Gebiet:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Warmbandes aus einem Feinkornstahlwerkstoff mit einer Dicke dwB 1,75 mm und einer mittleren Ferrit- Korngröße von g _s < 5 pm.

Stand der Technik:

Üblicherweise werden Stahlbänder uns Feinkornstahlwerkstoffen in einem mehrschrittigen Verfahren hergestellt. Aus einer Bramme wird zunächst mittels mehrerer Warmumformungen ein Warmband hergestellt und dieses dann zu einem Coil aufgewickelt. Anschließend wird das so hergestellte Warmband wärmebehandelt und / oder kaltgewalzt und dadurch die Dicke, das Gefüge und die gewünschten mechanischen Eigenschaften des Stahlbandes eingestellt. Von Seiten der Verbraucher besteht aber die Anforderung, dass bekannte mehrschrittige Verfahren kostengünstiger und einfacher zu gestalten. Eine Möglichkeit ist es, die Dicke des Stahlbandes sowie das Gefüge schon nach dem Warmwalzen für die mögliche Endverwendung einzustellen.

Das Walzen einer Bramme, insbesondere einer Dünnbramme, zu einem Warmband mit einer Dicke dwB < 1 ,5 mm ist aus dem Stand der Technik bekannt. Dazu wird die Bramme oder die Dünnbramme auf eine werkstoffspezifische Umformtemperatur aufgeheizt und in einer Warmbandstraße mit einer Reihe von Abnahmestichen zu einem Stahlband ausgewalzt. Anschließend wird das Warmband zu einem Coil aufgewickelt. Das Gefüge des Warmbandes und damit bedingt die mechanischen Eigenschaften werden durch die Abkühlbedingungen nach der Warmumformung und dem Abkühlen des Warmbandes im Coil eingestellt.

Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist, dass die Abkühlung im Coil durch die engen Wicklungen des Bandes so langsam ist, dass der verwendungsfähige Gefügezustand nicht sofort erreicht wird und durch eine nachgeschaltete zusätzliche Glühbehandlung erst erzeugt bzw. eingestellt werden muss. Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bekannten Verfahren zum Herstellen eines Feinkornstahlwerkstoffes dahingehend weiterzuentwickeln, dass ein warmgewalztes Stahlblech sowohl in Bezug auf seine Dicke als auch sein Gefüge direkt verwendungsfähig ist.

Aufgabe der Erfindung:

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Warmband mit den Merkmalen des Anspruchs 10 oder Anspruchs 11. Ein Warmband aus einem Feinkornstahlwerkstoff wird zumindest durch die Arbeitsschritte:

• Erwärmen eines Vorproduktes, insbesondere einer Bramme oder Dünnbramme, auf die Umformtemperatur;

• Warmwalzen des Vorproduktes in einer Warmbandstraße zu einem Stahlband mit mehr als 2 Abnahmestichen, insbesondere mit mehr als 5 Abnahmestichen;

• Aufwickeln des Warmbandes zu einem Coil hergestellt.

Das Warmband wird nach dem letzten Abnahmestich vor dem Aufwickeln zu einem Coil mit einer Schnellkühlung, insbesondere einer Kompaktkühlung, von der Warmwalztemperatur Tw auf eine Temperatur TH unterhalb der Umwandlungstemperatur des Stahlwerkstoffs abgekühlt. Die Umwandlungstemperatur TH ist die Temperatur, bei der der Austenitzerfall beginnt. Eine näherungsweise Umwandlungstemperatur TH kann aus der mittleren chemischen Analyse und einem zugehörenden ZTU oder ZTA- Diagramm abgelesen werden. Alternativ können auch Gleichgewichtsmodelle für die Simulation der Umwandlungstemperatur TH verwendet werden. Die so ermittelte Umwandlungstemperatur TH muss ggf. noch angepasst werden, da während der Erstarrung die Seigerung der chemischen Elemente lokale Abweichung in der chemischen Analyse herbeiführen kann. Dies verschiebt dann die lokale Zerfallstemperatur und kann somit diese zu höheren oder niedrigeren lokalen Umwandlungstemperaturen verschieben. Die Umwandlungstemperatur TH ist so anzupassen, dass bevorzugt der Kern und Übergangsbereich der Bramme bei der Umwandlungstemperatur TH berücksichtigt werden.

