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WO2023016965A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines hoch- und höchstfesten mehrphasenstahls - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines hoch- und höchstfesten mehrphasenstahls Download PDF

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Publication number
WO2023016965A1
WO2023016965A1 PCT/EP2022/072194 EP2022072194W WO2023016965A1 WO 2023016965 A1 WO2023016965 A1 WO 2023016965A1 EP 2022072194 W EP2022072194 W EP 2022072194W WO 2023016965 A1 WO2023016965 A1 WO 2023016965A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
strip
steel strip
multiphase steel
edge regions
multiphase
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/072194
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ingo Schuster
Christoph Hassel
Original Assignee
Sms Group Gmbh
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 Sms Group Gmbh filed Critical Sms Group Gmbh
Publication of WO2023016965A1 publication Critical patent/WO2023016965A1/de

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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/02—Hardening articles or materials formed by forging or rolling, with no further heating beyond that required for the formation
    • 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
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating
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    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
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    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
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    • C21D2211/009—Pearlite
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a multi-phase steel strip with a tensile strength of at least 780 MPa, preferably with a tensile strength of at least 900 MPa, and a device for producing the multi-phase steel strip.
  • Such steels are also known to those skilled in the art as high-strength and ultra-high-strength multi-phase steels.
  • Multi-phase steels are characterized in particular by the fact that they are alloyed to a relatively high degree with strength-increasing elements such as carbon, manganese, silicon, chromium and molybdenum. These elements are used specifically to set the material strength in the desired range. All of these elements increase the strength of the structure of these steels in both the hot and the finished condition.
  • the elements carbon, manganese, chromium and molybdenum are also known to delay the transformation of multi-phase steels into softer structural components such as ferrite for longer periods of time, so that stronger structures such as bainite and/or martensite can form even at moderate cooling speeds.
  • This property of influencing microstructure formation is used in a targeted manner in the production of hot-rolled multi-phase steels with specific end properties, as well as in the further processing of the hot-rolled starting material in cold rolling mills and the final heat treatment in continuous annealing or galvanizing plants in order to produce these end properties.
  • the high-strength, ultra-high-strength multi-phase steel strips that are then obtained have higher forming strengths in the edge areas and therefore lower formability than the inner areas of the steel strips. Therefore, they have to be trimmed in the subsequent cold rolling process with considerable investment in terms of plant technology. Furthermore, this procedure causes high material losses.
  • EP 3 231 523 A1 only discloses a method for the heat treatment of finish-rolled, high-strength multi-phase steel strip coils, in which these coils from hot strip production are first cooled and then subjected to a heat treatment in order to reduce edge hardening.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a method that is improved over the prior art and an improved device for producing a multiphase steel strip with a tensile strength of at least 780 MPa, preferably with a tensile strength of at least 900 MPa.
  • the object is achieved by a method with the features of
  • a continuous product is first cast in a casting device.
  • the continuous material is then separated into individual slabs, which are then pre-rolled in a first rolling train to form a hot strip starting material and then finish-rolled in a second rolling train comprising a plurality of finishing rolling stands to form the multiphase steel strip.
  • the multiphase steel strip is wound up in a coiling device to form a multiphase steel strip coil.
  • the method is characterized in that the two strip edge regions of the hot strip starting material before the first finishing stand and/or the two strip edge regions of the multiphase steel strip between at least two of the plurality of finishing stands and/or directly behind the last finishing stand are heated by means of an inductive heating device in such a way that the multiphase steel strip enters the microstructure Ac3 at the same time over its entire width before being wound up in the coiler.
  • the present invention provides an apparatus for producing a multiphase steel strip having a tensile strength of at least 780 MPa, preferably having a tensile strength of at least 900 MPa.
  • This includes a casting device, by means of which a strand can be cast; a separating device, by means of which the continuous material can be separated into individual slabs; a first rolling train, in which the slabs can be rolled into a hot strip starting material; a second rolling train with a plurality of finishing stands, in which the hot strip starting material can be rolled to form the multiphase steel strip; an outfeed roller table in which a cooling device is arranged; and a coiling device in which the multi-phase steel strip can be wound up into a multi-phase steel strip coil.
  • the device is characterized in that an inductive heating device is or are arranged in front of the first finishing roll stand and/or between at least two of the plurality of finishing roll stands and/or directly behind the last finishing roll stand, by means of which the two strip edge regions of the hot strip starting material and/or the Both strip edge areas of the multiphase steel strip can be heated in such a way that the multiphase steel strip can enter the structural transformation Ac3 over its entire width at the same time before being wound up in the coiler.
