WO2018050857A1 - Flexible wärmebehandlungsanlage für metallisches band in horizontaler bauweise - Google Patents

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WO2018050857A1
WO2018050857A1 PCT/EP2017/073347 EP2017073347W WO2018050857A1 WO 2018050857 A1 WO2018050857 A1 WO 2018050857A1 EP 2017073347 W EP2017073347 W EP 2017073347W WO 2018050857 A1 WO2018050857 A1 WO 2018050857A1
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heat treatment
strip
post
steel
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Bernhard Engl
Andreas Köppe
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Sms Group Gmbh
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    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/573—Continuous furnaces for strip or wire with cooling
    • C21D9/5735—Details
    • C21D9/5737—Rolls; Drums; Roll arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a treatment part in a continuous annealing or hot-dip galvanizing plant for strip, which is suitable for carrying out a
  • Heat post-treatment process after annealing and cooling is determined.
  • the strip In the heat post-treatment plant, the strip is treated at different, predetermined temperatures and times.
  • the tape is guided in loops so that it is deflected to roles that are stored in an outlet-side stationary arrangement and an inlet-side arrangement on at least one loop carriage, wherein the horizontal distance between the two arrangements by methods of / the
  • Continuous annealing is a thermal treatment applied to steel strips after cold rolling. It is described in detail in the known literature (eg DE 21 59 597, DE 24 01 381, ASM Handbook / Vol. 4 Heat Treating / ASM Int., 1991, Umformtechnik Plastomechanik und Werkstoff ambience / Verlag Stahleisen Springer Verlag / 1993).
  • the continuous annealing process consists of passing the steel strip through an oven where it is subjected to controlled heating and cooling.
  • the belt runs in the form of successive vertical loops, also called loops, and passes through various treatment steps.
  • the strip is subjected to an annealing process for recrystallization consisting of preheating, heating and holding at maximum temperature.
  • a cooling process usually divided into a slow and a subsequent rapid cooling, performed. This is followed by a heat treatment in the form of a
  • continuous annealing plants behind the annealing part and a cooling stage contain an aging furnace (also referred to as overaging, annealing or tempering) in which the proportion of dissolved carbon is to be reduced to low values.
  • an aging furnace also referred to as overaging, annealing or tempering
  • aging can also be associated with falling temperature, e.g. to 350 ° C or 300 ° C, are performed.
  • Atmosphere heated and held to perform a recrystallization. Thereafter, the steel strip is cooled in a gas cooler, immersed in the zinc bath and, if necessary, subjected to an alloying treatment to then obtain the final galvanized sheet product after further cooling and final temper rolling.
  • tape storage used to maintain a continuous process speed.
  • Specific operations requiring such a plant technique include, for example, changing coils and then welding the beginning of the strip of the new coil to the strip end of the preceding coil.
  • Another example is the roll change in the skin pass mill.
  • the tape storage have the task of producing and providing large tape lengths.
  • vertical tape storage which are also known as loop tower, Schiingenturm or Looper used.
  • tape storage are those of horizontal type (e.g., DE 2144515) which use looping carts.
  • the loop carts are arranged horizontally movable. They can be driven by means of a cable pull and a winch drum (DE 10 201 1 01 1 666, whereby synchronous driving of all loop carriages is ensured, see DE 3636652.
  • the strip In order to avoid an excessive sagging of the steel strip, the strip must be supported Swing gates (DE 19838780) or support car (EP 0773074) used.
  • Bander maybermungsöfen are designed as vertical ovens or as horizontal ovens.
  • the rollers used for tape guide are permanently installed in their position, ie not movable, such as in a tape storage described above. Used steel grades
  • Steel plates made of deep-drawing steels produced in the hot-dip galvanizing process must have excellent formability and should as far as possible show no deformation aging.
  • Deformation aging is caused by carbon and nitrogen in solid solution and causes surface defects in the form of so-called "flow patterns" and leads to deterioration of the mechanical properties over time
  • the first method uses elements for strongly bonding carbon and nitrogen, such as titanium and / or niobium, and enables the production of galvanized steel sheet having excellent formability and free from
  • Another method uses less expensive, low carbon AI killed steel as the starting material. In a conventional continuous galvanizing plant, the steel sheets of this material contain a considerable amount of solid solution carbon which causes strain aging. Remedy can
  • a two-phase structure consisting of ferrite and martensite is typical of the microstructure of dual-phase steel.
  • the TRIP steels make use of the transformation induced plasticity caused by transformation of retained austenite to martensite during forming.
  • High-strength steels in particular the AHHS steels, are used both in the
  • Hot dip galvanizing process as well as produced by continuous annealing In the manufacture of TRIP steels, a holding process is performed after annealing and gas cooling. According to EP 2 738 276, such a holding operation is carried out by holding the steel sheet after cooling at a temperature between 500 and 350 ° C for 30 to 1000 seconds. One occurs
  • Bainite transformation on and the retained austenite is stabilized. If the temperature is kept below 350 ° C, the bainite transformation takes a long time.
  • TRIP steel are according to the prevailing knowledge holding times for the bainitician
  • Treatment process for the production of higher-strength steels with relatively good formability such as TRIP and dual-phase steels.
  • a traditional hot dip galvanizing line is not the best option to produce AI-tempered deep-drawing steels and TRIP steels because it does not normally contain a post heat treatment zone and therefore does not allow a hold phase. More suitable is a galvanizing plant with a heat post-treatment zone for
  • insufficient holding times in a hot-dip galvanizing line is to use a number of multiple ribbon blanks, optionally with additional reduced ribbon speed, after annealing and cooling in a post-heat treatment zone.