Die Abkühlung des Warmbandes durch die Schnellkühlung erfolgt mit einer relativen Abkühlgeschwindigkeit 3R von 3R > 600 K/(s-mm), mehr bevorzugt 3R > 800 K/(s mm). Zusätzlich beginnt die Abkühlung des Warmbandes durch die Schnellkühlung innerhalb eines Zeitraumes von t < 0,2 s, mehr bevorzugt t < 0,1 s, nach dem letzten Abnahmestich.

Die erfindungsgemäße Kombination der Merkmale Abkühlgeschwindigkeit, Dicke des Warmbandes und Abkühlung auf eine Temperatur TH unterhalb der Umwandlungstemperatur von Perlit, Bainit und / oder Martensit erzeugt ein Warmband mit den beschriebenen Streckgrenzen von 300 MPa bis 400 MPa bei einer Dicke dwB < 1 ,5 mm und 400 MPa bis 500 MPa bei einer Dicke dwB 1,5 mm und < 1 ,75 mm.

Bevorzugte Ausprägungen des Verfahrens sind in dem zum Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 dargestellt. Die Abkühlung des Warmbandes von der Warmwalztemperatur Tw auf eine Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur TH erfolgt bevorzugt innerhalb von einer Strecke < 6 m, vorzugsweise < 4 m, nach dem letzten Abnahmestich. Je näher die Schnellkühlung nach dem letzten Abnahmestich beginnt, desto besser kann ein Kornwachstum durch die erfindungsgemäße schnelle Abkühlung reduziert oder verhindert werden. Insbesondere bei Feinkornstahl muss das Augenmerk hierbei auf ein Unterdrücken des unerwünschten Kornwachstums liegen.

Bevorzugt ist es, wenn die Abkühlung auf eine Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur TH mit Wasser als Kühlmittel erfolgt. Wasser ist hierbei ein standardisiertes Kühlmittel, einfach zu transportieren und verfahrenstechnisch bereitzustellen. Das verwendete Kühlwasser kann auch Zusätze beinhalten, die die Kühleigenschaften des Wassers modifizieren. Als Zusätze zum Kühlwasser im erfindungsgemäßen Sinne werden auch Gase, insbesondere Luft, verstanden. Dabei ist es unerheblich, ob die Gase zum Transport des Kühlwassers oder zur Zerstäubung des Kühlwassers nach oder mittels beispielsweise einer Sprühdüse verwendet werden. Zusätze im erfindungsgemäßen Sinne können auch chemische Stoffe sein, die geeignet sind, den Siedepunkt oder andere physikalische oder chemische Eigenschaften des Kühlwassers zu modifizieren.

Bevorzugt wird bei der Abkühlung ein auf den Massenstrom des Warmbandes bezogener relativer Wasservolumenstrom von V > 0,002 m ³ /kg, vorzugsweise V > 0,004 m ³ /kg, eingestellt. In diesem Bereich wird ausreichend Wasser für die gewünschte Kühlwirkung bereitgestellt, ohne die Wasserwirtschaft einer Warmbandstraße über Gebühr zu belasten.

Eine Steuerung oder Regelung aufweisend zumindest ein Prozessmodell gibt einen Sollwert für die Abkühlgeschwindigkeit vor dem letzten Abnahmestich vor und / oder passt diesen während der Warmumformung des Warmbandes an. Das Prozessmodell simuliert dabei, vorzugsweise online, auf Basis der chemischen Analyse des zu walzenden Warmbandes und weiterer Prozessparameter die Gefügeentwicklung im Laufe des Warmwalzprozesses. Unter Prozessparametern werden im erfindungsgemäßen Sinne alle Prozessparameter verstanden die direkt oder indirekt mit der Herstellung eines Warmbandes in einer Warmbandstrasse verbunden sind. Direkte Prozessparameter sind beispielsweise die Walzgeschwindigkeit, Brammentemperatur, ehern. Analyse oder Stichabnahme, indirekte Prozessparamter sind beispielsweise Walzenalter, Kühlwasserzusammensetzung oder Anlagenzustände. Simulationsmodelle die ein Gefüge auf Basis von chemischen Analysen und bekannten Temperaturverläufen simulieren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Steuerung und Regelung der Walzstraße ermittelt mögliche Temperaturverläufe des Warmbandes auf Basis von bestehenden Sollvorgaben oder Ist-Werten mittels bekannter Temperaturmodelle. Dies erfolgt vorzugsweise zyklisch während des laufenden Prozesses. Ebenfalls zyklisch werden aus diesen Temperaturprofilen durch das Gefügemodell Ist-Gefüge des Warmbandes simuliert. Bei Abweichungen des Ist-Gefüges von dem Ziel-Gefüge werden die Sollvorgaben, beispielsweise die Intensität der Abkühlung an unterschiedlichen Stellen in der Walzstraße oder die Stichabnahme, durch die Steuerung oder Regelung angepasst.

