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EP0873428A1 - Verfahren zum warmwalzen von stahlbändern - Google Patents

Verfahren zum warmwalzen von stahlbändern

Info

Publication number
EP0873428A1
EP0873428A1 EP97901001A EP97901001A EP0873428A1 EP 0873428 A1 EP0873428 A1 EP 0873428A1 EP 97901001 A EP97901001 A EP 97901001A EP 97901001 A EP97901001 A EP 97901001A EP 0873428 A1 EP0873428 A1 EP 0873428A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
strip
temperature
ferrite
steel
rolled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP97901001A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Espenhahn
Rudolf Kawalla
Hans Pircher
Waldemar Wolpert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thyssen Stahl AG
Original Assignee
Thyssen Stahl AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thyssen Stahl AG filed Critical Thyssen Stahl AG
Publication of EP0873428A1 publication Critical patent/EP0873428A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/22—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
    • B21B1/24—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length in a continuous or semi-continuous process
    • B21B1/26—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length in a continuous or semi-continuous process by hot-rolling, e.g. Steckel hot mill
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226—Hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0294—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips involving a localised treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D8/0426—Hot rolling
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/46—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling metal immediately subsequent to continuous casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2201/00—Special rolling modes
    • B21B2201/04—Ferritic rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/005—Ferrite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article
    • C21D2221/02—Edge parts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0231—Warm rolling

Definitions

  • the invention relates to a method for hot rolling strips of unalloyed or low-alloy steel, in particular ELC, ULC and IF steel, in one
  • Multi-frame finished series starting at a temperature in the austenite area of the steel and ending at a temperature in the ferrite area of the steel
  • ELC- Extra Low Carbon with 0.02 - 0.04% C
  • ULC- Ultra Low Carbon with ⁇ 0.005% C
  • IF - Interstitial Free through Nb and / or Ti addition
  • Ferrite rolling takes place, beginning and ending in the ferrite area of the steel, i.e. at a temperature below the A3 point of the steel.
  • Finishing scales due to the fact that the rolling stock has unfavorable texture components when the rolling temperature drops and the total thickness is reduced, which either cannot be corrected or can only be corrected by complex interventions in the frictional relationship between the roll and the rolling stock.
  • the third route is hot rolling, which partly takes place in the austenite area and partly in the ferrite area.
  • the hot strip runs into the finished section at a temperature in the austenite area of the steel.
  • the austenitic structure is then converted into the during the hot rolling in the finishing mill
  • the strip is then heated to a temperature in the ferrite region of the steel
  • the invention is based on the object
  • the strip is rolled austenitic to an intermediate thickness in the range from 2 to 12 mm in the finished season and then for
  • Ferrite transformation is cooled in a single cooling step, whereupon it is rolled ferritically to the final dimension in the finishing line.
  • the invention solves the task, because when
  • Austenite rolling up to an intermediate thickness in the range of 2 to 12 mm does not pose the risk of uncontrolled conversion of austenite into ferrite, which the disadvantages described in the rolling causes.
  • the ferrite rolling according to the invention which follows the structural change in a cooling section connected between the stands of the finished stack, in at least two stages takes advantage of the better deformability of the
  • the invention thus sees an advantageous division of the thickness reduction in the austenite region on the one hand and
  • the process according to the invention is intended to austenitically roll the strip to an intermediate thickness in the range from 3 to 8 mm and finish-roll ferritically to a final thickness of less than 1.5 mm.
  • the austenitically pre-rolled strip is to be ferritically rolled to the final dimension in at least 2 passes.
  • the strip is to be cooled at a speed of more than 30 ° C./s for ferrite conversion. This ensures intensive cooling of the steel strip, resulting in a complete phase transformation from austenite to ferrite that takes place within a short time.
