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Die
vorliegende Erfindung betrifft sowohl Streifen bzw. Bänder aus
Kohlenstoffstahl bzw. unlegiertem Stahl, hergestellt durch das direkte
kontinuierliche Gießen
mit einer Zwei-Walzen-Sranggießvorrichtung,
welche jeweils durch die Erzeugung von großformatigen Körnern (zwischen
150 bis 1.500 μm)
in dem verfestigten grobkörnigen
Erzeugnis gekennzeichnet sind.
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Die
Erfindung betrifft eine geregelte unmittelbare bzw. Inline-Rekristallisationsbehandlung,
welche an einem verfestigten grobkörnigen Streifen bzw. Band während dessen
Walzenbahntransfers, vor dem Aufwickeln auf einer Wickelvorrichtung,
durchgeführt
wird. Insbesondere wird ein Walzen und ein Glühen (schnelles Erwärmen mit
Halten bei voreingestellten Temperaturen für kurze Zeiten) unmittelbar
bzw. Inline und in schneller Abfolge durchgeführt, um so eine praktisch vollständige Rekristallisation
des Austenits oder der anderen mikrostrukturellen Bestandteile bzw.
Bestandteile des Feingefüges
(z.B. Ferrit) zu erzielen, welche bei der vorangehenden Deformation
verfestigt wurden. Sowohl das Walzen, wie auch das Glühen kann
unter Bedingungen durchgeführt
werden, bei welchen das Austenit oder das Ferrit stabil sind, oder
in einem Gebiet einer Mischphase, in welcher sowohl das Austenit
als auch das Ferrit stabil sind.
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahlstreifen
bzw. -bändern
und -blechen, mit einer Dicke in dem Bereich von 4,5 bis 0,7 mm,
entsprechend herkömmlichen
oder speziellen warmgewalzten oder kaltgewalzten und geglühten Erzeugnissen,
welche als Ausgangsmaterial für
kontinuierlich gegossene grobkörnige
Streifen und das vorliegende unmittelbare Rekristallisationsverfahren
verwendet werden.
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Verschiedene
Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von kontinuierlich
gegossenen Streifen bzw. Bändern über das
Homogenisieren und das Verfeinern von den austenitischen Körnern im Grundzustand
durch thermomechanische Behandlungen, wurden bereits hochentwickelt
und patentiert.
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Insbesondere
lehrt die
EP 0707908
A1 eine kontinuierliche Zwei-Walzen-Stranggießvorrichtung, wobei ein Streifen
bzw. Band aus einem Kohlenstoffstahl unter einer Atmosphäre eines
Schutzgases, wie Ar oder N
2, gegossen wird.
Der Streifen bzw. das Band wird dann unmittelbar einem Warmwalzen
(zwischen 850 bis 1.350°C)
mit einer Dickeverringerung in dem Bereich von 5 bis 50% unterworfen
und abgekühlt.
Das dünne flache
Erzeugnis, welches so erhalten wird, weist gute Festigkeits- und
Duktilitätseigenschaften
auf, aufgrund der Korngrößenverringerung,
die durch das Warmwalzen erzielt wird.
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Andere
Gefügeverfeinerungsverfahren
(
JP 61689846 und
JP 63115654 ) betreffen
unmittelbare thermische Behandlungen, ohne Warmwalzen, umfassend
wenigstens einen doppelten Phasenübergang vor dem letzten Abkühlen und
Aufwickeln. Dieser Phasenübergang
wird bewirkt, indem der Streifen bzw. das Band einem einzelnen oder
mehreren Wärmezyklen
wie: Abkühlen,
Erwärmen,
Abkühlen,
unterworfen wird. Unter spezifischer Bezugnahme auf Kohlenstoffstahl
und niedrig legierten Stahl in einem gegossenen grobkörnigen Erzeugnis,
sind in der
EP 0707908 ,
der
EP 0818545 und der
JP 3249126 die Verfahren
und Vorrichtungen zur Durchführung
von unmittelbaren thermischen Behandlungen beschrieben, wobei, vor
oder nach der optionalen Verringerung der Dicke des gegossenen grobkörnigen Streifens
bzw. Bandes durch Wärme,
ein Kühlen
und ein nachfolgendes Erwärmen
des Streifens bzw. Bandes im Ofen durchgeführt wird, mit der Absicht,
das Gefüge
durch den Keimbildungsmechanismus neuer austenitischer Körner nach
der Phasenumwandlung in dem ferritischen Gebiet zu verfeinern. Einige
der oben beschriebenen Verfahren zielen neben der Verfeinerung des Gefüges auf
die Verbesserung mechanischer Eigenschaften wie Festigkeit, Duktilität und Zähigkeit,
auf das Erreichen einer geeigneten Oberflächenveredelung des Streifens
bzw. Bandes (Rauigkeit).
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Des
Weiteren lehrt die WO 95/13155 (ISHIKAWAJIMA und BHP) eine thermische
Reihenbehandlung von gegossenen Kohlenstoffstahlstreifen bzw. -bänder, welche
auf die Kontrolle des Mikrogefüges
des wie gegossenen Streifens abzielt. Im Einzelnen wird der gegossene
Streifen bzw. das Band, nach einer optionalen Dickeverringerung
in einem einzigen Durchgang (20–50%)
bei 900–1.100°C) unter
die Temperatur gekühlt wird,
bei welcher die Transformation von Austenit in Ferrit stattfindet
und anschließend
Erwärmen
in einem Ofen bei Temperaturen von < 1.200°C erwärmt, bis das Material erneut
austenisiert wird (unmittelbare Normalisierung). Die austenitischen
Körner
werden so verfeinert und, indem das Endkühlen und Aufwickeln des Streifens
bzw. Bandes kon trolliert wird, können
ausreichend verfeinerte Gefüge
entwickelt werden, die eine geeignete Festigkeit und Duktilität bereitstellen.
