TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Bearbeiten eines heißgewalzten, rostfreien Stahlbandes,
insbesondere eines austenitischen, rostfreien Bandes, um dessen
Dicke zu verringern und die mechanische Festigkeit zu
verbessern und eine gute Oberflächenbeschaffenheit vorzusehen.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Rostfreie Stahlbänder können auf eine Enddicke in der
Größenordnung von 3 mm heißgewalzt werden. Nach der
Oberflächenkonditionierung können die Bänder, einschließlich u. a.
Dekapieren des Bandes, können die heißgewalzten Bänder ohne
weitere Dickeverringerung zu gewissen Anwendungszwecken
eingesetzt werden. Das anschließende Kaltwalzen der heißgewalzten
Bänder ist jedoch für viele andere Anwendungszwecke
erforderlich. Dieses anschließende Kaltwalzverfahren ist dazu
gedacht, eine oder mehrere oder sämtliche der folgenden
Wirkungen zu erzielen, nämlich die Dicke der Bänder weiter zu
verringern, die mechanische Festigkeit zu verbessern
und/oder die Oberflächen der Bänder zu verbessern.
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Bevor sie kaltgewalzt werden, werden die heißgewalzten
Bänder geglüht und dekapiert, und Ausschußenden werden an beide
Enden der Bänder angeschweißt. Das tatsächliche
Kaltwalzverfahren wird üblicherweise in einigen Durchläufen durch ein
Kaltwalzwerk ausgeführt, wodurch die Dicke bis zu etwa 80%,
normalerweise 10 bis 60%, verringert werden kann, z. B. für
kaltgewalzte Bänder, die zum Einsatz als
Konstruktionsmaterialien gedacht sind, nachdem sie in schmalere Bänder
geschnitten worden sind. Die Ausschußenden müssen dann
entfernt werden, bevor das Band zusammengerollt werden kann.
Das Kaltwalzen erhöht die mechanische Festigkeit des Stahls
erheblich, was von sich heraus für viele Anwendungszwecke
wünschenswert ist, und dieses trifft insbesondere auf das
Kaltwalzen austenitischen, rostfreien Stahls zu. Die Bänder
sind jedoch ferner praktisch unmöglich zu bearbeiten, z. B.
zu biegen, zu pressen, zu prägen, etc.; Eigenschaften, die
in vielen erforderlich sind, damit die Bänder als
Konstruktionsmaterialien eingesetzt werden können. Es ist deshalb
notwendig, die Bänder nach Abschluß des Kaltwalzverfahrens
zu glühen, indem die Bänder auf eine Temperatur oberhalb der
Rekristalisationstemperatur des Stahls erwärmt werden, d. h.
auf eine Temperatur oberhalb von 1050ºC. Diese Behandlung
verringert die mechanische Festigkeit des Bandes erheblich,
normalerweise in einer Größenordnung von 250 MPa
Streckgrenze. Nach den gegenwärtigen Standards muß eine Streckgrenze
von 190 bis 220 MPa für Konstruktionsgewerk eingerechnet
werden.
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Die mit üblichen Techniken erhaltenen Eigenschaften, z. B.
