DE69628648T2

DE69628648T2 - Verfahren zum kontinuierlichen warmwalzen

Info

Publication number: DE69628648T2
Application number: DE69628648T
Authority: DE
Inventors: Shinji Matsuo; Katsuhiro Maeda; Seiji Arizumi; Minamida; Ohara; Takaaki Nakamura; Hiroki Kato; Nishibayashi; Masakazu Abe
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-03-04
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2016-11-16
Also published as: JP3304982B2; CN1078828C; KR100244904B1; AU689053B2; EP0827788B1; DE69628648D1; EP0827788A4; US6068177A; EP0827788A1; CN1183740A; AU7588096A; WO1997032675A1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Warmwalzen eines Stahlprodukts, und insbesondere ein Verfahren zum kontinuierlichen Warmwalzen, wobei kontinuierliches Warmwalzen in einem derartigen Zustand durchgeführt wird, daß das Endteil eines vorhergehenden Stahlprodukts und das Vorderteil eines nachfolgenden Stahlprodukts miteinander verschweißt worden sind.
Stand der Technik
Im Fachgebiet des Warmwalzens von Stahlprodukten wurden in den letzten Jahren das aneinanderfolgende Zusammenfügen von kontinuierlichen Stahlprodukten für das Warmwalzen, gefolgt vom kontinuierlichen Walzen bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit, was das sogenannte "kontinuierliche Warmwalzen" darstellt, versucht, um den Ausschuß an georderten Produkten gering zu halten, der durch die Bildung von Kratzern oder nicht zu tolerierenden Formabweichungen, aufgrund eines spannungsfreien Zustands im sogenannten „nicht-stationären Anteil" insbesondere im Vorderteil (Vorderbereich) und im Endteil (Endbereich), aufgrund nicht zu tolerierender Breite und Dicke des Blechs, verursacht durch die Gleitgeschwindigkeit bzw. Schlupf, aufgrund nicht zu tolerierenden Temperaturen und nicht zu tolerierender Oberflächenbeschaffenheit bzw. Oberflächengüte, verursacht durch die Beschleunigung und ähnliche Faktoren, und, zusätzlich, um Vorgänge wie das Entfernen von schadhaften Bereichen sowie das Nachbearbeiten von Blechen oder Platten für die Endbearbeitung zu reduzieren.
In diesem kontinuierlichen Warmwalzverfahren werden das Vorderteil und das Endteil eines grob warmgewalzten Stahlerzeugnisses, das in ein kontinuierlich Warmwalzwerk eingebracht werden soll, oder ein kontinuierliches Stahlprodukt zum Warmwalzen, wie ein hochtemperaturbeständiges kontinuierliches Stahlband mit geringer Dicke (in Form eines Blechs oder einer Rolle bzw. Spule), zuvor unter Verwendung einer fliegenden Endenschere geschnitten, der gesamte Bereich oder ein Teil der Schnittoberfläche des Endteils eines Stahlprodukts wird mit der Schnittfläche des Vorderteils eines anderen Stahlprodukts verschweißt, eine Anzahl von kontinuierlichen Stahlprodukten für das Warmwalzen werden unter identischen Walzbedingungen nacheinander warmgewalzt oder alternativ hierzu, mehreren unterschiedlichen Walzbedingungen unterworfen, wobei analog eines Regelverfahrens kontinuierlich variiert wird, und das warmgewalzte Stahlprodukt dann geschnitten und aufgeteilt, und, abwechselnd unter Verwendung mehrerer Aufwickelmaschinen aufgewickelt.
Elektrostumpfschweißen, Zusammenfügen unter Druck, Laserschweißen und ähnliche Verfahren wurden als Schweißverfahren getestet. Von diesen Verfahren ist das Laserschweißen vorteilhaft in Hinblick auf Schnelligkeit, Festigkeit der Fuge und Qualität der Fuge.
JP08309402 repräsentiert den nächsten Stand der Technik. Dieses Dokument offenbart ein Schweißverfahren für warmgewalzten Stahl unter Verwendung eines Laserstrahls. Ein Schweißzusatzmetall, das 0,05 bis 3% Aluminium, Silizium und Titan oder insgesamt 0,05 bis 3% dieser drei Elemente gemeinsam enthält, wird in die Schweißzone eingebracht.
JP04327388 zeigt ein Verfahren; das die folgenden Schritte beinhaltet: zunächst wird ein Stück des Endteils eines Stahlprodukts und des Vorderteils eines nachfolgenden Stahlprodukts geschnitten, um aneinandergrenzende Oberflächen zu schaffen, anschließend werden die aneinandergrenzenden Oberflächen aneinandergefügt, um einen aneinandergrenzenden Bereich zu schaffen, und unter Bearbeitung des Oberflächenbereichs mit Hilfe eines von einer Laservorrichtung erzeugten Laserstrahls wird eine geschmolzene Schweißzone gebildet.