  • Galvanizing plant required. Since the rollers are arranged rigidly in a conventional heat treatment unit, the time for running through this system is fixed at a given belt speed. There is no way to shorten the turnaround time. Such an inflexible heat treatment unit has a serious disadvantage. It significantly worsens the conditions for optimum production of IF and dual-phase steels in terms of their properties and cost-effectiveness.
  • a dual-phase steel requires the shortest possible cycle times at the lowest possible temperatures in an existing post-treatment zone or
  • Overaging zone e.g. to DE 199 36 151.
  • 150 seconds means a reduction in the mean
  • Cooling rate of at least 20 ° C / s to ensure the required transformation of retained austenite into martensite.
  • undesirable tempering effects in martensite may occur after further passage through the overaging zone.
  • post heat treatment is not required at all, and the passage of such steels in a post heat treatment zone without the possibility of reducing the holding time means unnecessary
  • the aim of the invention is the continuous annealing or hot-dip galvanizing of strip after annealing and cooling in a heat post-treatment unit
  • Treatment times and treatment temperatures in a wide range targeted change are intended in particular to enable the
  • Treatment times in the post-heat treatment to the requirements of each treated steel type are optimally adapted.
  • the present invention relates to a device in a heat treatment chamber for performing a heat post-treatment operation after annealing and cooling in a belt-passing plant, see Figure 1.
  • a device in a heat treatment chamber for performing a heat post-treatment operation after annealing and cooling in a belt-passing plant see Figure 1.
  • Heat treatment plant referred to, in which the invention is used.
  • a number of vertically arranged heat treatment chamber (1) In the heat treatment chamber (1), a number of vertically arranged
  • Treatment part gives. At the exit the band is led out of the treatment area.
  • the arrangement of the front loop carriage (3) is structurally designed so that it can be moved horizontally forward or backward.
  • a metal band can be guided in loops through the treatment chamber, wherein by treating the front arrangement of loop carriage forward or rear different treatment or
  • the device can also be designed so that only a part of the front loop carriage on a horizontally movable
  • Belt speed may be increased to optimal values to further reduce the hold time.
  • the strip is heated by heaters at different, predetermined temperatures less than the annealing temperature, z. At 800 ° C. preferably heat treated at 350 to 500 ° C.
  • Deep-drawing steel is too high, because then too high levels of dissolved carbon must be expected after completion of the overaging treatment with a correspondingly high residual carbon content and high aging susceptibility.
  • temperatures for the overaging treatment are too low, e.g. below 300 ° C, then it is to be expected that no further dissolved carbon content separates out and / or the precipitates are too fine with the result of a
  • a temperature range between 300 and 500 ° C is to be selected. If the temperatures are higher or lower, the conversion of retained austenite does not lead to bainite and thus not to the
  • Heat aftertreatment plant offer the various methods familiar to the expert.
  • the heating takes place by means of an electrical
  • Resistance heating or inductive heating are used.
  • the heating can also be carried out with a heat transfer heating gas in the circulation operation with an external heating.
  • the heat transfer heating gas used is preferably a mixture of nitrogen and hydrogen, which is also used as protective gas.
  • the furnace walls mounted electrical heating elements can help to increase the heating power.
  • the process can also be designed so that in the treatment chamber according to the invention immediately after the arrival of the tape, first cooling to minimum RT, preferably 350 to 500 ° C, e.g. in a gas stream is carried out, and then the band for the purpose of heat treatment to a higher temperature, preferably max. 500 ° C, reheated and held there for a while.
  • first cooling to minimum RT preferably 350 to 500 ° C, e.g. in a gas stream is carried out
  • the band for the purpose of heat treatment to a higher temperature, preferably max. 500 ° C, reheated and held there for a while.
  • Another Merkmai is that the treatment chamber is made gas-tight and that the dew point of the annealing gas can be variably selected in one
  • Table 1 shows typical prior art plant data which were used in the examples in Table 2, unless the
  • a sling consists of two passports.
  • the pass length was chosen to be 25 m (CGL) or 30 m (CAL) for the present case, but could be longer or shorter.
  • example S 1 shows the results in the event that no
  • the example E 1 c which is also part of the invention, shows the results for the case in which no specific additional treatment is carried out by moving the front loop carriage to the front position, see Figure 3. This results in a short cycle time of 12 seconds (see FIG. Table 2). Even with the new concept with the shortened cycle time, the belt speed can be increased if necessary for the purpose of increasing performance.
  • Examples S 2 a and E 2 b refer to treatments in one
  • the non-invention example S 2 a shows the results in the case where in a conventional system, a prior art over-aging furnace with rigid vertical roller assembly was installed.
  • the long lead time of approx. 135 seconds at a temperature of 400 ° C is known to contribute significantly to the improvement of the mechanical properties of thermoforming steel (see, for example, Umformtechnik Plastomechanik und Werkstoff ambience / Verlag Stahleisen Springer Verlag / 1993) and TRIP steel (see for example WO2012 / 53016).
  • This condition is also achieved when according to the invention the front arrangement of looping carriage is moved as in Figure 2 in the front position.
  • such long lead times lead to a corresponding deterioration of the manufacturing conditions for IF steel and
  • the example E 2 b belonging to the invention shows the results in the case where a horizontally movable system for the front rollers is used for passing through the belt through the overaging furnace, and the front rollers are moved to the front position, s. Figure 3. In this way, no specific additional treatment is carried out. This results in a short cycle time (see Table 2).
  • Belt speed can be increased if necessary for an increase in performance. This can be used with IF steels and dual-phase steels, as they do not require any additional treatment to improve the properties, as mentioned.