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EP 0776984 (Nippon Steel)
beschreibt ein Verfahren und die betreffende Anlage zum kontinuierlichen Herstellen
von Metallspulen, aus einem kontinuierlichen Stranggießsystem
von Streifen bzw. Bändern,
umfassend auch die folgenden Schritte: Heißverformung mit einer Dickeverringerung
von > 30%; thermische
Erwärmungsbehandlung
im Ofen in nicht-oxidierender Atmosphäre bei Temperaturen von 800–1.250°C (vorzugsweise
von 1.100–1.250°C); Abkühlen mit
einer Rate von 20–40°C/Sek. bis
auf 100°C;
Beizen; und Aufwickeln/Abscheren des Streifens bzw. Bandes. Der
Hauptgegenstand dieser Erfindung ist die Verbindung zwischen der
Hauptgießanlage
und der Streifen- bzw. Band Beiz-Kantenbeschneidungs-thermische
Endbehandlungs-Anlagen, um so einen einzelnen kontinuierlichen Schritt
durchzuführen,
gemäß welchem
die Beiz-, die Kantenbehandlungs-, die Streifen- bzw. Bandeinwickel/Abscher-Anlage
jeweils unabhängig
mit der Stranggieß-Walz-thermischen
Behandlungsanlage verbunden werden können. Das einzige beschriebene
Beispiel betrifft einen rostfreien Stahl, obwohl die Metalle, welche
für die
Erfindung geeignet sind, auch herkömmliche Stähle und Spezialstähle umfassen.
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Des
Weiteren offenbart die
EP 0760397 (Nippon
Steel) eine Vorrichtung zur Herstellung von rostfreiem Stahl, welche
ein Verfahren realisiert, umfassend folgende Schritte: Gießen, Kühlen, Warmverformen
(Walzen) bei verschiedenen Temperaturen, vollständige Rekristallisation durch
Erwärmen
und Kühlen.
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Einige
der obigen Verfahren und anderer ähnlicher, erfordern die Einführung von
einer oder mehreren optionalen Abkühlanlagen und eines Walzengerüsts, wie
auch eines dazwischenliegenden Wiedererwärmungsofens, welcher dem Walzengerüst vorgeschaltet
oder nachgeschaltet ist, auf dem Walzweg, welcher den Streifen bzw.
das Band zu der Wickelvorrichtung überführt.
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Die
meisten der vorangehenden Erfahrungen mit Kohlenstoffstahl und niedrig-legiertem
Stahl betreffen unmittelbare thermische oder thermomechanische Behandlungen,
welche der Reihe nach die Phasenumwandlungen vom Austenit-Ferrit-Austenit-Typ
ausnutzen, um vor dem Abkühlen,
welches dem Bandaufwickeln vorangeht, ein Homogenisieren und ein
Verfeinern des austenitischen Gefüges zu erzielen, um es dem
Gefüge eines
herkömmlich
heiß gewalzten
Streifens bzw. Bandes so ähnlich
wie möglich
zu machen.
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Der
Stand der Technik stellt keine Lehre dahingehend bereit, wie ein
Kohlenstoffstahl-Erzeugnis
oder niedrig legiertes Stahlerzeugnis erzielt werden kann, das aus
einem kontinuierlich gegossenen, verfestigten, grobkörnigen Streifen
bzw. Band die gewünschten
mechanischen und technologischen Eigenschaften entwickelt, in Bezug
auf warmgewalzte oder kaltgewalzte und geglühte Streifen bzw. Bänder und
Bleche, wobei eine unmittelbare gesteuerte Rekristallisations-Behandlung
ausgenutzt wird, indem in einem ferritischen, austenitischen oder
Mischphasengebiet gewalzt wird und durch direktes Glühen, auch
in einem sub-kritischen Gebiet (< Ac3 Temperatur der Behandlung im Ofen).
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Das
wenige Auftreten von unmittelbarer Rekristallisation betrifft hochlegierte
(rostfreie) Stähle,
die immer mit einer sehr niedrigen Rate rekristallisieren, um so
systematisch Behandlungstemperaturen von gut überhalb 1.050°C zu erfordern,
um eine ausreichende Rekristallisation über kurze Zeiträume erzielen.
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In
bezug auf Kohlenstoffstahl, welcher im Allgemeinen Rekristallisationskinetiken
aufweist, die bedeutend schneller sind als die von rostfreien Stählen, hemmt
die Anwesenheit von sehr groben Körnern in dem verfestigten grobkörnigen Streifen
das Rekristallisationsverfahren. Daher ist, obwohl der verfestigte
Streifen bzw. das Band bei hohen Temperaturen deformiert wird und
erhöhte
Deformation in einem einzelnen Durchgang eingesetzt wird, die Rekristallisation
nur teilweise, wobei einige Körner
ihre anfängliche
Geometrie praktisch konservieren. Wenn in den Kohlenstoffstahl auch
andere Legierungselemente eingeführt
sind, wie Si, Cr, Ni und/oder Mikrolegierungselemente, wie V und
Nb, welche häufig
notwendig sind, um bestimmte mechanische Eigenschaften und Mikrogefüge zu erzielen,
ist die Rekristallisation bei Temperaturen < 950°C
praktisch nicht vorhanden. Es muss im Gedächtnis behalten werden, dass
bei den Systemen des Standes der Technik die Berührung mit wassergekühlten Walzen
eine deutliche Abkühlung
des Streifens bzw. Bandes bewirkt, und auch da die Abkühlraten
sehr niedrig sind (erhöhte
Berührungszeiten)
und die Verringerung, die von einem einzelnen Durchgang ausgeübt werden,
häufig
erhöht
sind (größere Länge des
Bogens der Berührung).
