DE19843200C1 - Verfahren zur Erzeugung von Warmband und Blechen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Warmband und Blechen auf
einer Produktionsanlage, bestehend aus einer Stranggießanlage für Brammen mit
einer Dicke zwischen 100 und 180 mm und mit einer Austrittstemperatur aus der
Stranggießanlage oberhalb von 1000°C, einem Anwärmofen und einem
Steckelwalzwerk.
In einer unter dem Namen FFM (Flexible Flat Mill) bekanntgewordenen
Produktionsanlage für die Erzeugung sowohl von Warmband als auch von Blechen
wird eine 100-180 mm dicke Bramme von der Stranggießanlage mit Hilfe eines
Rollgangs direkt zum Anwärmofen transportiert, heiß eingesetzt und angewärmt und
nach Verlassen des Anwärmofens in einem ein- oder mehrgerüstigem
Steckelwalzwerk zu einem Band oder zu einem oder mehreren Blechen ausgewalzt.
Üblicherweise liegt die Temperatur der Bramme nach dem Verlassen der
Stranggießanlage zwischen 1000°C und 1150°C und verringert sich während des
Transportes zum Anwärmofen auf dem Rollgang. Der direkte Heißeinsatz in den
Anwärmofen erfolgt bei Temperaturen zwischen 750 und 950°C. Im Anwärmofen wird
die Bramme gleichmäßig über Dicke, Breite und Länge auf materialabhängige
Temperaturen zwischen 1050 und 1280°C angewärmt.
Kennzeichnend für den Heißeinsatz ist die Tatsache, daß vor der ersten Umformung
in der Walzstraße über die Brammendicke keine oder nur eine geringfügige Austenit-
Ferrit/Perlit-Umwandlung im oberflächennahen Bereich stattfindet, wenn die
Oberflächentemperaturen die Umwandlungstemperaturen beim Transport der
Bramme von der Stranggießanlage zum Anwärmofen nicht oder nur geringfügig und
kurzzeitig unterschritten hat. Der mit der Erstarrung der Bramme entstandene
grobkörnige Primäraustenit bleibt bis zur Umformung in der Walzstraße überwiegend
erhalten. Die Austenitkorngröße kann im Anwärmofen materialabhängig und je nach
Anwärmtechnologie noch wachsen.
Das Verfahren des Heißeinsatzes führt im Vergleich zum Kalteinsatz zur Einsparung
von Anwärmenergie und -zeit während des Anwärmprozesses.
Das beschriebene Verfahren des Heißeinsatzes hat sich bewährt für Stähle mit einem
Kupfergehalt kleiner als 0,3%. Bei höheren Kupfergehalten im Stahl lagert sich das
bei der Zunderbildung im Anwärmofen frei werdende Kupfer an den Korngrenzen des
Primäraustenits an. In Abhängigkeit vom Kupfergehalt, der Anwärmtemperatur und
Verzunderung können diese Kupferanlagerungen an den Korngrenzen während der
Umformung im Walzwerk zu Materialtrennungen in Form von netzartigen Rissen
führen.
In EP 0686702 A1 wird zur Lösung des auch in Dünnbrammen-Gießwalzanlagen
auftretenden Problems vorgeschlagen, die Oberfläche der 40-70 mm dicken
Dünnbrammen in einer der Stranggießanlage nachgeordneten Kühlstrecke auf
Temperaturen unterhalb der Ar3-Temperatur derart abzusenken, daß in einem
oberflächennahen Bereich von mindestens 2 mm Tiefe eine mindestens 70%ige
Gefügeumwandlung des Austenits in Ferrit/Perlit mit Neuorientierung der
Austenitkorngrenzen nach Wiedererwärmung im Rollenherdofen stattfindet. Eine
mittlere Oberflächentemperatur soll bei der Abkühlung in der Kühlstrecke die
Martensitschwelle der jeweiligen Materialgüte nicht unterschreiten.
