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Title:
METHOD FOR THE ACCELERATED COOLING OF FLAT STEEL PRODUCTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/178112
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for the accelerated cooling of flat steel products (1), in which the flat steel product (1) is cooled from a start temperature to a target temperature, wherein the flat steel product (1) is subjected to water (2) for cooling and wherein the chemical composition of the water (2) is adjusted. The invention further relates to a flat steel product (1) which was cooled in an accelerated manner for curing and/or setting the microstructure.

Inventors:
PFEIFFER ESTHER (DE)
KERN ANDREAS (DE)
FECHTE-HEINEN RAINER (DE)
PAUL UDO (DE)
OHLER-MARTINS KARLA (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/055084
Publication Date:
September 10, 2020
Filing Date:
February 27, 2020
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP STEEL EUROPE AG (DE)
THYSSENKRUPP AG (DE)
International Classes:
C21D1/60; C21D1/18; F27D9/00
Domestic Patent References:
WO2019083973A12019-05-02
Foreign References:
EP0321370A11989-06-21
EP2940157A12015-11-04
US4561911A1985-12-31
Other References:
BECK M ET AL: "The Ideal Quenching Medium? - Characterisation of Ionic Liquids for Heat Treatment of Metallic Components", HTM JOURNAL OF HEAT TREATMENT AND MATERIALS - ZEITSCHRIFT FUER WERKSTOFFE WAERMEBEHANDLUNG FERTIGUNG, CARL HANSER VERLAG, MUNCHEN, DE, vol. 68, no. 5, 1 October 2013 (2013-10-01), pages 214 - 223, XP008173571, ISSN: 1867-2493, DOI: 10.3139/105.110196
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP STEEL EUROPE AG (DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur beschleunigten Abkühlung von Stahlflachprodukten (1), wobei das Stahl flachprodukt (1) von einer Starttemperatur auf eine Zieltemperatur abgekühlt wird, wobei das Stahlflachprodukt (1) zur Kühlung mit Wasser (2) beaufschlagt wird, dadurch gekenn zeichnet, dass die chemische Zusammensetzung des Wassers (2) angepasst wird und die Carbonat-Härte des Wassers (2) auf einen m-Wert kleiner als 4 mmol/l, bevorzugt kleiner als 3 mmol/l, besonders bevorzugt kleiner als 2 mmol/l abgesenkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei dem Wasser (2) zum Absenken des m-Wertes Schwe felsäure beigemischt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Wasser (2) Phosphat beigemischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3 wobei dem Wasser (2) so viel Phosphat beigemischt wird, dass der Phosphorgehalt bevorzugt bei zwischen 1 mmol/l und 4 mmol/l liegt und beson ders bevorzugt bei zwischen 1 ,5 mmol/l und 2,5 mmol/l liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei das Phosphat in Form eines Korrosi onsinhibitors dem Wasser (2) beigemischt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der pH-Wert des Wassers (2) auf zwischen 6,5 und 8 angepasst wird.

7. Stahlflachprodukt (1), wobei das Stahlflachprodukt (1) zur Härtung und / oder Einstellung des Gefüges mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche beschleu nigt abgekühlt wurde.

8. Stahlflachprodukt (1) nach Anspruch 7, wobei das Stahlflachprodukt (1) aus einem nied riglegierten hochfesten Baustahl besteht.

9. Stahlflachprodukt (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei das Stahlflachprodukt (1) eine Dicke von bis zu 150 mm aufweist.

10. Stahlflachprodukt (1) nach Anspruch 7 wobei das Stahlflachprodukt (1) ein Warmband oder ein Stahlblech ist und nach einem der Ansprüche 1 bis 6 beschleunigt abgekühlt worden ist.

11. Stahlflachprodukt (1) nach Anspruch 10, wobei das Stahlflachprodukt (1) eine Dicke von 1 mm bis zu 25 mm aufweist.

12. Stahlflachprodukt (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei das Stahlflachprodukt (1) 0,001 bis 0,3 Gew.-% Kohlenstoff und 0,01 bis 2,5 Gew.-% Mangan aufweist.