Unmittelbar nach dem Walzen, liegen die typischen Temperaturen für gegossene
grobkörnige
dünne Streifen
bzw. Bänder
(< 3.5 mm) im Allgemeinen
bei < 1.050°C, häufig bei < 1.000°C, und fallen
innerhalb einiger Sekunden auf < 950°C, auch in
dem Fall, dass der Streifen bzw. das Band in ruhiger Luft abgekühlt wird.
Daher ist bis heute bei den bekannten Verfahren die Rekristallisation
von gegossenen grobkörnigen
Gefügen
in Kohlenstoffstählen
und in niedrig legierten Stählen
immer nur teilweise, mit nicht-homogenen Gefü gen, welche hauptsächlich großformatige
Körner
aufweisen, die nicht geeignet sind, um die gewünschten Endeigenschaften zu entwickeln.
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Ein
Gegenstand der Erfindung ist es, ein unmittelbares Verfahren zur
Herstellung von Streifen bzw. Bändern
aus Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Stahl bereitzustellen,
durch eine gesteuerte Rekristallisationsbehandlung, welche an einem
verfestigten groben Streifen bzw. Band währen des Walzenwegüberganges
vor dem Aufwickeln auf der Wickelvorrichtung durchgeführt wird.
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Insbesondere
wird unmittelbar und in einer schnellen Abfolge ein Walzen, ein
Glühen
(schnelles Erwärmen
mit Halten bei voreingestellten Temperaturen für kurze Dauer, um eine fast
vollständige
Rekristallisation des Austenits und/oder des Ferrits Verfestigung
während
der Deformation und ein gesteuertes Abkühlen r (optional einschließlich direktem
Galvanisieren) vor dem Aufwickeln auf den Wickelvorrichtung durchgeführt.
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Dieser
Gegenstand wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Stahlstreifen
bzw. -bändern
erzielt, wie in Anspruch 1 definiert.
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Das
neuartige Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- • Gießen von
Streifen bzw. Bändern
in einer kontinuierlichen Zweiwalzen-Stranggießvorrichtung (A) mit einer
Dicke in dem Bereich von 1 bis 6 mm und einer Zusammensetzung, ausgedrückt als
Masse-%, umfassend die folgenden Bestandteile:
0,02–0,20 C;
0,1–1,6
Mn; 0,02–2,00
Si; < 0,05 Al; < 0,03 S, < 0,1 P; 0,01–1,5 Cr,
0,01–0,5
Ni; < 0,5 Mo; 0,003–0,12 N;
und gegebenenfalls < 0,03
Ti; < 0,10 V; < 0,035 Nb; < 0,005 B; Rest Eisen
und unvermeidbare Verunreinigungen;
- • Geregeltes
Abkühlen
des Streifens bzw. Bandes in dem Bereich, welcher zwischen den Gusswalzen
und einer Waizenanlage (E) vorhanden ist,
- • Warmumformen
des gegossenen Streifens bzw. Bandes durch die Walzenanlage (E)
bei einer Temperatur in dem Bereich von 1.150°C bis (Ar1 – 100)°C, bis eine
Dickeverringerung von 15 bis 80% bewirkt wurde, wobei das Warmumformen
aus der Gruppe gewählt
wird, umfassend:
- – Walzen
bei > Ar3 Temperaturen
und in einer vollständig
austenitischen Phase, wobei Ar3 die Temperatur ist,
bei welcher die Umwandlung des kontinuierlich abgekühlten Austenits
beginnt;
- – Walzen
bei einer < Ar1 Temperatur in einer vollständig ferritischen
Phase;
- – Walzen
bei einer Temperatur in dem Bereich von Ar3 bis
Ar1 und unter Bedingungen der Koexistenz
der austenitischen Phase und der ferritischen Phase;
- • Halten
des Streifens bzw. Bandes auf einer geregelten Temperatur in einer
isolierten Anlage (F), welche zwischen einem Auslass der Walzenanlage
(E) und einem Einlass einer Heizanlage (G) vorhanden ist;
- • Erwärmen des
Streifens bzw. Bandes mit der Heizanlage (G) bei Temperaturen in
dem Bereich von 670°C bis
1.150°C
für Zeiträume zwischen
5 bis 40 Sek., um so eine Rekristallisation von > 95% bezüglich des Volumens des Streifens
bzw. Bandes zu erzielen;
- • Geregeltes
Abkühlen
in dem Bereich, welcher zwischen einem Auslass der Heizanlage (G)
und einer Wickelanlage vorhanden ist, welche gegebenenfalls eine
Vielzahl von Wickelvorrichtungen (N, P) enthält, des so erhaltenen Streifens.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, Streifen
bzw. Bänder
aus Kohlenstoffstahl und aus niedrig legiertem Stahl bereitzustellen,
hergestellt mit dem hier beschriebenen Verfahren, mit einer Enddicke
in dem Bereich von 4,5 bis 0,7 mm und mit voreingestellten Feingefüge-Eigenschaften,
welche in der Lage sind, die folgenden Eigenschaften zu entwickeln,
und die für
verschiedene Anwendungsgebiete geeignet sind:
- • Kaltverformbarkeit
für nicht
stark beanspruchte Anwendungen, wie Biegen und Ziehen, zur Herstellung von
Bauteilen für
elektrische Haushaltsgeräte
(z.B. Deckel von Kühlschränken, Heizkörpern, Kühlsystemen)
und für
die Bauindustrie (z.B. Dachrinnen, Fensterrahmen, Garagentüren, Decken
etc.)
