Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrphasenstahlbands mit einer Zugfestigkeit von zumindest 780 MPa, vorzugsweise mit einer Zugfestigkeit von zumindest 900 MPa, sowie eine Vorrichtung zur Herstellung des Mehrphasenstahlbandes. Derartige Stähle sind dem Fachmann auch als hoch und höchstfeste Mehrphasenstähle bekannt.

Mehrphasenstähle zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie relativ hoch mit festigkeitssteigernden Elementen wie Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Chrom und Molybdän legiert sind. Diese Elemente werden gezielt verwendet, um die Materialfestigkeit in dem gewünschten Bereich einzustellen. Alle diese Elemente wirken sich festigkeitssteigernd auf das Gefüge dieser Stähle im warm- sowie im fertig behandelten Zustand aus. Die Elemente Kohlenstoff, Mangan, Chrom und Molybdän sind zudem dafür bekannt, die Umwandlung der Mehrphasenstähle in weichere Gefügebestandteile wie Ferrit zu längeren Zeiten zu verschieben, so dass bereits bei moderaten Abkühlgeschwindigkeiten festere Gefüge wie Bainit und/oder Martensit entstehen können.

Diese Eigenschaft, die Gefügebildung zu beeinflussen, wird gezielt bei der Herstellung von warmgewalzten Mehrphasenstählen mit spezifischen Endeigenschaften sowie bei der Weiterverarbeitung des warmgewalzten Vormaterials in Kaltwalzwerken und der finalen Wärmebehandlung in kontinuierlichen Glüh- bzw. Verzinkungsanlagen ausgenutzt, um diese Endeigenschaften herzustellen.

Bei der Herstellung der Mehrphasenstähle als Vormaterial für Kaltband wird im Warmwalzwerk typischerweise darauf geachtet, ein möglichst gleichmäßiges Ausgangsgefüge, umfassend Ferrit und Perlit mit möglichst geringen Anteilen von Bainit, herzustellen. Hierdurch kann zum einen der Kaltwalzprozess stabiler beherrscht und zum anderen die anschließende Wärmebehandlung besser gesteuert werden. Unterschiedliche Gefügebestandteile, insbesondere höhere Martensitanteile, sind daher innerhalb eines Bandes unerwünscht. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die Haspeltemperatur für derartige Stähle oberhalb der Bildung des Bainits entsprechend einzustellen. Diese Verfahren berücksichtigen allerdings nur die Vergleichmäßigung des Gefügezustandes über die Bandlänge des Mehrphasenstahlbands.

In der täglichen Praxis hat sich allerdings gezeigt, dass neben der chemischen Zusammensetzung des Grundmaterials auch die Umformhistorie die Gefügeumwandlung auf dem Auslaufrollengang zeitlich und in der Höhe der Umwandlungstemperaturen erheblich beeinflusst. Dieser Umstand führt dazu, dass hohe Temperaturunterschiede über die gesamte Bandbreite während des Walzens zur lokalen Bildung von härteren Gefügebestandteilen, insbesondere in den Kantenbereichen, führen.

Die sodann erhaltenen hoch und höchstfesten Mehrphasenstahlbänder weisen in den Kantenbereichen höhere Umformfestigkeiten und somit ein geringeres Umformvermögen auf, als die weiter innenliegenden Bereiche der Stahlbänder. Daher müssen diese in dem nachfolgenden Kaltwalzprozess mit erheblichem anlagentechnischem Aufwand beschnitten werden. Ferner verursacht diese Verfahrensweise hohe Materialverluste.