Description:
BESCHREIBUNG

Titel

Verfahren zur beschleunigten Abkühlung von Stahlflachprodukten

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zur beschleunigten Abkühlung von Stahlflachprodukten.

Offenbarung der Erfindung

Zur Einstellung des Gefüges von Stahlflachprodukten werden diese im Rahmen des Produkti onsprozesses beschleunigt abgekühlt. Das Verfahren der beschleunigten Abkühlung wird unter anderem an Stahlflachprodukten, welche in Stückfertigung über reversierendes Walzen oder als Warmband hergestellt werden, eingesetzt.

Zum beschleunigten Abkühlen werden die Stahlflachprodukte üblicherweise stark erhitzt. Dabei wandelt sich der bei Raumtemperatur vorliegende Ferrit in Austenit um, in welchem mehr Koh lenstoff gelöst werden kann als im Ferrit. Weiterhin wird beim Erhitzen Zementit aufgelöst, des sen Kohlenstoff im entstandenen Austenit in Lösung geht.

Im Falle der Stückfertigung über reversierendes Walzen wird die beschleunigte Abkühlung vor allem zum Härten eingesetzt. Beim Härten wird der heiße Stahl so schnell abgekühlt, dass dem Kohlenstoff keine Zeit zur Diffusion bleibt, wodurch eine Umwandlung des Austenits in Ferrit und Zementit unterbunden wird. Das Gitter des Eisens kann nicht in den kubisch-raumzentrier- ten Ferrit übergehen, es entsteht stattdessen diffusionslos Martensit mit einem tetragonal-ver- zerrten kubisch-raumzentrierten Gitter, welches durch den Kohlstoff verspannt ist. Zahlreiche Grundlagenuntersuchungen haben gezeigt, dass ein gleichmäßiges Eigenschaftsprofil mit aus reichend hohen Festigkeitskennwerten erreicht wird, wenn die Stahlbleche über den gesamten jeweiligen Querschnitt durch beschleunigte Abkühlung martensitisch umgewandelt werden. Für ein effektives Härten ist eine hohe Geschwindigkeit bei der beschleunigten Abkühlung, die im Falle des Härtens auch als Abschrecken bezeichnet wird, notwendig. Zum Abschrecken können Gase, Öle oder Wasser verwendet werden, welche die Stahlbleche von einer Temperatur ober- halb der Austenittemperatur, üblicherweise circa 900 °C, auf eine deutlich niedrigere Tempera tur, gewöhnlich auf Temperaturen unterhalb 150 °C, abkühlen. Bei der Verwendung von Was ser, der Wasserhärtung, werden die Stahlflachprodukte zunächst erhitzt und durch Aufspritzen des Wassers abgeschreckt. Das Wasser zum Abschrecken wird dabei üblicherweise durch Was serwirtschaftsbetriebe zur Verfügung gestellt.

Zur Einstellung des Gefüges von Stahlflachprodukten, welche als Warmband erzeugt werden, werden zunächst Brammen auf Temperaturen zwischen 1000 °C und 1400 °C, bevorzugt zwi schen 1100 °C und 1350 °C, besonders bevorzugt zwischen 1200 °C und 1300 °C vorgewärmt. Falls die Solidus-Temperatur der verwendeten Stahllegierung unterhalb von 1400 °C liegt, wird diese Solidus-Temperatur als maximale Vorwärmtemperatur gewählt. Die Vorwärmung kann entweder direkt aus der Gießhitze oder alternativ nach dem teilweisen oder vollständigen Ab kühlen aus der Gießhitze erfolgen. Anschließend wird das Material in mehreren so genannten Walzstichen auf die gewünschte Dicke gewalzt, wobei es sich prozessbedingt bis zur so genann ten Endwalztemperatur abkühlt. Durch Steuerung des Walzprozesses wird die Endwalztempe ratur auf Temperaturen zwischen 800 °C und 1000 °C, bevorzugt zwischen 850 °C und 950 °C, eingestellt. Nach einer optionalen weiteren Abkühlung an Luft wird die Starttemperatur erreicht, die bis zu 200 °C unterhalb der Endwalztemperatur, bevorzugt 0 °C bis 100 °C, besonders be vorzugt 0 °C bis 50 °C unterhalb der Endwalztemperatur liegt.