- • Kaltverformbarkeit
auch für
stark beanspruchte Anwendungen (z.B. Felgen)
- • Verwendung
in der Bauindustrie (z.B. Führungsschienen,
Fahrzeugbauteile, Behälter
etc.)
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Die
folgende Erfindung wird besser nachfolgend durch die Beschreibung
einer Ausführungsform
dieser erläutert,
welches als Beispiel angegeben wird und nicht begrenzen soll, mit
Hilfe der beigefügten
Zeichnungen, wobei:
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1 ein
vereinfachtes Schema einer kontinuierlichen Gießvorrichtung für dünne Streifen
bzw. Bänder
ist und die Anordnungen für
die unmittelbare Rekristallisation und das sehr geregelte Abkühlen der
Streifen bzw. Bänder,
welche für
die vorliegende Erfindung verwendet werden;
-
2 zeigt
ein Schema der unmitterlbaren Rekristallisation und der Abkühlzyklen,
welche auf die gegossenen groben Streifen angewendet werden;
-
3 und 4 zeigen
Feingefüge,
die durch ein optisches Mikroskop erkannt werden können.
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In
Bezug auf 1 stellt das Verfahren der vorliegenden
Erfindung die Verwendung einer kontinuierlichen Gießvorrichtung
mit einer Zwei-Walzen-Blockform zur Verfügung, welche durch die Bildung
von großformatigen
Körnern
(150 bis 1.500 μm)
in dem verfestigten groben Erzeugnis charakterisiert sind. Nachgeschaltet
sind Kühleinrichtungen
(B und D) bereitgestellt, um den Streifen bzw. das Band, welche
diese kontinuierlich kreuzen, auf eine geregelte Weise abzukühlen, geführt durch
die Abziehrollen (C) einer per se bereits bekannten Konstruktion.
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Während der
Verfestigung und dem Entnehmen aus der Blockform (A) wird der Streifen
bzw. das Band einer gleichmäßigen Kraft
unterworfen, z.B. durch die Wirkung der zwei Walzen, um so die Erzeugung
von Hohlräumen
durch Schrumpfen zu begrenzen. Anschließend wird der gegossene Streifen
bzw. das Band auf beiden Seiten einem Abkühlen unterworfen, um das Wachstum
sowohl der austenitischen Körner
und der Oberflächenoxidschicht
zu verringern. Die Abkühlzyklen,
des wie-gegossenen Stahlstreifens bzw. des Bandes, sind eingestellt
und wirken auf die Gießrate,
die Flussrate und die Anzahl der aktiven Abkühlbereiche (Module).
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Das
Paar der Abkühlsysteme
B und D weist Module auf, welche einzeln betätigbar sind, in den einzelnen
Bereichen variierbar sind und in der Lage sind, auf den Streifen
bzw. das Band Abkühlraten
von bis zu 200°C/Sek.
auszuüben.
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In
diesen Modulen wird das Abkühlen
durch Abkühlarten
erzielt, gewählt
aus der Gruppe umfassend: Natürliche
Luft, Druckluft, Schutzgasdüsen
in einer inertisierten Kammer, Luft-Wasser, Wasser und deren Kombinationen.
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Stromabwärts des
Kühlsystems
D ist eine Walzenanlage bereitgestellt, bestehend aus einem oder mehreren
Gerüsten
(E), welche in der Lage sind, in einem einzelnen oder in mehreren
Durchgängen
eine Verringerung der Dicke von insgesamt 15–80% zu bewirken, um die restliche
Porosität
zu einer akzeptierbaren Größe zu reduzieren,
aufgrund der festen Kontraktion und um eine Verfestigung des bestehenden
Gefüges zum
Zeitpunkt der Deformierung zu induzieren.
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Die
Gerüste
sind so nahe wie möglich
angeordnet, um so sehr kurze Durchgangszeiten zu erzielen (kürzer als
der Zeitraum, welcher notwendig ist, um 50% Rekristallisation im
Volumen zu erzielen) und um eine Deformationsakkumulierung in dem
Material zu ermöglichen
(je größer die
akkumulierte Deformation ist, desto schneller ist die Materialrekristallisation
und die Erweichungskinetik). Insbesondere findet die Warmumformung
des gegossenen Streifens bzw. Bandes mittels zwei aufeinander folgender
Gerüste
statt, welche jeweils eine Dickeverringerung von 15–40% bereitstellen.
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Des
Weiteren ist ein schnelles Heizsystem (R) bereitgestellt, welches
die Temperatur des Streifens, an dem Einlass des Walzsystems (E)
regeln soll, gemäß der Stahlzusammensetzung
und des auszuführenden thermomechanischen
Zyklus.
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Das
schnelle Heizsystem (R) ist stromabwärts des geregelten Kühlsystems
(D) angeordnet.
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An
dem Auslass von E ist ein weiteres System (F) angeordnet, welches
einen Tunnel umfasst, welcher mit natürlicher Luft oder Schutzgas
isoliert ist, oder deren Kombinationen, und welches die Temperatur
des Streifens bzw. Bandes halten soll, das in den Ofen (G) eintreten
soll, der in der Nähe
E angeordnet ist. Insbesondere verhindert in dem Fall der isolierte
Bereich von austenitischen Phasen-Walzen, dass die Temperatur unter
Ar3 fällt
und eine Phasenumwandlung vor der austenitischen Rekristallisierung
beginnt.