  • the strip after passing through the cooling section for ferrite conversion, passes through a compensation section of a few meters in which a Temperature compensation between core and
  • the steel strip has enough time to complete the phase change over the cross section of the steel strip, which is particularly the case
  • the first section of finish rolling is carried out in the austenite area and that the brief cooling required for the phase change of the preliminary strip in the continuous rolling process takes place at an intermediate thickness in the range from 12 mm to 2 mm, preferably 8 to 3 mm. With this intermediate thickness, the necessary strip cooling is short-range and requires little coolant
  • Hot rolling is recorded in the ferrite area.
  • Austenite / ferrite conversion can take place without steering during rolling in the finishing mill.
  • the strip edges can be heated in order to compensate for any temperature losses there.
  • the method according to the invention can be used in conventional hot strip mills with continuous slab casting as the starting material and also in new types of continuous casting and rolling plants with a preliminary strip produced directly from the casting heat and strip processed further inline by rolling. Is the inventive method in
  • the heating temperature of the slabs can be selected according to the criteria of optimal product quality.
  • Pre-rolling and finish-rolling phases are avoided.
  • the blast furnace temperature is not required.
  • the preliminary strip has a temperature of usually more than 900 ° C. when it enters the finishing line. It has an austenitic structure over the entire thickness and width
  • the temperature jump is usually not more than 150 ° C for ELC steels, and usually not more than 80 ° C for ULC and IF steels.
  • the ferrite rolling is preferably carried out at a temperature between the Ar1 temperature and 150 ° C., preferably 100 ° C. below.
  • the finished rolled strip is cooled to a temperature of at least 10 ° C / s starting at the latest 2 s after the end of the rolling with liquid and / or gaseous cooling media, such as water and / or water-air mixtures, with a cooling rate in the core the Arl temperature falls below 150 ° C.
  • a hot strip produced in this way the structure of which was frozen by the abrupt cooling from the final roll temperature, that is to say is not recrystallized, is particularly suitable for the production of cold-rolled strip, preferably for cold forming by pressing and
  • the strip can also be kept after the hot rolling at a temperature which falls below the Ari temperature by less than 100 ° C. for the purpose of recrystallization, e.g. B. in the reel.
  • T rolling stock temperature after each pass
  • Vw belt speed
  • the austenite / ferrite microstructure transformation takes place in the method according to the invention when a strip thickness of 5 mm is reached after the second pass through targeted cooling.
  • the temperature drops from 870 ° C after the second stitch to around 800 ° C before the third stitch.
  • the final thickness is reached after the fifth and last stitch in the finished season.
  • the procedure according to the invention can also be practiced in existing systems by installing a cooling section.
  • the existing systems thus supplemented can be used at full capacity, not only for the method according to the invention, but also for all conventional hot rolling programs.
  • Fig. 1 shows the temperature dependence of
  • the temperature interval in which the phase change of the ELC steel takes place is indicated in FIG. 1.
  • the favorable temperature range is approx. 100 to 150 ° C.
  • Fig. 2 shows a section of the
  • Fig. 2 shows the last stand F2 of the first part of the finishing stage, in which the austenite rolling is carried out, behind the cooling section, in which cooling to carry out the austenite / ferrite phase transformation in the steel strip and then the stand F3 as the first stand of the last Section of the finishing line, which should advantageously contain two, better three roll stands, in which the ferrite rolling is carried out.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmwalzen von Bändern aus unlegiertem oder niedriglegiertem Stahl, insbesondere ELC-, ULC- und IF-Stahl, in einer mehrgerüstigen Fertigstaffel, beginnend bei einer im Austenitgebiet des Stahls liegenden Temperatur und endend bei einer im Ferritgebiet des Stahls liegenden Temperatur, wobei die Gefügeumwandlung des Stahls durch eine Kühlung des Bandes zwischen Gerüsten der Fertigstaffel vollzogen wird. Kennzeichen der Erfindung ist, daß das Band bis auf eine Zwischendicke im Bereich von 2 bis 12 mm austenitisch gewalzt und dann zur Ferritumwandlung in einem einzigen Kühlschritt abgekühlt wird, worauf es ferritisch auf Endmaß gewalzt wird.