Im Anschluss wird das so entstandene Warmband zur Einstellung des gewünschten Gefüges durch Beaufschlagung mit Wasser beschleunigt bis zum Erreichen einer Zieltemperatur abge kühlt. Nach einer optionalen weiteren Abkühlung an Luft wird die so genannte Haspeltempera tur erreicht, bei der das Warmband dann anschließend zu einem Coil aufgewickelt wird. Die Haspeltemperatur liegt dabei bis zu 150 °C unterhalb der Zieltemperatur, bevorzugt 0 °C bis 100 °C unterhalb der Zieltemperatur, besonders bevorzugt 0 °C bis 50 °C unterhalb der Ziel temperatur. Durch die beschleunigte Abkühlung wird hierbei die Kohlenstoffdiffusion unterbun den oder zumindest deutlich verringert. Zudem wird das Risiko des Auftretens unerwünschter Phasenumwandlungen deutlich reduziert. Nach dem Aufwickeln des Warmbandes zu einem Coil kühlt dieses dann deutlich langsamer ab, bis es die Umgebungstemperatur erreicht.

Je nach angestrebter Gefügezusammensetzung wird die Haspeltemperatur eingestellt: wird vollständig oder nahezu vollständig martensitisches Gefüge angestrebt, so wird eine Haspel temperatur unterhalb oder maximal 100 °C oberhalb der Martensit-Finish-Temperatur Mf ein gestellt, bevorzugt werden Haspeltemperaturen von 150 °C oder weniger gewählt. Wird ein bai- nitisches Gefüge angestrebt, so wird eine Haspeltemperatur unterhalb der Bainit-Start-Tempe- ratur Bs und oberhalb der Martensit-Start-Temperatur Ms, bevorzugt zwischen 400 °C und 550 °C, gewählt. Auch zur Einstellung eines ferritischen Gefüges ist eine beschleunigte Abkühlung von Vorteil, da hierdurch die Korngrenzenoxidation verringert und beispielsweise im Falle von mikrolegierten Stählen feinere Ausscheidungen gebildet werden können. Die Haspeltempera tur muss in diesem Fall oberhalb von Bs liegen.

Neben den genannten einphasigen Gefügestrukturen können durch entsprechende Wahl der Endwalz- und der Haspeltemperatur sowie der Start- und Zieltemperatur auch mehrphasige Ge fügestrukturen mit definierten Anteilen an Ferrit, Bainit und Martensit eingestellt werden.

Um das angestrebte Gefüge möglichst präzise einzustellen, unerwünschte Phasenumwandlun gen zu vermeiden und möglichst gleichmäßige mechanisch-technologische Einstellungen des erzeugten Warmbandes sicher zu stellen, ist eine präzise Kontrolle des Abkühlverlaufs bei der beschleunigten Abkühlung von Bedeutung. Zudem ist eine möglichst hohe Abkühlgeschwindig keit erforderlich, um die unerwünschte Diffusion von Kohlenstoff und anderen kleineren Ato men durch den Stahl einzuschränken oder ganz zu unterbinden.

Zur Gewährleistung der beschleunigten Abkühlung zwischen Start- und Zieltemperatur können Gase, Öle oder Wasser verwendet werdend. Da mit Gasen die notwendigen Abkühlgeschwin digkeiten nur unter hohem technischen Aufwand realisiert werden können, wird das Warmband bevorzugt mit Flüssigkeiten beaufschlagt. Auf Grund der hohen benötigten Flüssigkeitsmengen wird aus ökologischen und ökonomischen Gründen bevorzugt Wasser als Abkühlmedium ver wendet. Das Wasser für die beschleunigte Abkühlung wird dabei üblicherweise durch Wasser wirtschaftsbetriebe zur Verfügung gestellt.