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Der
Ofen (G), welcher ein Induktions-, Gas- oder dergleichen Ofen sein
kann, ist in der Lage, in einer reduzierenden oder einer nicht-reduzierenden
Atmosphäre
betrieben zu werden, und die Streifen- bzw. Bandtemperatur schnell
(in weniger als 12 Sekunden) auf Temperaturwerte in dem Bereich
von 670 bis 1.150°C
zu bringen, geeignet um eine fast vollständige Rekristallisation des
Materials (> 95% im
Volumen) mit Temperaturhaltezeiten von 5–40 Sek. zu erzielen. Die Glühtemperatur
wird ausgewählt,
um so in ein vollständig
austenitisches Gebiet (Walzen im austenitischen Gebiet) oder ein
ferritisches Gebiet (Walzen im ferritischen Gebiet) oder in ein
Mischphasengebiet zu fallen, in welchem Ferrit und Austenit koexistieren,
Walzen im ferritischen oder Mischphasengebiet (wie in 2 angegeben).
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Rechts
an dem Ofenauslass ist das Reinigungssystem (H) angeordnet, welches
Oxide oder Oxidrückstände entfernt,
die teilweise oder vollständig
von der Ofenatmosphäre
reduziert werden, von der Streifen- bzw. Bandoberfläche.
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Stromabwärts des
Systems H, entlang des Walzenweges, welcher zu den Wickelvorrichtungen
(N, P) führt,
ist eine Anzahl von wenigstens drei geregelten Abkühlmodulen
(I, L, M) angeordnet. Diese Module sind in der Lage, auf den Streifen
bzw. das Band Abkühlraten
auszuüben,
die in einzelnen Bereichen variabel sind und zwischen 800°C/Sek. (ultraschnelles
Abkühlen)
bis 0,01°C/Sek.
(Isolierung) liegen.
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Beim
Ermitteln der Streifen- bzw. Bandtemperatur an dem Ofenauslass,
wird der Abkühlzyklus
des Streifens bzw. Bandes durch Messen mit einer geeigneten Einrichtung,
gemäß der Phasenumwandlungseigenschaften
des Stahles definiert, welche hauptsächlich von der tatsächlichen
Größe der austenitischen
Körner
und der chemischen Analyse des Stahles abhängt, um so die gewünschten
Gefüge
zu entwickeln. Auf dem Walzenweg, zwischen den verschiedenen Modulen,
sind andere Temperaturmesser angeordnet (z.B. Pyrometer), welche
ein Aufzeichnen des thermischen Zyklusses ermöglichen. Der Letztere kann
sehr komplex sein (z.B. beschleunigtes Abkühlen, in Luft abkühlen, Einwickeln)
in dem Fall von Multiphasen-Feingefügen, welche aus verschiedenen
Bestandteilen bestehen, wie polygonale Ferrite, Bainit, Martensit
und/oder restliches Austenit, welche entwickelt werden.
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Eines
der Kühlmodule
ist auch geeignet, den Streifen bzw. das Band zu galvanisieren.
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Das
Band bzw. der Streifen wird jedoch bei einer Temperatur von 900
bis 150°C
eingewickelt.
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Verschiedene
Untersuchungen im Labor und in Großanlagen wurden durchgeführt, welche
Stähle
einsetzen, deren Zusammensetzung in Masse-% durch das folgende Gebiet
definiert ist:
0,02–0,20
C; 0,1–1,6
Mn; 0,02–2,00
Si; < 0,05 Al; < 0,03 S; < 0,1 P; 0,01–1,5 Cr;
0,01–0,5
Ni; < 0,5 Mo; 0,003–0,012 N;
und gegebenenfalls < 0,03
Ti; < 0,10 V; < 0,035 Nb; < 0,005 B, Rest Eisen
und unvermeidbare Verunreinigungen.
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Die
Untersuchungen hoben hervor, dass:
- a) Die Körner des
gegossenen groben Streifens bzw. Bandes grobe mittlere Größen (> 150 μm) und häufig eine
säulenartige
Form aufweisen, welche das verfestigte Makrogefüge zeigen.
- b) Die dynamische Rekristallisation, mit diesen Größen der
anfänglichen
Körner
und für
die oben angegebene chemische Analyse, nicht für die typischen unmittelbaren
Walzbedingungen von gegossenen groben Streifen bzw. Bändern aktiviert
wird (15–40%
Reduktion, 10–35
Sek.–1 Verformungsrate,
1.000–1.150°C Deformierungstemperatur).
- c) Eine 30–40%ige
Reduktion bei 1.000–1.150°C eine statische,
noch teilweise Rekristallisation induziert, wobei ein beträchtlicher
Teil grober Körner
(> 50% im Volumen)
zurückbleibt.
Tatsächlich
wird die Kinetik der austenitischen Kristallisation, welche an sich
bereits langsam ist, noch langsamer wenn sich die Temperatur des
Bandes bzw. des Streifens nach dem Ende des Heißwalzens verringert. Eine Ungleichmäßigkeit
des Feingefüges
ergibt sich, welches nicht kompensiert werden kann durch die Wirkung
des nachfolgenden geprüften/geregelten
Abkühlens
und Einwickelns.
- d) Durch Verringern der Deformierungstemperatur in dem austenitischen
Gebiet wird die statische Rekristallisation gehemmt, und bei den
nachfolgenden Phasenumwandlungen an den Enden der ursprünglichen austenitischen
Körner,
wird die ferritische Keimbildung an den Deformierungsbändern im
Inneren der groben Körner
sichergestellt. Das Endresultat ist ein sicheres, noch nicht homogenes
Verfeinern des Gefüge.
- e) Die in der Nähe
der Oberflächen
des gegossenen und gewalzten groben Streifens bzw. Bandes angeordneten
Körner
sind häufig
dünner
als die mit der mittleren Dicke, aufgrund der Dishomogenität der Deformation
der Dicke und der Temperaturgradienten bei dem unmittelbaren Walzen.