Aus der EP 3 231 523 A1 ist lediglich ein Verfahren zur Wärmebehandlung von fertiggewalzten hochfesten Mehrphasenstahlband-Coils bekannt, bei dem diese aus der Warmbandherstellung zunächst gekühlt und anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um die Kantenaufhärtung zu reduzieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zum Herstellen eines Mehrphasenstahlbands mit einer Zugfestigkeit von zumindest 780 MPa, vorzugsweise mit einer Zugfestigkeit von zumindest 900 MPa anzugeben.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des

Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Mehrphasenstahlbands mit einer Zugfestigkeit von zumindest 780 MPa, vorzugsweise mit einer Zugfestigkeit von zumindest 900 MPa, wird zunächst in einer Gießeinrichtung ein Stranggut gegossen. Das Stranggut wird anschließend in einzelne Brammen getrennt, die sodann in einer ersten Walzstraße zu einem Warmbandvormaterial vorgewalzt und anschließend in einer zweiten Walzstraße umfassend eine Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten zu dem Mehrphasenstahlband fertiggewalzt werden. Nach Durchlaufen einer in einem Auslaufrollengang angeordneten Kühleinrichtung wird das Mehrphasenstahlband in einer Haspeleinrichtung zu einem Mehrphasenstahlband-Coil aufgewickelt.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bandkantenbereiche des Warmbandvormaterials vor dem ersten Fertigwalzgerüst, und/oder die beiden Bandkantenbereiche des Mehrphasenstahlbands zwischen zumindest zwei der Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten, und/oder direkt hinter dem letzten Fertigwalzgerüst mittels einer induktiven Heizeinrichtung derart erwärmt werden, dass das Mehrphasenstahlband vor dem Aufwickeln in der Haspeleinrichtung über seine gesamte Breite zum gleichen Zeitpunkt in die Gefügeumwandlung Ac3 eintritt.

In gleicher Weise sieht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Mehrphasenstahlbandes mit einer Zugfestigkeit von zumindest 780 MPa, vorzugsweise mit einer Zugfestigkeit von zumindest 900 MPa vor. Diese umfasst eine Gießeinrichtung, mittels derer ein Stranggut gießbar ist; eine Trenneinrichtung, mittels derer das Stranggut in einzelne Brammen trennbar ist; eine erste Walzstraße, in der die Brammen zu einem Warmbandvormaterial walzbar sind; eine zweite Walzstraße mit einer Mehrzahl Fertigwalzgerüste, in der das Warmbandvormaterial zu dem Mehrphasenstahlband walzbar ist; einen Auslaufrollengang, in dem eine Kühleinrichtung angeordnet ist; und eine Haspeleinrichtung, in der das Mehrphasenstahlband zu einem Mehrphasenstahlband-Coil aufwickelbar ist.

Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ersten Fertigwalzgerüst, und/oder zwischen zumindest zwei der Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten und/oder direkt hinter dem letzten Fertigwalzgerüst eine induktive Heizeinrichtung angeordnet ist bzw. sind, mittels derer die beiden Bandkantenbereiche des Warmbandvormaterials und/oder die beiden Bandkantenbereiche des Mehrphasenstahlbands derart erwärmbar sind, dass das Mehrphasenstahlband vor dem Aufwickeln in der Haspeleinrichtung über seine gesamte Breite zum gleichen Zeitpunkt in die Gefügeumwandlung Ac3 eintreten kann.

Durch eine gezielte Erwärmung der beiden Bandkantenbereiche kann der zeitliche Verlauf der Gefügeumwandlung derart gesteuert werden kann, dass das Mehrphasenstahlband vor dem Aufwickeln in der Haspeleinrichtung über seine gesamte Breite zum gleichen Zeitpunkt in die Gefügeumwandlung Ac3 eintritt. Hierdurch wird die Bildung von lokalen härteren Gefügebestandteilen, wie des Bainits, in den Bandkantenbereichen des Mehrphasenstahlbands soweit reduziert, dass dieses über seine gesamte Breite ein nahezu homogenes ferritisch-perlitisches Gefüge aufweist, dessen Kaltumformfestigkeit nicht mehr als 25 % voneinander differiert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.