eine relativ niedrige Streckgrenze, sind in der Mehrzahl der
Fälle wünschenswerte Eigenschaften, obwohl die
konventionellen Techniken in einigen Aspekten irrational sind. Die
Verbesserungen sind jedoch mit der Absicht der Rationalisierung
der Herstellung vorgeschlagen worden. Zum Beispiel wurde in
der SE 467 055 (WO 93/19211) vorgeschlagen, die Dicke in
Verbindung mit einem Glühverfahren durch Streckung des
heißen Bandes zu reduzieren. Eine höhere mechanische Festigkeit
ist jedoch eine wünschenswerte Eigenschaft bei gewissen
Anwendungszwecken, z. B. für konstruktionstechnische
Anwendungszwecke. Die Eigenschaften des fertigen, kaltgewalzten
Bandes sind in dieser letzteren Hinsicht nicht verbessert
worden, wenn man das vorgenannte Verfahren praktiziert und
auch ist eine solche Verbesserung nicht beabsichtigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, rostfreie Stahlbänder
herzustellen, insbesondere austenistische, rostfreie
Stahlbänder, die eine gewünschte dünne Dicke und eine höhere
mechanische Festigkeit besitzen, als die, die bei der üblichen
Herstellung kaltgewalzter austenitischer rostfreier
Stahlbänder erzielt wird, während zur gleichen Zeit eine
annehmbare Oberflächenbeschaffenheit erhalten wird. Diese und
andere Aufgaben können erzielt werden durch Kaltwalzen eines
heißgewalzten Bandes mit einer mindestens 10%igen
Dickeverringerung auf eine Dicke, die mindestens 2% und maximal 10%
größer ist, als die beabsichtigte endgültige Dicke des
fertigen Produkts, durch Glühen des so kaltgewalzten Bandes bei
einer Temperatur zwischen 1050ºC und 1200ºC, und
Kaltstrecken des Bandes nach dem Glühungsverfahren, um das Band zu
plastifizieren und permanent zu längen, wodurch eine
Verringerung der Dicke von 2 bis 10% erhalten wird, wie es in
Anspruch 1 definiert ist.
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Das Band, das dem erfindungsgemäßen Kaltwalzen unterworfen
wird, kann aus einem heißgewalzten Band bestehen, das
überhaupt keiner Behandlung unterworfen wurde, abgesehen davon,
daß es gekühlt und aufgerollt wurde, nachdem es heißgewalzt
worden ist. In diesem Fall wird deshalb das Kaltwalzen an
einem heißgewalzten Band durchgeführt, bei dem die Oxidhaut
noch an dessen Oberfläche bleibt. Das Ausgangsmaterial für
das Kaltwalzverfahren kann jedoch ein Band umfassen, das
durch eine Verfahrenstechnik, die das Dekapieren des
heißgewalzten Bandes umfaßt, oberflächenbehandelt worden ist.
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Im Prinzip kann das Kaltwalzverfahren in einigen Durchläufen
durch eine entsprechende Anzahl wechselseitig
aufeinanderfolgender Walzenständer ausgeführt werden, obwohl es
bevorzugt wird, es in einem einzigen Durchlauf durchzuführen. Die
maximale Verringerung der Dicke, die in einem einzigen
Durchlauf erzielt werden kann, hängt von der Stahlqualität,
den anfänglichen Abmessungen des Bandes und Kapazität des
Walzwerkes ab. Es kann generell gesagt werden, daß ein
einziger Durchlauf zu einer maximalen Dickenverringerung von
etwa 30%, normalerweise bei maximalen 25% führt. Dies
bedeutet, daß in der Mehrzahl der Fälle, die Dicke des
heißgewalzten Bandes um 10 bis 60%, vorteilhafterweise um 10 bis
40% verringert wird, wenn die Erfindung praktiziert wird,
wobei die Verringerung von der anfänglichen Dicke des Bandes
und der gewünschten endgültigen Dicke abhängt. Das Band wird
bei einer Temperatur zwischen 1050ºC und 1200ºC geglüht und
dann auf Raumtemperatur abgekühlt, bevor es kaltgestreckt
wird.
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Das Band wird in einem Bandstreckwerk kaltgestreckt, das von
jeglicher bekannten Art sein kann, z. B. solcher Art, die
eingesetzt wird, um die Flächen des heißgewalzten Bandes vor
der Dekapierung zu entzundern. Das Band wird
vorteilhafterweise kaltgestreckt durch eine Kombination hoher Streckungen
und Biegungen des Bandes um Walzen herum. Das
Kaltstreckverfahren wird bis zum einem Ausmaß ausgeführt, daß das Band
permanent gelängt wird, wodurch eine Dickenverringerung von
2 bis 10% erhalten wird. Als Ergebnis der Kombination hoher
Streckungen und Biegungen des Bandes um Walzen mit relativ
geringem Durchmesser herum, ist die Abnahme in der Breite
minimal und praktisch vernachlässigungsfähig. Die
Verringerung der Streifendicke korrespondiert deshalb im
wesentlichen dem Ausmaß der erzielten Längung. Das Material wird
plastiziert als Ergebnis des Kaltstreckverfahrens, wobei die
Streckgrenze in der Größenordnung von 100 MPa zunimmt und
noch höher in einigen Fällen gewisser Stahlqualitäten ist.