Description

Verfahren zum Warmwalzen von Stahlbändern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmwalzen von Bändern aus unlegiertem oder niedriglegiertem Stahl, insbesondere ELC-, ULC- und IF-Stahl, in einer
mehrgerüstigen Fertigstaffel, beginnend bei einer im Austenitgebiet des Stahls liegenden Temperatur und endend bei einer im Ferritgebiet des Stahls liegenden
Temperatur, wobei die Gefügeumwandlung des Stahls durch eine Kühlung des Bandes zwischen Gerüsten der
Fertigstaffel vollzogen wird.
Es gibt grundsätzlich drei verschiedene Verfahren zum Warmwalzen von Bändern aus un- oder niedriglegiertem Stahl, vornehmlich ELC- (Extra Low Carbon mit 0,02 - 0,04 % C), ULC- (Ultra Low Carbon mit < 0,005 % C) und IF- (Interstitial Free durch Nb- und/oder Ti-Zusatz) Stählen. Der eine Weg ist das Fertigwalzen von Stahlbändern im Austenitgebiet. Dabei liegen Walzanfangs- und
endtemperatur im Austenitgebiet des jeweiligen Stahls, d.h. in dem Temperaturgebiet oberhalb ihres von der StahlZusammensetzung abhängigen A3 -Punktes, in der Regel oberhalb 800 °C. Beim Warmwalzen von Bändern
ausschließlich im Austenitgebiet ist die
Temperaturführung bei dünnen Bandenddicken unter 2 mm außerordentlich schwierig. Es besteht zudem mit
zunehmender Dickenreduktion des Bandes die Gefahr der unkontrollierten unerwünschten Umwandlung von Austenit in Ferrit. Der zweite Weg ist das Warmwalzen von Stahlband in der Fertigstaffel ausschließlich im Ferritgebiet, welches man mit dem Begriff "Ferritwalzen" belegt hat. Das
Ferritwalzen erfolgt, beginnend und endend jeweils im Ferritgebiet des Stahls, also bei einer unter dem A3-Punkt des Stahls liegenden Temperatur. Es wird
hauptsächlich angewandt bei ELC-, ULC- und IF-Stählen. Die fertigungstechnischen Vorteile des Ferritwalzens liegen hauptsächlich in der trotz niedriger Temperatur erheblich verminderten Walzkraft, die auf den geringeren Formänderungswiderstand des Ferrits im Vergleich zum Austenit zurückzuführen ist. Dieser Effekt wird praktisch genutzt, um den Abmessungsbereich der Bänder in bezug auf größere Breite und geringere Dicke zu erweitern und um gleichzeitig die Anlagenproduktivität zu erhöhen. Zudem werden produktspezifische Vorteile sowohl bei der
Verarbeitung von Warmband als auch beim Warmband für die Weiterverarbeitung entweder durch Kaltwalzen oder durch Oberflächenveredelung erwartet. Den positiven
Möglichkeiten des bisher bekannten Warmbandwalzens im Ferritgebiet sind Grenzen gesetzt. Der im Vergleich zum Austenit vorteilhaft niedrigere Umformwiderstand des Ferrits ist auf eine enge Temperaturspanne von meist nur rund 100 bis 150 °C beschränkt. Die Vorteile sind am höchsten unmittelbar nach der vollständigen
Phasenumwandlung von Austenit in Ferrit. Sie nehmen ab mit sinkender Temperatur im Ferritgebiet. Je dünner das Walzgut wird, umso größer sind nachteilige
Temperaturverluste und umso schwieriger sind diese zu unterbinden. Der sich aus dem verminderten
Umformwiderstand bietende Vorteil wird zudem durch die mit dem Umformgrad zunehmende Verfestigung des Ferrits eingeschränkt. Die umformbedingte Verfestigung ist während des kontinuierlichen Walzens nicht bzw. nur geringfügig abzubauen. Eine weitere Einschränkung ergibt sich für das Ferritwalzen auf konventionellen
Fertigstaffeln dadurch, daß das Walzgut bei fallender Walztemperatur und hoher Gesamtdickenreduktion ungünstige Texturkomponenten aufweist, die entweder nicht oder nur durch aufwendige Eingriffe in das Reibungsverhältnis zwischen Walze und Walzgut zu korrigieren sind.