Grundsätzlich kann eine einzige induktive Heizeinrichtung ausreichend sein, die vor dem ersten Fertigwalzgerüst, oder zwischen zumindest zwei der Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten, oder direkt hinter dem letzten Fertigwalzgerüst angeordnet ist, um die beiden Bandkantenbereiche entsprechend zu erwärmen bzw. den zeitlichen Verlauf der Gefügeumwandlung zu steuern. Bevorzugt sind jedoch Kombinationen hiervon vorgesehen.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist daher vorgesehen, dass die beiden Bandkantenbereiche des Mehrphasenstahlbands vor der Haspeleinrichtung mittels einer weiteren induktiven Heizeinrichtung erwärmt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante können die beiden Bandkantenbereiche zudem zwischen jedem der Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten mittels der induktiven Heizeinrichtung erwärmt werden.

Sofern in der vorliegenden Erfindung von einem Bandkantenbereich gesprochen wird, so ist unter diesem Begriff im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Bereich gemeint, der sich von der jeweiligen seitlichen Kante des Stahlbands senkrecht zu seiner mittig verlaufenden Bandbreitenmittelachse erstreckt. Vorteilhafterweise umfasst daher jeder der Bandkantenbereiche einen Bereich von bis zu 300 mm, der sich von der jeweiligen seitlichen Kante des Warmbandvormaterials bzw. des Mehrphasenstahlbands senkrecht zur Bandbreitenmittelachse nach innen erstreckt.

Als Mehrphasenstahlband wird vorliegend ein hoch und höchsfestes Mehrphasenstahlband verstanden. Dieses weist vorteilhafterweise die folgende Zusammensetzung in Gew.-% auf:

- C 0,01 - 0,50,

- Mn 1 ,00 - 5,00,

- Si 0,10 - 2,50,

- Cr 0,05 - 1,50,

- Mo 0,002 - 1 ,00,

- AI 0,005 - 2,50

- Nb 0,005 - 0,15

- Ti 0,005 - 0,30

- V 0,002 - 0,30

- B 0,0003 - 0,03

Rest Fe, sowie unvermeidbare Verunreinigungen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist vor dem ersten Fertigwalzgerüst, zwischen jedem der Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten, direkt hinter dem letzten Fertigwalzgerüst und vor der Haspeleinrichtung eine induktive Heizeinrichtung angeordnet, mittels derer die Temperatur/Gefügeumwandlung der beiden Bandkantenbereiche des Warmbandvormaterials bzw. des Mehrphasenstahlbands regelbar ist. Die einzelnen induktiven Heizeinrichtungen können miteinander über eine Steuereinrichtung verbunden sein, die auf Basis von Informationen über den sich potentiell einstellenden Gefügezustand, simuliert durch ein geeignetes metallkundliches Modell oder Kl-Ansätze, die Temperatur entsprechend regelt.

Vorteilhafterweise wird die Temperaturerhöhung der beiden Bandkantenbereiche beim Durchlaufen der zweiten Walzstraße sowie des Auslaufrollengangs kontinuierlich vorgenommen.

Über die induktive Erwärmung der beiden Bandkantenbereiche des Warmbandvormaterials kann der Temperaturverlust an den beiden Bandkanten beim Durchlaufen der zweiten Walzstraße wirkungsvoll kompensiert werden. Vorteilhafterweise wird der Zustand des austenitischen Gefüges nach den ersten Walzstichen, also derer innerhalb der ersten Walzstraße, derart vergleichmäßigt, dass die Rekristallisation nicht zu unterschiedlichen Gefügen bezüglich der Korngröße nach dem Walzen in der zweiten Walzstraße führt.

Über die induktive Erwärmung der beiden Bandkantenbereiche des Mehrphasenstahlbands zwischen der Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten kann der zuvor erzielte Kompensationseffekt wirkungsvoll bis hin zum letzten Walzstich aufrechterhalten werden, besonders vorteilhaft auch bei dünneren Banddicken, beispielsweise solchen mit Banddicken unterhalb von 4 mm.