Insgesamt ist festzustellen, daß beim Stand der Technik beim Walzen von Blöcken,
Knüppeln und Brammen bestimmter chemischer Zusammensetzung Risse bzw.
Materialtrennungen auftreten, wenn das Verfahren des Heißeinsatzes in den
Artwärmofen als direkte Kopplung von Stranggießanlage und Walzwerk angewendet
wird.
In JP 59-189001 wird für Knüppel aus Kohlenstoffstählen mit 5-100 ppm Bor, 0,03-0,15%
Schwefel und 0,5-2,0% Silizium ebenfalls eine schnelle Abkühlung der
oberflächennahen Randschicht im Bereich zwischen Stranggießanlage und
Artwärmofen zur Vermeidung von Rissen irrt Walzgut während des Walzens
vorgeschlagen.
In EP 0587150 A1 werden AIN-Ausscheidungen während des Heißeinsatzes als
Ursache für Risse im Walzgut beim Walzen von aluminium-beruhigten Stählen mit
0,008-0,030% N und 0,03-0,25% Pb angegeben. Empfohlen wird eine
Schnellabkühlung der oberflächennahen Randschicht der Vorblöcke mit
Gefügeumwandlung im Bainitgebiet zur Unterdrückung, der AIN-Ausscheidungen. Die
Schnellabkühlung findet zwischen Stranggießanlage und Artwärmofen statt.
Im US - Patent 56 34 512 werden Ausscheidungen von Al, V und N während des
Heißeinsatzes als Ursache für Risse in Vorblöcken, Knüppeln und Brammen infolge
von Zugspannungen bei der Abkühlung an Luft benannt. Vorgeschlagen wird
ebenfalls eine Schnellabkühlung einer oberflächennahen Randschicht von
mindestens 10 mm auf eine Temperatur von 400°C mit anschließendem
Selbstanlassen auf 900°C durch nachfließende Wärme aus dem Kernbereich. Die
Einrichtung zur Schnellabkühlung befindet sich zwischen Stranggießanlage und
Artwärmofen. Eine materialspezifische Steuerung und Regelung der
Abkühleinrichtung ist vorgesehen.
Dem geschilderten Stand der Technik ist gemeinsam, daß die eigentlichen Ursachen,
Vorgänge bzw. Mechanismen, die zu Rissen und Materialtrennungen bei Nutzung des
Heißeinsatzes in der Prozeßlinie Stranggießanlage - Anwärm-/Ausgleichofen -
Walzwerk führen, bisher nicht eindeutig geklärt sind. Die Möglichkeit der Kombination
mehrerer genannter Ursachen ist gegeben. Generell wird jedoch beim Stand der
Technik eine Schnellabkühlung der oberflächennahen Randschicht des
Stranggußmaterials unter die Umwandlungstemperatur mit anschließendem Anlassen
durch nachfließende Wärme aus dem Kern vorgeschlagen. Die Gefahr der teilweisen
Unterschreitung der Oberflächentemperatur unter die Martensitschwelle ist bei allen
genannten Patenten gegeben, wie in Fig. 1a mit der durchgezogenen, den Stand,
der Technik darstellenden Linie gezeigt ist. Fig. 1a zeigt den Verlauf der
Oberflächentemperatur über der Zeit.
Die Einrichtungen zur Schnellabkühlung werden beim Stand der Technik örtlich .
zwischen der Stranggießanlage und dem Anwärmofen bzw. Ausgleichofen
vorgeschlagen. Die partielle Umwandlung der oberflächennahen Randschicht in
Ferrit/Perlit ist mit einer Kornfeinung und Neuorientierung der Austenitkorngrenzen
nach Wiedererwärmung verbunden, wie in Fig. 1b und 2, ebenfalls am Verlauf der
durchgezogenen, den Stand der Technik darstellenden Linie zu erkennen ist.