Der dritte Weg ist das teilweise im Austenitgebiet und teilweise im Ferritgebiet ablaufende Warmwalzen. Das Warmband läuft dabei mit einer im Austenitgebiet des Stahls liegenden Temperatur in die Fertigstaffel ein.
Während des Warmwalzens in der Fertigstaffel erfolgt dann die Umwandlung des austenitischen Gefüges in das
ferritische Gefüge, und das Band wird dann bei einer im Ferritgebiet des Stahls liegenden Temperatur auf
Endabmessung fertiggewalzt. Eine solche Verfahrensweise wurde bereits in der EP 0 504 999 A2 beschrieben. Das im kontinuierlichen Stranggußverfahren hergestellte Band einer Dicke von z.B. 60 mm wird dabei in einem Walzgerüst auf 20 mm Vorbanddicke warmgewalzt. Entweder unmittelbar anschließend oder nach einem Wiedererwärmen wird das Vorband dann bei einer im Austenitgebiet des Stahls liegenden Temperatur in einer mehrgerüstigen
Fertigstaffel auf eine endabmessungsnahe Dicke von 1,5 mm ausgewalzt. Anschließend wird es in einer Kühlstrecke zur Durchführung der Gefügeumwandlung von Austenit in Ferrit gekühlt und in einem weiteren Gerüst auf die
Enddicke von 0,7 mm fertiggewalzt. Nachteilig bei dieser bekannten Verfahrensweise des Austenit-Ferrit-Warmwalzens ist, daß die Gefügeumwandlung von Austenit in Ferrit unkontrolliert während des Walzens in der Fertigstaffel, also bereits vor der Kühlstrecke, in der sie eigentlich erfolgen soll, geschehen kann. Dies führt dann einerseits zu unerwünschten, weil unregelbaren Walzkrafteinbrüchen. Andererseits wirkt sich ein während des Fertigwalzens zeitweise oder dauerhaft über die Vorbandbreite und
-dicke auftretender heterogener Umwandlungszustand sowohl auf die Bandform wie auf die mechanisch technologischen Eigenschaften des Warmbandes negativ aus. Aus diesem Grund wird das Warmwalzen auf kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Warmbandstraßen meist auch nur im Ferritgebiet durchgeführt, wobei die Austenit-Ferrit-Umwandlung vor Eintritt in die mehrgerüstige
Fertigstaffel erfolgt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das
gattungsgemäße Verfahren derart zu verbessern, daß die vorstehend geschilderten Einschränkungen bzw. Nachteile beim Walzen zunächst im Austenitgebiet und anschließend im Ferritgebiet nicht auftreten, d.h. es soll eine kontrollierte Umwandlung von Austenit in Ferrit im Zuge des Fertigwalzens sichergestellt werden unter Erhaltung der Vorteile des Walzens im Austenitgebiet und
anschließend im Ferritgebiet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Band in der Fertigstaffel bis auf eine Zwischendicke im Bereich von 2 bis 12 mm austenitisch gewalzt und dann zur
Ferritumwandlung in einem einzigen Kühlschritt abgekühlt wird, worauf es weiter in der Fertigstaffel ferritisch auf Endmaß gewalzt wird.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe, denn beim
Austenitwalzen bis auf eine Zwischendicke im Bereich von 2 bis 12 mm besteht nicht die Gefahr des unkontrollierten Umwandeins von Austenit in Ferrit, welche die geschilderten Nachteile beim Walzen hervorruft. Das sich nach der Gefügeumwandlung in einer zwischen Gerüste der Fertigstaffel eingeschalteten Kühlstrecke erfindungsgemäß anschließende Ferritwalzen in mindestens zwei Stufen nutzt die Vorteile der besseren Verformbarkeit des
Stahlbandes im Ferritgebiet, ohne daß es dabei zu
unerwünschten Texturen oder Verfestigungen kommen muß. Die Erfindung sieht so eine vorteilhafte Aufteilung der Dickenreduktion im Austenitgebiet einerseits und
anschließend im Ferritgebiet andererseits vor.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des
erfindunsgemäßen Verfahrens soll das Band bis auf eine Zwischendicke im Bereich von 3 bis 8 mm austenitisch gewalzt und bis auf eine Enddicke von unter 1,5 mm ferritisch fertiggewalzt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll das austenitisch vorgewalzte Band in mindestens 2 Stichen ferritisch auf Endmaß gewalzt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll das Band mit einer Geschwindigkeit von mehr als 30 °C/s zur Ferritumwandlung gekühlt werden. Dadurch wird eine intensive Kühlung des Stahlbandes mit der Folge einer innerhalb kurzer Zeit erfolgenden vollständigen Phasenumwandlung von Austenit in Ferrit sichergestellt.