Nachdem der Ausgangszustand des austenitischen Gefüges vor einer nachfolgenden Kühlung weitestgehend vergleichmäßigt ist, kann der Zeitpunkt des Umwandlungsbeginns der erwartungsgemäß schneller kühlenden Bandkantenbereiche dem der inneren Bereiche des laufenden Mehrphasenstahlbandes angepasst werden. Vorteilhafterweise wird hierzu die Temperatur der beiden Bandkantenbereiche mittels der direkt hinter dem letzten Fertigwalzgerüst angeordneten induktiven Heizeinrichtung um einen Betrag angehoben, der einem Vielfachen des Unterschiedes der zu erwartenden Abkühlgeschwindigkeiten der inneren und kantennahen Bereiche des Mehrphasenstahlbandes entspricht.

Da das fertiggewalzte Mehrphasenstahlband beim Eintritt in den Auslaufrollengang eine noch sehr hohe Temperatur aufweist, wird dieses typischerweise mittels einer Kühleinrichtung abgekühlt, bevor es zu dem Coil aufgewickelt wird. Um eine zu starke Kühlung der beiden Bandkantenbereiche zu verhindern, kann das Mehrphasenstahlband vorteilhafterweise beim Durchlaufen der Kühleinrichtung maskiert werden. Hierzu können übliche edge-masking- und/oder water-crown-Elemente eingesetzt werden. Diese Elemente können in die Berechnung der unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten und der simulatorisch ermittelten Umwandlungsverläufe einbezogen und von der Steuereinrichtung entsprechend berücksichtigt werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können innerhalb der Vorrichtung Nachwärmvorrichtungen und/oder Warmhaltevorrichtungen für die gewickelten Coils eingesetzt werden, um die Abkühlung dieser zur verlangsamen und somit die Bildung der härtere Gefügebestandteile weiter zu reduzieren.

Figurenbeschreibung

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Gieß-Walz-Anlage gemäß einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Mehrphasenstahlbands, und

Fig. 3 ein Diagramm mit unterschiedlichen Abkühlkurven.

In Figur 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Mehrphasenstahlbands 2 skizziert, die in Form einer Gieß-Walz-Anlage, vorzugsweise in Form einer CSP-®-Anlage, ausgebildet ist. Die Anlage 1 umfasst eine Gießeinrichtung 3, mit der ein Stranggut 4 aus einer Schmelze, vorzugsweise mit einer Dicke im Bereich von 30 bis 150 mm, gegossen werden kann. Das Stranggut 4 tritt vertikal aus einer Kokille 5 nach unten aus und wird in bekannter Weise in die Horizontale umgelenkt. Anschließend wird das Stranggut 4 einer Trenneinrichtung 6 zugeführt und in einzelne Brammen 7 getrennt. Die einzelnen Brammen 7 werden mittels einer Wärmeeinrichtung 8, beispielsweise in Form eines Hubbalkenofens 9 oder alternativ in Form eines Tunnelofens (nicht dargestellt), erwärmt, und sodann einer ersten Walzstraße 10 zugeführt, die vorliegend ein Walzgerüst 11 umfasst. In der ersten Walzstraße 10 werden die Brammen 7 zu einem Warmbandvormaterial 12 gewalzt.

An die erste Walzstraße 10 schließt sich in der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante eine zweite Walzstraße 13 an, die eine Mehrzahl von Fertigwalzgerüsten 14 umfasst, mittels derer das Warmbandvormaterial 12 zu dem Mehrphasenstahlband 2 fertiggewalzt wird. In einem sich anschließenden Auslaufrollengang 15 weist die Anlage 1 zudem eine Kühleinrichtung 16 auf, in der das heiße Mehrphasenstahlband 2 gekühlt wird, bevor es anschließend in einer Haspeleinrichtung 17 zu einem Mehrphasenstahlband-Coil 18 aufgewickelt wird.