Weiterhin ermittelt das Prozessmodell mittels eines Optimierungsalgorithmus den Soll- Wert für die einzustellende Abkühlgeschwindigkeit, mit der das Zielgefüge, insbesondere die Ferritkorngröße, erreicht wird. Eine derartige Steuerung oder Regelung verbessert das Einstellen der mechanischen Eigenschaften des fertigen Warmbandes durch die gezielte Einstellung der Gefügeentwicklung im Laufe des Warmwalzprozesses. Mögliche Schwankungen kann die Steuerung mit Hilfe des Prozessmodelles besser ausgleichen und optimieren.

Bevorzugt ist es, wenn ein Gefügesensor die Gefügezusammensetzung des Warmbandes ermittelt und das Prozessmodell die gemessene Ist-Gefügezusammensetzung bei der Soll-Wertermittlung der Abkühlgeschwindigkeit berücksichtigt. Die Verwendung eines Gefügesensors an einer Stelle innerhalb der Warmbandstraße ermöglicht es, nicht nur auf Basis einer chemischen Analyse mögliche Gefügeentwicklungen zu bestimmen, sondern einen Ist-Zustand des Gefüges bei der Vorausberechnung der Gefügeentwicklung zu berücksichtigen. Dadurch wird die Soll-Wertermittlung für die Abkühlgeschwindigkeit genauer und die Abweichung geringer.

Das Warmband besteht bevorzugt aus einem Stahl-Werkstoff mit der Analyse

• C: 0,05 % bis 0,20 %, vorzugsweise 0,05 % bis 0,10 %

• Si: 0,01 % bis 0,50 %, vorzugsweise 0,05 % bis 0,20 %

• Mn: 0,30 % bis 2,20 %, vorzugsweise 0,40 % bis 1 ,80 %

• AI: 0,015 % bis 0,075 %, vorzugsweise 0,015 % bis 0,035 %

• N: 0,000 % bis 0,050 %, vorzugsweise 0,001 % bis 0,025 %

• Nb: 0,00 % bis 0,10 %, vorzugsweise 0,01 % bis 0,06 %

• Ti: 0,00 % bis 0,12 %, vorzugsweise 0,01% bis 0,10 %

• V: 0,00 % bis 0,10 %, vorzugsweise 0,01 % bis 0,06 %

• Mo: 0,00 % bis 0,35 %, vorzugsweise 0,01 % bis 0,10 %

• Ca: 0,005 % bis 0,035 %, vorzugsweise 0,005 % bis 0,025 %

• Rest Fe sowie bei der Herstellung nicht vermeidbare Verunreinigungen.

Ein derartiger Stahl-Werkstoff ist durch sein Umwandlungsverhalten und mechanischen Grundeigenschaften besonders geeignet.

Das Al/N-Verhältnis liegt bevorzugt zwischen 1 und 10, mehr bevorzugt zwischen 1 und 8. Ein derartig eingestelltes Al/N-Verhältnis reduziert sowohl die Kantenrisse bei der Erstarrung der Bramme als auch Kantenrissempfindlichkeit in den ersten Umformstichen in der Walzstraße.

Die Warmbandtemperatur des Warmbandes liegt vorzugsweise vor dem letzten Abnahmestich vor der Schnellkühlung mindestens 50°C, mehr bevorzugt mindestens 30°C und maximal 100°C, oberhalb der Ae3-Temperatur der Legierung des Warmbandes. Dadurch ist sichergestellt, dass die Ferritbildung im Warmband erst mit dem Beginn der Schnellkühlung erfolgt und bei der Umformung des Warmbandes in den Walzgerüsten der leichter verformbare Austenit vorliegt. Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Warmband, dass durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt wird. Das fertige Warmband weist eine Warmbanddicke von dwB < 1 ,5 mm, bevorzugt 1 ,2 mm auf und eine Zugfestigkeit R _m 300 bis 400 mPA sowie eine Streckgrenze R _e > 340 mPA auf. Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Warmband hergestellt durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Warmband eine Warmbanddicke von dwB 1 ,75 mm, bevorzugt < 1 ,4 mm aufweist und eine Zugfestigkeit R _m von 400 bis 500 mPA und eine Streckgrenze von R _e > 340 mPA aufweist.

