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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kaltbands
mit ferritischem Gefüge,
bei dem eine bei Abkühlung
ein ferritisches Gefüge
bildende Stahlschmelze zu einem gegossenen Band vergossen wird,
bei dem das gegossene Band erforderlichenfalls inline warmgewalzt
wird, bei dem das warmgewalzte Band aufgehaspelt wird und bei dem aus
dem warmgewalzten Band in einem oder mehreren Schritten das Kaltband
kaltgewalzt wird.
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Auf
Grund des hohen Nickelpreises findet weltweit zunehmend eine Substitution
von austenitischem Edelstahl durch ferritischen Edelstahl statt, der
Ni typischerweise nur noch als herstellungsbedingtes Begleitelement
enthält.
Ein Verfahren der eingangs angegebenen Art, das dies ermöglichen soll,
ist beispielsweise aus der
EP
0 881 305 B1 bekannt. Gemäß dem bekannten Verfahren wird
ein rostfreier ferritischer Stahl, der (in Gew.-%) max. 0,12% C,
max. 1% Mn, max. 1% Si, max. 0,04% P, max. 0,030% S, 16–18% Cr
und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, im zwischen
den Walzen einer Zwei-Walzen-Gießmaschine gebildeten Gießspalt zu
einem gegossenen Band vergossen. Anschließend wird das gegossene Band abgekühlt, wobei
während
des Abkühlens
vermieden wird, dass das Band im Austenit-Ferrit-Umwandlungsbereich gehalten wird. Nach
der Abkühlung
wird das Band bei einer Temperatur, die zwischen 600°C und der Temperatur
der Martensitumwandlung liegt, gehaspelt. Anschließend wird
das gehaspelte Band mit einer Geschwindigkeit von max. 300°C/h bis zu einer
Temperatur abgekühlt,
die zwischen 200°C
und der Raumtemperatur liegt. Schließlich wird ein an sich bekanntes
Haubenglühen
des gehaspelten Bandes durchgeführt.
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Bei
der üblicherweise
für die
Herstellung von ferritischen Blechen eingeschlagenen Route über das
Stranggießen
von Brammen wird zunächst
die Oberfläche
der Bramme bearbeitet, dann die Bramme wiedererwärmt, anschließend die
Bramme in der Warmbandstraße
zu Warmband warmgewalzt und dann zu einem Coil gehaspelt. Das so
erhaltene Warmband wird daraufhin geglüht, gebeizt und in mehreren
Stichen kaltgewalzt. Abschließend
wird das Kaltband üblicherweise
blankgeglüht
und dressiert.
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Unabhängig davon, über welche
der voranstehend genannten Wege das Warmband erzeugt wird, besteht
bei aus ferritischem Edelstahl mit einem Cr-Gehalt im Bereich von
17% kaltgewalzten Bändern
das Problem, dass im Zuge eines anschließenden Kaltumformens, speziell
beim Tiefziehen, Zugrilligkeit oder Orangenhaut auftreten können. Mit
Zugrilligkeit (engl. ridging) werden dabei stark ausgeprägte linienhafte
Oberflächenfehler
bezeichnet, die bei ferritischen Chromstählen in Walzrichtung ausgerichtet
sind. Der als "Orangenhaut" (engl. orange peel)
bezeichnete Oberflächenfehler
erscheint dagegen ungerichtet und ist durch eine narbige Ausprägung der
Oberfläche
gekennzeichnet.
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Vermieden
werden kann die Entstehung von Zugrilligkeit oder Orangenhaut dadurch,
dass die über
eine der bekannten Herstellungsrouten erzeugten Warmbänder zwischen
den einzelnen Stichen des Kaltwalzens aufwändig zwischengeglüht werden.
Diese aufwändigen
Glühschritte
führen
jedoch zu erhöhten
Kosten der Herstellung, die sich in einem höheren Marktpreis von ferritischem
Edelstahlband gegenüber
gleichwertigem Material aus austenitischem Edelstahl niederschlagen.
