.
  • the microstructure model is used to predict the solid state reactions taking place during cooling from the intercritical region in the cooling section in the material, which also includes the structural constituents occurring in the material a multi-phase steel includes.
  • the multiphase steel may be a dual phase steel, a complex phase steel, a TRIP or TWIP steel.
  • phase components takes place from the intercritical region and should also serve for the design of a furnace and / or a cooling section.
  • control of the phase components or the regulation of the mechanical properties of the material can be carried out via an actual value analysis, wherein the setpoints for the structural constituents after annealing and after cooling can be determined as target values for the mechanical properties of the material at the end of the process.
  • the measured data can be processed with the aid of the AMM model in order to calculate the structural constituents for the multiphase steel to be processed, in particular DP alloys.
  • the material to be treated depending on the calculated microstructural constituents, can undergo a recursive change of a furnace parameter, for example the furnace temperature, to obtain the desired, calculated microstructure.
  • the setpoint temperature of the furnace control material from the AMM model and the actual temperature from the plant operation are constantly compared in the furnace and regulated accordingly.
  • the AMM model is used to calculate the parts of the structure obtained by the actual temperatures during the intercritical annealing process. It is envisaged that at least one part of the structure in the material, preferably of ferrite or retained austenite, can be calculated.
  • a recursive change in the cooling rate for slow and / or rapid cooling can be made or a change in the setpoint temperature for slow and / or rapid cooling can be made to the desired microstructural fractions, in particular retained austenite, ferrite, To obtain perlite, bainite and martensite at the end of the cooling section in the material (the thin slab or the strip).
  • the mechanical properties of the material are calculated on the basis of the structural components calculated by the AMM model.
  • phase components are thus calculated using modified ZTU diagrams.
  • Known ZTU charts show cooling from the fully austenitized area.
  • the AMM model Annealing Microstructure Model
  • suitable cooling is typically done while the material is only partially austenitized.
  • hot strip DP for example, multi-stage cooling is used, with the change in cooling rates being within the intercritical range.
  • heat treatment of cold strip the strip is heated to intercritical temperatures and then cooled with a mixed structure.
  • the AMM models are optimized for temperature and austenite content during cooling to allow prediction for this case. For this purpose, a large number of DP alloys were evaluated.
  • the DP steels (dual-phase steels) were cooled out of the intercritical annealing, for example at a cooling rate of 100 K / s. Thereafter, for the DP alloys, it was evaluated how much martensite and ferrite formed at this cooling rate in the steel compared to a fully austenitized region with identical cooling rate. Based on the knowledge of the structural components during cooling, it is then possible to calculate the mechanical properties of these bands.
  • online regulation is provided. Furthermore, it is provided, with knowledge of inhomogeneities in the input material, this process differently over the tape length, so that at the end of the process, a homogeneous material is the result.
  • the control of the phase components via an actual value analysis.
  • the setpoint values for the microstructure constituents after annealing eg 50% ferrite and 50% austenite
  • after cooling eg, 85% ferrite and 15% martensite
  • the data are processed with the aid of the AMM model and the structural components for the DP alloy to be processed are calculated.
  • the material to be treated undergoes a recursive change of the oven temperature, depending on the calculated microstructure constituents, to obtain the desired calculated microstructure (e.g., 50% ferrite and 50% austenite).
  • the target temperature for furnace control from the AMM model and the actual temperature from the plant operation are constantly compared in the furnace and regulated accordingly.
  • the design of the furnaces and / or cooling sections can be dimensioned and determined more precisely.
  • Inhomogeneities occurring in the material from the previous processes can be homogenized by targeted process control. In the case of changing process conditions, it can be reacted to in further process steps in order to achieve homogeneous properties.
  • the proposed method based on the AMM model thus influences the water cooling (length and intensity of the cooling), the heating furnace (length, number and strength of the required burners) and all the automation for measuring and controlling the temperature.
  • FIG. 4 shows the ZTU diagram according to FIG. 3
  • FIG. 5 shows a ZTU diagram with a partially austenitized start condition and a cooling rate of
  • Fig. 7 flowchart of the control of the phase components in the DP steel.
  • FIG. 1 shows the calculated martensite fraction with a standard ZTU model and the martensite actually found in the micrograph. It clearly shows that the calculated martensite proportion does not agree with the values actually found in the micrograph.