Ein Laserschweißverfahren wird zum Beispiel in der geprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) No. 4-237584 vorgestellt. In dem in dieser Veröffentlichung vorgestellten Verfähren wird, nachdem die mittels eines Lasers geschnittenen Endflächen eines Stahls mit hohem Kohlenstoffgehalt aneinander gelegt werden, um anschließend das Laserschweißen durchzuführen, das Laserschweißen unter Zuführung eines Schweißzusatzdrahts in die Fuge vorgenommen, der 0,3 bis 10 Gewichtsprozent Aluminium enthält.
Im Einzelnen ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß das Laserschneiden eines kohlenstoffreichen Stahlblechs, das nicht weniger als 0,5% Kohlenstoff enthält, ermöglicht, daß der Sauerstoff, der von einer Oxidschicht, die sich auf der Schnittoberfläche gebildet hat, freigesetzt bzw. abgeschieden wurde, als Oxid gebunden werden kann, so daß das Zusammenfügen sogar während eines Wärmebehandlungsschrittes im Schweißprozeß bei einer sehr hohen Temperatur durchgeführt werden kann, ohne Schweißfehler durch das Oxid, die durch Aufschäumen des Oxides entstehen, so wie Gasblasen, zu verursachen.
Die oben genannte Veröffentlichung enthält jedoch kein Verfahren für das kontinuierliche Zusammenfügen eines Hochtemperaturstahlmaterials oder -bandes bei 900°C oder darüber.
Beim Zusammenfügen der Schnittoberflächen des Endteils eines Hochtemperatur-Stahlprodukts und der Schnittfläche des Vorderteils eines weiteren Stahlprodukts mit Hilfe des Laserschweißens ist die Menge bzw. die Dicke des Zunders, der sich auf der Schnittoberfläche der Endabschnitte der Stahlprodukte bildet, ein wichtiges Thema.
Im Einzelnen variiert die Dicke bzw. Menge des Zunders stark mit der Stand-by-Zeit, d. h. der Zeit zwischen der Vollendung des Schneidens des Endabschnitts des Stahlprodukts bis zum Schweißen (nachfolgend als Expositionszeit bzw. der Atmosphäre ausgesetzte Zeit bezeichnet), und der chemischen Zusammensetzung des Stahlprodukts.
Im Ailgemeinen wird Zunder, der aus einem Oxid aufgebaut ist, das sich auf der Oberfläche des Stahlprodukts gebildet hat, und die Umgebungsluft der geschmolzenen Fuge in eine durch Laserbestrahlung gebildete Schmelze eingebracht, und reagieren mit Kohlenstoff des Stahlprodukts und setzen ein CO-Gas frei. Dieser Trend ist beim Warmzusammenfügen signifikanter als beim Kaltzusammenfügen. Das CO-Gas wird nicht nur von der Oberfläche des aufgeschmolzenen Bereichs freigesetzt, sondern auch vom Inneren der Schmelze, was zu einer Schaumbildung führt, die Gasblasen hinterläßt. Dies verringert die Festigkeit der Verbindung zwischen den Stahlprodukten, und es ist die Möglichkeit gegeben, daß die Verbindung zwischen den Stahlprodukten während des Walzens bricht.
Aus diesem Grund sollte die Menge des Zunders, die sich im Endbereich des Hochtemperatur-Stahlprodukts bildet, sehr genau bestimmt werden, um genau den Sauerstoff, der von dem Zunder freigesetzt wird, abhängig von der Menge des Zunders zu entfernen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Erfindung liefert ein Verfahren, mit dem die oben genannten Probleme beseitigt werden können. Dieses Verfahren umfasst das Aneinanderlegen von Stoßflächen mehrerer Hochtemperatur-Stahlprodukte für das Warmwalzen gegeneinander, das anschließende Schmelzzusammenfügen der Stahlprodukte mittels Laser und das kontinuierliche Warmwalzen der Stahlprodukte, und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Schweißzusatzdraht aus einer Eisenlegierung zur geschmolzenen Fuge zugegeben wird, der ein Desoxidationsmittel in einer der Sauerstoffmenge in dem Zunder, der sich in der Stoßfläche bildet, entsprechenden Menge enthält.
Im Einzelnen werden ein Teil des hinteren Endes bzw. des Endteils eines vorhergehenden Materials und ein Teil des vorderen Endes bzw. des Vorderteils eines nachfolgenden Materials in einem Stahlprodukt für das Warmwalzen zuvor mit einer Endenschere oder einem vergleichbaren Werkzeug geschnitten, um eine Stoßfläche bzw. aneinandergrenzende Oberflächen zu schaffen.
Anschließend wird, nachdem die der Atmosphäre ausgesetzte Zeit bis zum Schweißen vorbei ist, die Dicke t_s des Zunders, der sich auf der angrenzenden Stoßfläche gebildet hat, mittels der gemessenen Temperatur T des Stahlprodukts, der Expositionszeit und der chemischen Zusammensetzung des Stahlprodukts bestimmt. Darüber hinaus wird der Anteil W_s des Zundergewichts relativ zum Gewicht des aufgeschmolzenen Bereichs der Schweißzone mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet.