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Ein charakteristisches Merkmal des erfindungsgemäßen
Verfahrens liegt darin, daß es kontinuierlich abläuft, was
bedeutet, daß das Verfahren nicht irgendwelche Umkehrstufen, z. B.
Umkehrwalzen, Wiederaufwicklungen zwischen den
verschiedenartigen Stufen oder ähnliche Umkehrungen umfaßt. Um einen
kontinuierlichen Verfahrensablauf möglich zu machen, umfaßt
die Herstellungslinie vorteilhafterweise in einer bekannten
Weise Bandmagazine, sogenannte Umführer oder Looper, am
Beginn und am Ende der Herstellungskette, d. h. vor dem
Kaltwalzen und anschließend an die Kaltstreckung des Bandes.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt normalerweise das
Dekapieren des geglühten Bandes. Das Band wird
vorteilhafterweise dekapiert, bevor es kaltgestreckt wird, obwohl es
ebenfalls denkbar ist, das Band nach dem Kaltstreckverfahren
zu dekapieren. Das Band ist vorteilhafterweise entzundert,
bevor es dekapiert wird.
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Weitere charakteristische Merkmale und Aspekte der
Erfindung, ihrer erbrachten Vorteile, zusammen mit den
Eigenschaften des erzeugten Produktes gehen aus der folgenden
detaillierten Beschreibung der Erfindung und der
anschließenden Ansprüche hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird nunmehr detaillierte unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Es zeigt:
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Fig. 1 eine sehr schematische Darstellung der Prinzipien
der Erfindung nach einer ersten bevorzugten
Ausführungsform;
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Fig. 2 eine detailliertere Darstellung der
Herstellungslinie nach der bevorzugten Ausführungsform;
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Fig. 3 eine Darstellung in einem größeren Maßstab und ein
detaillierteres Kaltstreckwerk, das beim
erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird;
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Fig. 4 ein Balkendiagramm, das die 0,2 Prüfbeanspruchungs-
oder Streckgrenzwerte aufzeigt, die vor und nach der
Kaltstreckung erzielt wurden;
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Fig. 5 ein Balkendiagramm, das die erzielten maximalen
Zugfestigkeitswerte in einer entsprechenden Weise
aufzeigt;
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Fig. 6 ein Balkendiagramm, das die Dickenverringerung
aufzeigt, die mit unterschiedlichen Ausmaßen der
Kaltstreckung erzielt wurden;
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Fig. 7 ein Balkendiagramm, das die Breitenverringerung bei
unterschiedlichen Ausmaßen der Kaltstreckung in
einer entsprechenden Weise aufzeigt; und
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Fig. 8 eine äußerst schematische Darstellung einer
modifizierten Herstellungslinie, bei der das
erfindungsgemäße Verfahren ausgeübt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Herstellungslinie, die äußerst schematisch in Fig. 1
aufgezeigt wird, umfaßt ein abzurollendes, heißgewalztes
Band auf einer Spule, dem Abspulkapstan 1, ein Kaltwalzwerk
2, das aus einem einzigen Walzenständer 2 des sogenannten
Zhohen Typs, einem Glühofen 3, einer Kühlbox 4, einer
Entzunderungsmaschine 16, einem Dekapierungs- oder Pökelbad 5,
einem Kaltstreckwerk 6 und einer Wiederaufwickelvorrichtung 7,
der das fertige Stahlband aufnimmt, umfaßt.