  • Targeted heating of the two strip edge areas can be used to control the time course of the microstructure transformation in such a way that the multiphase steel strip enters the microstructure transformation Ac3 at the same time over its entire width before being wound up in the coiler.
  • a single inductive heating device can be sufficient, which is arranged in front of the first finishing roll stand, or between at least two of the plurality of finishing roll stands, or directly behind the last finishing roll stand, in order to heat the two strip edge regions accordingly or to control the time course of the microstructure transformation.
  • combinations of these are preferably provided.
  • the two strip edge regions of the multiphase steel strip are heated by means of a further inductive heating device before the coiling device.
  • the two strip edge regions can also be heated between each of the plurality of finishing rolling stands by means of the inductive heating device.
  • each of the strip edge regions advantageously comprises a region of up to 300 mm, which extends inwards from the respective lateral edge of the hot-strip starting material or of the multi-phase steel strip perpendicularly to the central axis of the strip.
  • a multiphase steel strip is understood to mean a high and extremely strong multiphase steel strip.
  • This advantageously has the following composition in % by weight:
  • an inductive heating device is arranged in front of the first finishing rolling stand, between each of the plurality of finishing rolling stands, directly behind the last finishing rolling stand and in front of the coiler device, by means of which the temperature/microstructure transformation of the two strip edge regions of the hot strip starting material or the multiphase steel strip can be regulated.
  • the individual inductive heating devices can be connected to one another via a control device based on information about the potentially occurring microstructure, simulated by a suitable metallurgical model or Kl approaches, which regulates the temperature accordingly.
  • the temperature of the two strip edge regions is increased continuously as they pass through the second rolling train and the exit roller conveyor.
  • the temperature loss at the two strip edges as they pass through the second rolling train can be effectively compensated for by the inductive heating of the two strip edge areas of the hot strip starting material.
  • the state of the austenitic structure after the first rolling passes ie those within the first rolling train, is equalized in such a way that recrystallization does not lead to different structures with regard to the grain size after rolling in the second rolling train.
  • the previously achieved compensation effect can be effectively maintained up to the last rolling pass, particularly advantageously even with thinner strip thicknesses, for example those with strip thicknesses below 4 mm.
  • the point in time at which the transformation begins in the strip edge regions that are expected to cool more quickly can be adjusted to that of the inner regions of the running multiphase steel strip.
  • the temperature of the two strip edge areas is increased by the inductive heating device arranged directly behind the last finishing stand by an amount that corresponds to a multiple of the difference in the expected cooling rates of the inner and near-edge areas of the multiphase steel strip.
  • the finish-rolled multi-phase steel strip still has a very high temperature when it enters the discharge roller conveyor, it is typically cooled by means of a cooling device before it is wound up into the coil.
  • the multiphase steel strip can advantageously be masked as it passes through the cooling device. Can do this usual edge-masking and/or water-crown elements can be used. These elements can be included in the calculation of the different cooling rates and the transformation processes determined by simulation and taken into account accordingly by the control device.
  • reheating devices and/or warming devices for the wound coils can be used within the device in order to slow down the cooling of these and thus further reduce the formation of harder structural components.
  • FIG. 1 shows a schematic of a casting and rolling plant according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 shows a device 1 for producing a multiphase steel strip 2, which is designed in the form of a casting and rolling plant, preferably in the form of a CSP® plant.
  • the plant 1 comprises a casting device 3, with which a continuous material 4 can be cast from a melt, preferably with a thickness in the range from 30 to 150 mm.
  • the continuous material 4 exits vertically downwards from a mold 5 and is deflected in a known manner to the horizontal.
  • the continuous material 4 is then fed to a separating device 6 and separated into individual slabs 7 .
  • the individual slabs 7 are heated by means of a heating device 8, for example in the form of a walking beam furnace 9 or alternatively in the form of a tunnel furnace (not shown), and then fed to a first rolling train 10, which includes a roll stand 11 in the present case.
  • the slabs 7 are rolled into a hot-rolled starting material 12 in the first rolling train 10 .
  • the first rolling train 10 is followed by a second rolling train 13 which comprises a plurality of finishing rolling stands 14 by means of which the hot strip starting material 12 is finish-rolled into the multiphase steel strip 2 .
  • the system 1 also has a cooling device 16 in which the hot multiphase steel strip 2 is cooled before it is then wound up in a coiling device 17 to form a multiphase steel strip coil 18.
  • the system 1 in the embodiment variant outlined here comprises a plurality of inductive heating devices 19, 20, 21, 22, by means of which the two strip edge regions 23 of the hot strip starting material 12 upstream of the first finishing rolling stand 14 or the two strip edge regions 23 of the multiphase steel strip 2 along the entire second rolling train 13 as well as the outlet roller conveyor 15 can be heated in such a way that the multiphase steel strip 2 can enter the structural transformation Ac3 over its entire width (B) before being wound up in the coiler device 17 at the same time.