Weiterhin umfasst die Anlage 1 in der vorliegend skizzierten Ausführungsvariante mehrere induktive Heizeinrichtungen 19, 20, 21 , 22, mittels derer die beiden Bandkantenbereiche 23 des Warmbandvormaterials 12 vor dem ersten Fertigwalzgerüst 14 bzw. die beiden Bandkantenbereiche 23 des Mehrphasenstahlbands 2 entlang der gesamten zweiten Walzstraße 13 als auch des Auslaufrollengangs 15 derart erwärmbar sind, dass das Mehrphasenstahlband 2 vor dem Aufwickeln in der Haspeleinrichtung 17 über seine gesamte Breite (B) zum gleichen Zeitpunkt in die Gefügeumwandlung Ac3 eintreten kann.

Wie anhand der Figur 1 zu entnehmen, ist eine erste induktive Heizeinrichtung 19 vor dem ersten Fertigwalzgerüst 14 angeordnet. Eine zweite induktive Heizeinrichtung 20 umfasst in der vorliegenden Ausführungsvariante mehrere einzelne Module, die jeweils zwischen den einzelnen Fertigwalzgerüsten 14 angeordnet sind. Eine dritte induktive Heizeinrichtung 21 ist direkt hinter dem letzten Fertigwalzgerüst 14 angeordnet. Ferner ist eine vierte induktive Heizeinrichtung 22 vorgesehen, die unmittelbar vor der Haspeleinrichtung 17 angeordnet ist. Beispiel

Mittels der in Figur 1 dargestellten Anlage wurde ein Mehrphasenstahlband 2 mit einer Dicke von 3,5 mm und einer Breite B von 1500 mm hergestellt. Für den inneren Bereich des Mehrphasenstahlbands 2 wurde eine Abkühlgeschwindigkeit von 30 K/s ermittelt (siehe Abkühlkurve 30 in Fig. 3). In dieser Konfiguration erreicht der innere Bereich des Mehrphasenstahlbands 2 nach 8 s die Temperatur des Umwandlungsbeginns Ac3 und beginnt ferritisch umzuwandeln. Für die Bandkantenbereiche 23 wurde eine Abkühlgeschwindigkeit von 50 K/s ermittelt, so dass diese nach der Durchlaufzeit von 8 s bereits eine Temperatur um 160 K tiefere Temperatur aufweisen würden (siehe Abkühlkurve 31 in Fig. 3). Die beiden Bandkantenbereiche 23 würde zu diesem Zeitpunkt bereits bainitisch umwandeln. Um dies zu verhindern, wurden die beiden Bandkantenbereiche 23 mittels der induktiven Heizeinrichtungen 19, 20, 21 , 23 gezielt um einen Betrag von 160 K erwärmt, so dass das Mehrphasenstahlband 2 vor dem Aufwickeln in der Haspeleinrichtung 17 über seine gesamte Breite B zum gleichen Zeitpunkt in die Gefügeumwandlung Ac3 eintreten konnte.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung / Gieß-Walz-Anlage

2 Mehrphasenstahlband

3 Gießeinrichtung

4 Stranggut

5 Kokille

6 Trenneinrichtung

7 Bramme

8 Wärmeeinrichtung

9 Hubbalkenofen

10 erste Walzstraße

11 Walzgerüst

12 Warmbandvormaterial

13 zweite Walzstraße

14 Fertigwalzgerüste

15 Auslaufrollengang

16 Kühleinrichtung

17 Haspeleinrichtung

18 Mehrphasenstahlband-Coil

19 erste induktive Heizeinrichtung

20 zweite induktive Heizeinrichtung

21 dritte induktive Heizeinrichtung

22 vierte induktive Heizeinrichtung

23 Bandkantenbereich

24 Bandbreitenmittelachse

25 edge-masking-Element

26 Ferrit

27 Perlit

28 Bainit

29 Martensit

30 Abkühlkurve innerer Bereich

31 Abkühlkurve Bandkantenbereich

B Breite des Bandes