  • the ZTU models For the calculation of the microstructure constituents from the intercritical temperature range during which the material is only partially austenitized, the ZTU models have been modified. The result of this modification is shown in FIG. Starting from a partially austenitized area, there is a scatter around the diagonal. The dashed lines above and below the diagonal represent a tolerance range in which the structural properties correspond to the required material properties. Because based on the knowledge of the structural components, it is possible to determine the mechanical properties of this material.
  • the modification of the ZTU models can be carried out by cooling them once by comparison of identical cooling rates and previously determined martensite and ferrite content in the material from the fully austenitized and, in comparison, from the partially austenitized region.
  • the result is analyzed in the micrograph and adapted to the calculation model for the ZTU models for the partially austenitized area.
  • FIG. 3 shows a calculated ZTU diagram for a DP600 steel in the fully austenitized state without a displacement. It turns out that according to this model, the austenite has completely transformed and formed about 90% ferrite and only about 2% martensite.
  • the same DP600 steel, as shown in FIG. 3, is cooled down to a temperature of 680 ° C. in FIGS. 4 and 5 under the same cooling conditions of 3 K / s under partially austenitized starting conditions.
  • a starting content of 75% austenite about 65% of ferrite is formed, leaving about 35% austenite.
  • FIG. 6 shows the second cooling phase in which cooling is continued from 680 ° C. and 3 K / s with a starting austenite content of 35%. It turns out that under these cooling conditions, a martensite content of over 30% is established.

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Abstract

Verfahren und Berechnung der Gefügebestandteile in einer Glühlinie zur Wärmebehandlung von Mehrphasenstählen als Warm- oder Kaltband - Material, wobei die Glühlinie mit Stellgliedern zur Einstellung bestimmter Betriebsparameter ausgerüstet ist und dem Verfahrensprozess ein Verfahrensmodell zugrunde liegt, wobei online mindestens ein aktueller, für das Gefüge aussagekräftiger Wert erfasst und in Abhängigkeit dieses Wertes geeignete Prozesssteuerung- und/oder Prozessregelgrößen unter Verwendung eines für den teilaustenitisierten Bereich im interkritischen Glühen angepassten Gefügemodell zur Einwirkung auf die Anlagen-Stellglieder ermittelt werden, wobei das Gefügemodell die während der Kühlung oder Wärmebehandlung Material ablaufenden Festkörperreaktionen beschreibt.

Description

VERFAHREN UND ERMITTLUNG DER GEFÜGEBESTANDTEILE IN EINER
GLÜHLINIE
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Gefügebestandteile in einer Glühlinie zur Wärmebehandlung von Mehrphasenstählen als Warm- oder Kaltband, wobei die Glühlinie mit Stellgliedern zur Einstellung bestimmter Betriebsparameter ausgerüstet ist und dem Verfahrensprozess ein Verfahrensmodell zugrunde liegt.
Unter Betriebsparametern werden beispielsweise die Kühlparameter in einer Kühlstrecke und/oder die Parameter zur Wärmebehandlung verstanden.
Aus der DE 199 41 600 A1 sowie aus der DE 199 41 736 A1 sind Verfahren zur Prozessführung und Prozessoptimierung beim Warmwalzen von Metall bekannt, wobei die vom heißen Metall emittierte elektromagnetische Strahlung als Spektrum online erfasst und ausgewertet wird oder wobei die von einem Röntgen- strahlgerät emittierte elektromagnetische Strahlung des Metalls, hier ein Metallband, durchdringt und auf der Rückseite des Metallbandes online erfaßt und ausgewertet wird, mit der Auswertung kristallografische und/oder Gefügeumwandlungen und/oder chemische Umwandlungen, die bei bestimmten Temperaturen des Metalles erfolgen, ermittelt werden und in Abhängigkeit vom Umwandlungsgrad bzw. vom Umwandlungsverlauf geeignete Prozesssteuer- und/oder Prozessregelgrößen zur Prozessoptimierung abgeleitet werden und/oder eine online Adaption der Prozessmodelle durchgeführt wird.