  • a first inductive heating device 19 is arranged in front of the first finishing rolling stand 14 .
  • a second inductive heating device 20 comprises a plurality of individual modules which are each arranged between the individual finishing rolling stands 14 .
  • a third inductive heating device 21 is arranged directly behind the last finishing stand 14 .
  • a fourth inductive heating device 22 is also provided, which is arranged directly in front of the coiler device 17 .
  • a multiphase steel strip 2 with a thickness of 3.5 mm and a width B of 1500 mm was produced by means of the system shown in FIG.
  • a cooling rate of 30 K/s was determined for the inner region of the multiphase steel strip 2 (see cooling curve 30 in FIG. 3).
  • the inner region of the multiphase steel strip 2 reaches the transformation onset temperature Ac3 after 8 s and begins to undergo ferritic transformation.
  • a cooling rate of 50 K/s was determined for the strip edge regions 23, so that after the throughput time of 8 s these would already have a temperature which was 160 K lower (see cooling curve 31 in FIG. 3).
  • the two band edge regions 23 would already convert to bainitic at this point in time.
  • the two strip edge areas 23 were heated by the inductive heating devices 19, 20, 21, 23 in a targeted manner by an amount of 160 K, so that the multiphase steel strip 2 before being wound up in the coiler 17 over its entire width B at the same time could enter the structural transformation Ac3.

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Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung (1) zur Herstellung eines Mehrphasenstahlbands (2) mit einer Zugfestigkeit von zumindest 780 MPa, vorzugsweise mit einer Zugfestigkeit von zumindest 900 MPa, wobei zunächst in einer Gießeinrichtung (3) ein Stranggut (4) gegossen wird, das Stranggut (4) anschließend in einzelne Brammen (7) getrennt wird, die sodann in einer ersten Walzstraße (10) zu einem Warmbandvormaterial (12) vorgewalzt und anschließend in einer zweiten Walzstraße (13) umfassend eine Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten (14) zu dem Mehrphasenstahlband (2) fertiggewalzt werden, wobei das Mehrphasenstahlband (2) nach Durchlaufen einer in einem Auslaufrollengang (15) angeordneten Kühleinrichtung (16) in einer Haspeleinrichtung (17) zu einem Mehrphasenstahlband-Coil (18) aufgewickelt wird, wobei die beiden Bandkantenbereiche (23) des Warmbandvormaterials (12) vor dem ersten Fertigwalzgerüst (14), und/oder die beiden Bandkantenbereiche (23) des Mehrphasenstahlbands (2) zwischen zumindest zwei der Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten (14), und/oder direkt hinter dem letzten Fertigwalzgerüst (14) mittels einer induktiven Heizeinrichtung (19, 20, 21) derart erwärmt werden, dass das Mehrphasenstahlband (2) vor dem Aufwickeln in der Haspeleinrichtung (17) über seine gesamte Breite (B) zum gleichen Zeitpunkt in die Gefügeumwandlung Ac3 eintritt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines hoch- und höchstfesten Mehrphasenstahls
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrphasenstahlbands mit einer Zugfestigkeit von zumindest 780 MPa, vorzugsweise mit einer Zugfestigkeit von zumindest 900 MPa, sowie eine Vorrichtung zur Herstellung des Mehrphasenstahlbandes. Derartige Stähle sind dem Fachmann auch als hoch und höchstfeste Mehrphasenstähle bekannt.
Mehrphasenstähle zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie relativ hoch mit festigkeitssteigernden Elementen wie Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Chrom und Molybdän legiert sind. Diese Elemente werden gezielt verwendet, um die Materialfestigkeit in dem gewünschten Bereich einzustellen. Alle diese Elemente wirken sich festigkeitssteigernd auf das Gefüge dieser Stähle im warm- sowie im fertig behandelten Zustand aus. Die Elemente Kohlenstoff, Mangan, Chrom und Molybdän sind zudem dafür bekannt, die Umwandlung der Mehrphasenstähle in weichere Gefügebestandteile wie Ferrit zu längeren Zeiten zu verschieben, so dass bereits bei moderaten Abkühlgeschwindigkeiten festere Gefüge wie Bainit und/oder Martensit entstehen können.