Bei Qualitätskontrollen an beschleunigt abgekühlten Stahlflachprodukten zeigen sich im Zeit verlauf immer wieder starke Schwankungen und große Streuungen bei den Festigkeitseigen schaften und damit eine große Produktinhomogenität. Dies führt zu ungeplanten Kosten durch Ausfall oder Nacharbeit.

Das Ergebnis der beschleunigten Abkühlung hängt von zahlreichen Werkstoff- und Prozesspa rametern beim Betrieb der verwendeten Kühlanlage ab. Wichtig ist hier vor allem eine ausrei chende Wasserbeaufschlagung des Stahlflachproduktes mit einer hohen Abschreckwirkung des Wassers. Dazu ist es möglich, die Temperatur des Wassers zu reduzieren. Dieser Ansatz ist zwar grundsätzlich erfolgreich, jedoch zeigen Simulationsrechnungen und Messungen des Wär- meübergangs zwischen Stahl und Wasser nur einen geringen Einfluss der Wassertemperatur auf die Kühlwirkung des Wassers. Zudem würde zur stetigen Kühlung des Wassers eine um fangreiche Kühlanlagentechnik in den Wasserhärtungsanlagen benötigt, welche den Wasser härtungsprozess unwirtschaftlich machen würde.

Weiterhin wäre es grundsätzlich möglich, das Umwandlungsverhalten des Stahls bei der Was serhärtung durch Legieren zu beeinflussen. Dieser Ansatz ist jedoch auch nicht zielführend, da sich eine Veränderung des Legierungsgehaltes des Stahls negativ auf dessen spätere Verwen dung und insbesondere negativ auf die Schweißeignung auswirken würde.

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur beschleunigten Abküh lung mit verbesserter Prozesstechnik zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile des Stan des der Technik nicht aufweist und die mechanischen Eigenschaften von Stahlflachprodukten bei gegebener chemischer Zusammensetzung der Stahlflachprodukte verbessert und gleichzei tig eine hohe Produkthomogenität in Hinblick auf das Gefüge und die mechanischen Eigen schaften erreicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur beschleunigten Abkühlung von Stahlflach produkten, wobei das Stahlflachprodukt von einer Starttemperatur auf eine Zieltemperatur ab gekühlt wird, wobei das Stahlflachprodukt zur Kühlung mit Wasser beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Zusammensetzung des Wassers angepasst wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur beschleunigten Abkühlung ermöglicht eine verbesserte Härtung bzw. Gefügeeinstellung mit einer exzellenten Produkthomogenität bezüglich der me chanischen Eigenschaften. Umfangreiche exemplarische chemische Analysen des üblicherwei se eingesetzten Wassers ergaben, dass dieses eine Reihe von Ca-, Mg-, H 3 0-, CI- und SO4-I0- nen sowie zahlreiche organische Schwebstoffe enthalten kann. Eine Anpassung der Zusam mensetzung des Wassers erweist sich als zielführend in der Beseitigung des oben genannten technischen Problems und bietet beispielsweise die Möglichkeit, den Leidenfrost-Effekt, wel cher einen effektiven Wärmeübergang zwischen dem heißen Stahlflachprodukt und dem Was ser behindert, deutlich zu reduzieren.

Im Falle der Härtung von Stahlflachprodukten, welche in Stückfertigung über reversierendes Walzen erzeugt werden, liegt die Starttemperatur über der Austenitisierungstemperatur des Stahlflachprodukts, vorzugsweise bei über 800 °C, besonders bevorzugt zwischen 850 °C und 1000 °C, insbesondere zwischen 900 °C und 950 °C. Die Zieltemperatur nach der Härtung liegt vorzugsweise bei maximal 150 °C, besonders bevorzugt im Bereich der Raumtemperatur bei circa 25 °C.