Anschließend wird die Desoxidationskapazität K, die die Kapazität zur Entfernung des Sauerstoffs, der zum Zeitpunkt des Aufschmelzen des Zunders frei wird, darstellt, und den Anteil W_s des Gewichts des Zunders im aufgeschmolzenen Bereich der Schweißzone beinhaltet, mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet. K = 0,3·16/72·WS
Die Desoxidationskapazität K wird dann mit der Desoxidationskapazität K_c eines Desoxidationsmittels, das im Stahlprodukt enthalten ist, verglichen. Wenn K nicht höher als K_c ist, dann wird kein Schweißzusatzdraht aus einer Eisenlegierung zugegeben, da die Desoxidationskapazität des Stahlprodukts ausreicht, um die Bildung von Gasblasen zu verhindern.
Andererseits, wenn K größer ist als K_c, wird ein Schweißzusatzdraht aus einer Eisenlegierung, der mindestens eines der folgenden Elemente, nämlich Aluminium, Titan oder Silizium enthält, und eine Desoxidationskapazität K_c besitzt, dem Stoßbereich zugeführt, der durch die aneinandergrenzenden stumpfen Flächen gebildet wird, und zwar bei einer derartigen Zufuhrrate (einer Zusatzdrahtzufuhrrate), daß die Desoxidationskapazität K erfüllt wird während ein Laser auf den Schweißzusatzdraht aufgebracht wird, um einen aufgeschmolzenen Bereich der Schweißzone zu bilden.
Im Einzelnen wird, da das Stahlprodukt ein Desoxidationsmittel enthält, das mindestens eines der Elemente Aluminium, Titan oder Silizium enthält, die Desoxidationskapazität K mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet: K = Kc·Vc·Kf•Vf , wobei V_c das Verhältnis des Gewichts des Stahlprodukts zum Gewicht des aufgeschmolzenen Bereichs der Schweißzone darstellt und V_f das Verhältnis des Gewichts des zugeführten Schweißzusatzdrahts zum Gewicht des aufgeschmolzenen Bereichs der Schweißzone ist.
Wenn das Stahlprodukt kein Desoxidationsmittel enthält, dann ist K gleich K_f.
Entsprecherid dem Verfahren des Zusammenfΰgens, das auf den Desoxidationskapazitäten K, K_c und K_f basiert, da der Sauerstoff, der aus dem geschmolzenen Zunder im aufgeschmolzenen Bereich der Schweißzone absorbiert und in ausreichender Menge entfernt werden kann, um die Bildung von Gasblasen vollständig zu verhindern, zeigt die resultierende Fuge keine Einbußen bezüglich ihrer Festigkeit, und dies ermöglicht die kontinuierliche Durchführung des Warmwalzens ohne Schwierigkeiten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist die teilweise geschnittene Frontansicht, die das Schweißverfahren entsprechend dieser Erfindung verdeutlicht.
2 ist eine schematische, teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht einer Schweißung gemäß dieser Erfindung.
3 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Desoxidationskapazität K und dem Verhältnis σ der Zugfestigkeit des Basismetalls (vorhergehendes und nachfolgendes Stahlprodukt)zur Zugfestigkeit der Schweißung darstellt.
4 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem Sauerstoffanteil des Zunders und der Desoxidationskapazität K zeigt.
5(a) ist eine Querschnittsansicht im Moment der Bildung einer Gasblase in einer Schweißung, wenn W_S = 0,75 Gewichtsprozent und wenn die Desoxidationskapazität K < 0,05 Gewichtsprozent beträgt.
5(b) ist eine Querschnittsansicht einer Schweißung, wenn W_s = 0,75 Gewichtsprozent und die Desoxidationskapazität K ≥ 0,05 Gewichtsprozent beträgt.
Beste Ausführungsform der Erfindung
Zu Beginn wird das Laserschweißen mit Verweis auf 1 und 2 erläutert.
Wie in 2 dargestellt, wird der Schnittbereich 3A in dem Endteil eines vorhergehenden Stahlmaterials 1A und der Schnittbereich 3B in dem Vorderteil eines nachfolgenden Materials 1B hergestellt. Der Schnittbereich 3A stößt an den Schnittbereich 3B, um einen Stoßbereich 3 zu bilden. Ein von einem Laserschweißgerät 4 erzeugter Laserstrahl 5 wird auf den Stoßbereich 3 im Endbereich W₁ in Querrichtung zu den Stahlprodukten 1A und 1B gerichtet, um ein Plasma 6 zu erzeugen, wobei ein aufgeschmolzener Bereich der Schweißzone (eine Schweißnaht) 2 gebildet wird. Wie in 1 dargestellt, wird das Laserschweißgerät 4 in Querrichtung zu den Stahlprodukten bewegt, wobei sukzessive eine Schweißzone durch Schmelzen gebildet wird, und am Endbereich W₂ in Querrichtung zu den Stahlprodukten 1A und 1B angehalten.
Ein Zufuhrapparat 7 für den Schweißzusatzdraht wird in Querrichtung zum Stahlprodukt bewegt und ist mit der Vorschubgeschwindigkeit des Laserschweißgerätes koordiniert, und ein Schweißzusatzdraht 8 wird kontinuierlich mittels des Zufuhrapparats 7 zum aufgeschmolzenen Bereich der Schweißzone 2 zugegeben.