- f) Die fehlende oder unvollständige Rekristallisation nach
dem unmittelbaren Walzen, kombiniert mit dem spärlichen Verfeinern und der
geringen Gleichförmigkeit
des resultierenden Feingefüges,
ist ein kritischer Faktor zur Entwicklung der Streifen bzw. Bänder für einen
strukturellen Einsatz (welche eine hohe Festigkeit und geeignete Zähigkeit
erfordert) und für
direkte Anwendungen, bei welchen kaltgewalzte Streifen bzw. Bänder, in
Baugebieten und Haushaltsgeräten
verwendet werden.
- g) Eine fast vollständige
Rekristallisation (> 95%
in Bezug auf das Volumen) des Austenits mit einer sehr groben anfänglichen
Struktur wird in weniger als 40 Sekunden erzielt, auch in niedrig-legiertem
Stahl mit einer Zusammensetzung, welcher in die angegebenen Grenzen
fällt,
und wobei ein unmittelbares Glühen bei
Temperaturen von 1.050–1.100°C, unmittelbar
nach der Heißwalzstufe
(> 15% Deformation
bei 950–1.150°C) eingeführt wird.
- h) Viel höhere
Temperaturen beschleunigen die statische Rekristallisation, führen jedoch
zu übermäßig großen Größen (> 120 μm) der rekristallisierten
austenitischen Körner.
- i) Nach der gesteuerten unmittelbaren Rekristallisationsbehandlung,
sind die austenitischen Körner
epiaxial und gleichmäßig, mit
mittleren Größen in dem
Bereich von 50 bis 120 μm,
gemäß der beim
Walzen akkumulierten Deformierung und bei den eingesetzten Glühtemperaturen.
Diese austenitischen Körner
erzeugen nach dem geregelten Abkühlen
ferritische Körner
mit einer Größe von 15
bis 30 μm,
in dem Fall von Abkühlraten
von > 10°C/Sek. und
einem Einwickeln bei Temperaturen > 700°C. In dem
letzteren Fall sind auch Perlit-Inseln beobachtbar, deren Volumenanteil
mit dem Kohlenstoffgehalt in dem Stahl zusammenhängt.
- j) Die unmittelbare Rekristallisation ermöglicht durch Homogenisierung
des austenitischen Gefüges
und der Streifen- bzw. Bandtemperaturen der Länge nach wie auch der Breite
nach, die Vielzahl der Gefüge,
polygonal, nadelförmig
oder anders unvermeidbar, zu reduzieren, und hat Vorteile der Reproduzierbarkeit
der mechanischen Eigenschaften zur Folge, insbesondere für die direkt
eingesetzten Erzeugnisse, die die traditionellen kalt-geglühten Streifen
bzw. Bänder
ersetzen.
- k) Das Walzen des gegossenen groben Streifens bzw. Bandes, kann
in dem Fall von Streifen mit wenig Kohlenstoff (C < 0,06%) ohne das
Problem der übermäßigen Walzkraft
auch in dem ferritischen Gebiet durchgeführt werden, d.h. bei Temperaturen
in dem Bereich von Ar1 bis Ar1 – 100°C. Für Deformationen > 25% in dem ferritischen
Gebiet und dem unmittelbaren Glühen,
durchgeführt
bei Temperaturen von 670–720°C, jeweils
für Zeiträume > 40 Sek., mit einem
schnellen Einwickeln des Streifens bzw. Bandes bei solchen Temperaturen,
werden ferrite Gefüge
mit Körnern
oder Subkörnern
mit Größen von
30–60 μm (unterer
Ausbeutewert) und einer homogenen Karbidverteilung (Abwesenheit
von streifenförmigem
Perlit) zu erhalten, welche für
nicht harte Kaltverformungsschritte geeignet sind, wie Biegen und
Ziehen.
-
In
dem Fall des Walzens in einem ferritischen oder Mischphasengebiet,
können
sogar Stahlstreifen bzw. -bänder
mit 0,06–0,2%
Kohlenstoff über
kurze Zeiträume
geglüht
werden. In diesem Fall wird auf ein Glühen im subkritischen Bereich
(Ac1–Ac3) zurückgegriffen.
Die Temperatur wird gemäß der Menge
des Austenits in dem Streifen bzw. Band eingestellt und auf die
gewünschte
Kohlenstoffanreicherung des Letzteren an dem Ofenauslass, vor der
geregelten Abkühlung,
welche gemäß der gewünschten
Mengen und Typen der in dem noch vorhandenen Ferrit dispergierten
Endgefüge
(z.B. Bainit- und Martensit-Inseln mit viel Kohlenstoff oder Bainit-
und restliche Austenit-Inseln) angepasst.
-
Die
vorliegende innovative unmittelbare Rekristallisierungsbehandlung
von gegossenen groben Streifen bzw. Bändern ermöglicht, indem die chemische
Analyse des Stahles ausgewählt
wird, die Walz- und Glühtemperaturen
und die unmittelbaren Abkühlzyklen
zu überprüfen, um
so geeignete Endfeingefüge
zu entwickeln, mit definierten Volumenanteilen an epiaxialen (polygonalen)
Ferrit, Perlit oder Karbiden, und nadelförmigen und/oder bei initischen
Ferrit und Inseln mit viel Kohlenstoff Martensit/restlichem Austenit.
Die unterschiedliche Verteilung der so erhaltenen Feingefügebestandteile,
die während
der Rekristallisationsbehandlungen in dem Ofen stattfindenden thermischen
und Feingefüge-Homogenisierung
ist überprüfbar und
es werden Streifen bzw. Bänder
mit unterschiedlichen Kombinationen an Festigkeit, Duktilität und Kalt-Verformbarkeit bereitgestellt.
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Insbesondere
wurden die Eigenschaften überprüft, die
die Erzeugung von Ferritgefügen
mit 30 bis 80 μm
epiaxialen Korn und Perlit und nicht-laminaren Karbiden betrifft,
erhalten durch die unmittelbare Rekristallisierung von Austenit
oder von Ferrit, abgeleitet von gegossenen groben Streifen bzw.