Im Falle der beschleunigten Abkühlung von Warmband liegt die Starttemperatur zwischen der Endwalztemperatur und einer um 200°C niedrigeren Temperatur, wobei die Endwalztempera tur zwischen 800 °C und 1000 °C, bevorzugt zwischen 850 °C und 950 °C beträgt. Bevorzugt beträgt die Differenz zwischen der Endwalztemperatur und der Starttemperatur zwischen 0 °C und 100 °C, besonders bevorzugt zwischen 0 °C und 50 °C. Die Zieltemperatur liegt zwischen der Flaspeltemperatur und einer um 150 °C höheren Temperatur, wobei die Flaspeltemperatur je nach angestrebter Gefügezusammensetzung zwischen der Raumtemperatur und 650 °C liegt. Bevorzugt beträgt die Differenz zwischen der Zieltemperatur und der Flaspeltemperatur zwi schen 0 °C und 100 °C, besonders bevorzugt zwischen 0 °C und 50 °C.

Optional wird das zur Kühlung verwendete Wasser zuvor gefiltert. In einer bevorzugten Ausfüh rung der Erfindung wird die chemische Zusammensetzung des Wassers durch Zugabe von Che mikalien angepasst.

Vorzugsweise wird im Falle der Wasserhärtung von Stahlflachprodukten, welche in Stückferti gung über reversierendes Walzen erzeugt werden, das Stahlflachprodukt in einem ersten Ver fahrensschritt in einem Rollenherdofen erhitzt. Insbesondere wird anschließend zum Abschre cken Wasser auf das Stahlflachprodukt gespritzt. Bevorzugt wird das Stahlflachprodukt in einer Rollenabschreckvorrichtung oder in einer Standabschreckvorrichtung abgeschreckt. In einer al ternativen Ausführung wird das Stahlflachprodukt zum Abschrecken durch ein Reservoir mit Wasser geführt. In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführung wird das Stahlflachpro dukt nach dem reversierenden Walzen direkt aus der Walzhitze heraus auf die Zieltemperatur beschleunigt abgekühlt.

Vorzugsweise wird im Falle der Warmbandherstellung eine Bramme in einem Hubbalken- oder in einem Stoßofen erhitzt und anschließend in einer mehrgerüstigen Walzstraße gewalzt. Bevor zugt wird ein zweistufiges Walzverfahren eingesetzt, bei dem die ersten Walzstiche in einem oder mehreren Vorwalzgerüsten oder in einer Vorwalzstraße durchgeführt werden, während die verbleibenden Walzstiche in einer Fertigwalzstraße erfolgen. Die Abkühlung erfolgt nach Been digung des Walzprozesses, ohne dass das Warmband vor der Abkühlung erneut erhitzt wird. Alternativ wird die verwendete Bramme in so geringer Dicke vergossen, dass die Walzung di rekt in einer Fertigwalzstraße erfolgen kann, wobei die Bramme ohne vollständige Abkühlung aus der Gießhitze zur Wiedererwärmung und zum Temperaturausgleich einen Rollenherdofen durchläuft und von dort ohne vollständige Abkühlung der Fertigwalzstraße zugeführt wird. Hier bei erfolgt die Abkühlung ebenfalls nach Beendigung des Walzprozesses, ohne dass das Warm band vor der Abkühlung erneut erhitzt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Carbonat-Flärte des Wassers auf einen m-Wert kleiner als 4 mmol/l, bevorzugt kleiner als 3 mmol/l, besonders bevorzugt kleiner als 2 mmol/l abgesenkt wird.

Umfangreiche Korrelationsrechnungen zwischen den mechanischen Eigenschaften wasserge härteter Stahlbleche und Kenndaten der Wasserzusammensetzung ergeben, dass insbesonde re der Gehalt an Carbonationen, das heißt die Wasserhärte, einen signifikanten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Stahlbleche hat. Mit abnehmender Wasserhärte, guantifiziert durch den m-Wert, lassen sich höhere Festigkeiten bzw. präziser eingestellte Gefügezusam mensetzungen bei gleichzeitig verbesserter Produkthomogenität erreichen. Der m-Wert ist in der Wasserchemie die bei Verwendung des Farbindikators Methylorange oder des Tashiro-In- dikators zur Abstumpfung von 100 ml Wasser verbrauchte Menge an 0,1 n Salzsäure gemes sen in Millilitern. Durch Multiplikation des m-Wertes mit 2,8 erhält man die Gesamtalkalität oder Methylorange-Alkalität (MA) des Wassers.