Der Beschreibung der Erfindung sind drei Figuren beigefügt.

Figur 1 : Beispiel einer Gießwalzanlage;

Figur 2: Beispielhafter Temperaturverlauf eines Warmbandes aus einem Feinkornwerkstoff im Prozessverlauf; und Figur 3: Umformgrade im Prozessverlauf

Figur 4: a) herkömmliches Gefüge eines Feinkornstahls; b) Gefüge mit erfindungsgemäßem Verfahren.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Figuren detaillierte beschreiben. Gleiche technische Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Gießwalzanlage zur Herstellung eines Warmbandes. Die Stranggießanlage 1 erzeugt aus einer flüssigen Schmelze eine Bramme oder Dünnbramme. Im ersten Ofen 2 wird die Bramme auf die Temperatur vor dem ersten Anstich in der Vorwalzstraße 3 aufgeheizt. Zwischen Vorwalzstraße 3 und den Fertiggerüsten 5 liegt ein weiterer Ausgleichsofen 4. Hinter dem letzten Fertigwalzgerüst 4, 5 ist einer erfindungsgemäße Kompaktkühlung 6 angeordnet. Diese ist in der Lage ausreichend viel Kühlflüssigkeit bereitzustellen, um die gewünschten Abkühlgeschwindigkeiten des Bandes einzustellen. Nach der Abkühlung wird das Band auf der Haspel 6 zu einem Coil aufgerollt.

Figur 2 zeigt ein Diagramm mit dem Temperaturverlauf a eines Warmbandes vom ersten Anstich im Vorwalzgerüst bis zum Aufwickeln zu einem Coil in der Haspel. Ausgehend von einer Anstichtemperatur von beispielsweise 1.120°C wird das Warmband in mehreren Schritten zu einer Dicke < 1 ,6 mm gewalzt. Ohne weitere Einflüsse stellt sich dabei ein Temperaturverlauf beispielsweise gemäß der Kurve a ein. Der Ofen zwischen den Vorwalzgerüsten und dem ersten Anstich im Fertigwalzgerüst dient nicht dazu das Vorband aufzuheizen, sondern homogenisiert die Temperatur zwischen Kern und äußerer Schicht des Vorbandes. Nach dem letzten Umformschritt im letzten Fertigwalzgerüst wird das fertige Warmband auf eine Temperatur < 520°C durch eine Kompaktkühlung abgekühlt. Anschließend erfolgt ein Abkühlen auf eine beispielhafte Haspeltemperatur von 150°C durch eine Laminarkühlung.

Tabelle 1: Analyse Feinkornwerkstoff in Gew.-%

In Tabelle 1 ist beispielhaft eine Analyse eines Feinkornwerkstoffs dargestellt. Die bei dieser Analyse technisch möglichen Umformgrade in den einzelnen Abnahmestichen und ein beispielhafter Ist-Umformgrad sind in dem Diagramm der Figur 3 dargestellt. Hier ist ersichtlich, dass die Umformarbeit im Wesentlichen in den ersten vier Gerüsten erfolgen kann. Dann nehmen die möglichen Umformgrade ab, wobei sich dies positiv auf die Toleranzen des fertigen Warmbandes auswirkt. Dadurch kann dieses Verfahren ein feines Korn von Beginn der Umformung einstellen und erhalten.

Figur 4 a) und b) zeigen Gefügeschliffe jeweils eines gewalzten Warmbandes. Beide Warmbänder bestehen aus derselben Legierung, d.h. sie sind aus Brammen einer einzelnen Charge gewalzt. Figur a) zeigt den Schliff eines herkömmlich erzeugten Warmbandes. Figur b) zeigt den Schliff eines erfindungsgemäß hergestellten Warmbandes. Dabei wurden beide Warmbänder nach dem Warmwalzen jeweils zu einem Coil aufgewickelt. Im Vergleich der Gefügeschliffe ist ersichtlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren ein deutlich feineres Korn direkt nach dem Warmwalzen erzeugt. Die mittlere Korngrenze beträgt in Figura) 5,5 pm und in Figur b) 4,4 pm. Das in Figur b) eingestellte Gefüge erlaubt eine direkte Verwendung des Warmbandes ohne eine weitere nachgeschaltete Wärmebehandlung. Bezugszeichenliste: