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DE19725434C2 - Verfahren zum Walzen von Warmbreitband in einer CSP-Anlage - Google Patents

Verfahren zum Walzen von Warmbreitband in einer CSP-Anlage

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DE19725434C2
DE19725434C2 DE19725434A DE19725434A DE19725434C2 DE 19725434 C2 DE19725434 C2 DE 19725434C2 DE 19725434 A DE19725434 A DE 19725434A DE 19725434 A DE19725434 A DE 19725434A DE 19725434 C2 DE19725434 C2 DE 19725434C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Walzen von Warmbreitband aus stranggegossenen Dünnbrammen aus ferritisch-perlitisch mikrolegierten Baustählen mit einer Mikrolegierung mit Vanadium und/oder mit Niob und/oder mit Titan in einer CSP-Anlage, wobei der gegossene Brammenstrang, geteilt in Walzlängen, über einen Ausgleichsofen einer mehrgerüstigen CSP-Walzstraße zugeführt und dort kontinuierlich zu Warmbreitband ausgewalzt, in einer Kühlstrecke gekühlt und zu Bunden gehaspelt wird.
Das Walzen von Warmbreitband in einer CSP-Anlage (CSP = Compact Strip Production), wobei stranggegossenes Vormaterial nach Unterteilung in Walzlängen über einen Ausgleichsofen direkt dem Walzwerk zugeführt wird, ist aus der EP-A-0368048 bekannt, wobei als Walzwerk ein mehrgerüstiges Walzwerk eingesetzt wird, in das die auf eine Temperatur von 1100°C bis 1130°C im Ausgleichsofen gebrachten Walzlängen in aufeinander folgenden Arbeitsschritten mit dazwischen liegender Entzunderung fertig gewalzt werden.
Um eine Verbesserung der Festigkeit- und Zähigkeitseigenschaften sowie der damit verbundenen wesentlichen Erhöhung der Streckgrenzwerte und der Kerbschlagzähigkeit eines Walzproduktes aus Stahl zu erreichen, wird in der EP-A-0413163 vorgeschlagen, das Walzgut thermomechanisch zu behandeln.
Bei der thermomechanischen Umformung werden im Gegensatz zum normalisierenden Umformen, bei der die Endumformung im Bereich der Normalglühtemperatur mit vollständiger Rekristallisation des Austenits stattfindet, Temperaturbereiche für eine gezielte Umformrate eingehalten, bei denen der Austenit nicht oder nicht wesentlich rekristallisiert, d. h. in jedem Fall liegt vor der eigentlichen thermomechanischen Behandlung des Walzgutes ein Austenit-Gefüge vor, das entweder keine oder nur geringe Anteile von Keimen oder Gefügeanteilen der bei niedrigerer Temperatur beständigen Phase enthält.
Die Einstellung dieses Ausgangsgefüges kann dabei unmittelbar aus der Gießwärme oder in einem Vorwärmofen von Raumtemperatur oder einer Zwischentemperatur aus erfolgen.
Nach dem in der EP-A-0413163 vorgeschlagenen Verfahren beginnt die Umformung des Walzgutes im Temperaturbereich des stabilen Austenits und wird bis dicht oberhalb der Ar3-Temperatur fortgesetzt.
Um in den für die thermomechanische Walzung günstigsten Temperaturbereich zu kommen, wird die Anstichtemperatur des Walzgutes in Abhängigkeit vom gewünschten Umformgrad festgelegt.
In der Veröffentlichung "De Boer, Harald: Mikrolegierte Stähle - thermomechanische Behandlung und Eigenschaften; in: Blech-Rohre-Profile, 1983, Seiten 485-488" wird ein allgemeiner Überblick über die Vorgänge, die bei der thermomechanischen Umformung von mikrolegierten Stählen ablaufen und die aus dieser Umformung resultierenden Eigenschaften dargestellt. Empfohlen wird in dieser Druckschrift,
  • - das Walzgut vor der thermomechanischen Umformung aufzuwärmen,
  • - eine starke Verformung während der Vorwalzphase bei vorzugsweise 1100°C durchzuführen,
  • - die Endumformung intensiv durchzuführen bei Temperaturen, die bis in den Bereich der Ar3-Temperatur reichen.
Wesensmerkmal der thermomechanischen Behandlung ist die Nutzung der plastischen Deformation nicht nur zur Herstellung einer definierten Produktgeometrie, sondern insbesondere zur Einstellung einer gewünschten Realstruktur und damit zur Gewährleistung definierter Werkstoffeigenschaften, wobei nicht rekristallisierter Austenit zur polymorphen gamma (gamma) - alpha (α) - Umwandlung kommt (bei der normalisierenden Umformung ist der Austenit bereits rekristallisiert).