Bändern,
von Stählen mit
wenig Kohlenstoff (C < 0,06%)
mit einem sehr groben anfänglichen
Gefüge.
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Behandlungen
für die
unmittelbare Rekristallisation und das geregelte Abkühlen der
gegossenen groben Stahlstreifen bzw. -bänder in niedrig legiertem Stahl,
enthaltend Mn, Si und gegebenenfalls andere Elementen wie Cr, wurden
durchgeführt,
um Multiphasengefüge
zu entwickeln, enthaltend Ferrit (> 55%),
Bainit (5–40%)
und eine Streuung an Martensit-Inseln
mit viel Kohlenstoff (1–15%
C). Die Letzteren sind dadurch gekennzeichnet, dass sie an der Ferrit-Zwischenfläche eine
hohe Versetzungsdichte aufweisen, in Bezug auf die herkömmlichen
polygonalen Ferrit/Perlit-Gefüge.
Das erzielte Endmaterial weist eine kontinuierliche Spannungsverformungskurve
auf, bereitgestellt mit einer guten Mischung an Flüssigkeit
und Duktilität.
Die Ausnutzung einer sub-kritischen Rekristallisationsbehandlung
bei kontinuierlich gegossenen Streifen bzw. Bändern, wurden Mikrogefüge, die
deutliche Mengen an Rest-Austenit (5–20%) zeigten, hergestellt.
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Gemäß des Gegenstandes
der Erfindung, werden einige Ausführungsformen dieser offenbart.
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BEISPIEL 1
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Ein
Streifen bzw. Band mit 1,6 mm Dicke wurde gemäß des Verfahrens der vorliegenden
Erfindung hergestellt und unter Verwendung von Stahl A, dessen Analyse
in Tabelle 1 dargestellt ist.
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Tabelle
1 Chemische
Analyse des Stahls A
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Der
geschmolzene Stahl wurde in eine vertikale kontinuierliche Gießvorrichtung
(1) eingegossen, mit einer Zwei-Walzen-Blockform
und mit einer mittleren Trennungskraft von 6 t/m Die Streifen wurden
an dem Blockformauslass gekühlt,
bis sie eine Temperatur von 1.080–1.100°C an dem Walzenanlagen-Einlass
erreichten. Eine Gesamtverringerung der Dicke von 35% wurde bewirkt.
Die nachfolgenden Abkühl-
und Erwärmungsschritte
wurden durchgeführt,
wie schematisch in 2 dargestellt, um so eine minimale
Temperatur Tm, ≥ 850°C, eine Aufwärmhärte von
10°C/Sek.,
eine maximale Temperatur des Streifens bzw. Bandes von 1.050°C in dem
Ofen, mit 10 Sekunden Haltezeiträumen
zu erzielen. 15°C/Sek.
Abkühlraten
wurden an dem Ofenauslass ermittelt und bis zu dem Einwickeln. Das
Letztere wurde bei Temperaturen > 750°C durchgeführt. Die
Eigenschaften des Feingefüges
und die mechanischen Eigenschaften des fertigen Streifens bzw. Bandes, in
Bezug auf die mittlere Größe (d) der
Ferritkörner,
Perlit (P) %, niedrigster Ausbeutewert (ReL),
Ausfallfestigkeit (Rm), ReL/Rm-Verhältnis, äußerste Dehnung
(A) sind in Tabelle 2 angeführt.
Das Verhältnis
zwischen der Standardabweichung und dem mittleren Wert für die Ausfallfestigkeit
und für
die Dehnung ist das von 2,5% und das von 3%. Diese Werte zeigen
eine hohe Überprüfbarkeit
des fertigen Mikrogefüges,
induziert durch das Einführen
der unmittelbaren Rekristallisation.
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Tabelle
2 Eigenschaften
des Feingefüges
und der mechanische Eigenschaften des Stahlstreifens bzw. Bandes
A mit einer Enddicke von 1,6 mm
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3 zeigt
das typische Feingefüge
des Streifens bzw. Bandes, wie durch ein optisches Mikroskop beobachtbar.
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Wie
deutlich ist, wurde ein Ferrit-Gefüge mit epiaxialem Korn und
Perlit-Inseln erzeugt.
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BEISPIEL 2
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Ein
Streifen bzw. Band mit einer Enddicke von 1,6 mm wurde gemäß des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Stahl B hergestellt.
Die Analyse des Letzteren ist in Tabelle 3 angeführt.
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Tabelle
3 Chemische
Analyse des Stahls B
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Der
geschmolzene Stahl wurde in eine vertikale kontinuierliche Gießvorrichtung
eingegossen mit einer Zwei-Walzen-Blockform und einer 5,5 t/m mittleren
Trennungskraft. Die Streifen wurden an dem Blockformauslass abgekühlt, bis
sie eine Temperatur von 1.080–1.100°C an dem
Walzenanlageneinlass erreichten. Eine gesamte Verringerung der Dicke
von 35% wurde bewirkt. Die nachfolgenden Abkühl- und Erwärmungsschritte wurden durchgeführt, wie
schematisch in 2 dargestellt, um so eine minimale
Temperatur Tm ≥ 850°C, eine Erwärmungsrate
von 8°C/Sek.,
eine maximale Temperatur des Streifens bzw. Bandes in dem Ofen von 1.050°C, mit Haltezeiten
in diesem von 12 Sek. zu erzielen. Abkühlraten von 15°C/Sek. wurden
an dem Ofenauslass ermittelt und bis zum Einwickeln. Das Letztere
wurde bei Temperaturengrößen von > 750°C durchgeführt. Die
Eigenschaften des Mikrogefüges
und die mechanischen Eigenschaften des fertigen Streifens bzw. Bandes,
in Bezug auf die mittlere Größe (d) der
Ferritkörner,
Perlit % (P), Wert der niedrigsten Ausbeute (ReL), Ausfallfestigkeit
(Rm), RL/Rm-Verhältnis, äußerste Dehnung (A) sind in
Tabelle 4 angeführt.