Erfindungsgemäß ist bei dem beanspruchten Verfahren weiter vorgesehen, daß das Band nach dem Durchlaufen der Kühlstrecke zur Ferritumwandlung eine Ausgleichsstrecke von einigen Metern durchläuft, in der ein Temperaturausgleich zwischen Kern- und
Oberflächentemperatur und die vollständige
Gefügeumwandlung abläuft, erfolgt, ehe es in das erste Gerüst zum Ferritwalzen einläuft. In dieser
Ausgleichsstrecke hat das Stahlband genügend Zeit zur vollständigen Durchführung der Phasenumwandlung über den Querschnitt des Stahlbandes, was insbesondere bei
größeren Banddicken zweckmäßig ist.
Wesentlich bei der Erfindung ist, daß der erste Abschnitt des Fertigwalzens im Austenitgebiet ausgeführt wird und daß das zur Phasenumwandlung erforderliche kurzzeitige Kühlen des im kontinuierlichen Walzprozeß befindlichen Vorbandes bei einer Zwischendicke im Bereich von 12 mm bis 2 mm, vorzugsweise 8 bis 3 mm, erfolgt. Bei dieser Zwischendicke ist die notwendige Bandkühlung auf kurzer Strecke und mit geringem Aufwand an Kühlmittel zu
erreichen. Zudem genügt eine kurze Strecke zum
Temperaturausgleich über die Banddicke, bevor das
Warmwalzen im Ferritgebiet aufgenommen wird.
Durch das gezielt angewandte Zwischenkühlen des im kontinuierlichen Fluß der Fertigstaffel befindlichen Bandes werden die Steuerprobleme im Walzprozeß
ausgeschlossen, die durch unkontrollierte und damit unregelbare Walzkrafteinbrüche entstehen, wenn die
Austenit/Ferrit-Umwandlung ungelenkt während des Walzens in der Fertigstaffel ablaufen kann.
Nach dem Verlassen der Kühlstrecke können die Bandkanten erwärmt werden, um gegebenenfalls Temperaturverluste dort auszugleichen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in konventionellen Warmbandstraßen mit Brammenstrangguß als Ausgangsmaterial und auch in neuartigen kontinuierlichen Gieß-Walzanlagen mit direkt aus der Gießhitze erzeugtem Vorband und inline durch Walzen weiter verarbeitetem Band eingesetzt werden. Wird das erfindungsgemäße Verfahren in
konventionellen Warmbandstraßen eingesetzt, so kann die Wärmtemperatur der Brammen frei nach Gesichtspunkten der optimalen Produktcrualität gewählt werden.
Produktivitätsverluste durch Pendelzeiten zwischen
Vorwalz- und Fertigwalzphase werden vermieden. Der für das Ferritwalzen nach dem Stand der Technik bestehende Zwang, Brammen einzusetzen, die im Vergleich zum üblichen mit einer um 100 bis 200 °C erniedrigten
Stoßofentemperatur gewärmt werden, entfällt.