Messungen der Temperatur-Zeit-Verläufe und des Wärmeübergangskoeffizienten bei der Was serhärtung zeigen, dass durch eine Verringerung des m-Wertes des Wassers die Leidenfrost- Temperatur merklich angehoben und gleichzeitig die notwendige Abkühldauer zwischen Start- und Zieltemperatur deutlich verringert werden. Bei geringeren m-Werten wird demnach eine höhere Abschreckintensität an dem Stahlflachprodukt als bei höheren m-Werten erreicht. Mit geringeren m-Werten wird so beispielsweise eine sicherere Einstellung eines vollmartensiti- schen Gefüges im Stahlflachprodukt und damit beste Festigkeitskennwerte bei hoher Gleich mäßigkeit der Festigkeitswerte erreicht.

Bevorzugt wird der m-Wert des Wassers während des Verfahrens gemessen und nachreguliert. Weiterhin ist denkbar, dass das Wasser für die beschleunigte Abkühlung aus einem Wasserre servoir zugeführt wird. Ferner ist denkbar, dass der m-Wert des Wassers im Wasserreservoir gesenkt wird. Denkbar ist aber auch, dass der m-Wert des Wassers beim Zuführen zum Ab schrecken durch Einleiten einer oder mehrerer m-Wert-senkenden Chemikalien gesenkt wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgese hen, dass dem Wasser zum Absenken des m-Wertes Schwefelsäure beigemischt wird. Vorzugs weise wird die Schwefelsäure in konzentrierter Form, besonders bevorzugt 95%-ig, beige mischt. Schwefelsäure eignet sich hervorragend für das Absenken des m-Wertes im erfin dungsgemäßen Verfahren.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgese hen, dass dem Wasser Phosphat beigemischt wird. Dazu ist bevorzugt vorgesehen, dass dem Wasser so viel Phosphat beigemischt wird, dass der Phosphorgehalt bevorzugt bei zwischen 1 mmol/l und 4 mmol/l liegt und besonders bevorzugt bei zwischen 1,5 mmol/l und 2,5 mmol/l liegt. Das Phosphat hat die Funktion, die H 3 0-lonen zu binden um hierüber einen korrosiven Angriff durch saures Wasser zu vermeiden. Denkbar ist, dass das Phosphat im Wasserreser voir beigemischt wird. Denkbar ist aber auch, dass das Phosphat dem Wasser beim Zuführen zur beschleunigten Abkühlung beigemischt wird.

Besonders bevorzugt wird das Phosphat im gleichen Prozessschritt wie die Säure oder in einem auf die Säurezugabe folgenden Prozessschritt zugegeben, wobei der Zeitraum zwischen Säure dosierung und Phosphatzugabe möglichst kurz zu halten ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgese hen, dass das Phosphat in Form eines Korrosionsinhibitors dem Wasser beigemischt wird. Kor rosionsinhibitoren sind kommerziell verfügbar und zuverlässig wirksam. Vorzugsweise wird Fer- rofos ® als Korrosionsinhibitor beigemischt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgese hen, dass der pH-Wert des Wassers auf zwischen 6,5 und 8 angepasst wird. Dies reduziert Kor rosionsschäden durch das Wasser.