Der zugegebene Schweißzusatzdraht 8 wird mit Hilfe des Laserstrahls 5 erhitzt und im geschmolzenen Zustand zum aufgeschmolzenen Bereich der Schweißzone 2 zugegeben.
Der geschmolzene Schweißzusatzdraht, der zur aufgeschmolzenen Bereich der Schweißzone 2 zugegeben wird, wird in einer Mischung aus geschmolzenen Stahlmaterial als Bestandteil des aufgeschmolzenen Bereichs der Schweißzone und des Zunders aufgelöst. Dabei verhindert die oxidierende Wirkung der einlegierten Bestandteile des Schweißzusatzdrahts eine Reaktion des Kohlenstoffs mit dem Sauerstoff in dem Zunder, was einen Hauptgrund für die Bildung von Gasblasen darstellt, und beugt so der Bildung von CO-Gas vor.
Im Hinblick auf seine chemische Zusammensetzung sollte der Schweißzusatzdraht ein Metall enthalten, das ein Oxid bildet, das nicht ausgast, und ein Metall, das eine hohe Reaktionsfähigkeit mit Sauerstoff zeigt, ist geeignet. Beispiele für bevorzugte Metalle sind unter anderem Eisenlegierungen, die desoxidierende Elemente, wie Aluminium, Titan und Silizium, enthalten. Eisenlegierungen mit einer Zusammensetzung, die eine Festigkeit der Fuge gewährleistet, die der der Stahlprodukte entspricht, werden bevorzugt. Das desoxidierende Element wird in einer Menge von 0,1 bis 8,0% zugegeben. Ist die Menge des zugegebenen desoxidierenden Elements kleiner als 0,1%, dann läuft die Desoxidationsreaktion im aufgeschmolzenen Bereich der Schweißzone unzureichend ab, wogegen, wenn sie 0,8% übersteigt, wird der Härteunterschied zwischen dem Schweißmetall und dem Basismetall so groß, daß sich die Bearbeitungs- und Umformeigenschaften verschlechtern.
Darüber hinaus kann Kohlenstoff in einer Menge von 0,05 bis 0,15% in den aufgeschmolzenen Bereich der Schweißzone aufgenommen werden, um die Textur bzw. Mikrostruktur durch die Verfeinerung des Schweißmetalls zu stabilisieren und die Festigkeit zu sichern.
Wenn das Stahlprodukt das oben genannte Desoxidationselement enthält, wird die Zugabegeschwindigkeit des Schweißzusatzdrahts so reguliert, daß der Anteil des Desoxidationselements im Schweißzusatzdraht im aufgeschmolzenen Bereich der Schweißzone optimal ist.
Um die Desoxidation im aufgeschmolzenen Bereich der Schweißzone zu optimieren, sollte der Zusammenhang zwischen dem Anteil des Zunders, der in dem aufgeschmolzenen Bereich der Schweißzone aufgelöst ist, und der Desoxidationskapazität des Desoxidationselements zur Beseitigung des Sauerstoffs, der in dem Zunder enthalten ist, geeignet sein.
3 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Desoxidationskapazität K (Gewichtsprozent) im Falle eines Verhältnisses des Gewichts des Zunders ((Gewicht des Zunders/Gewicht des aufgeschmolzenen Bereichs der Schweißzone) × 100) von 0,75 Gewichtsprozent und den Anteil (σ) der Zugfestigkeit der Fuge zur Zugfestigkeit des Basismaterials darstellt. Wie in 3 deutlich wird, wenn K < 0,05 Gewichtsprozent ist, kommt es im Inneren der Fuge zu Gasblasenbildung, was verringerte Festigkeit zur Folge hat, wogegen, wenn K ≥ 0,05 Gewichtsprozent ist, die Festigkeit so eingestellt werden kann, daß sie mit dem Basismetall vergleichbar ist. Daher sollte die optimale Desoxidationskapazität entsprechend dem Gewicht des Zunders bestimmt werden.
Basierend auf den oben genannten technischen Erkenntnissen stellt diese Erfindung ein Verfahren bereit, das den richtigen Anteil eines desoxidierenden Elements im Bezug zur Menge des Zunders bereitstellt, respektive die richtige Desoxidationskapaität liefert. Dieses Verfahren wird genauer beschrieben.
Ein Teil des Endteils eines vorhergehenden Materials und ein Teil des Vorderteils eines nachfolgenden Materials in einem kontinuierlichen Stahlgußstreifen bzw. -band mit geringer Dicke nach dem Durchlaufen eines Wärmeofens oder alternativ ein Teil des Vorderteils eines grob gewalzten Materials und ein Teil des Endteils eines gewalzten Materials vor dem endgültigen Walzdurchlauf werden mit einer fliegenden Endensche re oder einem vergleichbaren Gerät geschnitten um aneinandergrenzende Schnittoberflächen bzw. Stoßflächen zu bilden.
Für das kontinuierliche Warmwalzen werden die Stoßflächen gegeneinandergelegt und durch Schmelzen verschweißt. In diesem Fall ist eine Expositionszeit an Umgebungsluft bzw. Atmosphäre für das Schmelzverschweißen nötig. Von Anfang an wird die Zeit t (Expositionszeit an Umgebungsluft bzw. Atmosphäre) zwischen dem Schneideprozeß und dem Schweißprozeß mit Hilfe eines Prözeßcomputers berechnet.
Darüber hinaus wird die Temperatur des zu walzenden Materials mit einem Strahlungsthermometer, das an einer Walzstrecke installiert ist, gemessen, um die absolute Temperatur T des Stahlprodukts zu bestimmen. Die Dicke t_s des Zunders, die sich in den Stoßflächen bildet, wird mit Hilfe der folgenden Formel berechnet (1).
wobei A eine Konstante darstellt, die abhängig vom Material variiert und im Fall eines gängigen kohlenstoffhaltigen Stahls 400 kg·m⁴·sec^–1 bei einer Temperatur von 800°C oder darüber entspricht,
Q die Aktivierungsenergie des Materials darstellt und im oben genannten Fall 33.000 kcal/kmol beträgt.
R eine Gaskonstante ist und 1,968 beträgt; und R_s die Zunderdichte in kg/m³ darstellt und im oben genannten Fall 5.400 kg/m³ beträgt.
Gemäß dieser Erfindung wird das Verhältnis W_s des Gewichts des Zunders in Gew.-% mit Hilfe der Zunderdicke t_s entsprechend der Gleichung (2) bestimmt.
vorausgesetzt daß R_m·d·w ≫ R_s(2d + w)·t_s ist,
wobei d die Tiefe der Schmelze (mm), w die Breite der Schmelze (mm), W die Breite der Schweißung (mm) und R_m die Dichte des Stahlprodukts (kg/m³) darstellt.
Im oben genannten Fall beträgt die Dichte des Stahlprodukts R_m = 7.800 kg/m³.
Somit wird die Desoxidationskapazität K, die ausreicht, um den heißen Zunder zu desoxidieren, entsprechend der folgenden Gleichung (3) berechnet. K = 0,3·16/72·Ws (3)
Der Anteil an Sauerstoff, der von dem Zunder frei wird, beträgt 16/72·W_s, entsprechend der Berechnung des Molekularverhältnisses, wobei 16 die Atommasse bzw. das Atomgewicht von Sauerstoff ist und 72 die Molmasse bzw. das Molekulargewicht von FeO ist. Generell wird die Desoxidationskapazität K auf einen höheren Wert im Verhältnis zum Sauerstoffanteil gesetzt. Gemäß der Experimente, die von diesen Erfindern durchgeführt wurden, wurde festgestellt, wie in 4 dargestellt, daß, wenn Sauerstoff in einer Menge von nicht weniger als 30% des Sauerstoffanteils des Zunders vorliegt, Gasblasen auftreten können.
Im Einzelnen zeigt 4 das Verhältnis zwischen dem Sauerstoffanteil des Zunders und der Desoxidationskapazität K (Desoxidationskapazität des Schweißzusatzdrahts). Aus 4 wird deutlich, daß die Entfernung von Sauerstoff mit einem Anteil von 30% und mehr (in der Zeichnung die Linie bei 0,30) das Problem der Gasblasenbildung beseitigen kann.
Dementsprechend wurde in dieser Erfindung die Gleichung (3) aufgestellt, die auf der Erkenntnis basiert, daß die Entfernung des Sauerstoffs in einem Anteil von 30% des Sauerstoffs in dem aufgeschmolzenen Zunder zufriedenstellende Ergebnisse liefern konnte.
Das Verfahren zur Desoxidation kann mit einem K-Wert, der, über dem in Gleichung (3) spezifizierten Wert liegt, durchgeführt werden. Jedoch, wenn der K-Wert 2,4 Gewichtsprozent übersteigt, dann übersteigt der Anteil des desoxidierenden Elements im Bereich der aufgeschmolzenen Schweißzone 80%. In diesem Fall wird die Zugfestigkeit niedriger als die des Basismetalls und dies führt zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit, daß Bruch während des Walzens autritt. Aus diesem Grund sollte der K-Wert nicht über 2,4 Gewichtsprozent liegen.
Daher sollte, im oben genannten Fall, der Zunder separat entfernt werden oder andernfalls die Expositionszeit an Umgebungsluft bzw. Atmosphäre verkürzt werden.
Die Desoxidationskapazität K wird entsprechend der folgenden Bedingungen bestimmt.
Von Anfang an wird die Desoxidationskapazität K mit der Desoxidationskapazität K_c im Stahlprodukt verglichen, um zu bestimmen, ob die Zugabe eines Desoxidationsmittels unter Verwendung des Schweißzusatzdrahtes notwendig ist und wie groß gegebenenfalls der Anteil an Desoxidationmittel sein muß.