Im beanspruchten Verfahren hat das Vorband beim Einlauf in die Fertigstaffel eine Temperatur von üblicherweise mehr als 900 °C. Es hat über die gesamte Dicke und Breite einen austenitischen Gefügezustand, der infolge des
Vorwalzens eine gleichmäßig rekristallisierte
Kornstruktur aufweist. Dieser vorteilhaft weiche, weil entfestigte Gefügezustand läßt hohe Umformgrade bereits während der ersten Phase des Fertigwalzens zu.
Mit dem Umformgrad verfestigt der Werkstoffzustand. Die nun gezielt eingesetzte Phasenumwandlung Austenit/Ferrit bewirkt ein Entfestigen. Dieses beruht einerseits darauf, daß eine rekristallisierte Kornstruktur gebildet wird. Ein wesentlicher Beitrag zur Entfestigung ergibt sich aus dem im Vergleich zum Austenit erniedrigten
Formänderungswiderstand des Ferrits. Der wiederum
vorteilhaft weiche, weil entfestigte ferritische Gefügezustand läßt hohe Umformgrade auch während der zweiten Phase des Fertigwalzens zu. Der für die
Phasenumwandlung von Austenit in Ferrit benötigte
Temperatursprung beträgt bei ELC-Stählen in der Regel nicht mehr als 150 °C, bei ULC- und IF-Stählen meist nicht mehr als 80 °C. Das Ferritwalzen erfolgt bevorzugt bei einer zwischen der Ar1-Temperatur und einer 150 °C, bevorzugt 100 °C darunter liegenden Temperatur.
Um die Ausbildung ungünstiger Texturen zu vermeiden, ist eine Schmierung beim Walzen des Bandes vorteilhaft.
Das fertig gewalzte Band wird beginnend spätestens 2 s nach Beendigung des Walzens mit flüssigen und/oder gasförmigen Kühlmedien, wie Wasser und/oder Wasser-Luft-Gemischen, mit einer Abkühlgeschwindigkeit im Kern von über 10 °C/s auf eine Temperatur gekühlt, die die Arl-Temperatur um mehr als 150 °C unterschreitet. Ein so erzeugtes Warmband, dessen Gefügezustand durch die schroffe Abkühlung von der Walzendtemperatur eingefroren wurde, also nicht rekristallisiert ist, eignet sich besonders für die Erzeugung von kaltgewalztem Band, bevorzugt für die Kaltformgebung durch Pressen und
Tiefziehen. Alternativ kann das Band aber auch nach dem Warmwalzen bei einer Temperatur, die die Ari-Temperatur um weniger als 100 °C unterschreitet, zum Zwecke der Rekristallisation gehalten werden, z. B. im Haspel.
In Tabelle 1 sind die Daten, d = Banddicke,
T = Walzguttemperatur nach jedem Stich und
Vw = Bandgeschwindigkeit, für die bekannte
Austenitwalzung einerseits und die bekannte Ferritwalzung andererseits eingetragen. Dem gegenübergestellt sind in Tabelle 2 die Daten beim Warmwalzen in der erfindungsgemäßen Weise. Die Daten in den Tabellen 1 und 2 gelten für einen ELC-Stahl mit einer Ausgangsbanddicke d= 20 mm und Abwälzung auf 1,5 bzw. 1,2 bzw. 1 mm
Endbanddicke in einer fünfgerüstigen Fertigstaffei.
Abweichend von der bekannten Austenit- und Ferritwalzung erfolgt beim erfindungsgemäßen Verfahren bei Erreichung einer Banddicke von 5 mm nach dem zweiten Stich durch gezielte Abkühlung die Austenit/Ferrit-Gefügeumwandlung. Dabei sinkt die Temperatur von 870 °C nach dem zweiten Stich auf rund 800 °C vor dem dritten Stich. Die Enddicke wird jeweils nach dem fünften und letzten Stich in der Fertigstaffel erreicht.