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Fig. 2 zeigt die Herstellungslinie im genaueren Detail,
wobei die gleichen Bezugszeichen für die Einheiten eingesetzt
worden sind, die korrespondierend in Fig. 1 eingesetzt
wurden. Zusätzlich zu den vorgenannten Einheiten, umfaßt die
Herstellungslinie ferner eine Schereinheit 8, eine
Schweißmaschine 9, einen Bandzuführer 10, der das heißgewalzte Band
11, welches von der Abrollvorrichtung 1 zur Schereinheit 8
und zur Schweißmaschine 9 zuführt, einen Looper für das
heißgewalzte Band, der generell mit 12 bezeichnet ist, ein
Dickenmeßmittel 13, welches die Dicke des heißgewalzten
Bandes 11 oberstromig vom Walzwerk 2 mißt, und ein
Dickenmeßmittel 14, das die Dicke des kaltgewalzten Bandes 11B
unterstromig vom Kaltwalzwerk 2 mißt, sowie die
Entzunderungsmaschine 16, eine Wisch- und Spülbox 17, unterstromig vom
Dekapierungsbad 5, ein Führungswalzenpaar 18, ein
Kaltstreckwerk 6, einen Looper, der generell mit 20 bezeichnet ist,
für die Lagerung des kaltgewalzten und kaltgestreckten
fertigen Bandes 11F, ein Frontzuführer 21, und einen
Antriebsmotor und Kraftübertragungsmittel, die gemeinsam mit 22
bezeichnet sind, zum Betrieb der Aufrollvorrichtung 7.
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Die Herstellungslinie umfaßt ferner eine große Anzahl von
Führungswalzen, Richtungsänderungswalzen und eine
S-Werkanordnung, die zwei oder vier Walzen umfaßt. Die
S-Werkanordnung umfaßt so ein ZweiwalzenS-Werk 25 unterstromig von der
Schweißmaschine 9, eine ZweiwalzenS-Werk 26, oberstromig vom
Kaltwalzwerk 2, ein VierwalzenS-Werk 27 zwischen dem
Kaltwalzwerk 2 und dem Glühofen 3, ein VierwalzenS-Werk 28,
oberstromig vom Kaltstreckwerk 6, ein ZweiwalzenS-Werk 29,
unterstromig vom Kaltstreckwerk 6, eine Bandzentrumsführung
19, das Bandmagazin 20 und eine abschließende ZweiwalzenS-
Einheit 31 zwischen dem Looper 20 und der Aufrollvorrichtung
7. Die primäre Funktion des S-Werks liegt darin, die Spannung
im Band zu steigern oder zu verringern und das Band
unter Spannung zu halten.
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Der Looper für das heißgewalzte Band umfaßt
Richtungsänderungswalzen 34, 35, 36 und 37, von denen die Walze 35 mit
einer Bandspannungseinheit in einer bekannten Weise
gekoppelt ist. Dementsprechend umfaßt der Looper 20 für das
kaltgewalzte Band Richtungsänderungswalzen 39, 40, 41, 42, 43
und 44, von denen die Walze 40 mit einer
Bandspannungseinheit ebenfalls in einer bekannten Weise verbunden ist.
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Die Herstellungslinie, die in Fig. 2 aufgezeigt wird,
arbeitet auf die folgende Weise. Es wird angenommen, daß die
Herstellung in der Phase ist, die in der Figur aufgezeigt wird,
d. h., daß der Looper 12 für das heißgewalzte Band und der
Looper für das kaltgewalzte Band eine vorgegebene Bandmenge
enthalten, und daß das heißgewalzte Band 11A von der
Abrollvorrichtung 1 abgerollt wird, und daß der fertige Streifen
11F auf die Aufwickelvorrichtung 7 aufgerollt wird. Die
Linie wird durch mehrere Antriebswalzen angetrieben,
hauptsächlich angetrieben durch die S-Werkrollen in einer
bekannten Weise. Nachdem es durch den Looper 12 für den
heißgewalzten Streifen durchgelaufen ist, wird die Dicke des
Bandes mit Hilfe des Dickenmeßmittels 13 oberstromig vom
Kaltwalzwerk 2 gemessen und wird im Werk 2 in einem einzigen
Durchlauf kaltgewalzt, wonach die Dicke des kaltgewalzten
Streifens 11B durch das Dickenmeßmittel 14 gemessen wird.