Im Einzelnen

(1) ist die Desoxidationskapazität K_c im Stahl K ≤ K_c, dann entstehen auf Grund des Oxidationsvermögens des Stahls keine Gasblasen. Daher muß in diesem Fall kein Schweißzusatzdraht zugegeben werden. Die Desoxidationskapazität K_c im Stahl wird durch die folgende Gleichung beschrieben. Kc = 0,89[%Al]c + 1,14[%Si]c + 0,668[%Ti]c
(2) Wenn der Stahl kein Desoxidationsmittel enthält, dann sollte die Desoxidationskapazität entsprechend der Desoxidationskapazität K alleine mit der Zugabe des Schweißzusatzdrahts ergänzt werden. Das heißt, K = K_f·K_f stellt die Desoxidationskapazität des Schweißzusatzdrahts dar und wird durch die folgende Gleichung beschrieben. Kf = 0,89[%Al]f + 1,14[%Si]f + 0,668[%Ti]f
(3) Selbst wenn der Stahl ein Desoxidationsmittel enthält, dann wird, sollte die Desoxidationskapazität K_c kleiner als die Desoxidationskapazität K sein, ein Schweißzusatzdraht zugegeben, um die folgende Gleichung zu erfüllen. K = Kc·Vc + Kf·Vf , wobei V_c das Verhältnis des Stahlproduktgewichts zum Gewicht des aufgeschmolzenen Bereichs der Schweißzone (Gewichtspro zent) darstellt und durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird. Vc = 1 – Vf
wobei F_f: Zugabegeschwindigkeit des Schweißzusatzdrahts(m/sec), F_v: Geschwindigkeit der Zusammenfügung (m/sec), D_f: Schweißzusatzdraht-Durchmesser (mm) und R_f: Dichte des Schweißzusatzdrahts (kg/m²) V_f stellt das Verhältnis des Gewichts des Schweißzusatzdrahts, der zum Gewicht des aufgeschmolzenen Bereichs der Schweißzone zugegeben wird, dar und wird mit Hilfe der folgenden Gleichung beschrieben.
vorausgesetzt, daß R_m·d·w ≫ R_f·π/4·D_f ²·F_f/F_v.

Wie oben beschrieben, wird nach der Bestimmung des Verhältnisses W_s des Gewichts des Zunders der Stoßfläche, gefolgt von der Bestimmung der Desoxidationskapazität K des Zunders, ein Schweißzusatzdraht in der geforderten Geschwindigkeit und in der vorbestimmten Menge zum aufgeschmolzenen Bereich der Schweißzone zugegeben, um die Desoxi dationskapazität entsprechend der Desoxidationskapazität K zu verleihen.
Im Einzelnen, im oben genannten Fall (2), wird die Zugabegeschwindigkeit Ff des Schweißzusatzdrahts mit Hilfe der folgenden Gleichung (4) berechnet.
Auf der anderen Seite wird im oben genannten Fall (3) die Zugabegeschwindigkeit Ff des Schweißzusatzdrahts mit Hilfe der folgenden Gleichung (5) berechnet.
So wird der Schweißzusatzdraht, sofern erforderlich, zu dem Stoßabschnitt der Stahlprodukte zugegeben, und der Schweißzusatzdraht und der Stoßabschnitt wird mit Hilfe des Laserstrahls einer Laservorrichtung aufgeschmolzen und bildet dabei den aufgeschmolzenen Bereich der Schweißzone.
Folglich kann ein fehlerfreier aufgeschmolzener Bereich der Schweißzone gebildet werden, wobei der Sauerstoff in dem im aufgeschmolzenen Bereich der Schweißzone gelösten Zunder so entfernt wird, daß es nicht zur Gasblasenbildung kommt, was zu einer verbesserten Festigkeit der Fuge führt und was einen kontinuierlichen Walzprozeß ohne Probleme ermöglicht.
Beispiele
Im folgenden werden Beispiele dieser Erfindung beschrieben. In diesen Beispielen wurde ein kontinuierlich arbeitendes Warmwalzwerk für den End- bzw. Fertigwalzschritt mit sieben Ständern für das Warmwalzen verwendet und das Zusammenfügen des Stahlprodukts wurde in einer fliegenden Fügezone durchgeführt, die an der Einlaßseite des Walzwerks für den End- bzw. Fertigwalzschritt zur Verfügung stand.
Die chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent) und die Daten der zu walzenden Stahlprodukte und der Walzbedingungen und die Ergebnisse sind in Tab. 1 bis Tab. 4 zusammengefaßt. Neben den Beispielen 1 bis 8 werden auch Vergleichsbeispiele in Tab. 1 bis Tab. 4 zusammengefaßt, deren Desoxidationskapazität den spezifischen bzw. bestimmten K-Wert überschritten hat oder darunterlag.
Für die Beispiele 1 bis 8 wurden verschiedene Stahlprodukte zusammengefügt. In diesem Fall war die Desoxidationskapazität jeder zusammengefügten Schweißung höher als der K-Wert. Daher traten keine Gasblasen in den Fugen auf, das Verhältnis der Zugfestigkeit der Fuge zur Zugfestigkeit der vorhergehenden und nachfolgenden Stahlprodukte war nicht herabgesetzt und lag in einem annehmbaren Bereich, das heißt, in dem Bereich von 0,8 bis 1,0, und es trat kein Bruch der Fuge während des kontinuierlichen Warmwalzens auf.
