mittels ionischer Flüssigkeiten

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Q&P-Stahl.

Warm gewalzte, sog. Q&P-Stähle (Quench & Partitioning) werden zur Er- zielung einer möglichst leichten Bauweise im Kraftfahrzeugbau eingesetzt. Sie vereinen eine hohe Zugfestigkeit und eine hohe Bruchdehnung.

Bei ihrer Herstellung erfolgt nach dem Walzen üblicherweise eine Kühlung mit Luft und/oder Wasser. Dazu ist ein komplettes, zumindest teilweise austenitisches Gefüge erforderlich. Nach der Kühlung soll die Stahltempe- ratur zwischen der Starttemperatur und der Stopptemperatur von Marten- sit liegen. Es ist anzustreben, dass sowohl Martensit als auch Restaustenit im Gefüge vorliegen.

Die herkömmliche Technik benutzt zum Abkühlen Wasser oder Luft oder ein Kombination von beidem als Abkühlmittel. Ferner ist es aus der DE 10 2013 220 060 bei Aluminiumlegierungen bekannt, zur Abkühlung ionische Flüssigkeiten zu verwenden.

Wasser hat den Nachteil, dass es einen relativ niedrigen Siedepunkt hat und bei Kontakt mit dem quasi glühenden Stahl sofort verdampft, wobei ein Dampffilm entsteht, der als Leidefrost bekannt ist und die Wärmeab- fuhr schwierig macht. Das Abkühlverhalten ist dabei unregelmäßig und stark von der Oberflächentemperatur abhängig. Dadurch können größere Temperaturunterschiede entstehen, die zu unerwünschten Verformungen führen. Auch ist eine verlässliche Einstellung der Endtemperatur nur be- grenzt möglich und soll eine Endtemperatur oberhalb des Siedepunktes liegen, so muss dafür häufig eine Reduzierung der Kühlrate in Kauf ge- nommen werden. Die Abkühlung hingegen hat nicht die erforderliche hohe Abkühlleitung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die für das angestrebte Gefüge des Stahls erforderliche Kühlrate und die Kühlendtemperatur genau eingehalten werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Kühlmittel, das eine an sich bekannte ionische Flüssigkeit mit organischen Anteilen enthält. Durch diese Maß- nahmen wird eine Stahlproduktion geschaffen, die bei einer Stahl-Aus- gangstemperatur zwischen 550 und 900° C und einer Endtemperatur klei ner 450° C einsetzbar ist.

Bei einer bevorzugten Anwendung ist es vorgesehen, dass ein aus einem zur Vergleichmäßigung des Gefüges aus einem Durchlaufofen kommen- des Band mit einer Kühlrate oberhalb 20 K/s, vorzugsweise oberhalb 50 K/s, abgekühlt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführung ist es vorgesehen, mindestens eine Regelgröße zu messen, wobei diese Regelgröße die Endtemperatur des Stahls, die Phasenverteilung, der Austenitanteil oder die magnetischen Ei- genschaften des Stahls ist.

Bei einer weiteren Ausführung ist es vorgesehen, dass die Messung min- destens eines Regelparameters mit Ultraschall, Röntgendiffraktion oder Magnetremanenz durchgeführt wird.

Ein weiteres vorteilhaftes erfindungsgemäßes Verfahren sieht vor, dass die Abkühlung in einem Bad mit ionischer Flüssigkeit erfolgt, wobei die Ab- kühlrate und/oder die Endtemperatur durch die Badtemperatur, die Ver- weilzeit im Bad und/oder die Agitation der Flüssigkeit geregelt wird. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Anwendung ist es vorgesehen, dass die Abkühlung durch Spritzkühlung mit einer ionischen Flüssigkeit er- folgt, wobei die Abkühlrate und/oder die jeweils erforderliche Endtempera- tur durch die Flüssigkeitsmenge, die Flüssigkeitstemperatur und/oder die Anzahl der jeweils eingeschalteten Spritzdüsen geregelt wird.

Bei einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vor- gesehen, dass der Stahl nach der Abkühlung mittels einer ionischen Flüs- sigkeit soweit erwärmt wird, dass ein Partitioning stattfinden kann.