Herkömmliche Brammen unterliegen bei Kalteinsatz vor ihrer Umformung in einem konventionellen Walzwerk den polymorphen Umwandlungen:
- Schmelze (L) → Ferrit (δ) → Austenit A1 (gamma) →
- → Ferrit (α) → Austenit A2 (gamma)
während für die CSP-Technologie gilt:
- Schmelze (L) → Ferrit (δ) → Austenit A1 (gamma)
mit einer höheren Übersättigung des Mischkristalls Austenit und einem erhöhten Ausscheidungspotential für Karbonitride aus dem Austenit.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine spezifische Verfahrensstrategie für das thermomechanische Walzen in CSP-Anlagen zu entwickeln, um die Besonderheiten der Gefügeentwicklung und die dadurch abgeleiteten Werkstoffeigenschaften durch das Direktwalzen ohne Zwischenkühlung und nachfolgendes Wiedererwärmen beim Walzen von CSP-Brammen in CSP-Anlagen optimal zu nutzen.
Die gestellte Aufgabe wird verfahrenstechnisch durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zur Erzielung optimaler mechanischer Eigenschaften am Warmbreitband durch thermomechanisches Walzen eine kontrollierte Gefügeentwicklung beim Durchlauf der Dünnbrammen durch die CSP-Anlage durchgeführt wird mit den Verfahrensschritten:
  • a) während und/oder nach der ersten Umformung wird durch Einstellung definierter Temperatur- und Formänderungsbedingungen zur Anpassung der Umformung an die spezifischen Verfahrensparameter des CSP-Verfahrens mit seiner spezifischen thermischen Vorgeschichte, wobei die Umformtemperatur oberhalb der Rekristallisations-Stop-Temperatur (TR) liegt, eine vollständige (dynamische und/oder meta-dynamische und/oder statische) Rekristallisation des Gussgefüges der CSP-Dünnbramme herbeigeführt und erst dann mit der zweiten Umformung begonnen wird, wozu bei Bedarf zur Bereitstellung der für die Rekristallisation erforderlichen Zeit das nächste (zweite) Walzgerüst geöffnet und bei Bedarf nur als Treiber genutzt wird,
  • b) die Umformung in den letzten Walzgerüsten wird bei Temperaturen unterhalb der TR-Temperatur durchgeführt, wobei die Umformung einen Betrag von 30% nicht unterschreiten soll und die Endwalztemperatur nahe bei der Ar3-Temperatur (Temperatur der Austenit/Ferrit-Umwandlung liegt;
  • c) die Abkühlung der Warmbreitbänder in der Kühlstrecke wird so gesteuert, dass bei einer Temperatur, die zwischen der Ar3-Temperatur und der BS-Temperatur (Bainit-Start-Temperatur) liegt, die polymorphe Umwandlung des Austenits erfolgt.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird das thermomechanische Umformen in optimaler Weise auf die spezifischen Verfahrensparameter des CSP-Verfahrens mit seiner spezifischen thermischen Vorgeschichte ausgerichtet. Bei der Einstellung der Temperatur und der Formänderungbedingungen sind insbesondere dabei die grundsätzlichen Unterschiede zum konventionellen Walzen zu beachten:
  • - in die Fertigstraße eines konventionellen Walzwerkes Läuft eine in der Vorstraße vorgewalzte (plastisch deformierte) Bramme mit rekristallisiertem Gefüge ein,
  • - in die CSP-Fertigstraße wird die Dünnbramme mit Gussgefüge eingeführt,
  • - die Oberflächenbeschaffenheit einer CSP-Dünnbramme unterscheidet sich deutlich von einer vorgewalzten Bramme (beispielsweise durch ihre Topologie).
Durch diese Unterschiede ergeben sich auch Unterschiede bei den durch die Warmumformung ausgelösten Festkörperreaktionen durch beispielsweise
  • - unterschiedliche Beweglichkeit der Großwinkelgrenzen,
  • - unterschiedliches Mischkristall- und Ausscheidungsverhalten,
  • - unterschiedlicher Diffusionsmechanismus und -kinetik durch den unterschiedlichen Charakter der Grenzflächen und chemischen Inhomogenitäten, die gleichfalls bei der Einstellung der Verfahrensparameter zu beachten sind.
Gemäß der Erfindung wird die erste Umformung bei einer Temperatur oberhalb der Rekristallisations-Stop-Temperatur (TR) vorgenommen, so dass während und/oder nach dieser ersten Umformung eine vollständige Rekristallisation des Gussgefüges erfolgt. Die Rekristallisation kann dabei dynamisch und/oder metadynamisch und/oder statisch stattfinden.