Das beim erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehene
abschließende Ferritwalzen in einem Stich oder in
mehreren Stichen nach einem vorherigen Austenitwalzen, gefolgt von einer kontrollierten Phasenumwandlung, bietet die Möglichkeit, trotz der hohen Gesamtdickenreduktion auch das Optimieren der Bandform bei der
Stichplangestaltung ausreichend zu berücksichtigen.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise kann durch Einbau einer Kühlstrecke auch in bestehenden Anlagen praktiziert werden. Die so ergänzten vorhandenen Anlagen können mit voller Kapazität genutzt werden, und zwar nicht nur für das erfindungsgemäße Verfahren, sondern auch für alle konventionellen Warmwalzprogramme.
Insgesamt ergeben sich durch die Anwendung des
erfindungsgemäßen Verfahrens eine ganze Reihe
bemerkenswerter Vorteile, nämlich - Keine Steuerprobleme im Walzprozeß, weil keine unkontrollierten Walzkrafteinbrüche auftreten;
- Anwendbar sowohl beim Wiedererwärmen als auch
beim Direktwalzen aus der ersten Hitze;
- Keine außer qualitätsbedingte Einschränkungen
bezüglich Wärmtemperatur;
- Kein Produktivitätsverlust durch Pendelzeiten;
- Keine zusätzliche Kühlwasserkapazität;
- Gleichmäßiger Gefügezustand über Breite/Dicke
sowohl im Austenit wie im Ferrit;
- Im Austenit wie im Ferrit rekristallisierter,
weicher Ausgangszustand, daher hohe Stichabnahmen im Einzelstich durch zweimaligen Anstich im
rekristallisierten Zustand möglich;
- Vermeiden von Temperaturverlusten in der
Fertigstaffel, daher geringerer Energieverbrauch; - Günstige Umformung ohne schädliche Textur, weil
geringerer Umformgrad im Ferrit;
- Vorteilhafte Enddicken außerhalb des üblichen
Spektrums;
- Geringe Zunderdicke am Fertigband wegen
Entzunderung beim Kühlen des auf Zwischendicke gewalzten Bandes, daher Einsparungen in Beizlinie und bessere Oberflächenbeschaffenheit;
- Realisierbar mit geringem Investitionsaufwand bei neuen und bei bestehenden Anlagen;
- Neue und konventionelle Warmwalzprogramme ohne
Einschränkung der zeitlichen Ausnutzung möglich.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert,
Fig. 1 zeigt die Temperaturabhängigkeit des
UmformwideStandes kf für ELC-, ULC- und IF-Stahlgüten bei konstantem
Umformgrad (φ = 0,6). Unter dem Diagramm sind tabellarisch die
Zusammensetzungen der Stähle aufgeführt. Das
Temperaturintervall, in dem die Phasenumwandlung des ELC-Stahls stattfindet, ist in Fig. 1 angedeutet.
Aus der Darstellung ergibt sich der im Vergleich zum Austenit vorteilhaft niedrige Umformwiderstand des
Ferrits. Dieser Vorteil ist am höchsten, d.h. der
Umformwiderstand ist am niedrigsten, unmittelbar nach der vollständigen Phasenumwandlung von Austenit in Ferrit. Die günstige Temperaturspanne beträgt rd. 100 bis 150 °C.
Fig. 2 zeigt einen Abschnitt der
Fertigstaffel mit zwischen zwei
Gerüsten eingeschalteter Kühlstrecke.