Es ist ebenfalls bekannt, die Prozesssteuerung alleine mittels Gefügemodellen vorzunehmen. Nach der WO 99/24182 sollen die Betriebsparameter einer hüttentechnischen Anlage zur Behandlung von Stahl oder Aluminium mittels eines Gefügeoptimierers in Abhängigkeit der gewünschten Materialeigenschaften des Metalls bestimmt werden. Mittels eines Gefügebeobachters werden die zu erwartenden Material- und Gebrauchseigenschaften ermittelt. Es folgt ein Vergleich zwischen Sollwerten und den von dem Gefügebeobachter ermittelten Werten für die Material- und Gebrauchseigenschaften. Sofern eine Differenz zwischen den beobachteten bzw. berechneten und den ermittelten Werten vorliegt, werden die Betriebsparameter, wie Eingangs- und Ausgangstemperatur der Walzstrecke sowie die Reduktionsgrade, verändert.
In der WO 99/24182 sind zudem die Veränderungen des Gefüges von Stahl beim Walzen erläutert, während die DE 199 41 600 A1 bzw. DE 199 41 736 A1 die γ-α-Gefügeumwandlung von Stahl näher beschreiben.
Die bekannten Verfahren haben sich zwar bewährt, sind aber mit dem Nachteil behaftet, dass diese Gefügemodelle nicht hinreichend genau sind, um die Prozesssteuerung für Mehrphasenstähle zu übernehmen. Die Herstellung von Mehrphasenstählen ist charakterisiert durch das Abkühlverfahren aus dem interkritischen Temperaturbereich, wo ein Mischgefüge von Austenit/Ferrit vorhanden ist.
Für so ein gemischtes Gefüge gibt es keine Standard (Zeit-Temperatur- Umwandlungs-Schaubilder (ZTU - Schaubilder) oder andere Modelle, die für die Prozesssteuerung oder -auslegung hinreichend genau sind. Die Prozesssteuerung mittels eines Gefügemodells wird bisher verhindert, weil es kein geeignetes Gefügemodell gibt. Dies führt dazu, dass die Glühlinie nach Erfahrungswerten der Betreiber gefahren wird.
Des Weiteren ist bei neuen oder veränderten chemischen Analysen zunächst unbekannt, wie sich diese geänderte Analysen auf die Gefüge und Eigenschaften des Werkstoffs auswirken. Diese Auswirkungen müssen zuerst mit Tests ermittelt werden. Dies ist zeitaufwendig und kostenintensiv.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vorhersage der Gefügebestandteile und daraus resultierende Berechnung der Eingenschaften von Stahlband in einer Glühlinie zum Zweck der besseren Auslegung der Kapazitäten des Ofens und der Kühlstrecke und zum Zwecke der Steuerung und Regelung des Ofens sowie der Kühlstrecke zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Verfahrensgemäß wird vorgeschlagen, dass online mindestens ein aktueller, für das Gefüge aussagekräftiger Wert erfasst und in Abhängigkeit dieses Wertes geeignete Prozesssteuerung- und/oder Prozessregelgrößen zur Einwirkung auf die Anlagen-Stellglieder ermittelt werden und unter Verwendung eines für den teilaustenitisierten Bereich im interkritischen Glühen angepassten Gefügemodell, dass die während der Kühlung oder Wärmebehandlung ablaufenden Festkörperreaktionen beschreibt.
Das dem Prozess zugrundeliegenden Gefügemodell dient des Weiteren der Sicherstellung des automatisierten Prozessablaufes. Wobei die erfassten aktuellen Ist-Gefügekennwerte mit vorgegebenen Sollwerten verglichen werden und ein sich ergebender Differenzwert als Regelungsgröße für den Prozess verwendet wird. Die Sollwerte für Ofentemperaturen und Kühlraten sowie Kühlstopptemperaturen können anhand von den berechneten Gefügebestandteile ermittelt werden.
Durch eine gezielte Verknüpfung eines Annealing-Mictrostructure Verfahrensmodel (AMM-Modell), einer online Erfassung mindestens eines aktuellen Gefügekennwertes, am Anfang und/oder am Ende des zu steuernden Prozesses gelöst. Verfahrensgemäß sollen das Vorhersagemodell ein Gefügemodell zur Vorhersage der während der Abkühlung aus dem interkritischen Bereich in der Kühlstrecke ablaufenden Festkörperreaktionen und der sich dabei einstellenden Gefügebestandteile in einem Dualphasenstahl einschließen. Über das AMM-Modell erfolgt eine Regelung des Prozesses anhand der Phasenbestandteile.