Der heißgewalzte Streifen 11A besitzt normalerweise eine
Anfangsdicke von 3 bis 4 mm und wird zu 10 bis 30% im
Kaltwalzwerk 2 verringert. Der Walzenklemmpunkt wird in
Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Dickemessungen eingestellt, so
daß ein kaltgewalztes Band 11B der gewünschten Dicke
erhalten wird, entsprechend bis zu 2 bis 10% größer als die
beabsichtigte endgültige Dimension, nach Kaltstrecken des Bandes
im abschließenden Teil der Herstellungslinie.
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Das Kaltwalzverfahren verleiht dem Band 11B ein höheres
Härteausmaß und der Streifen wird deshalb in den Glühofen. 3
hinein geführt, nachdem er das VierwalzenS-Werk 27
durchlaufen hat.
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Der Streifen 11B wird über seine ganze Dicke im Glühofen 3
bis auf eine Temperatur zwischen 1050ºC und 1200ºC erwärmt,
d. h. auf eine Temperatur oberhalb der
Rekristallisationstemperatur des austenitischen Stahls und wird bei dieser
Temperatur lange genug aufrechterhalten, damit sich der Stahl
vollständig rekristallisieren kann. Das Band wird danach in
der Kühlbox 4 abgekühlt. Wenn das Band im Glühofen 3 erwärmt
wird, was nach der vorliegenden Ausführungsform nicht in
einer Schutzgasatmosphäre stattfindet (etwas, was an sich
möglich wäre), bilden sich Oxide an den Seiten des Bandes,
insbesondere in Form der Oxidhaut. Das Band wird im
wesentlichen in der Entzunderungsmaschine 16 entzundert und danach
im Dekapierungsbad 5 dekapiert, das die geeigneten
Dekapierungschemikalien umfaßt, wobei das Dekapierungsverfahren in
einer bekannten Weise durchgeführt werden kann. Das so
kaltgewalzte, geglühte und dekapierte Band 11E wird über die
Wasch- und Spülbox 17 hindurch geführt und danach durch das
Kaltstreckwerk 6 zwischen dem VierwalzenS-Werk 28 und dem
ZweiwalzenS-Werk 29, die so funktionieren, daß sie das Band
unter Spannung halten und verhindern, daß es rutscht.
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Fig. 3 zeigt den Aufbau des Kaltstreckwerks 6. Das
Kaltstreckwerk 6 umfaßt die drei Bandstreckeinheiten 47, 48 und
49. Jede Streckeinheit umfaßt entsprechend niedrige Walzen
50, 51, 52, die in einer stationären Basis 53, 54, 55 und
entsprechenden oberen Streckwalzen 56, 57, 58 drehbar
gelagert sind, die in entsprechenden Walzenhaltevorrichtungen
59, 60, 61 drehbar gelagert sind. Die Positionen der
Walzenhaltevorrichtungen in Bezug zum Band und in Bezug zu den
unteren Streckwalzen 50, 51, 52 können mittels
Verstellvorrichtung 62, 63 bzw. 64 eingestellt werden. Die oberen
Bandstreckwalzen 56, 57, 58 sind anfänglich in ihren (nicht
gezeigten) oberen Positionen, so daß das Band 11E, das
gestreckt zwischen den S-Werken 28 und 29 gehalten wird, sich
gerade durch das Kaltstreckwerk 6 erstreckt. Beginnend von
dieser Angangsposition werden die oberen Streckwalzen 56, 57
und 58 mittels der Verstellvorrichtung 62, 63, 64 auf die
Positionen abgesenkt, die in Fig. 3 gezeigt sind, wodurch
das Band 11E bis 11F einen sich schlängelnden Durchgangsweg
bildet, wie es in Fig. 3 gezeigt wird, während es zur
gleichen Zeit in seinem kalten Zustand auf ein Ausmaß in so
hoher Größenordnung gestreckt wird, daß das Band plastiziert
wird. Nach der gezeigten Ausführungsform besitzen die
unteren Streckwalzen 50, 51 und 52 Durchmesser von 70, 200 bzw.