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Neben
dem voranstehend erläuterten
Stand der Technik ist aus der
DE 199 30 519 C1 ein Verfahren zum Herstellen
von nicht kornorientiertem Elektroblech bekannt, bei dem aus einem
Vormaterial, wie gegossenen Brammen, Bändern, Vorbändern oder Dünnbrammen,
das aus einem Stahl mit (in Gewichts-%) C: 0,001–0,05%, Si: ≤ 1,5%, Al: ≤ 0,4% mit Si
+ 2Al ≤ 1,7%,
Mn: 0,1–1,2%,
gegebenenfalls bis insgesamt 1,5% an Legierungszusätzen, wie
P, Sn, Sb, Zr, V, Ti, N, Ni, Co, Nb und/oder B, und als Rest Eisen
sowie üblichen
Begleitelementen hergestellt ist, ein Warmband erzeugt wird. Dazu
wird gemäß dem bekannten
Verfahren das Vormaterial direkt aus der Gießhitze oder nach einem vorhergehenden
Wiedererwärmen
auf eine mindestens 1000°C
und höchstens
1180°C betragende
Wiedererwärmungstemperatur
in mehreren Umformstichen warmgewalzt und anschließend gehaspelt,
wobei während des
Warmwalzens mindestens der erste Umformstich im Austenitgebiet und
mindestens ein weiterer Umformstich im Zweiphasenmischgebiet Austenit/Ferrit
durchgeführt
wird und wobei während
des Walzens im Zweiphasenmischgebiet eine Gesamtformänderung ε
h von
mindestens 35% erreicht wird. Bei dieser Vorgehensweise werden die
magnetischen Eigenschaften des erhaltenen Elektroblechs durch eine
Verformung während
der einzelnen im Zuge des Warmwalzens durchlaufenen Umformstiche
in Abhängigkeit
vom jeweiligen Gefügezustand gezielt
beeinflusst. Entscheidenden Anteil hat dabei das Walzen im Zweiphasenmischgebiet,
wogegen der Anteil der Umformung im Ferritgebiet möglichst gering
sein soll. Das bekannte Verfahren ist daher besonders für die Verarbeitung
von solchen Fe-Si-Legierungen geeignet, welche ein ausgeprägtes Zweiphasenmischgebiet
zwischen dem Austenit- und dem Ferritgebiet aufweisen.
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Der
Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu nennen, mit
dem sich Kaltbänder aus
ferritischen Edelstählen
herstellen lassen, bei denen die Gefahr der Bildung von Orangenhaut
oder Zugrilligkeit bei einer Kaltumformung minimiert ist.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden,
dass bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art das gegossene
Band zwischen dem Gießen
und dem Haspeln ausgehend von einer nicht tiefer als 1180°C liegenden
Starttemperatur mit einer mindestens 150°C/s betragenden Abkühlrate auf
eine höchstens
1000°C betragende
Zwischentemperatur abgekühlt
und anschließend
für mindestens
10s bei einer 900–1000°C betragenden Haltetemperatur
gehalten wird.
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Praxisgerechte
Starttemperaturen der intensiven Abkühlung liegen typischerweise
im Bereich von 1180–1270°C, insbesondere
im Bereich von 1200–1250°C. Bei Unterschreiten
der Grenze von 1180°C
kann am Bandrand schon Austenit in Mengen auftreten, die den Erfolg
des erfindungsgemäßen Verfahrens
beeinträchtigen
würden.
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Für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
eignen sich insbesondere solche an sich bekannten Stähle, die
zur Klasse der 10–18 Gew.-%
Cr enthaltenden, ein ferritisches Gefüge bildenden Edelstähle gehören und
im Zuge ihrer Abkühlung
ausgehend vom Ferrit nicht vollständig in Austenit und danach
wieder in Ferrit umwandeln. Derartige Stähle enthalten neben Eisen und
unvermeidbaren Verunreinigungen typischerweise (in Gew.-%) bis zu
0,08 C, 10–18
Gew.-% Cr, bis zu 1% Si, bis zu 1,5% Mn, bis zu 1% Ni, bis zu 0,04%
P und bis zu 0,015% S. Bei dem möglicherweise
vorhandenen Ni-Gehalt handelt es sich hier nicht um eine metallurgisch
gezielte Zugabe, sondern die Folge des Herstellungsprozesses und
gelangt über
die Ni-haltigen
Gießpfannen,
Konverter oder Öfen
in die Schmelze. Typischerweise liegt der Ni-Gehalt erfindungsgemäß verarbeiteter
Stähle
im Bereich von 0,7–0,8
Gew.-%.
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Für die Wirkung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
entscheidend ist die Kombination aus Bandgießen, schneller Abkühlung des
gegossenen Bandes und Halten des Bandes über eine ausreichende, mindestens
10 Sekunden dauernde Zeit bei einer Temperatur, die im Bereich von
950 ± 50°C, insbesondere
950 ± 20°C, liegt. Überraschend
hat sich gezeigt, dass bei der Kaltverformung von Kaltbändern, die
aus derart erfindungsgemäß wärmebehandelten
gegossenen Bändern
erzeugt worden sind, weder Zugrilligkeit noch Orangenhaut auftritt,
ohne dass dazu aufwändige
Zwischenglühungen
zwischen den Stufen des Kaltwalzens durchgeführt werden müssen.
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Erfindungsgemäß verwendete
Stahllegierungen erstarren im Zuge des Bandgießens zunächst ferritisch. Beim Abkühlen des
erstarrten Bandes wandelt Ferrit dann zwischen 1200°C und 800°C teilweise
in Austenit um. Die thermodynamische Ursache liegt in der geringen
und mit der Temperatur abnehmenden Löslichkeit von Kohlenstoff im
Ferrit. Karbide, die auch Kohlenstoff aufnehmen können, bilden sich
erst unterhalb 900°C.
Austenit dagegen löst
wesentlich mehr Kohlenstoff.