Wichtig ist dabei gemäß der Erfindung, dass diese Rekristallisation vollständig abgeschlossen ist, bevor die nächste Umformung durchgeführt wird. Wenn der Abstand der Gerüste und die Walzgeschwindigkeit für die benötigte Zeitspanne nicht ausreicht, dann kann nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das nächste Walzgerüst geöffnet werden, so dass bis zum übernächsten Walzgerüst, in dem dann die zweite Umformung durchgeführt wird, genügend Zeit zur Verfügung steht. Die Öffnung des Walzgerüstes schließt seine Nutzung als Treiber dabei nicht aus.
Die weitere Umformung in den letzten Walzgerüsten der CSP-Walzstraße erfolgt dann bei Temperaturen unterhalb der Rekristallisations-Stop-Temperatur (TR), um den Austenit vor seiner polymorphen Umwandlung zu verfestigen. Die austenitverfestigende Umformung soll dabei einen Betrag von 30 % nicht unterschreiten. Die Endwalztemperatur liegt nahe bei der Ar3-Temperatur.
Die polymorphe Umwandlung des Austenits erfolgt dann anschließend bei der abschließenden Kühlung in beispielsweise einer Laminarkühlstrecke bei einer Temperatur, die zwischen der Ar3-Temperatur (Temperatur der Austenit-Ferrit-Umwandlung) und der BS-Temperatur (Bainit-Starttemperatur) liegt.
Eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschaften kann durch weitere gesteuerte Abkühlung des gewickelten Bundes, wobei insbesondere die Ausscheidungsvorgänge gezielt beeinflusst werden, erreicht werden.
Die zweite Umformung, die gegebenenfalls erst im dritten Walzgerüst durchgeführt wird, kann gemäß der Erfindung bevorzugt der Auslösung eines zweiten Rekristallisationszyklus dienen, der zu einer weiteren Gefügefeinung und Gefügehomogenisierung führt, bevor neuerlich umgeformt wird. Zu diesem Zweck kann das nachfolgende Walzgerüst ebenfalls geöffnet werden, das dann gleichfalls bei Bedarf als Treiber genutzt werden kann. Die Temperatur liegt bei dieser zweiten Umformung gleichfalls oberhalb der TR-Temperatur.
Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung besteht aus einer CSP-Anlage, in der gegossene Dünnbrammen im Direkteinsatz (ohne Zwischenkühlung und nachfolgendes Wiedererwärmen) in einer mehrgerüstigen CSP-Walzstraße umgeformt werden, und in der eine kontrollierte Gefügeentwicklung in der CSP-Walzstraße, in der Kühlstrecke und in der Haspel zur Erzielung optimaler mechanischer Eigenschaften am Warmbreitband möglich ist, wobei insbesondere zwischen der ersten und der zweiten Umformung sowie bei Bedarf auch zwischen der zweiten und der dritten Umformung eine für eine vollständige Rekristallisation erforderliche variable Zeitspanne einstellbar ist.
Nachfolgend wird anhand einer Zeichnungsfigur das Verfahren der Erfindung mit einem Fallbeispiel näher erläutert.
In der Zeichnungsfigur ist eine CSP-Anlage dargestellt, in der ein etwa 6 mm starkes Warmbreitband aus hochfestem Baustahl durch thermomechanisches Walzen hergestellt wird.
Die aus der Gießanlage (1) austretenden Dünnbrammen (13) werden mit einer Schneidvorrichtung (2) in Walzlängen unterteilt und in einen Ausgleichsofen (3) eingeführt, in der sie auf eine Temperatur von etwa 1130°C gebracht werden.
Die erste Umformung wird mit einer Stichabnahme von 50% im ersten Walzgerüst (4) bei einer Umformtemperatur von 1080°C durchgeführt. Um die gewünschte Rekristallisation vollständig bis zur zweiten Umformung zum Abschluss zu bringen, ist das zweite Walzgerüst (5) geöffnet und dient lediglich als Treiber.
Die zweite Umformung wird dann im dritten Walzgerüst (6) mit einer Stichabnahme von 40% bei einer Umformtemperatur von 1030°C durchgeführt. Da hier die Umformung zu einer weiteren Rekristallisation genutzt wird, ist das nachfolgende vierte Walzgerüst (7) gleichfalls geöffnet und dient nur als Treiber.
Die weiteren Uniformstufen sind
  • - dritte Umformung im fünften Walzgerüst (8) mit einer Stichabnahme von 30% bei einer Umformtemperatur von 900°C,
  • - vierte Umformung im sechsten Walzgerüst (9) mit einer Stichabnahme von 25% bei einer Umformtemperatur von 840°C,
  • - fünfte Umformung im siebten Walzgerüst (10) mit einer Stichabnahme von 15% bei einer Umformtemperatur von 800°C.