  • Heat treatment zone with horizontal design the treatment times can be selectively changed in a wide range. This will make it possible for the

Abstract

1. Bezeichnung. Flexible Wärmebehandlungsanlage für metallisches Band in horizontaler Bauweise. 2. Kurzfassung 2.1 Beim Durchlaufglühen und beim Feuerverzinken werden bei AI-beruhigten Tiefziehund bei TRIP-Stählen zur Erzielung bestmöglicher Eigenschaften in-line Wärmenachbehandlungen mit verhältnismäßig langen Behandlungszeiten durchgeführt. Damit ist jedoch ein gravierender Nachteil verbunden, weil die Bedingungen für eine optimale Herstellung von IF- und von Dualphasenstählen bezüglich ihrer Eigenschaften und Wirtschaftlichkeit verschlechtert werden. Die Erfindung soll es ermöglichen, in einer horizontalen Wärmenachbehandlungseinheit die Behandlungszeiten gezielt an die Erfordernisse des jeweils behandelten Stahltyps anzupassen. 2.2 Die Lösung der gestellten Aufgabe ist eine Vorrichtung in einer Wärmenachbehandlungskammer (1) einer Band-Durchlaufanlage. Dabei ist eine Tragkonstruktion (2) so ausgelegt, dass sich in ihr eine vordere Rollen-Anordnung auf mindestens einem Schlingenwagen (3) horizontal nach vorne oder hinten bewegen lässt. Im Zusammenwirken mit einer hinteren festen Rollenanordnung (4) kann ein Band in Schleifen durch die Behandlungskammer geführt werden, wobei durch Verfahren der vorderen Anordnung nach vorne oder hinten unterschiedliche Schleifenlängen und damit Behandlungszeiten erzielt werden. 2.3 Die Erfindung ermöglicht es, dass beim Durchlaufen von Band in einer flexiblen Wärmenachbehandlungszone mit horizontaler Anordnung die Durchlaufzeiten optimal an die Erfordernisse des jeweils behandelten Stahltyps angepasst werden.

Description

Flexible Wärmebehandlungsanlage für metallisches Band in horizontaler Bauweise
Gegenstand der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Behandlungsteil in einer Durchlaufglühanlage oder Feuerverzinkungsanlage für Band, der für die Durchführung eines
Wärmenachbehandlungsvorgangs nach dem Glühen und Abkühlen bestimmt ist. In der Wärmenachbehandlungsanlage wird das Band bei unterschiedlichen, vorgegebenen Temperaturen und Zeiten behandelt. Das Band wird dabei in Schlingen so geführt, dass es an Rollen umgelenkt wird, die in einer auslaufseitigen ortsfesten Anordnung und einer einlaufseitigen Anordnung auf mindestens einem Schlingenwagen gelagert sind, wobei der horizontale Abstand der beiden Anordnungen durch Verfahren des/der
Schlingenwagen veränderbar ist.
Stand der Technik
Durchlaufqlühen
Das Durchlaufglühen ist eine thermische Behandlung, die an Stahlbändern nach dem Kaltwalzen angewendet wird. Es wird im bekannten Schrifttum ausführlich beschrieben (z. B. DE 21 59 597, DE 24 01 381 , ASM Handbook/ Vol. 4 Heat Treating/ ASM Int. 1991 , Umformtechnik Plastomechanik und Werkstoffkunde/ Verlag Stahleisen Springer Verlag/ 1993).
Danach besteht das Durchlaufglühverfahren darin, das Stahlband durch einen Ofen laufen zu lassen, wo es einer kontrollierten Erhitzung und Kühlung unterzogen wird. Das Band läuft in Form von aufeinander folgenden vertikalen Schleifen, auch Schlingen genannt, und passiert dabei verschiedene Behandlungsschritte. Zunächst wird das Band einem Glühvorgang zum Rekristallisieren bestehend aus Vorerhitzung, Erhitzung und Halten auf Maximaltemperatur unterzogen. Danach wird ein Abkühlvorgang, meistens aufgeteilt auf eine langsame und eine darauf folgende schnelle Abkühlung, vorgenommen. Daran schließt sich eine Wärmenachbehandlung in Form einer
Überalterung an. Dann erfolgen das abschießende Abkühlen und das Dressieren.
Als besonders charakteristischen Anlagenteil enthalten Durchlaufglühanlagen hinter dem Glüh- Teil und einer Kühlstufe einen Ofen zur Überalterung (auch mit Overaging, Anlassen oder Vergüten bezeichnet), in welchem der Anteil von gelöstem Kohlenstoff auf niedrige Werte verringert werden soll. Als typische Prozessparameter werden
Temperaturen um 400°C und Zeiten um 150 s genannt. Zur Verbesserung des
Ergebnisses kann die Überalterung auch mit abfallender Temperatur, z.B. auf 350°C oder 300°C, durchgeführt werden.
Feuerverzinken
Die herkömmliche kontinuierliche Herstellung von verzinktem Stahlblech (Sendzimir-Typ) ist im Schrifttum ausführlich beschrieben, z.B. Handbuch Feuerverzinken/ Hrsg. Maaß, P. u. P. Peißker/ 2008 Wiley -VCH Verlag/ Weinheim. Sie besteht in der Regel aus den folgenden Schritten: Vor der Verzinkung wird das Stahlband in einer reduzierenden
Atmosphäre erhitzt und gehalten, um eine Rekristallisation durchzuführen. Danach wird das Stahlband in einer Gaskühlvorrichtung abgekühlt, in das Zinkbad eingetaucht, und wenn erforderlich, einer Legierungsbehandlung unterzogen, um dann nach weiterer Abkühlung und abschließendem Dressieren das endgültige verzinkte Blechprodukt zu erhalten.