Diese Eigenschaft, die Gefügebildung zu beeinflussen, wird gezielt bei der Herstellung von warmgewalzten Mehrphasenstählen mit spezifischen Endeigenschaften sowie bei der Weiterverarbeitung des warmgewalzten Vormaterials in Kaltwalzwerken und der finalen Wärmebehandlung in kontinuierlichen Glüh- bzw. Verzinkungsanlagen ausgenutzt, um diese Endeigenschaften herzustellen.
Bei der Herstellung der Mehrphasenstähle als Vormaterial für Kaltband wird im Warmwalzwerk typischerweise darauf geachtet, ein möglichst gleichmäßiges Ausgangsgefüge, umfassend Ferrit und Perlit mit möglichst geringen Anteilen von Bainit, herzustellen. Hierdurch kann zum einen der Kaltwalzprozess stabiler beherrscht und zum anderen die anschließende Wärmebehandlung besser gesteuert werden. Unterschiedliche Gefügebestandteile, insbesondere höhere Martensitanteile, sind daher innerhalb eines Bandes unerwünscht. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die Haspeltemperatur für derartige Stähle oberhalb der Bildung des Bainits entsprechend einzustellen. Diese Verfahren berücksichtigen allerdings nur die Vergleichmäßigung des Gefügezustandes über die Bandlänge des Mehrphasenstahlbands.
In der täglichen Praxis hat sich allerdings gezeigt, dass neben der chemischen Zusammensetzung des Grundmaterials auch die Umformhistorie die Gefügeumwandlung auf dem Auslaufrollengang zeitlich und in der Höhe der Umwandlungstemperaturen erheblich beeinflusst. Dieser Umstand führt dazu, dass hohe Temperaturunterschiede über die gesamte Bandbreite während des Walzens zur lokalen Bildung von härteren Gefügebestandteilen, insbesondere in den Kantenbereichen, führen.
Die sodann erhaltenen hoch und höchstfesten Mehrphasenstahlbänder weisen in den Kantenbereichen höhere Umformfestigkeiten und somit ein geringeres Umformvermögen auf, als die weiter innenliegenden Bereiche der Stahlbänder. Daher müssen diese in dem nachfolgenden Kaltwalzprozess mit erheblichem anlagentechnischem Aufwand beschnitten werden. Ferner verursacht diese Verfahrensweise hohe Materialverluste.
Aus der EP 3 231 523 A1 ist lediglich ein Verfahren zur Wärmebehandlung von fertiggewalzten hochfesten Mehrphasenstahlband-Coils bekannt, bei dem diese aus der Warmbandherstellung zunächst gekühlt und anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um die Kantenaufhärtung zu reduzieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zum Herstellen eines Mehrphasenstahlbands mit einer Zugfestigkeit von zumindest 780 MPa, vorzugsweise mit einer Zugfestigkeit von zumindest 900 MPa anzugeben.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Mehrphasenstahlbands mit einer Zugfestigkeit von zumindest 780 MPa, vorzugsweise mit einer Zugfestigkeit von zumindest 900 MPa, wird zunächst in einer Gießeinrichtung ein Stranggut gegossen. Das Stranggut wird anschließend in einzelne Brammen getrennt, die sodann in einer ersten Walzstraße zu einem Warmbandvormaterial vorgewalzt und anschließend in einer zweiten Walzstraße umfassend eine Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten zu dem Mehrphasenstahlband fertiggewalzt werden. Nach Durchlaufen einer in einem Auslaufrollengang angeordneten Kühleinrichtung wird das Mehrphasenstahlband in einer Haspeleinrichtung zu einem Mehrphasenstahlband-Coil aufgewickelt.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bandkantenbereiche des Warmbandvormaterials vor dem ersten Fertigwalzgerüst, und/oder die beiden Bandkantenbereiche des Mehrphasenstahlbands zwischen zumindest zwei der Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten, und/oder direkt hinter dem letzten Fertigwalzgerüst mittels einer induktiven Heizeinrichtung derart erwärmt werden, dass das Mehrphasenstahlband vor dem Aufwickeln in der Haspeleinrichtung über seine gesamte Breite zum gleichen Zeitpunkt in die Gefügeumwandlung Ac3 eintritt.
In gleicher Weise sieht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Mehrphasenstahlbandes mit einer Zugfestigkeit von zumindest 780 MPa, vorzugsweise mit einer Zugfestigkeit von zumindest 900 MPa vor. Diese umfasst eine Gießeinrichtung, mittels derer ein Stranggut gießbar ist; eine Trenneinrichtung, mittels derer das Stranggut in einzelne Brammen trennbar ist; eine erste Walzstraße, in der die Brammen zu einem Warmbandvormaterial walzbar sind; eine zweite Walzstraße mit einer Mehrzahl Fertigwalzgerüste, in der das Warmbandvormaterial zu dem Mehrphasenstahlband walzbar ist; einen Auslaufrollengang, in dem eine Kühleinrichtung angeordnet ist; und eine Haspeleinrichtung, in der das Mehrphasenstahlband zu einem Mehrphasenstahlband-Coil aufwickelbar ist.
Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ersten Fertigwalzgerüst, und/oder zwischen zumindest zwei der Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten und/oder direkt hinter dem letzten Fertigwalzgerüst eine induktive Heizeinrichtung angeordnet ist bzw. sind, mittels derer die beiden Bandkantenbereiche des Warmbandvormaterials und/oder die beiden Bandkantenbereiche des Mehrphasenstahlbands derart erwärmbar sind, dass das Mehrphasenstahlband vor dem Aufwickeln in der Haspeleinrichtung über seine gesamte Breite zum gleichen Zeitpunkt in die Gefügeumwandlung Ac3 eintreten kann.
Durch eine gezielte Erwärmung der beiden Bandkantenbereiche kann der zeitliche Verlauf der Gefügeumwandlung derart gesteuert werden kann, dass das Mehrphasenstahlband vor dem Aufwickeln in der Haspeleinrichtung über seine gesamte Breite zum gleichen Zeitpunkt in die Gefügeumwandlung Ac3 eintritt. Hierdurch wird die Bildung von lokalen härteren Gefügebestandteilen, wie des Bainits, in den Bandkantenbereichen des Mehrphasenstahlbands soweit reduziert, dass dieses über seine gesamte Breite ein nahezu homogenes ferritisch-perlitisches Gefüge aufweist, dessen Kaltumformfestigkeit nicht mehr als 25 % voneinander differiert.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Grundsätzlich kann eine einzige induktive Heizeinrichtung ausreichend sein, die vor dem ersten Fertigwalzgerüst, oder zwischen zumindest zwei der Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten, oder direkt hinter dem letzten Fertigwalzgerüst angeordnet ist, um die beiden Bandkantenbereiche entsprechend zu erwärmen bzw. den zeitlichen Verlauf der Gefügeumwandlung zu steuern. Bevorzugt sind jedoch Kombinationen hiervon vorgesehen.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist daher vorgesehen, dass die beiden Bandkantenbereiche des Mehrphasenstahlbands vor der Haspeleinrichtung mittels einer weiteren induktiven Heizeinrichtung erwärmt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante können die beiden Bandkantenbereiche zudem zwischen jedem der Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten mittels der induktiven Heizeinrichtung erwärmt werden.
Sofern in der vorliegenden Erfindung von einem Bandkantenbereich gesprochen wird, so ist unter diesem Begriff im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Bereich gemeint, der sich von der jeweiligen seitlichen Kante des Stahlbands senkrecht zu seiner mittig verlaufenden Bandbreitenmittelachse erstreckt. Vorteilhafterweise umfasst daher jeder der Bandkantenbereiche einen Bereich von bis zu 300 mm, der sich von der jeweiligen seitlichen Kante des Warmbandvormaterials bzw. des Mehrphasenstahlbands senkrecht zur Bandbreitenmittelachse nach innen erstreckt.
Als Mehrphasenstahlband wird vorliegend ein hoch und höchsfestes Mehrphasenstahlband verstanden. Dieses weist vorteilhafterweise die folgende Zusammensetzung in Gew.-% auf:
- C 0,01 - 0,50,
- Mn 1 ,00 - 5,00,
- Si 0,10 - 2,50,
- Cr 0,05 - 1,50,
- Mo 0,002 - 1 ,00,
- AI 0,005 - 2,50
- Nb 0,005 - 0,15
- Ti 0,005 - 0,30
- V 0,002 - 0,30
- B 0,0003 - 0,03
Rest Fe, sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist vor dem ersten Fertigwalzgerüst, zwischen jedem der Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten, direkt hinter dem letzten Fertigwalzgerüst und vor der Haspeleinrichtung eine induktive Heizeinrichtung angeordnet, mittels derer die Temperatur/Gefügeumwandlung der beiden Bandkantenbereiche des Warmbandvormaterials bzw. des Mehrphasenstahlbands regelbar ist. Die einzelnen induktiven Heizeinrichtungen können miteinander über eine Steuereinrichtung verbunden sein, die auf Basis von Informationen über den sich potentiell einstellenden Gefügezustand, simuliert durch ein geeignetes metallkundliches Modell oder Kl-Ansätze, die Temperatur entsprechend regelt.
Vorteilhafterweise wird die Temperaturerhöhung der beiden Bandkantenbereiche beim Durchlaufen der zweiten Walzstraße sowie des Auslaufrollengangs kontinuierlich vorgenommen.