Bei einer weiteren Ausführung ist es vorgesehen, dass der Stahl nach der Kühlung mittels ionischer Flüssigkeit feuerverzinkt wird.

Das Kühlmedium nimmt natürlich Wärme aus dem zu kühlenden Band auf. Um einen solchen kontinuierlichen Prozess stationär betreiben zu können, muss diese abgeführte Wärmemenge auch aus dem Kühlmedium selbst wieder entfernt werden. Bei den im Stand der Technik bekannten Wasserkühlungen erfolgt dies häufig in Form von Rieselkühlern. Hierbei geht die abgeführte Wärme insofern verloren, als dass sie an die Umge- bung abgegeben wird und einer weiteren Nutzung durch den Betreiber ei- ner solchen Anlage nicht mehr zur Verfügung steht. Prinzipiell sind Mög- lichkeiten zur Wärmerückgewinnung natürlich bekannt, aufgrund der ge- ringen Temperaturunterschiede zwischen dem abzukühlenden Kühlmedi- um und der Umgebung oder einem sekundären Kühlkreislauf aber wenig effizient.

In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung wird diese dadurch er- weitert, dass die vom Kühlmedium abgeführte Wärme in eine nutzbare Form überführt und das Kühlmedium dabei abgekühlt wird. Dies kann z.B. durch Dampferzeugung oder Verstromung, wie aus dem Stand der Tech- nik bekannt, erfolgen. Vorteilhaft ist dies dadurch, dass aufgrund des ge- ringen Dampfdrucks der relevanten Kühlmedien eine Kühlung durch Ver- dampfung in Rieselkühlern wenig effizient ist. Zudem sollte unnötiger Ver- lust des Kühlmediums (als Dampf) aufgrund der gegenüber Wasser hö- heren Material kosten vermieden werden. Insbesondere ist eine Rück- gewinnung der Wärme aber dadurch attraktiv, dass bei Kühlmedien der hier vorgeschlagenen Art die Rücklauftemperaturen deutlich höher liegen können als bei Wasser und daher der Temperaturunterschied zur Umge- bung oder zu einem sekundären Kühlkreislauf deutlich größer ist, was in einem höheren thermischen Wirkungsgrad resultiert.

Um von der hohen Einstellgenauigkeit und den zahlreichen Stellmöglich- keiten der erfindungsgemäßen Ausführung der Produktionsanlage voll profitieren zu können, wird in einer bevorzugten Form ein Computerpro- gramm zur Steuerung der Prozessbedingungen eingesetzt, mit dem die Materialeigenschaften gezielt eingestellt werden. Die laufend erfassten Messwerte werden verwendet, um eine Prognose der erreichten Materia- leigenschaften zu erstellen und die Stellmöglichkeiten so zu kombinieren, dass die gewünschten Eigenschaften möglichst schnell, genau und gleichmäßig erreicht werden.

In einer vorteilhaften Ausführung berechnet das Computerprogramm mit- tels eines Materialmodells das Umwandlungsgefüge in Abhängigkeit von den Aufwärm- und Abkühlbedingungen und berücksichtigt dabei insbe- sondere die speziellen Kühleigenschaften des Kühlmediums.

In einer bevorzugten Ausführung wird die Gefügezusammensetzung durch die Steuerung der Endtemperatur der Kühlung eingestellt. Bei ei- ner Abweichung vom Zielwert wird zur schnellen Korrektur eine neue Ein- tauchzeit vom Programm berechnet und über einen Verstell-Mechanis- mus für die Eintauchtiefe realisiert. Das Programm ermittelt nun, ob z. B. zum Erreichen einer günstigen Kühlrate die Badtemperatur angepasst werden soll und gibt in diesem Fall eine neue Solltemperatur für das Tauchbad vor. Während sich langsam die Tauchbadtemperatur ändert, wird vom Programm die Soll-Eintauchzeit kontinuierlich neu berechnet. Alternativ kann vom Programm auch der Verströmungsgrad des Kühl- mediums angepasst werden.