In letzter Zeit sind Anlagen bekannt geworden, die eine zusätzliche Wärmebehandlung zwischen der Gaskühlung und dem Verzinkungsvorgang ermöglichen. Ein Beispiel für solch einen Anlagentyp ist eine Feuerverzinkungsanlage von ArcelorMittal (siehe www.arcelormittal-ehst.com). Die Anlage enthält zusätzlich zwischen der Gaskühlzone und dem Zinkpott eine als„Overaging" bezeichnete Ausgleichszone mit sechs Schleifen. Ein weiteres Beispiel für solch eine zusätzliche Wärmebehandlung ist eine Anlage (SMS SIEMAG Symposium india 2012), die zwischen der Gaskühlung und dem Zinkpott eine Ausgleichszone enthält, welche zwei Schleifen aufweist und als„Bainitic Demixion for TRIP Steel" bezeichnet wird.
Wenn dagegen ein Stahlband einer Wärmenachbehandlung in Form einer Überalterung erst nach der Feuerverzinkung unterzogen wird, kann ein Problem aufgrund einer schlechten Beschichtungs-Haftung auftreten (EP 0276457). Wenn aber die Behandlung vor dem Schmelztauchen durchgeführt wird, besteht keine Gefahr der Verschlechterung der Zinkschichthaftung, wie in der EP 0072874 herausgestellt wird.
Bandspeicher-Technik
Zur anlagentechnischen Ausführung von kontinuierlichen Bandanlagen Bandspeicher zur Aufrechterhaltung einer kontinuierlichen Prozessgeschwindigkeit eingesetzt. Spezielle Vorgänge, die solch eine Anlagentechnik erfordern, sind zum Beispiel das Wechseln von Coils und das anschließende Anschweißen des Bandanfangs des neuen Coils an das Bandende des vorangegangen Coils. Ein weiteres Beispiel ist das Walzenwechseln im Dressiergerüst. Die Bandspeicher haben die Aufgabe, große Bandlängen zu erzeugen und bereit zu stellen.
Nach der DE 298 22 325 werden vertikale Bandspeicher, die auch als Schleifenturm, Schiingenturm oder Looper bekannt sind, eingesetzt. Als Bandspeicher sind auch solche in Horizontal-Bauart bekannt (z.B. DE 2144515), bei denen Schlingenwagen eingesetzt werden. Die Schlingenwagen sind horizontal verfahrbar angeordnet. Sie können beispielsweise mittels Seilzug und Windentrommel zuggeregelt angetrieben werden (DE 10 201 1 01 1 666, wobei ein synchrones Fahren sämtlicher Schlingenwagen gewährleistet ist, siehe DE 3636652. Um ein übermäßiges Durchhängen des Stahlbandes zu vermeiden, muss das Band unterstützt werden. Dazu werden sog. Schwenktore (DE 19838780) bzw. Stützwagen (EP 0773074) eingesetzt.
Wärmtechnik Zur Wärmeeinbringung für oben erwähnte zusätzliche Wärmebehandlungen kommen grundsätzlich alle bekannten Verfahren der Erwärmung von Band in Frage.
Banderwärmungsöfen sind als Vertikalöfen oder als Horizontalöfen ausgelegt. Die zur Bandführung eingesetzten Rollen sind in ihrer Position fest eingebaut, d.h. nicht bewegbar wie beispielsweise in einem oben beschriebenen Bandspeicher. Verwendete Stahlsorten
Im Feuerverzinkungsverfahren hergestellte Stahlbleche aus Tiefziehstählen müssen ausgezeichnete Formbarkeit aufweisen und sollen möglichst keine Verformungs- Alterung zeigen. Verformungs-Alterung wird durch Kohlenstoff und Stickstoff in fester Lösung hervorgerufen und verursacht Oberflächenfehler in Form von sogenannten "Fließfiguren" und führt zeitabhängig zu Verschlechterungen der mechanischen
Eigenschaften, wie Erhöhung der Streckgrenze, Absenken der Dehnung und
Streckgrenzendehnung.
Üblicherweise werden verzinkte kaltgewalzte Stahlbleche, welche die obigen
Anforderungen an die Materialeigenschaften erfüllen, im Wesentlichen durch die folgenden beiden Herstellungsverfahren hergestellt.
Das erste Verfahren verwendet Elemente zur starken Abbindung von Kohlenstoff und Stickstoff, wie beispielsweise Titan und/oder Niob, und es ermöglicht die Herstellung von verzinktem Stahlblech mit ausgezeichneter Umformbarkeit und frei von
Verformungsalterung. Es handelt sich dabei um die sogenannten IF- Stähle. Allerdings erfordert dieses Verfahren die Anwendung kostenintensiver Maßnahmen einer
Mikrolegierung mit Titan und/oder Niob und den Einsatz einer Vakuumentgasung von geschmolzenem Stahl zur Einstellung der geforderten sehr niedrigen Kohlenstoffgehalte. Ein weiteres Verfahren verwendet kostengünstigeren, kohlenstoffarmen AI-beruhigten Stahl als Ausgangsmaterial. In einer konventionellen kontinuierlichen Verzinkungsanlage enthalten die Stahlbleche aus diesem Material eine beträchtliche Menge an Kohlenstoff in fester Lösung, welche Reckalterung verursacht. Zur Abhilfe können
Wärmenachbehandlungen in Form einer Überalterung im Temperaturbereich von 300 bis 460 ° C durchgeführt werden. So wird zur Verbesserung der Eigenschaften von weichen Tiefzieh- Stählen in einer Feuerverzinkung nach der DE 40 38 186 vorgeschlagen, den Temperaturverlauf zwischen dem Glühen und dem Verzinken so zu wählen, dass zunächst eine möglichst schnelle Kühlung auf eine Haltetemperatur knapp oberhalb der Zinkbadtemperatur durchgeführt wird, und der Durchlauf durch den weiteren Anlagenteil bis zum Eintauchen des Bandes in das Zinkbad so genutzt wird, dass ein kurzer
Haltevorgang durchgeführt werden kann. Damit konnte eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften erreicht werden. Allerdings sind für eine Überalterungsbehandiung zur Erzielung ausreichender Alterungsbeständigkeit für einen Tiefziehstahl DX53 D nach DIN EN 10346 Zeiten von über 35 s in einem Bereich oberhalb 400°C zur sicheren Erreichung der geforderten Eigenschaften erforderlich. Zur Förderung einer Überalterung wird in der EP 0406619 vorgeschlagen, die Kühlung vor dem
Verzinken sogar auf deutlich niedrigere Haltetemperaturen vorzunehmen und dann das Band auf die Zinkbadtemperatur wieder aufzuheizen.
Im Durchlaufglühverfahren mit normalerweise anschließender elektrolytischer Verzinkung werden IF- Stähle mit im Prinzip gleichen Glühzyklen, d.h. Temperatur-Zeitverläufen, wie in einer Feuerverzinkungsanlage hergestellt.
Bei den kostengünstigeren kohlenstoff armen AI-beruhigten Stählen gibt es einen charakteristischen Unterschied zum Feuerverzinken. Bedingt durch die Möglichkeit einer längeren Überalterung in einer Durchlaufglühanlage können alterungsärmere und damit qualitativ höherwertige Gütegrade hergestellt werden.
Auch höherfeste Stähle sollen eine gute Umformbarkeit aufweisen. Ein vergleichsweise hohes Umformbarkeit/Festigkeit- Verhältnis zeigen die sog. Advanced High Strength Steels AHSS, wo die Dualphasen- und die TRIP-Stähle eine dominierende Rolle spielen.
Ein Zweiphasengefüge bestehend aus Ferrit und Martensit ist typisch für die Mikrostruktur von Dualphasen-Stahl. Die TRIP-Stähle machen von der umwandlungsinduzierten Plastizität Gebrauch, die durch Umwandlung von Restaustenit zu Martensit bei der Umformung hervorgerufen wird.
Höherfeste Stähle, im Besonderen auch die AHHS Stähle, werden sowohl im
Feuerverzinkungsverfahren als auch im Durchlaufglühverfahren hergestellt. Bei der Herstellung von TRIP-Stählen wird ein Haltevorgang nach dem Glühen und der Gasabkühlung vorgenommen. Nach der EP 2 738 276 wird solch ein Halte Vorgang durchgeführt, indem das Stahlblech nach einer Kühlung bei einer Temperatur zwischen 500 und 350 ° C für 30 bis 1000 Sekunden gehalten wird. Dabei tritt eine
Bainitumwandlung auf und der Restaustenit wird stabilisiert. Wenn die Temperatur unter 350 0 C gehalten wird, erfordert die Bainit-Umwandlung eine lange Zeit. Für TRIP-Stahl sind nach dem vorherrschenden Wissensstand Haltezeiten für die bainitische
Umwandlung von 80 bis 220 Sekunden (EP 1 889 935, WO 2012/153016, US
2014/0120371 , Ehrhardt, B. et al. /Steel Grips 2 (2004) 4) zur sicheren Erzielung ausreichender Eigenschaften erforderlich.
Kritische Bewertung des Standes der Technik
Wie oben ausgeführt, wurden für das kontinuierliche Durchlaufglühen und für das kontinuierliche Feuerverzinken metallurgische Behandlungsverfahren entwickelt, um weiche Stähle mit sehr guter Eignung zum Tiefziehen herzustellen. Auch gibt es
Behandlungsverfahren zur Herstellung höherfester Stähle mit vergleichsweise guter Umformbarkeit wie TRIP- und Dualphasenstähle.
Eine herkömmliche Feuerverzinkungsanlage ist allerdings nicht die beste Option, um AI- beruhigte Tiefziehstähle und TRIP-Stahl zu produzieren, weil sie normalerweise keine Wärmenachbehandlungszone enthält und deshalb keine Haltephase ermöglicht. Besser geeignet ist eine Verzinkungsanlage mit einer Wärmenachbehandlungszone zur
Durchführung einer Überalterung von Tiefziehstahl bzw. einer isothermischen
bainitischen Umwandlung von TRIP- Stahl. Bei einer typischen Bandgeschwindigkeit sind für solche Wärmenachbehandlungen lange Durchlauf- bzw. Haltezeiten erforderlich. Wie weiter oben ausgeführt, bestehen Lösungsvorschläge für das Problem
unzureichender Haltezeiten in einer Feuerverzinkungslinie darin, nach dem Glühen und Abkühlen in einer Wärmenachbehandlungszone eine Anzahl von mehreren Band- Sehlingen, gegebenenfalls bei zusätzlich reduzierter Bandgeschwindigkeit, zu verwenden.
Die beste Voraussetzung für eine Wärmenachbehandlung bietet das
Durchlaufglühverfahren mit einer vergleichsweise hohen Anzahl von Band- Schlingen und einer entsprechend langen Behandlungszeit in einem Überalterungsofen. Diese Option macht allerdings ein nachträgliches Verzinken auf einer elektrolytischen
Verzinkungsanlage erforderlich. Da die Rollen in einer herkömmlichen Wärmenachbehandlungseinheit starr angeordnet sind, ist bei vorgegebener Bandgeschwindigkeit die Zeit zum Durchlaufen dieser Anlage fest vorgegeben. Es besteht keine Möglichkeit, die Durchlaufzeit zu verkürzen. Solch eine unflexible Wärmebehandlungseinheit weist einen gravierenden Nachteil auf. Sie verschlechtert nämlich deutlich die Bedingungen für eine optimale Herstellung von IF- und von Dualphasenstählen bezüglich ihrer Eigenschaften und Wirtschaftlichkeit.
Ein Dualphasenstahl verlangt nämlich möglichst kurze Durchlaufzeiten bei möglichst niedrigen Temperaturen in einer vorhandenen Wärmenachbehandlungszone bzw.
Überalterungszone, z.B. nach DE 199 36 151. Eine lange Durchlaufzeit von
beispielsweise 150 Sekunden bedeutet eine Reduzierung der mittleren
Abkühlgeschwindigkeit auf rund 2°C/s. Nach dem Wissensstand erfordern
Dualphasenstähle aber selbst bei erhöhten Legierungsgehalten noch eine
Abkühlgeschwindigkeit von mind. 20°C/s zur Sicherstellung der geforderten Umwandlung des Restaustenits in Martensit. Zudem kann es danach beim weiteren Durchlauf durch die Überalterungszone noch zu unerwünschten Anlasseffekten im Martensit kommen.
Auch für IF- Stähle ist, wie oben erwähnt, eine Wärmenachbehandlung überhaupt nicht erforderlich, und der Durchlauf von solchen Stählen in einer Wärmenachbehandlungszone ohne die Möglichkeit der Reduzierung der Haltedauer bedeutet eine unnötige
Verlängerung der gesamten Prozesszeit.
Das angestrebte Ziel, bei einer für AI-beruhigte Tiefziehstähle und TRIP-Stähle optimierten Auslegung einer Wärmenachbehandlungszone auch Dualphasenstähle und IF-Stähle in derselben Anlagenkonfiguration optimal herzustellen, ist damit noch nicht erreicht. Zur Überwindung dieses Problems wurde die vorliegende Erfindung gemacht.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist, beim Durchlaufglühen oder beim Feuerverzinken von Band nach dem Glühen und Abkühlen in einer Wärmenachbehandlungseinheit die
Behandlungszeiten und die Behandlungstemperaturen in einem weiten Bereich gezielt zu verändern. Die Erfindung soll es im Besonderen ermöglichen, dass die
Behandlungszeiten bei der Wärmenachbehandlung an die Erfordernisse des jeweils behandelten Stahltyps optimal angepasst werden.
Merkmale der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung in einer Wärmebehandlungskammer zur Durchführung eines Wärmenachbehandlungsvorgangs nach dem Glühen und Abkühlen in einer Band-Durchlaufanlage, siehe Bild 1. In dem Bild ist mit (2) die Tragkonstruktion zur Bandführung durch die
Wärmebehandlungsanlage bezeichnet, in dem die Erfindung zur Anwendung kommt. In der Wärmebehandlungskammer (1 ) wird eine Anzahl vertikal angeordneter
Bandschlingen dadurch gebildet, dass das Band nach Eintritt in den Behandlungsteil nach hinten geführt wird, um die erste hintere Rolle umgelenkt wird und dann nach vorne geführt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, wie es Schlingen in dem
Behandlungsteil gibt. Am Ausgang wird das Band aus dem Behandlungsteii hinaus geführt.
Die Anordnung der vorderen Schlingenwagen (3) ist konstruktiv so ausgelegt, dass sie sich horizontal nach vorne oder hinten bewegen lässt. Im Zusammenwirken mit einer Anordnung ortsfester Umlenkrollen (4) kann ein Metallband in Schlingen durch die Behandlungskammer geführt werden, wobei durch Verfahren der vorderen Anordnung von Schlingenwagen nach vorne oder hinten unterschiedliche Behandlungs- bzw.
Durchlaufzeiten in dem Behandlungsteil erzielt werden können, siehe Bilder 2 und 3
In einer Weiterführung der Erfindung kann die Vorrichtung auch so ausgelegt werden, dass nur ein Teil der vorderen Schlingenwagen auf einer horizontal beweglichen
Anordnung angeordnet ist. Der Vorteil dieser Lösung liegt in dem geringeren technischen Aufwand für die Rollenhorizontalverschiebung und kann z.B. dann genutzt werden, wenn das Product Mix einer Anlage mengenmäßig stark auf der Seite der Stahltypen liegt, die eine Wärmenachbehandlung mit einer Haltezone erforderlich machen. Dann muss nur ein Teil und nicht die Gesamtanzahl der vorderen Rollen in die vordere Position bewegt werden, weil die horizontal unbeweglichen Rollen ja bereits die Position besetzen, welche zur Realisierung einer Wärmenachbehandlung eingenommen werden muss. Diese Lösung erlaubt aber auch die Realisierung von kürzeren Haltezeiten, wenn die horizontal beweglichen Rollen in die vordere Position gefahren werden, und die
Bandgeschwindigkeit gegebenenfalls zur weiteren Reduzierung der Haltezeit auf optimale Werte erhöht wird.
Während des Durchlaufs durch die Wärmenachbehandlungskammer wird das Band durch Wärmvorrichtungen bei unterschiedlichen, vorgegebenen Temperaturen kleiner als die Glühtemperatur, z. B. bei 800°C. vorzugsweise bei 350 bis 500°C wärmebehandelt.
Temperaturen oberhalb von 500°C sind für eine Überalterungsbehandlung von
Tiefziehstahl zu hoch, da dann mit zu hohen Gehalten an gelöstem Kohlenstoff nach Beenden der Überalterungsbehandlung gerechnet werden muss mit entsprechend hohem Restkohlenstoffgehalt und hoher Alterungsanfälligkeit.
Wenn die Temperaturen für die Überalterungsbehandlung zu niedrig sind, z.B. unter 300°C, dann ist damit zu rechnen, dass sich kein weiterer gelöster Kohlenstoffgehalt ausscheidet und/oder die Ausscheidungen zu fein sind mit der Folge einer
Verschlechterung der Eigenschaften.
Für die angestrebte Bainitbildung im Falle von TRIP-Stahl ist ein Temperaturbereich zwischen 300 und 500°C zu wählen. Wenn die Temperaturen höher oder niedriger sind, führt die Umwandlung von Restaustenit nicht zu Bainit und damit nicht zu den
angestrebten TRIP-Eigenschaften.