Bevorzugt wird der pH-Wert des Wassers während des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder holt und/oder dauerhaft gemessen. Besonders bevorzugt wird der pH-Wert während des erfin dungsgemäßen Verfahrens nachreguliert.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs gestellten Aufga be ist ein Stahlflachprodukt, wobei das Stahlflachprodukt zur Härtung und / oder zur Einstellung des Gefüges mit dem erfindungsgemäßen Verfahren abgekühlt wurde. Das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt weist eine sehr gute Produkthomogenität in Bezug auf das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften auf. Durch die Erhöhung der Leidenfrost- Temperatur als Folge der chemischen Anpassung des Wassers erhöht sich die Abkühlge schwindigkeit. Dadurch kommt es im Falle der Wasserhärtung von Stahlblechen zu weniger Dif fusion des Kohlenstoffs und so zu einer vollständigen martensitischen Umwandlung über den gesamten Querschnitt des Stahlblechs und im Falle der beschleunigten Abkühlung von Warm band kann die gewünschte Gefügezusammensetzung besonders schnell eingestellt werden, wodurch das Entstehen unerwünschter Gefügebestandteile verringert oder vollständig vermie den werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Stahlflachprodukt ein Stahlblech aus niedriglegiertem hochfestem Baustahl ist. Vorzugs weise weist das Stahlblech dabei einen Kohlstoffanteil von mindestens 0,2 Gew.-% Kohlenstoff auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgese hen, dass das Stahlflachprodukt ein Stahlblech mit einer Dicke von bis zu 150 mm ist. Denkbar ist, dass das Stahlblech eine Dicke von 3 mm bis 100 mm, bevorzugt von 20 mm bis 100 mm, besonders bevorzugt von 50 mm bis 100 mm aufweist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgese hen, dass das Stahlflachprodukt ein Warmband aus einem niedriglegierten Stahl ist. Vorzugs weise weist das Warmband einen Kohlenstoffanteil von 0,001 bis 0,3 Gew.-%, bevorzugt 0,001 bis 0,05 Gew.-% Kohlenstoff und einen Mangananteil von 0,01 bis 2,5 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 1 ,9 Gew.-%, Mangan auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgese hen, dass das Stahlflachprodukt ein Warmband mit einer Dicke von bis zu 30 mm ist. Denkbar ist, dass das Warmband eine Dicke von 1 mm bis 25 mm, bevorzugt von 1 mm bis 20 mm, be sonders bevorzugt von 1,5 mm bis 15 mm aufweist.

Alle vorstehenden Ausführungen gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur la zeigt schematisch das Verfahren zur Wasserhärtung eines Stahlflachpro dukts, welches in Stückfertigung über reversierendes Walzen erzeugt wird, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Er findung.

Figur lb zeigt schematisch das Verfahren zur beschleunigten Abkühlung eines

Stahlflachprodukts, welches als Warmband erzeugt wird gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 zeigt die Leidenfrost-Temperatur und die Abkühldauer von Stahlflachpro dukten in Abhängigkeit des m-Wertes des Wassers.

Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

In Figur la ist schematisch das Verfahren zur Wasserhärtung eines Stahlflachproduktes 1 ge mäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Stahl flachprodukt 1 wird in einem Rollenherdofen 3 auf 900 °C erhitzt. Anschließend wird das Stahl flachprodukt 1 auf eine Rollenabschreckvorrichtung 4 geführt und mit Wasser 2 auf 150 °C ab geschreckt. Das Wasser 2 wird von einem Wasserreservoir 6 über eine Leitung 5 zur Rollenab schreckvorrichtung 4 gepumpt. Nach dem Abschrecken wird das Wasser 2 wieder aufgefangen und zurück zum Reservoir 6 gepumpt (nicht dargestellt). Zur Verbesserung der Produkthomo genität der mechanischen Eigenschaften der wassergehärteten Stahlflachprodukte 1 wird die chemische Zusammensatzung des Wassers 2 angepasst. Dazu wird dem Wasser 2 im Reser voir 6 konzentrierte Schwefelsäure (nicht gezeigt) beigefügt, bis der m-Wert des Wassers 2 bei bevorzugt unter 2 mmol/l liegt. Der niedrige m-Wert des Wassers 2 erhöht die Leidenfrost-Tem- peratur deutlich und senkt die Abkühldauer des Stahlflachproduktes 1 ab, sodass eine vollstän- digere und günstiger ausgebildete Martensitstruktur über den Querschnitt eingestellt wird. Wei terhin wird dem Wasser 2 Phosphat (nicht dargestellt) in Form eines Korrosionsinhibitors bei gemischt, was Korrosion am Stahlflachprodukt 1 und an Teilen der Anlage zur Wasserhärtung wie beispielsweise des Reservoirs 6 und der Leitung 5 verhindert.