Danach wird das Warmbreitband in einer Laminar-Kühlstrecke (11) auf 600°C (Haspeltemperatur) abgekühlt und in einer Unterflur-Haspelanlage (12) zu einem Bund aufgewickelt.
In der Zeichnungsfigur sind für die einzelnen Verfahrensschritte die entsprechenden Temperaturbereiche dargestellt. Die Zeitspanne (I) zwischen der ersten und der zweiten Umformung dient einer ersten Rekristallisationsphase, die Temperatur T ist dabei größer als die TR-Temperatur.
Die Zeitspanne (II) zwischen der zweiten Umformung und der dritten Umformung dient der zweiten Rekristallisationsphase mit gleichfalls einer Temperatur T, die größer als die TR-Temperatur ist.
Die Zeitspanne (III) von der dritten Umformung bis zur letzten Umformung dient der Verfestigung des Austenits mit einer Temperatur T zwischen der TR-Temperatur und der Ar3-Temperatur.
Der Zeitraum (IV) nach der letzten Umformung, in der gekühlt wird, dient der polymorphen Umwandlung des Austenits. Die Temperatur T liegt hierbei zwischen der Ar3-Temperatur und der BS-Temperatur.
Die im obigen Fallbeispiel aufgeführten Parameter stellen nur mögliche Parameter für eine bestimmte Stahlsorte dar, wobei weitere Parameter, wie beispielsweise Walzendurchmesser, Walzgeschwindigkeit, Abstände der Walzgerüste voneinander mit zu berücksichtigen sind, um eine optimale Gefügebeeinflussung durch die thermomechanische Umformung zu erreichen.

Claims (2)

1. Verfahren zum Walzen von Warmbreitband aus stranggegossenen Dünnbram­ men (13) aus ferritisch-perlitisch mikrolegierten Baustählen mit einer Mikrolegierung mit Vanadium und/oder mit Niob und/oder mit Titan in einer CSP-Anlage, wobei der gegossene Brammenstrang (13), geteilt in Walzlän­ gen, über einen Ausgleichsofen (3) der mehrgerüstigen CSP-Walzstraße (4-­ 10) zugeführt und dort kontinuierlich zu Warmbreitband ausgewalzt, in einer Kühlstrecke (11) gekühlt und zu Bunden gehaspelt (12) wird, wobei zur Erzielung optimaler mechanischer Eigenschaften am Warmbreitband eine kontrollierte Gefügeentwicklung durch thermomechanisches Walzen beim Durchlauf der Dünnbramme durch die Walzstraße durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
  • a) während und/oder nach der ersten Umformung (4) durch Einstellung definierter Temperatur- und Formänderungsbedingungen zur Anpassung der Umformung an die spezifischen Verfahrensparameter des CSP-Verfahrens mit seiner spezifischen thermischen Vorgeschichte, wobei die Umformtemperatur oberhalb der Rekristallisations-Stop-Temperatur (TR) liegt, eine voll­ ständige (dynamische und/oder meta-dynamische und/oder statische) Rekri­ stallisation des Gussgefüges der CSP-Dünnbramme herbeigeführt wird und erst dann mit der zweiten Umformung begonnen wird, wozu bei Bedarf zur Bereitstellung der für die Rekristallisation erforderlichen Zeit das nächste (zweite) Walzgerüst (5) geöffnet und bei Bedarf nur als Treiber genutzt wird,
  • b) die Umformung in den letzten Walzgerüsten (8-10) bei Temperaturen unterhalb der TR-Temperatur durchgeführt wird, wobei die Umformung einen Betrag von 30% nicht unterschreiten soll und die Endwalztemperatur nahe bei der Ar3-Temperatur (Temperatur der Austenit/Ferrit-Umwandlung liegt;
  • c) die Abkühlung der Warmbreitbänder in der Kühlstrecke (11) so gesteuert wird, dass bei einer Temperatur, die zwischen der Ar3-Temperatur und der BS-Temperatur (Bainit-Start-Temperatur) liegt, die polymorphe Umwandlung des Austenits erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umformung, deren Umformtemperatur genau wie bei der ersten Umformung oberhalb der TR-Temperatur liegt, zu einem zweiten Rekristallisationszy­ klus genutzt wird, und die dritte Umformung erst nach vollständigem Abschluss dieser Rekristallisation begonnen wird, wozu bei Bedarf zur Bereitstellung der erforderlichen Rekristallisationszeit das folgende Walzgerüst (7) geöffnet und bei Bedarf nur als Treiber genutzt wird.
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