Über die induktive Erwärmung der beiden Bandkantenbereiche des Warmbandvormaterials kann der Temperaturverlust an den beiden Bandkanten beim Durchlaufen der zweiten Walzstraße wirkungsvoll kompensiert werden. Vorteilhafterweise wird der Zustand des austenitischen Gefüges nach den ersten Walzstichen, also derer innerhalb der ersten Walzstraße, derart vergleichmäßigt, dass die Rekristallisation nicht zu unterschiedlichen Gefügen bezüglich der Korngröße nach dem Walzen in der zweiten Walzstraße führt.
Über die induktive Erwärmung der beiden Bandkantenbereiche des Mehrphasenstahlbands zwischen der Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten kann der zuvor erzielte Kompensationseffekt wirkungsvoll bis hin zum letzten Walzstich aufrechterhalten werden, besonders vorteilhaft auch bei dünneren Banddicken, beispielsweise solchen mit Banddicken unterhalb von 4 mm.
Nachdem der Ausgangszustand des austenitischen Gefüges vor einer nachfolgenden Kühlung weitestgehend vergleichmäßigt ist, kann der Zeitpunkt des Umwandlungsbeginns der erwartungsgemäß schneller kühlenden Bandkantenbereiche dem der inneren Bereiche des laufenden Mehrphasenstahlbandes angepasst werden. Vorteilhafterweise wird hierzu die Temperatur der beiden Bandkantenbereiche mittels der direkt hinter dem letzten Fertigwalzgerüst angeordneten induktiven Heizeinrichtung um einen Betrag angehoben, der einem Vielfachen des Unterschiedes der zu erwartenden Abkühlgeschwindigkeiten der inneren und kantennahen Bereiche des Mehrphasenstahlbandes entspricht.
Da das fertiggewalzte Mehrphasenstahlband beim Eintritt in den Auslaufrollengang eine noch sehr hohe Temperatur aufweist, wird dieses typischerweise mittels einer Kühleinrichtung abgekühlt, bevor es zu dem Coil aufgewickelt wird. Um eine zu starke Kühlung der beiden Bandkantenbereiche zu verhindern, kann das Mehrphasenstahlband vorteilhafterweise beim Durchlaufen der Kühleinrichtung maskiert werden. Hierzu können übliche edge-masking- und/oder water-crown-Elemente eingesetzt werden. Diese Elemente können in die Berechnung der unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten und der simulatorisch ermittelten Umwandlungsverläufe einbezogen und von der Steuereinrichtung entsprechend berücksichtigt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können innerhalb der Vorrichtung Nachwärmvorrichtungen und/oder Warmhaltevorrichtungen für die gewickelten Coils eingesetzt werden, um die Abkühlung dieser zur verlangsamen und somit die Bildung der härtere Gefügebestandteile weiter zu reduzieren.
Figurenbeschreibung
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Gieß-Walz-Anlage gemäß einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Mehrphasenstahlbands, und
Fig. 3 ein Diagramm mit unterschiedlichen Abkühlkurven.
In Figur 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Mehrphasenstahlbands 2 skizziert, die in Form einer Gieß-Walz-Anlage, vorzugsweise in Form einer CSP-®-Anlage, ausgebildet ist. Die Anlage 1 umfasst eine Gießeinrichtung 3, mit der ein Stranggut 4 aus einer Schmelze, vorzugsweise mit einer Dicke im Bereich von 30 bis 150 mm, gegossen werden kann. Das Stranggut 4 tritt vertikal aus einer Kokille 5 nach unten aus und wird in bekannter Weise in die Horizontale umgelenkt. Anschließend wird das Stranggut 4 einer Trenneinrichtung 6 zugeführt und in einzelne Brammen 7 getrennt. Die einzelnen Brammen 7 werden mittels einer Wärmeeinrichtung 8, beispielsweise in Form eines Hubbalkenofens 9 oder alternativ in Form eines Tunnelofens (nicht dargestellt), erwärmt, und sodann einer ersten Walzstraße 10 zugeführt, die vorliegend ein Walzgerüst 11 umfasst. In der ersten Walzstraße 10 werden die Brammen 7 zu einem Warmbandvormaterial 12 gewalzt.
An die erste Walzstraße 10 schließt sich in der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante eine zweite Walzstraße 13 an, die eine Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten 14 umfasst, mittels derer das Warmbandvormaterial 12 zu dem Mehrphasenstahlband 2 fertiggewalzt wird. In einem sich anschließenden Auslaufrollengang 15 weist die Anlage 1 zudem eine Kühleinrichtung 16 auf, in der das heiße Mehrphasenstahlband 2 gekühlt wird, bevor es anschließend in einer Haspeleinrichtung 17 zu einem Mehrphasenstahlband-Coil 18 aufgewickelt wird.