Untersuchungen haben ferner gezeigt, daß bei Stählen mit einem Kupfergehalt
größer als 0,3% und 0,02-0,05% Al sowie 0,008-0,020% N und einem
Kupfer/Nickel-Verhältnis größer als 3 ungeachtet einer Schnellabkühlung der
oberflächennahen Randschicht einer Bramme mit partieller Gefügeumwandlung nach
der Stranggießanlage und vor Einsatz in den Anwärmofen Risse bzw.
Materialtrennungen beim nachfolgenden Walzen der Bramme zu Bändern und
Blechen auftreten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es sicherzustellen, daß in einer kombinierten
Warmband/Blech-Produktionsanlage der beschriebenen gattungsgemäßen Art auch
Stähle mit höheren Gehalten an Cu, Al und N ohne Nachteile verarbeitet werden
können.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß zwischen Stranggießanlage und.
Anwärmofen nur die oberflächennahe Randschicht der zuvor entzunderten Bramme
in-line umgeformt wird, während und nach der Umformung rekristallisiert und
anschließend mehrstufig auf eine Temperatur unterhalb des Ar3-
Umwandlungspunktes abgekühlt und zeitweise gehalten wird, bis die
Gefügeumwandlung des rekristallisierten feinkörnigen Austenits im Ferrit/Perlit
abgeschlossen ist.
Vorrichtungstechnisch bedeutet das, daß vor dem Einsatz der Bramme in den
Anwärmofen eine Oberflächenverformungsgruppe bestehend aus einem
Zunderwäscher, einer ein- oder mehrgerüstigen Walzeinheit mit oder ohne
integrierten Staucher und einer steuer- und regelbaren Kühlstrecke durchlaufen wird.
Im Zunderwäscher wird die Oberfläche vollständig entzundert.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bramme mit einer
Gesamtabnahme von 5-15% und mit einem durchmesseroptimierten
Walzspaltverhältnis Id/hm kleiner als 0,8 umgeformt wird. Die Walzgeschwindigkeit
entspricht der Gießgeschwindigkeit. Durch Optimierung des bzw. der
Walzendurchmesser und der Abnahme wird das vorgeschlagene Walzspaltverhältnis
von gedrückter Länge zu mittlerer Walzguthöhe so eingestellt, daß nach einem
anderen Merkmal der Erfindung der oberflächennahe Bereich durch Wahl der
Abnahme und des Walzspaltverhältnisses einer Dicke von maximal einem Viertel der
Brammendicke entspricht, während der Kernbereich nahezu unverformt bleibt.
Durch die Verformung rekristallisiert der oberflächennahe Bereich des
Stranggußmaterials im Walzspalt des jeweiligen Gerüstes der Walzeinheit in
Abhängigkeit von den Umformbedingungen teilweise bis vollständig dynamisch. Nach
Austritt aus dem Walzspalt des jeweiligen Gerüstes der Walzeinheit findet eine
teilweise bis vollständige statische Rekristallisation der verformten oberflächennahen
Randschicht des Walzgutes statt. Den Temperaturverlauf der oberflächennahen
Randschicht zeigt Fig. 1a mit der gestrichelten Linie. Durch die dynamische und
statische Rekristallisation erfolgt eine Kornfeinung der oberflächennahen Randschicht
(vgl. Fig. 1b, gestrichelte Linie), d. h. der grobkörnige Primäraustenit ist in eine
gewalzte feinkörnige Struktur übergegangen.
Zur Vermeidung von Kornwachstum in der oberflächennahen Randschicht aufgrund
der noch hohen Temperaturen zwischen 850 und 1050°C wird diese nach Abschluß
der Rekristallisation in einer Kühlstrecke mehrstufig abgekühlt. Bei dieser Abkühlung
wird gleichzeitig die Ar3-Umwandlungstemperatur unterschritten, wodurch das durch
das Walzen rekristallisierte und gefeinte Korn der oberflächennahen Randschicht im
Vergleich zur herkömmlichen Methode 1 bedeutend schneller und zu einem noch
feineren ferritisch/perlitischen Gefüge umwandelt (vgl. Fig. 1 und 2).