Durch die exakte Berechnung der Phasenanteile aus dem interkritischen Bereich heraus liefert das Modell wesentlich genauere Werte zur Auslegung eines Ofens und/oder einer Kühlstrecke. Hierdurch können diese Anlagenkomponenten in der Regel kürzer ausgelegt werden, was sich wiederum in niedrigere Investitionsund Betriebskosten niederschlägt. Das AMM-Modell erlaubt darüber hinaus eine Regelung des Prozesses anhand der Phasenbestandteile, statt wie bisher der Temperatur.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, erfolgt eine gezielte Verknüpfung des Gefügemodells mit mindestens einem online erfassten aktuellen Gefügekennwertes, am Anfang und/oder am Ende des zu steuernden Prozesses.
Das Gefügemodell wird zur Vorhersage der während der Abkühlung aus dem interkritischen Bereich in der Kühlstrecke ablaufenden Festkörperreaktionen im Material verwendet, was auch die sich dabei einstellenden Gefügebestandteile in einem Mehrphasenstahl mit einschließt. Der Mehrphasenstahl kann ein Dualphasenstahl, ein Komplexphasenstahl, ein TRIP- oder TWIP Stahl sein.
Die exakte Berechnung der Phasenanteile erfolgt aus dem interkritischen Bereich heraus und soll auch zur Auslegung eines Ofens und/oder einer Kühlstrecke dienen.
Bei auftretenden Inhomogenitäten im Eingangsmaterial kann dieses über die Bandlänge unterschiedlich verarbeitet werden, so dass am Ende des Prozesses ein homogenes Material das Ergebnis ist.
Die Regelung der Phasenanteile oder die Regelung der mechanischen Eigenschaften des Materials kann über eine Istwert Analyse erfolgen, wobei die Sollwerte für die Gefügebestandteile nach dem Glühen und nach der Kühlung als Zielwerte für die mechanischen Eigenschaften des Materials am Prozessende bestimmt werden können.
Die gemessenen Daten können mit Hilfe des AMM-Models verarbeitet werden, um die Gefügebestandteile für den zu verarbeitenden Mehrphasenstahl, insbesondere DP - Legierungen, zu berechnen. Das zu behandelnde Material, in Abhängigkeit von den berechneten Gefügebestandteilen, eine rekursive Änderung eines Ofenparameters, beispielsweise der Ofentemperatur erfahren kann, um das gewünschte, errechnete Gefüge zu erhalten.
Dabei wird im Ofen ständig die Soll - Temperatur des Materials zur Ofensteuerung aus dem AMM - Modell und die Ist - Temperatur aus dem Anlagenbetrieb verglichen und entsprechend geregelt.
Mit dem AMM - Modell werden die, durch die Ist - Temperaturen während des Interkritischen Glühens erhaltenen Gefügeanteile berechnet. Es ist vorgesehen, dass mindestens ein Gefügeanteil im Material, vorzugsweise von Ferrit oder von Restaustenit, berechnet werden kann.
Entsprechend dem Ferrit- und Austenit- Gefügeanteil des Materials kann eine rekursive Änderung der Kühlrate für Slow und/oder Rapid Kühlung vorgenommen werden oder eine Änderung der Solltemperatur für Slow und/oder Rapidkühlung kann vorgenommen werden, um die gewünschten Gefügeanteile, insbesondere Restaustenit, Ferrit, Perlit, Bainit und Martensit am Ende der Kühlstrecke im Material (der Dünn-Bramme oder dem Band) zu erhalten. Die Berechnung der mechanischen Eigenschaften des Materials erfolgen aufgrund der durch das AMM - Modell berechneten Gefügebestandteile.
Die Phasenbestandteile werden also über modifizierte ZTU Schaubilder berechnet. Bekannte ZTU-Schaubilder zeigen das Abkühlen aus dem vollaustenitisier- ten Bereich. Erfindungsgemäß geht das AMM-Modell (Annealing Microstructure Model) von einem interkritischen Bereich aus.
Bei der Produktion von Mehrphasen-Stählen wird eine geeignete Kühlung typischerweise vorgenommen, während das Material nur teilaustenitisiert ist. Für die Herstellung von Warmband-DP wird zum Beispiel mehrstufig gekühlt, wobei die Änderung der Kühlraten innerhalb des interkritischen Bereichs liegt. Für die Wärmebehandlung von Kaltband, wird das Band auf interkritische Temperaturen erwärmt und dann mit einem Mischgefüge abgekühlt.