Fig. 2 zeigt das letzte Gerüst F2 des ersten Teils der Fertigstaffel, in der das Austenitwalzen durchgeführt wird, dahinter die Kühlstrecke, in der Abkühlung zur Durchführung der Austenit/Ferrit-Phasenumwandlung im Stahlband ablaufen soll und danach das Gerüst F3 als erstem Gerüst des letzten Abschnitts der Fertigstaffel, welches vorteilhafterweise zwei, besser drei Walzgerüste enthalten soll, in dem das Ferritwalzen durchgeführt wird. Unter der Schemazeichnung ist der Temperaturverlauf entlang des dargestellten Bandabschnitts an der
Oberfläche (durchgezogene Linie) und im Kern
(gestrichelte Linie) exemplarisch dargestellt. Das austenitisch vorgewalzte Band eines ULC-Stahls tritt mit einer Temperatur von etwa 920 °C in die Kühlstrecke ein. Durch die intensive Kühlung innerhalb der Kühlstrecke fällt die Oberflächentemperatur steil auf rund 805 °C ab, während die Kerntemperatur naturgemäß etwas weniger stark sinkt und am Ende der Kühlstrecke 860 °C beträgt. Zwischen dem Ende der Kühlstrecke und dem nachfolgenden Gerüst F3 hat das Band die Möglichkeit des Ausgleichs zwischen Kern- und Oberflächentemperatur an Luft. Nach etwa 2,3 m ist der Temperaturausgleich vollzogen, wie das Diagramm in Fig. 2 veranschaulicht. Vor dem Gerüst F3 kann eine nicht dargestellte Einrichtung zur Erwärmung der Bandkante angeordnet sein. Durch ihr Einschalten können etwaige im Bandkantenbereich aufgetretene stärkere Temperaturverluste kompensiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Warmwalzen von Bändern aus
unlegiertem oder niedriglegiertem Stahl, insbesondere ELC-, ULC- und IF-Stahl, in einer mehrgerüstigen
Fertigstaffel, beginnend bei einer im Austenitgebiet des Stahls liegenden Temperatur und endend bei einer im
Ferritgebiet des Stahls liegenden Temperatur, wobei die Gefügeumwandlung des Stahls durch eine Kühlung des Bandes zwischen Gerüsten der Fertigstaffel vollzogen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Band bis auf eine Zwischendicke im Bereich von 2 bis 12 mm austenitisch gewalzt und dann zur Ferritumwandlung in einem einzigen Kühlschritt abgekühlt wird, worauf es ferritisch auf Endmaß gewalzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Band bis auf eine Zwischendicke im Bereich von 3 bis 8 mm austenitisch gewalzt und bis auf eine Enddicke von unter 1,5 mm ferritisch fertiggewalzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Band in mindestens 2 Stichen ferritisch auf Endmaß gewalzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Band mit einer Geschwindigkeit von mehr als 30 °C/s zur Ferritumwandlung gekühlt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Band nach dem Durchlaufen der Kühlstrecke zur
Ferritumwandlung eine Ausgleichsstrecke von einigen
Metern durchläuft, in der ein Temperaturausgleich
zwischen Kern- und Oberflächentemperatur erfolgt und die vollständige Gefügeumwandlung abläuft, ehe es in das erste Gerüst zum Ferritwalzen einläuft.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kanten des Stahlbandes nach dem Durchlaufen der
Kühlstrecke und vor dem Einlauf in das erste Gerüst der Ferritwalzstaffel erwärmt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Band unter Zusatz von Schmiermitteln gewalzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Band in der Ferritwalzstaffel bei einer zwischen der Ar1-Temperatur und einer 150 °C, bevorzugt 100 °C darunter liegenden Temperatur fertiggewalzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das fertiggewalzte Band, beginnend spätestens 2 s nach
Beendigung des Walzens mit flüssigen und/oder gasförmigen Kühlmedien, wie Wasser und/oder Wasser - Luft - Gemischen, mit einer Abkühlgeschwindigkeit im Kern von über 10 °C/s auf eine Temperatur gekühlt wird, die die Ar1-Temperatur um mehr als 150 °C unterschreitet.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Band nach dem Warmwalzen bei einer Temperatur, die die Ar1-Temperatur um weniger als 100 °C unterschreitet, zur Rekristallisation gehalten wird.
11. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 10 auf die Erzeugung von gut kaltumformbaren
kaltgewalzten Stahlbändern.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es bei der Erzeugung des Stahlbandes, ausgehend vom Strangguß und in-line-Weiterverarbeitung durch Walzen angewendet wird.
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