Erfindungsgemäß wird die Intensität der aus mehreren Düsengruppen bestehenden
Kühlstrecke so gesteuert und geregelt wird, daß die Oberflächentemperatur der
Bramme weder das Bainitgebiet erreicht noch die Martensitschwelle der jeweiligen
Materialgüte unterschreitet.
Die mehrstufige Abkühlung der oberflächennahen Randschicht erfolgt solange, bis
eine 100%ige Umwandlung des rekristallisierten und gefeinten Austenitkorns in
Ferrit/Perlit erfolgt ist. Dazu ist vorgesehen, daß Steuer- und Regelsysteme den
Mediendruck der Düsengruppen der Kühlstrecke in Abhängigkeit von der jeweiligen
Brammendicke und Gießgeschwindigkeit, der mittleren Temperatur der
oberflächennahen Randschicht unter Einhaltung der für eine 100%ige
Gefügeumwandlung notwendigen Abkühltemperatur und -zeit sowie der
Bainitstarttemperatur und der Martensitstarttemperatur der jeweiligen Materialgüte
regulieren.
Durch die Kombination von Umformung der oberflächennahen Randschicht mit deren
stufenweisen Kühlung unter die Ar3-Umwandlungstemperatur entsteht ein bedeutend
feinkörnigeres ferritisch/perlitisches Gefüge bis zum Einsatz der Bramme in den
Anwärmofen im Vergleich zu herkömmlichen Methoden (vgl. Fig. 1b). Dadurch ist
auch eine vollständige Neuorientierung der Austenitkorngrenzen mit einem bedeutend
feineren Korn infolge Gefügeumwandlung während der Wiedererwärmung gegeben.
Durch die vollständige Neuorientierung der Austenitkorngrenzen bei bedeutend
feinerem Korn können Stähle mit einem Kupfergehalt größer als 0,3% und Zusätzen
von Al und N sowie einem Kupfer/Nickel-Verhältnis größer als 3 im Heißeinsatz auf
der beschriebenen Produktionsanlage verarbeitet werden.
Claims (5)
1. Verfahren für die Erzeugung von Warmband und Blechen in einer
Produktionsanlage, bestehend aus einer Stranggießanlage für Brammen
zwischen 100 und 180 mm Dicke, einem Zunderwäscher, einer ein- oder
mehrgerüstigen Walzeinheit mit oder ohne integriertem Staucher, einer
Kühlstrecke, einem Anwärmofen und einem Steckelwalzwerk,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Stranggießanlage und Anwärmofen nur die oberflächennahe
Randschicht der zuvor entzunderten Bramme in-line umgeformt wird, während
und nach der Umformung rekristallisiert und anschließend mehrstufig auf eine
Temperatur unterhalb des Ar3-Umwandlungspunktes abgekühlt und zeitweise
gehalten wird, bis die Gefügeumwandlung des rekristallisierten feinkörnigen
Austenits im Ferrit/Perlit abgeschlossen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bramme mit einer Gesamtabnahme von 5-15% und mit einem
durchmesseroptimierten Walzspaltverhältnis Id/hm kleiner als 0,8 umgeformt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der umgeformte oberflächennahe Bereich durch Wahl der Abnahme und
des Walzspaltverhältnisses einer Dicke von maximal einem Viertel der
Brammendicke entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Intensität der aus mehreren Düsengruppen bestehenden Kühlstrecke
so gesteuert und geregelt wird, daß die Oberflächentemperatur der Bramme
weder das Bainitgebiet erreicht noch die Martensitschwelle der jeweiligen
Materialgüte unterschreitet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß Steuer- und Regelsysteme den Mediendruck der Düsengruppen der
Kühlstrecke in Abhängigkeit von der jeweiligen Brammendicke und
Gießgeschwindigkeit, der mittleren Temperatur der oberflächennahen
Randschicht unter Einhaltung der für eine 100%ige Gefügeumwandlung
notwendigen Abkühltemperatur und -zeit sowie der Bainitstarttemperatur und
der Martensitstarttemperatur der jeweiligen Materialgüte regulieren.
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