Die AMM-Modelle sind anhand der Temperatur und des Austenitgehalts während der Kühlung optimiert, um eine Vorhersage für diesen Fall zu erlauben. Hierzu wurde eine Vielzahl von DP-Legierungen ausgewertet.
Die DP-Stähle (Dual-Phasen-Stähle) wurden aus dem interkritischen Glühen heraus, beispielsweise mit einer Kühlrate von 100 K/s, abgekühlt. Danach wurden für die DP-Legierungen ausgewertet wie viel Martensit und Ferrit sich bei dieser Abkühlrate im Stahl ausgebildet haben im Vergleich zu einem vollaustenitisierten Bereich mit identischen Abkühlrate. Anhand der Kenntnis der Gefügebestandteile während der Abkühlung ist es dann möglich, die mechanischen Eigenschaften dieser Bänder zu berechnen.
Bei der Auswertung von Proben hat sich gezeigt, dass sich der Martensit bei einer Kühlrate von 15 K/s erhöht. Dementsprechend werden die ZTU - Diagramme verschoben.
Wenn Online Messwerte für die mechanischen Eigenschaften zur Verfügung stehen, ist eine Online Regelung vorgesehen. Des Weiteren ist es vorgesehen, bei Kenntnis von Inhomogenitäten im Eingangsmaterial, dieses über der Bandlänge unterschiedlich zu verarbeiten, so dass am Ende des Prozesses ein homogenes Material das Ergebnis ist.
Die Regelung der Phasenanteile erfolgt über eine Ist-Wert Analyse. Dabei werden die Sollwerte für die Gefügebestandteile nach dem Glühen (z.B. 50% Ferrit und 50% Austenit) und nach der Kühlung (z.B. 85% Ferrit und 15% Martensit) als Zielwerte für die mechanischen Eigenschaften des Materials am Prozessende bestimmt.
Danach werden die Daten mit Hilfe des AMM-Models verarbeitet und die Gefügebestandteile für die zu verarbeitende DP - Legierung berechnet. Dabei erfährt das zu behandelnde Material in Abhängigkeit von den berechneten Gefügebestandteilen eine rekursive Änderung der Ofentemperatur, um das gewünschte, errechnete Gefüge zu erhalten (z.B. 50% Ferrit und 50% Austenit).
Hierzu wird im Ofen ständig die Soll - Temperatur zur Ofensteuerung aus dem AMM - Modell und die Ist - Temperatur aus dem Anlagenbetrieb verglichen und entsprechend geregelt.
Mit Hilfe des AMM - Models wird der durch die Ist - Temperaturen erhaltene Gefügeanteil, z.B. 45% Ferrit und 55% Austenit berechnet.
Dementsprechend wird eine rekursive Änderung der Kühlrate für Slow und Rapid Kühlung vorgenommen, um das gewünschte Gefüge am Ende der Kühlstrecke zu erhalten. Danach erfolgt die Berechnung der mechanischen Eigenschaften aufgrund der durch das AMM - Modell berechneten Gefügebestandteile.
Demnach ist es möglich die Berechnung der Phasenbestandteile beim interkritischen Glühen in einer Glühlinie vorzunehmen. Dadurch lassen sich die mechanischen Eigenschaften des verarbeiten Material berechnen.
Durch die präzise Berechnung der mechanischen Eigenschaften lässt sich die Auslegung der Öfen und/oder Kühlstrecken präziser dimensionieren und bestimmen.
Im Material auftretende Inhomogenitäten aus den vorhergehenden Prozessen können durch gezielte Prozessführung homogenisiert werden. Bei sich ändernden Prozessbedingungen kann in weiteren Prozessschritten darauf reagiert werden, um homogene Eigenschaften zu erzielen.
Bei chemischen Analysen abweichend von der Standardanalyse können Änderungen der Prozessbedingungen realisiert werden, um die Qualitätsanforderungen an das Material dennoch zu erfüllen. Das vorgeschlagene Verfahren, basierend auf dem AMM - Modell beeinflusst somit die Wasserkühlung (Länge und Intensität der Kühlung), den Aufheizofen (Länge, Anzahl und Stärke der benötigten Brenner) und sämtliche Automation zur Messwerterfassung und Steuerung der Temperaturführung.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Einen Vergleich des Martensitanteils zwischen Messung und Berechnung bei der Verwendung von Standard ZTU - Diagrammen;
Fig. 2 Vergleich des Martensitanteils zwischen
Messung und Berechnung bei Verwendung von modifizierten ZTU - Diagrammen;
Fig. 3 ein berechnetes ZTU - Diagramm für
einen DP600 im vollaustenitisierten Zustand, ohne eine Verschiebung;
Fig. 4 das ZTU - Diagramm gemäß Figur 3 bei
teilaustenitisierten Stratbedingungen;
Fig. 5 ein ZTU - Diagramm bei teilaustenitisier- ter Startbedingung und einer Kühlrate von
3 K/s, herabgekühlt von 680 °C;
Fig. 6 zweiter Kühlschritt, beginnend bei 680°C
und einem Start-Austenitgehalt von 35%.
Es bildet sich ein Martensitanteil von über
30% aus;
Fig. 7 Ablaufdiagramm der Regelung der Phasenanteile im DP-Stahl.
Die Figuren 1 und 2 verdeutlichen den Unterschied der bei der Verwendung von Standard ZTU-Modellen (als Ausgangspunkt wird der vollaustenitisierte Bereich angenommen) und den modifizierten ZTU - Modellen auftritt. Fig. 1 zeigt den berechneten Martensitanteil mit einem Standard ZTU - Modell und den tatsächlich, im Schliffbild aufgefundenen Martensit. Es zeigt sich deutlich, dass der berechnete Martensitanteil nicht mit dem im Schliffbild tatsächlich festgestellten Werten übereinstimmt. Für die Berechnung der Gefügebestandteile aus dem interkritischen Temperaturbereich heraus, während dem das Material nur teilaustenitisiert ist, sind die ZTU - Modelle modifiziert worden. Das Ergebnis dieser Modifikation ist in Fig. 2 dargestellt. Ausgehend von einem teilaustenitisierten Bereich ergibt sich eine Streuung um die Diagonale herum. Die gestrichelten Linien oberhalb und unterhalb der Diagonale stellen einen Toleranzbereich dar, in der die Gefügeeigenschaften den geforderten Materialeigenschaften entsprechen. Denn anhand der Kenntnis der Gefügebestandteile ist es möglich, die mechanischen Eigenschaften dieses Material zu bestimmen.
Die Modifikation der ZTU - Modelle kann durchgeführt werden, indem diese durch Vergleiche von identischen Abkühlraten und vorher ermittelten Martensit- und Ferritanteil im Material einmal aus dem vollaustenitisierten und im Vergleich hierzu aus dem teilaustenisierten Bereich abgekühlt wird. Das Ergebnis wird im Schliffbild analysiert und dem Rechenmodell für die ZTU - Modelle für den teilaustenitisierten Bereich angepasst. Fig. 3 zeigt ein berechnetes ZTU - Diagramm für einen DP600 Stahl im vollaustenitisierten Zustand ohne eine Verschiebung. Es zeigt sich, dass nach diesem Modell der Austenit sich vollständig umgewandelt hat und ca. 90 % Ferrit und lediglich ca. 2 % Martensit gebildet haben.
Der Gleiche DP600 Stahl, wie er in der Fig. 3 dargestellt ist, wird in den Figuren 4 und 5 unter gleichen Abkühlbedingungen von 3 K/s bei teilaustenitisierten Startbedingungen bis auf eine Temperatur von 680° C herunter gekühlt. Bei einem Startgehalt von 75% Austenit entstehen ca. 65% Ferrit und es verbleiben ca. 35% Austenit.
Die Fig. 6 zeigt die zweite Kühlphase, in der aus 680° C und 3 K/s mit einem Startaustenitgehalt von 35% weiter herunter gekühlt wird. Es zeigt sich, dass unter diesen Kühlbedingungen sich ein Martensitanteil von über 30% einstellt.