Figur lb zeigt schematisch das Verfahren zur beschleunigten Abkühlung eines Stahlflachpro dukts 1 , welches als Warmband erzeugt wird gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Stahlflachprodukt 1 im Ofen 7 auf circa 1250 °C erhitzt und in Form einer Bramme von den Rollen 9 zu den Walzen 8 transportiert. Die Walzen 8 walzen die Bramme in mehreren Schritten zu einem Warmband, wobei die Endwalztemperatur 900 °C be trägt. Das Warmband wird mit Wasser 2 auf 150 °C abgeschreckt. Das Wasser 2 wird von ei nem Wasserreservoir 6 über eine Leitung 5 zum Warmband gepumpt. Nach dem Abschrecken wird das Wasser 2 wieder aufgefangen und zurück zum Reservoir 6 gepumpt (nicht dargestellt). Zur Verbesserung der Produkthomogenität der mechanischen Eigenschaften des wassergehär teten Stahlflachprodukts 1 wird die chemische Zusammensatzung des Wassers 2 angepasst. Dazu wird dem Wasser 2 im Reservoir 6 konzentrierte Schwefelsäure (nicht gezeigt) beigefügt, bis der m-Wert des Wassers 2 bei bevorzugt unter 2 mmol/l liegt. Der niedrige m-Wert des Was sers 2 erhöht die Leidenfrost-Temperatur deutlich und senkt die Abkühldauer des Stahlflach produktes 1 ab, sodass eine vollständigere und günstiger ausgebildete Martensitstruktur über den Querschnitt eingestellt wird. Weiterhin wird dem Wasser 2 Phosphat (nicht dargestellt) in Form eines Korrosionsinhibitors beigemischt, was Korrosion an Warmband 1 und an Teilen der Anlage zur Wasserhärtung wie beispielsweise des Reservoirs 6 und der Leitung 5 verhindert. Anschließend wird das Warmband auf ein Coil aufgerollt.

In Figur 2 sind die Leidenfrost-Temperatur 20 und die Abkühldauer 10 von Stahlflachproduk ten in Abhängigkeit des m-Wertes des Wassers 2 gezeigt. Dargestellt sind m-Werte des Was sers 2 von weniger als 2 mmol/l bis 4 mmol/l. Bei geringen m-Werten ist die Leidenfrost-Tem- peratur 20 hoch. So liegt die Leidenfrost-Temperatur 20 bei einem m-Wert von circa 2 mmol/l bei etwas über 870 °C. Bei höheren m-Werten sinkt die Leidenfrost-Temperatur 20 rapide. So liegt die Leidenfrost-Temperatur 20 bei einem m-Wert von circa 4 mmol/l nur noch bei etwas unter 820 °C. Weiterhin dargestellt ist die Abkühldauer 10 eines Stahlblechs 1 von 900 °C auf 150 °C in Abhängigkeit vom m-Wert des Wassers 2.

Bei geringen m-Werten ist die Abkühldauer 10 niedrig. So liegt die Abkühldauer 10 bei einem m-Wert von circa 2 mmol/l bei etwas über 29 Sekunden. Bei höheren m-Werten steigt die Ab kühldauer 10. So liegt die Abkühldauer 10 bei einem m-Wert von circa 4 mmol/l bei über 33,5 Sekunden.

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Bezugszeichenliste

1 Stahlflachprodukt

2 Wasser

3 Rollenherdofen

4 Rollenabschreckvorrichtung

5 Leitung

6 Reservoir

7 Ofen

8 Walzen

9 Rollen

10 Abkühldauer

20 Leidenfrost-Temperatur