Für die Banderwärmung sowie für die Wärmeisolation in der
Wärmenachbehandlungsanlage bieten sich die verschiedenen dem Fachmann geläufigen Verfahren an. Vorzugsweise erfolgt die Erwärmung mittels eines elektrischen
Heizverfahrens. Dabei können die Technologien einer elektrischen indirekten
Widerstandserwärmung oder einer induktiven Erwärmung zur Anwendung kommen. Alternativ kann die Erwärmung auch mit einem Wärmeträgerheizgas im Umwälzbetrieb mit einer externen Aufheizung durchgeführt werden. Als Wärmeträgerheizgas wird vorzugsweise ein Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff verwendet, welches auch als Schutzgas zur Anwendung kommt. Zusätzlich an den Ofenwänden angebrachte elektrische Heizelemente können dazu beitragen, die Heizleistung zu erhöhen.
In einer Erweiterung der Erfindung kann der Prozess auch so ausgelegt werden, dass in der erfindungsgemäßen Behandlungskammer unmittelbar nach Eintritt des Bandes zunächst eine Kühlung auf minimal RT, vorzugsweise 350 bis 500°C, z.B. in einem Gasstrom, durchgeführt wird, und das Band dann zum Zwecke einer Wärmebehandlung auf eine höhere Temperatur, vorzugsweise max. 500°C, wieder erwärmt und dort eine Zeit lang gehalten wird.
Ein weiteres Merkmai besteht darin, dass die Behandlungskammer gasdicht ausgeführt wird und dass der Taupunkt des Glühgases variabel gewählt werden kann in einem
Bereich zwischen -60°C und Umgebungstemperatur. So kann die sich aus dem Taupunkt und dem damit verbundenen Feuchtigkeitsgehalt ergebende Ofenatmosphäre an die Erfordernisse der Oberfläche angepasst werden. Zur Gewährleistung einer guten Gasdichtigkeit wird empfohlen, die Stützvorrichtungen in Koordination mit der Bewegung der Schlingenwagen quer durch konstruktiv kleinstmögliche abgedichtete Durchführungen zu verschieben. Aus demselben Grund soll das zur Schutzbegasung eingesetzte
Leitungssystem über eine externe Kupplung durch konstruktiv kleinstmögliche
abgedichtete Durchführungen in die Behandlungskammer geführt werden.
Erläuterung der Beispiele
In der Tabelle 1 sind typische Anlagendaten nach dem Stand der Technik aufgeführt, die bei den Beispielen in der Tabelle 2 zu Grunde gelegt wurden, sofern nicht die
erfindungsgemäß und entsprechend gekennzeichneten Daten eingesetzt wurden. Als Bandgeschwindigkeit wurde mit 200 m/min ein typischer Wert nach dem Stand der Technik für Durchlaufglühanlagen gewählt.
Zur geometrischen Auslegung der Wärmenachbehandlungseinheit wurden folgende Größen gewählt: Rollendurchmesser: 1200 mm, wobei dieser Wert typisch für Ofenrollen in Durchlaufanlagen nach dem Stand der Technik ist. Eine Schlinge besteht aus zwei Pässen. Die Pass-Länge wurde für den vorliegenden Fall mit 25 m (CGL) bzw. mit 30 m (CAL) gewählt, kann aber auch länger oder noch kürzer ausgelegt werden.
Das für eine konventionelle Feuerverzinkungsanlage CGL geltende, aber nicht zur Erfindung gehörende Beispiel S 1 zeigt die Ergebnisse für den Fall, dass kein
Behandlungsteil zur Durchführung einer zusätzlichen Wärmebehandlung installiert wurde, d. h. dass das Band im direkten Durchlauf ohne zusätzliche Schlingen durchgesetzt wird. Die resultierende geringe Durchlaufzeit führt nicht zu optimalen mechanischen
Eigenschaften sowohl bei Tiefziehstahl als auch bei TRIP-Stahl, siehe Tabelle 3 und 4. Die ebenfalls nicht zur Erfindung gehörenden Beispiele S 1 a und b zeigen die Ergebnisse für den Fall, dass in einer konventionellen Anlage ein Wärmenachbehandlungsteil installiert wurde mit einer Wahl von mehreren Schlingen. Die gegenüber dem Beispiel S 1 deutlich vergrößerten Durchlaufzeiten von 38 bzw. 83 Sekunden tragen erheblich zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Tiefziehstahl bzw. TRIP-Stahl bei, s. Tabellen 3 und 4. Dies drückt sich besonders in einer Verbesserung der Werte für die Bruchdehnung aus. Allerdings führen solch lange Durchlaufzeiten in der
Wärmenachbehandlung zu einer Verschlechterung der Herstellbedingungen für IF-Stahl und Dualphasenstahl in einer Feuerverzinkungsanlage. Da IF- und Dualphasenstähle eine solche Behandlung bekanntlich nicht erfordern, bedeutet diese Maßnahme eine
Verminderung der Produktionsleistung, resultierend aus der Zunahme der gesamten Durchlaufzeit, s. Tabelle 2.
Die zur Erfindung gehörenden Beispiele E 1 a und b zeigen die Ergebnisse in einer Feuerverzinkung für den Fall, dass bei einer Wahl von mehreren Schlingen die
Zusatzbehandlung unter Verwendung der erfindungsgemäßen beweglichen vorderen Anordnung von Schlingenwagen durchgeführt wird, und diese in die vordere Position gefahren wird, siehe Bild 2. Daraus ergibt sich wie bei den Beispielen S 1 a und b eine Durchlaufzeit von 38 bzw. 83 Sekunden, wobei auch in diesem Fall die gegenüber dem Beispiel S 1 deutlich vergrößerte Durchlaufzeit zu derselben Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Tiefziehstahl (s. Tabelle 3) und von TRIP-Stahl (s. Tabelle 4) beiträgt.