Das Verhältnis
zwischen der Standardabweichung und dem mittleren Wert für die Ausfallfestigkeit
ist das des 3% und das des 3,5%.
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Tabelle
4 Eigenschaften
des Feingefüges
und der mechanische Eigenschaften des Stahlstreifens B mit 1,6 mm
Enddicke
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4 zeigt
das typische Feingefüge
des Streifens, wie durch ein optisches Mikroskop beobachtbar.
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BEISPIEL 3
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Ein
Streifen bzw. Band mit 1,6 mm Dicke wurde hergestellt, gemäß des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Stahl A. Die Analyse
des Letzteren ist in Tabelle 1 angeführt.
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Der
geschmolzene Stahl wurde in eine vertikale kontinuierliche Gießvorrichtung
mit einer Zwei-Walzen-Blockform gegossen, und mit einer mittleren
Trennungskraft von 6 Um. Die Streifen wurden an dem Blockformauslass
abgekühlt,
bis sie eine Temperatur von 690°C
an dem Walzen-Anlageneinlass erreichten. Eine gesamte Verringerung
der Dicke von 37% wurde bewirkt. Die nachfolgenden Abkühl- und
Erwärmungsschritte wurden
durch geführt,
wie schematisch in 2 dargestellt, um so eine minimale
Temperatur ≥ 670°C, Tm 67°C, eine Aufwärmrate von
5°C/Sek.,
eine maximale Temperatur von 720°C
des Streifens bzw. Bandes in dem Ofen, mit Haltezeiten in diesen
von 15 Sek. zu erzielen.
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Abkühlraten
von < 0,5°C/Sek. wurden
an dem Ofenauslass ermittelt und bis zu dem Einwickeln. Das Letztere
wurde bei Temperaturen ≥ 700°C durchgeführt. Die
Eigenschaften des Feingefüges
und die mechanischen Eigenschaften des fertigen Streifens bzw. Bandes
in Bezug auf die mittlere Größe (d) der
Ferritkörner, der
Wert der niedrigsten Ausbeute (ReL), die
Auswahlfestigkeit (Rm), ReL/Rm Verhältnis, die äußerste Dehnung
(A) sind in Tabelle 5 angeführt.
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Tabelle
5 Eigenschaften
des Feingefüges
und die mechanische Eigenschaften Eines unmittelbar rekristallisierten,
gewalzten Ferrit-Phasen Stahlstreifens A mit 1,6 mm Enddicke
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Ein
optisches Mikroskop zeigte ein Ferritgefüge, mit nicht-laminaren dispergierten
Karbiden auf dem so erhaltenen Streifen.
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BEISPIEL 4
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Ein
Streifen bzw. Band mit 2,4 mm Enddicke wurde hergestellt, gemäß des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Stahl C. Die Analyse
des Letzteren ist in Tabelle 6 dargestellt.
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Tabelle
6 Chemische
Analyse des Stahls C
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Der
geschmolzene Stahl wurde in eine vertikale kontinuierliche Gießvorrichtung
gegossen mit einer Zwei-Walzen Blockform und einer mittleren Trennungskraft
von 6,5 t/m. Die Streifen bzw. Bänder
wurden an dem Blockformauslass abgekühlt und dann erwärmt, bis
sie an dem Walzenanlageneinlass eine Temperatur von 840–860°C erzielten.
Eine gesamte Verringerung der Dicke von 40% wurde bewirkt. Die nachfolgenden Abkühl- und Erwärmungsschritte
wurden durchgeführt,
wie schematisch in 2 dargestellt, um so eine minimale
Temperatur ≥ 880°C, eine Erwärmungsrate
von 8°C/Sek.,
eine maximale Temperatur des Streifens bzw. Bandes in dem Ofen von
1.050°C,
mit Haltedauern von 12 Sek. in diesen zu erzielen. Stromabwärts des
Ofens betrugen die Abkühlraten
zwischen 50°C/Sek.
bis 700–680°C/Sek., 5
Sek. Abkühlen
in natürlicher
Luft, ≤ 400°C gedrängte Abkühlung (40–80°C Sek.).
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Einwickeln bei Temperaturen
von 400–380°C
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Ein
gemischtes Ferrit/Bainitgefüge
mit restlichen Austenitinseln wurde erzeugt. Die Volumen-Prozente des
restlichen Austenits, gemessen durch Röntgenbeugung, betrug 12%. Das
Gefüge
zeigte die in Tabelle 7 dargestellten Eigenschaften.
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Tabelle
7 Eigenschaften
des Feingefüges
und mechanische Eigenschaften des Stahlstreifens bzw. Bandes C mit
der Enddicke von 2,2 mm
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Der
erhöhte
Wert der Ausbeute (Rp02) und der Wert der
Auswahlfestigkeit Rm sind immerhin von einem niedrigen Ausbeute/Ausfall-Verhältnis begleitet,
einer guten Duktilität
(> 22% Dehnung) und
einem besonders hohen Ergebnis (> 16.000
MPa%) der Dehnung × Ausfallfestigkeit
(A × Rm)
Parameter.
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Diese
Eigenschaften werden von der guten Gefügehomogenität und durch die Anwesenheit
des restlichen Austenits verliehen, erzielt mit der unmittelbaren
Rekristallisation der kontinuierlich gegossenen groben Streifen
bzw. Bänder.