Hieraus lassen sich nun online gewünschte Gefügebesonderheiten, unter Verwendung von Gefüge-Eigenschaftsrelationen, die gewünschten Werkstoffeigenschaften gezielt über die Kühlung einstellen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren und Berechnung der Gefügebestandteile in einer Glühlinie zur Wärmebehandlung von Mehrphasenstählen als Warm- oder Kaltband - Material, wobei die Glühlinie mit Stellgliedern zur Einstellung bestimmter Betriebsparameter ausgerüstet ist und dem Verfahrensprozess ein Verfahrensmodell zugrunde liegt, wobei online mindestens ein aktueller, für das Gefüge aussagekräftiger Wert erfasst und in Abhängigkeit dieses Wertes geeignete Prozesssteuerung- und/oder Prozessregelgrößen unter Verwendung eines für den teil- austenitisierten Bereich im interkritischen Glühen angepassten Gefügemodell zur Einwirkung auf die Anlagen-Stellglieder ermittelt werden, wobei das Gefügemodell die während der Kühlung oder Wärmebehandlung Material ablaufenden Festkörperreaktionen beschreibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das dem Pro- zess zugrundeliegenden Gefügemodell zur Sicherstellung des automatisierten Prozessablaufes dient, wobei die erfassten aktuellen Ist-Gefügekennwerte mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und ein sich ergebender Differenzwert als Regelungsgröße für den Prozess verwendet wird, wobei die Sollwerte für Ofentemperaturen und Kühlraten sowie Kühlstopptemperaturen anhand von den berechneten Gefügebestandteile im Material ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine gezielte Verknüpfung des Gefügemodells mit mindestens einem online erfassten aktuellen Gefügekennwertes, am Anfang und/oder am Ende des zu steuernden Prozesses durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefügemodell ein AMM-Modell ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass über das AMM-Modell eine Regelung des Prozesses anhand der Phasenbestandteile erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefügemodell zur Vorhersage der während der Abkühlung aus dem interkritischen Bereich in der Kühlstrecke ablaufenden Festkörperreaktionen im Material verwendet wird und die sich dabei einstellenden Gefügebestandteile in ei- nem Mehrphasenstahl mit einschließt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Mehrphasenstahl einstellenden Gefügebestandteile einen Dualphasenstahl, Komplexphasenstahl, TRIP- oder TWIP Stahl mit einschließt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die exakte Berechnung der Phasenanteile aus dem interkritischen Bereich heraus erfolgt und zur Auslegung eines Ofens und/oder einer Kühlstrecke dient.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei auftretenden Inhomogenitäten im Eingangsmaterial, dieses über der Bandlänge unterschiedlich verarbeitet werden, so dass am Ende des Prozesses ein homogenes Material das Ergebnis ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Phasenanteile oder die Regelung der mechanischen Eigenschaften des Materials über eine Istwert Analyse erfolgt, wobei die Sollwerte für die Gefügebestandteile nach dem Glühen und nach der Kühlung als Zielwerte für die mechanischen Eigenschaften des Materials am Prozessende bestimmt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten mit Hilfe des AMM-Models verarbeitet werden und die Gefügebestandteile für den zu verarbeitende Mehrpahsenstahl, insbesondere DP - Legierung, berechnet wird, wobei das zu behandelnde Material in Abhängigkeit von den berechneten Gefügebestandteilen eine rekursive Änderung eines Ofenparameters, beispielsweise der Ofentemperatur erfährt, um das gewünschte, errechnete Gefüge zu erhalten.
12. Verfahren nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass im Ofen ständig die Soll - Temperatur des Materials zur Ofensteuerung aus dem AMM - Modell und die Ist - Temperatur aus dem Anlagenbetrieb verglichen und entsprechend geregelt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem AMM - Modell die durch die Ist - Temperaturen während des Interkritischen Glühens erhaltenen Gefügeanteile berechnet werden, wobei mindestens ein Gefügeanteil im Material, vorzugsweise von Ferrit oder von Restaustenit, berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend dem Ferrit- und Austenit- Gefügeanteil des Materials eine rekursive Änderung der Kühlrate für Slow und/oder Rapid Kühlung vorgenommen wird oder eine Änderung der Solltemperatur für Slow und/oder Rapidkühlung vorgenommen wird, um die gewünschten Gefügeanteile, insbesondere Restaustenit, Ferrit, Perlit, Bainit und Martensit am Ende der Kühlstrecke im Material zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der mechanischen Eigenschaften des Materials aufgrund der durch das AMM - Modell berechneten Gefügebestandteile erfolgt.
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