Das ebenfalls zur Erfindung gehörende Beispiel E 1 c zeigt die Ergebnisse für den Fall, dass durch Verfahren der Anordnung der vorderen Schlingenwagen in die vordere Position keine gezielte Zusatzbehandlung durchgeführt wird, siehe Bild 3. Daraus ergibt sich eine kurze Durchlaufzeit von 12 Sekunden (s. Tabelle 2). Auch bei dem neuen Konzept mit der verkürzten Durchlaufzeit kann die Bandgeschwindigkeit bei Bedarf zwecks einer Leistungssteigerung erhöht werden.
Dies kann bei IF- Stählen und bei Dualphasenstählen genutzt werden, da diese wie erwähnt keine Zusatzbehandlung zur Verbesserung der Eigenschaften erfordern.
Die Beispiele S 2 a und E 2 b beziehen sich auf Behandlungen in einer
Durchlaufglühanlage CAL.
Das nicht zur Erfindung gehörende Beispiel S 2 a zeigt die Ergebnisse für den Fall, dass in einer konventionellen Anlage ein Überalterungsofen nach dem Stand der Technik mit starrer vertikaler Rollenanordnung installiert wurde. Die lange Durchlaufzeit von rd. 135 Sekunden bei einer Temperatur von 400°C trägt bekanntlich erheblich zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Tiefziehstahl bei (siehe z.B. Umformtechnik Plastomechanik und Werkstoffkunde/ Verlag Stahleisen Springer Verlag/ 1993) und von TRIP-Stahl (siehe z.B. WO2012/ 53016). Diese Bedingung wird ebenfalls erreicht, wenn erfindungsgemäß die vordere Anordnung von Schlingenwagen wie im Bild 2 in die vordere Position gefahren wird. Allerdings führen solch lange Durchlaufzeiten zu einer entsprechenden Verschlechterung der Herstellbedingungen für IF-Stahl und
Dualphasenstahl. Da IF- und Dualphasenstähle wie erwähnt keine solche
Zusatzbehandlung erfordern, führt diese Maßnahme zu einer Verminderung der Produktionsleistung in einer Durchlaufglühanlage. Zusätzlich ist bei Dualphasenstahl zur Kompensation des negativen Einflusses der langen Durch lauf zeit zur Erreichung ausreichender Duaiphasenstahleigenschaften eine Erhöhung des Legierungsgehaltes erforderlich.
Das zur Erfindung gehörende Beispiel E 2 b zeigt die Ergebnisse für den Fall, dass zum Durchlaufen von Band durch den Überalterungsofen ein horizontal bewegliches System für die vorderen Rollen eingesetzt wird, und die vorderen Rollen in die vordere Position gefahren werden, s. Bild 3. Auf diese Art wird keine gezielte Zusatzbehandlung durchgeführt. Daraus ergibt sich eine kurze Durchlaufzeit (s. Tabelle 2).
Auch bei dem neuen Konzept mit der verkürzten Durchlaufzeit kann die
Bandgeschwindigkeit bei Bedarf zwecks einer Leistungssteigerung erhöht werden. Dies kann bei IF- Stählen und bei Dualphasenstählen genutzt werden, da diese wie erwähnt keine Zusatzbehandlung zur Verbesserung der Eigenschaften erfordern.
Vorteil der Erfindung
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass beim Durchlaufen einer flexiblen
Wärmenachbehandlungszone mit horizontaler Bauweise die Behandlungszeiten in einem weiten Bereich gezielt verändert werden können. Dadurch wird es möglich, die
Behandlungszeiten an die Erfordernisse des jeweils behandelten Stahltyps optimal anzupassen.

Claims

Ansprüche
1 . Horizontale Anlage zur Durchfü rung einer Wärmenachbehandlung eines
metallischen Bandes im Durchlaufverfahren bei unterschiedlichen Temperaturen, wobei das Band durch Umlenkung an Rollen in Form von Schlingen durch die Behandlungszone hindurchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mit einer Tragkonstruktion für die Aufnahme einer Anordnung von einem oder mehreren Schlingenwagen ausgerüstet ist, welche sich horizontal zur Einstellung unterschiedlicher Banddurchlaufzeiten bewegen lässt.
2. Wärmebehandlungsanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage so ausgelegt ist, dass nicht alle, sondern nur ein wählbarer Teil der vorderen Rollen horizontal beweglich ist.
3. Wärmebehandlungsanlage nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage in einer kontinuierlichen Feuerverzinkungsanlage für Band installiert ist.
4. Wärmebehandlungsanlage nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage in einer kontinuierlichen Durchlaufglühanlage installiert ist.
5. Verfahren zur Wärmenachbehandlung mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Wärmebehandlung Zeiten von Null bis 250 Sekunden gewählt werden.
6. Verfahren zur Wärmenachbehandlung mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Wärmebehandlung Temperaturen zwischen RT und 800°C gewählt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die
Wärmebehandlung Temperaturen zwischen 300 und 500°C gewählt werden.
8. Verfahren zur Wärmenachbehandlung eines Metallbandes mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung zur
Überalterung von Tiefziehstahl genutzt wird.
9. Verfahren zur Wärmenachbehandlung eines Metallbandes mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung zur bainitischen Umwandlung von TRIP-Stahl genutzt wird.
10. Verfahren zur Wärmenachbehandlung eines Metallbandes mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Einstellung der kürzest möglichen Durchsatzzeit in der Wärmenachbehandlung durch Verfahren der vorderen Rollen in die hinterste Position genutzt wird.
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