Bei Beispiel 5 war der K_c-Wert höher als der K-wert. Da jedoch der Unterschied zwischen K_c und K so gering war, wurde der Schweißzusatzdraht in einer Geschwindigkeit, die im Vergleich zu anderen Beispielen um die Hälfte reduziert war, zugefügt. Bei den Beispielen 6 bis 8 war der K_c-Wert sehr viel größer als der K-Wert und daher wurde kein Schweißzusatzdraht zugegeben.
Bei Vergleichsbeispiel 1 traten dagegen unerwünschte Phänomene auf, da der Wert von (K_c·V_c+ K_f·V_f) den spezifischen bzw. bestimmten K-Wert von 2,4 Gewichtsprozent überschritten hatte. Diese Phänomene schlossen die Herabsetzung der Fugenqualität und die Herabsetzung der Zugfestigkeit ein und führten nach dem kontinuierlichen Fertigwalzen zu häufig auftretendem Bruch im Zentralbereich der Fuge.
Bei Vergleichsbeispiel 2 bildete sich, da der Wert für (K_c·V_c + K_f·V_f) niedriger lag als der K-Wert, eine Gasblase in der Fuge. Dies führte zu Bruch zwischen dem vierten und fünf ten Ständer während des Endwalzschrittes beim Warmwalzen und daher mußte der kontinuierliche Walzvorgang unterbrochen werden.
5(a) zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Fuge von Vergleichsbeispiel 2. In der Zeichnung wurde das Endteil 1A des vorhergehenden Stahlprodukts und das Vorderteil 1B des nachfolgenden Stahlprodukts aufgeschmolzen und wieder in den festen Zustand gebracht, um eine Schweißnaht 9 zu bilden. Eine Gasblase 10 bildete sich im zentralen Bereich der Schweißnaht.
5(b) zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Fuge von Beispiel 1. In dieser Fuge hat sich keine Gasblase in der Schweißnaht 9 gebildet und die Fuge war fehlerfrei.
Industrielle Anwendung
Wie aus der vorhergehenden, genauen Beschreibung ersichtlich wird, kann eine fehlerfreie Fuge hergestellt werden, ohne Gasblasenbildung im Endteil des vorhergehenden Stahlprodukts und im Vorderteil des nachfolgenden Stahlprodukts, die einen stabilen kontinuierlichen Warmwalzprozeß ermöglicht. Dies trägt zur Verbesserung der Ausbeute beim Walzen bei. Daher ist der industrielle Nutzen dieser Erfindung sehr hoch.

Claims

Kontinuierliches Warmwalzverfahren, welches das aufeinanderfolgende Verbinden mehrerer Warmwalz-Stahlerzeugnisse und das kontinuierliche Durchführen des Warmwalzens umfaßt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Schneiden eines Teils eines Endabschnitts eines vorhergehenden Materials in dem Stahlerzeugnis und eines Vorderabschnitts eines nachfolgenden Materials in dem Stahlerzeugnis, um Stoßflächen herzustellen; Bestimmen der Dicke von auf den Stoßflächen gebildetem Zunder, Bestimmen des Verhältnisses des Zundergewichts zur Dicke des Zunders, Berechnen der in einer geschmolzenen Schweißzone gelösten Sauerstoffmenge und Bestimmen der Desoxidationskapazität K eines Desoxidationsmittels zum Entfernen von Sauerstoff in der Menge; Aneinanderstoßenlassen der Stoßflächen, um einen Stoßbereich zu schaffen, Richten eines Laserstrahls einer Laservorrichtung auf die Stoßfläche um eine geschmolzene Schweißzone zu bilden, und Einbringen des Desoxidationsmittels mit der Desoxidationskapazität K in die geschmolzene Schweißzone; und Warmwalzen des durch das Schmelzen verbundenen Stahlerzeugnisses.
Kontinuierliches Warmwalzverfahren nach Anspruch 1, wobei die Desoxidationskapazität K mit der Desoxidationskapazi tät K_c in dem Stahlerzeugnis verglichen wird, um einen Mangel zu detektieren, ein Eisenlegierungs-Schweißzusatzdraht, der ein Desoxidationsmittel in einer Menge zur Kompensation des Mangels enthält, zum Stoßbereich zugegeben wird.
Kontinuierliches Warmwalzverfahren nach Anspruch 2, wobei der Eisenlegierungs-Schweißzusatzdraht Aluminium, Titan und/oder Silizium, in einer Menge von jeweils 0,1 bis 8,0 Gewichtsprozent enthält, mit Resteisen, und eine Desoxidationskapazität K_f besitzt.
Kontinuierliches Warmwalzverfahren nach Anspruch 1, wobei das Stahlerzeugnis ein Desoxidationsmittel enthält, das eine Desoxidationskapazität K_c aufweist, die nicht kleiner als die Desoxidationskapazität K ist.