70 mm, während die oberen Streckwalzen 56, 57 und 58
Durchmesser von 70, 70 bzw. 200 mm besitzen. Als Ergebnis der
gewählten Einstellung der einstellbaren oberen
Bandstreckwalzen 56, 57, 58 und mittels der gewählten Durchmesser der
Walzen, wird derjenige Teil des Bandes, der durch das
Kaltstreckwerk hindurchläuft, plastiziert, während das Band
fortlaufend durch das Werk 6 gezogen und um die Streckwalzen
herum abgebogen wird, wodurch eine permanente Längung des
Bandes und dadurch eine Verringerung der Streifendicke: von 2
bis 10%, normalerweise 2 bis 5%, erhalten wird. Die Breite
des Bandes wird ebenfalls zur gleichen Zeit etwas
verringert, obwohl die Verringerung lediglich ein Zehntel der
Längung ist und im wesentlich ignoriert werden kann. Die
permanente Längung des Bandes ergibt ferner eine Verringerung der
Dicke, die im wesentlichen der Längung des Bandes
entspricht. Ein fertiges Band 11F der gewünschten Enddicke kann
erhalten werden, indem die Verringerung in der Banddicke
durch Kaltwalzen des Bandes im Kaltwalzwerk 2 der
Dickenverringerung angepaßt wird, die durch Kaltstrecken des Bandes
im Kaltstreckwerk 6 erhalten wird oder umgekehrt, das Band
wird auf die Aufwickelvorrichtung 7 aufgewickelt, nach dem
es durch den Kaltwalzbandlooper 20 durchgelaufen ist. Die
Antriebsmaschinerie der oben beschriebenen integrierten
Herstellungslinie besteht aus der Antriebsmaschinerie 22, die
mit der Bandaufwickelvorrichtung 7 verbunden ist.
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Wenn größere Verringerungen gewünscht werden als diejenigen,
die mit einem Kaltwalzwerk erreichbar sind, das Lediglich
einen Walzenständer und lediglich ein Kaltstreckwerk umfaßt,
können eine Vielzahl von Walzständern 2A, 2B, etc.
aufeinander folgend in Reihe miteinander verbunden werden, wie es in
Fig. 8 gezeigt wird. Diese Figur zeigt ebenfalls die
Möglichkeit der Plazierung des Dekapierungsbades 5 unterstromig
vom Kaltstreckwerk 6. In diesem Fall kann das Kaltstreckwerk
ebenfalls fungieren, um die Bandoberflächen zu entzundern,
wodurch das Erfordernis an einer Entzunderungsmaschine
oberstromig vom Dekapierungsbad möglicherweise eliminiert wird.
BESCHREIBUNG DER DURCHGEFÜHRTEN TESTS
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Drei unterschiedliche standartisierte rostfreie,
austenitische Stahlqualitäten wurden in den Tests verwendet, ASTM
304, 316L und 316Ti. Die mechanischen Eigenschaften des
Materials wurden vor und nach dem Kaltstrecken des Materials
festgestellt, das vorher kaltgewalzt und danach geglüht
(rekristallisationsbehandelt) wurde. Die mechanischen
Festigkeitseigenschaften des untersuchten 304-Materials werden in
Tabelle 1 dargestellt, worin
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ε = Nennlängung in %
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Rp02 = 02% Prüfbeanspruchungs- oder Streckgrenze in
Querrichtung, MPa
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Rm = maximale Zugfestigkeit in Querrichtung, MPa
kaltgewalztes kaltgewaiztes,
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Tabelle 2 zeigt die gemessenen Bandbreiten und Banddicken
vor und nach der Kaltstreckung des Bandes und zeigt ferner
die prozentualen Verringerungen in der Dicke und der Breite,
die im Kaltstreckverfahren erzielt wurden.
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Die in den Tabellen 1 und 2 gezeigten Ergebnisse sind
ebenfalls graphisch in den Fig. 4 und 5 und in den Fig. 6
und 7 dargestellt.