Weiterhin umfasst die Anlage 1 in der vorliegend skizzierten Ausführungsvariante mehrere induktive Heizeinrichtungen 19, 20, 21 , 22, mittels derer die beiden Bandkantenbereiche 23 des Warmbandvormaterials 12 vor dem ersten Fertigwalzgerüst 14 bzw. die beiden Bandkantenbereiche 23 des Mehrphasenstahlbands 2 entlang der gesamten zweiten Walzstraße 13 als auch des Auslaufrollengangs 15 derart erwärmbar sind, dass das Mehrphasenstahlband 2 vor dem Aufwickeln in der Haspeleinrichtung 17 über seine gesamte Breite (B) zum gleichen Zeitpunkt in die Gefügeumwandlung Ac3 eintreten kann.
Wie anhand der Figur 1 zu entnehmen, ist eine erste induktive Heizeinrichtung 19 vor dem ersten Fertigwalzgerüst 14 angeordnet. Eine zweite induktive Heizeinrichtung 20 umfasst in der vorliegenden Ausführungsvariante mehrere einzelne Module, die jeweils zwischen den einzelnen Fertigwalzgerüsten 14 angeordnet sind. Eine dritte induktive Heizeinrichtung 21 ist direkt hinter dem letzten Fertigwalzgerüst 14 angeordnet. Ferner ist eine vierte induktive Heizeinrichtung 22 vorgesehen, die unmittelbar vor der Haspeleinrichtung 17 angeordnet ist. Beispiel
Mittels der in Figur 1 dargestellten Anlage wurde ein Mehrphasenstahlband 2 mit einer Dicke von 3,5 mm und einer Breite B von 1500 mm hergestellt. Für den inneren Bereich des Mehrphasenstahlbands 2 wurde eine Abkühlgeschwindigkeit von 30 K/s ermittelt (siehe Abkühlkurve 30 in Fig. 3). In dieser Konfiguration erreicht der innere Bereich des Mehrphasenstahlbands 2 nach 8 s die Temperatur des Umwandlungsbeginns Ac3 und beginnt ferritisch umzuwandeln. Für die Bandkantenbereiche 23 wurde eine Abkühlgeschwindigkeit von 50 K/s ermittelt, so dass diese nach der Durchlaufzeit von 8 s bereits eine Temperatur um 160 K tiefere Temperatur aufweisen würden (siehe Abkühlkurve 31 in Fig. 3). Die beiden Bandkantenbereiche 23 würde zu diesem Zeitpunkt bereits bainitisch umwandeln. Um dies zu verhindern, wurden die beiden Bandkantenbereiche 23 mittels der induktiven Heizeinrichtungen 19, 20, 21 , 23 gezielt um einen Betrag von 160 K erwärmt, so dass das Mehrphasenstahlband 2 vor dem Aufwickeln in der Haspeleinrichtung 17 über seine gesamte Breite B zum gleichen Zeitpunkt in die Gefügeumwandlung Ac3 eintreten konnte.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung / Gieß-Walz-Anlage
2 Mehrphasenstahlband
3 Gießeinrichtung
4 Stranggut
5 Kokille
6 Trenneinrichtung
7 Bramme
8 Wärmeeinrichtung
9 Hubbalkenofen
10 erste Walzstraße
11 Walzgerüst
12 Warmbandvormaterial
13 zweite Walzstraße
14 Fertigwalzgerüste
15 Auslaufrollengang
16 Kühleinrichtung
17 Haspeleinrichtung
18 Mehrphasenstahlband-Coil
19 erste induktive Heizeinrichtung
20 zweite induktive Heizeinrichtung
21 dritte induktive Heizeinrichtung
22 vierte induktive Heizeinrichtung
23 Bandkantenbereich
24 Bandbreitenmittelachse
25 edge-masking-Element
26 Ferrit
27 Perlit
28 Bainit
29 Martensit
30 Abkühlkurve innerer Bereich
31 Abkühlkurve Bandkantenbereich
B Breite des Bandes

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Mehrphasenstahlbands (2) mit einer Zugfestigkeit von zumindest 780 MPa, vorzugsweise mit einer Zugfestigkeit von zumindest 900 MPa, wobei zunächst in einer Gießeinrichtung (3) ein Stranggut (4) gegossen wird, das Stranggut (4) anschließend in einzelne Brammen (7) getrennt wird, die sodann in einer ersten Walzstraße (10) zu einem Warmbandvormaterial (12) vorgewalzt und anschließend in einer zweiten Walzstraße (13) umfassend eine Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten (14) zu dem Mehrphasenstahlband (2) fertiggewalzt werden, wobei das Mehrphasenstahlband (2) nach Durchlaufen einer in einem Auslaufrollengang (15) angeordneten Kühleinrichtung (16) in einer Haspeleinrichtung (17) zu einem Mehrphasenstahlband-Coil (18) aufgewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bandkantenbereiche (23) des Warmbandvormaterials (12) vor dem ersten Fertigwalzgerüst (14), und/oder die beiden Bandkantenbereiche (23) des Mehrphasenstahlbands (2) zwischen zumindest zwei der Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten (14), und/oder direkt hinter dem letzten Fertigwalzgerüst (14) mittels einer induktiven Heizeinrichtung (19, 20, 21) derart erwärmt werden, dass das Mehrphasenstahlband (2) vor dem Aufwickeln in der Haspeleinrichtung (17) über seine gesamte Breite (B) zum gleichen Zeitpunkt in die Gefügeumwandlung Ac3 eintritt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die beiden Bandkantenbereiche (23) des Mehrphasenstahlbands (2) vor der Haspeleinrichtung (17) mittels einer weiteren induktiven Heizeinrichtung (22) erwärmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden Bandkantenbereiche (23) des Mehrphasenstahlbands (2) beim Durchlaufen der Kühleinrichtung (16) maskiert werden. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die beiden Bandkantenbereiche (23) zwischen jedem der Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten (14) mittels der induktiven Heizeinrichtung (20) erwärmt werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Bandkantenbereiche (23) sich über einen Bereich von bis zu 300 mm von der jeweiligen seitlichen Kante des Warmbandvormaterials (12) bzw. Mehrphasenstahlbands (2) senkrecht zur Bandbreitenmittelachse (24) nach innen erstrecken. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperaturerhöhung der beiden Bandkantenbereiche (23) beim Durchlaufen der zweiten Walzstraße (13) sowie des Auslaufrollengangs (15) kontinuierlich vorgenommen wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mehrphasenstahlband (2) die folgende Zusammensetzung in Gew.-% aufweist:
C 0,01 - 0,50,
Mn 1 ,00 - 5,00,
Si 0,10 - 2,50,
Cr 0,05 - 1,50,
Mo 0,002 - 1 ,00,
AI 0,005 - 2,50
Nb 0,005 - 0,15
Ti 0,005 - 0,30
V 0,002 - 0,30
B 0,0003 - 0,03
Rest Fe, sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
8. Vorrichtung (1) zum Herstellen eines Mehrphasenstahlbands (2) mit einer Zugfestigkeit von zumindest 780 MPa, vorzugsweise von zumindest 900 MPa umfassend: eine Gießeinrichtung (3), mittels derer ein Stranggut (4) gießbar ist, eine Trenneinrichtung (6), mittels derer das Stranggut (4) in einzelne Brammen (7) trennbar ist, eine erste Walzstraße (10), in der die Brammen (7) zu einem Warmbandvormaterial (12) walzbar sind, eine zweite Walzstraße (13) mit einer Mehrzahl Fertigwalzgerüste (14), in der das Warmbandvormaterial (12) zu dem Mehrphasenstahlband (2) walzbar ist, einen Auslaufrollengang (15), in dem eine Kühleinrichtung (16) angeordnet ist, und eine Haspeleinrichtung (17), in der das Mehrphasenstahlband (2) zu einem Mehrphasenstahlband-Coil (18) aufwickelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ersten Fertigwalzgerüst (14), und/oder zwischen zumindest zwei der Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten (14), und/oder direkt hinter dem letzten Fertigwalzgerüst (14) eine induktive Heizeinrichtung (19, 20, 21) angeordnet ist, mittels derer die beiden Bandkantenbereiche (23) des Warmbandvormaterials (12) und/oder die beiden Bandkantenbereiche (23) des Mehrphasenstahlbands (2) derart erwärmbar sind, dass das Mehrphasenstahlband (2) vor dem Aufwickeln in der Haspeleinrichtung (17) über seine gesamte Breite (B) zum gleichen Zeitpunkt in die Gefügeumwandlung Ac3 eintreten kann.
9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, umfassend eine weitere vor der Haspeleinrichtung (17) angeordnete induktive Heizeinrichtung (22), mittels derer die beiden Bandkantenbereiche (23) des Mehrphasenstahlbands (2) zusätzlich erwärmbar sind.
10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei zwischen jedem der Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten (14) eine induktive Heizeinrichtung (20) vorgesehen ist.
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