Kontinuierliches Warmwalzverfahren nach Anspruch 1, wobei die absolute Temperatur T des Stahlerzeugnisses und die Atmosphärenstandzeit, die durch die Zeit zwischen dem Schneiden des Stahlerzeugnisses und dem Aneinanderstoßen der Stoßflächen definiert ist, detektiert wird und die Dicke t_s des Zunders mit der folgenden Gleichung bestimmt wird:
wobei A: Konstante Q: Aktivierungsenergie des Materials (kcal/kmol) R: Gaskonstante (kcal/kmol·K) T: absolute Temperatur des Stahlerzeugnisses (K) t: Atmosphärenstandzeit (s), und R_s: Zunderdichte (kg/m³)
Kontinuierliches Warmwalzverfahren nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis W_s des Gewichts des Zunders bestimmt wird auf der Basis der Dicke T_s des Zunders gemäß der folgenden Gleichung (2):
vorausgesetzt daß R_m·d·w » R_s(2d + w)·t_s, wobei R_m: Dichte des Stahlerzeugnisses (kg/m³), W: Breite der Schweißung (mm), w: Breite der Schmelze (mm) und d: Tiefe der Schmelze (mm).
Kontinuierliches Warmwalzverfahren nach Anspruch 1, wobei die Desoxidationskapazität K auf Grundlage des Verhältnisses Ws des Gewichts des Zunders mit Hilfe der folgenden Gleichung (3) bestimmt wird: K = 0,3·16/72·Ws (Gew.-%) (3) wobei 0,3: Anteil des Zunders, der zur Blasenbildung in dem in der geschmolzenen Schweißzone enthaltenen Zunder beiträgt und 16/72: Sauerstoffanteil in dem Zunder.
Kontinuierliches Warmwalzverfahren nach Anspruch 7, wobei die Desoxidationskapazität K mindestens einer der folgenden Gleichungen entspricht, die durch die Desoxidationskapazität K_c des Stahlerzeugnisses, das Verhältnis V_c des Gewichts des Stahlerzeugnisses zum Gewicht der geschmolzenen Schweißzone, die Desoxidationskapazität K_f des Schweißzusatzdrahts und das Verhältnis V_f des Schweißzusatzdrahtgewichts zum Gewicht der geschmolzenen Schweißzone gegeben sind: K = Kc K = Kf , oder K = Kc·Vc + Kf·Vf wobei Kc = 0,89[%Al]c + 1,14[%Si]c + 0,668[%Ti]c Vc = (Rm·d·w – Rf·π/4·Df 2·Ff/Fv)/Rm·d·w Kf = 0,89[%Al]f + 1,14[%Si]f + 0,668[%Ti]f

vorausgesetzt, daß Rm·d·w ≫ R_f·π/4·D_f ²·F_f/F_v wobei F_v: Schweißgeschwindigkeit (m/s), D_f: Schweißzusatzdraht-Durchmesser (mm) und F_f: Zugabegeschwindigkeit des Schweißzusatzdrahts (m/s)
Kontinuierliches Warmwalzverfahren nach Anspruch 8, wobei, wenn die Desoxidationskapazität K gleich K=K_f ist, der Schweißzusatzdraht aus Eisenlegierung zur geschmolzenen Schweißzone mit einer Zugabegeschwindigkeit Ff basierend auf der folgenden Gleichung (4) zugegeben wird:
Kontinuierliches Warmwalzverfahren nach Anspruch 8, wobei, wenn die Desoxidationskapazität K gleich K = K_c·V_c + K_f·V_f ist, der Schweißzusatzdraht aus Eisenlegierung zur geschmolzenen Schweißzone mit einer Zugabegeschwindigkeit Ff basierend auf der folgenden Gleichung (5) zugegeben wird:
Kontinuierliches Warmwalzverfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei Kohlenstoff zusätzlich unter Verwendung des Schweißzusatzdrahts in einer Menge von 0,05 bis 0,15 Gew.-% in die geschmolzene Schweißzone eingebracht wird.
Kontinuierliches Warmwalzverfahren nach Anspruch 1, wobei nach dem Austritt des Stahlerzeugnisses, das warmgewalzt werden soll, aus einem Wärmeofen, der Endabschnitt des vorhergehenden Materials in dem Stahlerzeugnis und der Vorderabschnitt des nachfolgenden Materials in dem Stahlerzeugnis geschnitten werden, die Schnittflächen stoßend aneinandergelegt werden, um sie durch Schmelzen zu verbinden und das durch Schmelzen verbundene Stahlerzeugnis warmgewalzt wird.
Kontinuierliches Warmwalzverfahren nach Anspruch 1, wobei der Vorderabschnitt des nachfolgenden Materials in dem grobgewalzten Stahlerzeugnis und der Endabschnitt des vorhergehenden Materials in dem Stahlerzeugnis, das endgewalzt werden soll, geschnitten werden, die Schnittflächen stoßend aneinander gelegt und einem Schmelzverbinden unterzogen werden, und das durch Schmelzen verbundene Stahlerzeugnis dann einem Endwalzen unterzogen wird.