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Bei
einer üblichen
Abkühlung
bildet sich nur an den Korngrenzen Austenit, da Kohlenstoff im Ferrit
wiederum schnell diffundiert und aus dem Korninneren zu den Rändern wandern
kann. Dadurch werden die Ferritkorngrenzen mit Austenit markiert.
Sobald sich bei Temperaturen von weniger als 900°C Karbide bilden, nimmt der
Austenitanteil an den Korngrenzen wieder ab. Wegen der relativ langsam
ablaufenden Karbidbildung erfolgt dies aber nicht vollständig, so
dass Reste von Austenit verbleiben, die später im Temperaturbereich von
200–300°C zu Martensit
umwandeln. Der bei konventioneller Arbeitsweise an den Korngrenzen
verbleibende Restaustenit fixiert so das grobe Gussgefüge.
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Die
der Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, sehr schnell
auf etwa die Temperatur mit dem maximalen Austenitanteil abzukühlen (950°C ± 50°C, insbesondere
950°C ± 20°C). Auf diese
Weise wird die Austenitausbildung an den Krongrenzen minimiert,
da dabei die Diffusionsweglängen für Kohlenstoff
und erst recht für
die substitutionellen Elemente (Cr, Ni, Mn, ...) in der kurzen Zeit
der Abkühlung
nicht ausreichend sind.
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Gleichzeitig
ist im Bereich einer Haltetemperatur von etwa 950°C die die
Austenitbildung vorantreibende Kraft am größten und der temperaturabhängige Diffusionskoeffizient
so niedrig, dass sich über
Keimbildung im Korninneren Austenitteilchen bilden. In Folge des
deutlich verringerten Diffusionskoeffizienten ändert sich die Verteilung der
in der jeweiligen Legierung enthaltenen substitutionellen Elemente
nicht oder nur wenig (Paraequilibrium). Gleichzeitig wird die Kohlenstoff-Übersättigung
abgebaut.
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Hält man in
erfindungsgemäßer Weise
das gegossene Bandmaterial bei dieser Temperatur über einer
Zeit von mindestens zehn Sekunden, vorzugsweise zwanzig Sekunden,
so beginnen sich daher im Korninneren an Strukturdefekten Austenitteilchen auszuscheiden.
Es entstehen neue Körner
in einer ferritischen Matrix, die das ursprüngliche Gussgefüge aufbrechen.
Die Teilchendichte wird umso größer, je
länger
die Haltezeit ist. Dieser Ausscheidungsmechanismus bewirkt eine
Kornfeinung, die im Ergebnis zur Unempfindlichkeit erfindungsgemäß erzeugter Kaltbänder gegen
Zugrilligkeit und Orangenhautbildung führt.
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Je
höher die
Abkühlgeschwindigkeit
bei der erfindungsgemäßen Intensivkühlung des
gegossenen Bandes ist, desto sicherer tritt die erfindungsgemäß angestrebte
Unterdrückung
einer Bildung von Austenit ein. Grundsätzlich werden daher möglichst hohe
Abkühlgeschwindigkeiten
angestrebt. Praktische Versuche haben in diesem Zusammenhang jedoch
bestätigt,
dass schon bei Abkühlraten
von 150–250°C/s die erfindungsgemäß genutzten
Effekte sicher eintreten.
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Ausgehend
von der voranstehend erläuterten
grundsätzlichen
erfindungsgemäßen Verfahrenweisen
ergeben sich verschiedene Varianten der Erfindung, die abhängig von
den angestrebten Eigenschaftskombinationen der jeweils zu erzeugenden Kaltbänder, von
dem Warmverformungsverhalten des jeweils erhaltenen gegossenen Bandes,
der zur Verfügung
stehenden Anlagentechnik oder den Erfordernissen der Betriebslogistik
gewählt
werden können.
So kann man beispielsweise zuerst intensiv kühlen und dann Warmwalzen oder
zuerst Walzen (oberhalb 1200°C
im Ferrit) und dann schnell kühlen. Weiter
kann man auch das Zweiphasengebiet zwischen 1200 und 800°C sehr schnell
durchfahren. Dann bildet sich zunächst kein Austenit, sondern
ein an Kohlenstoff übersättigter
Ferrit wird eingefroren. Wird dann schnell von unter 800°C auf die
Haltetemperatur erwärmt,
findet wiederum die Austenitbildung im Korninneren statt. Eine besonders
schnelle Wiedererwärmung
auf die Haltetemperatur wirkt sich dabei positiv auf das Arbeitsergebnis
aus. Erwärmt
man zu langsam, bildet sich unerwünschtes Austenit an den Korngrenzen,
während
die C-Übersättigung
im Korninneren durch Kohlenstoff-Diffusion abgebaut wird, wodurch
im Ergebnis das ursprüngliche
Gussgefüge
fixiert wird. Des Weiteren sollte man sich nicht zu lange im Temperaturbereich
von 800–900°C aufhalten,
weil praktische Versuch belegen, dass in diesem Temperaturbereich
nach etwa 100 Sekunden die Kohlenstoff-Übersättigung
durch Karbidbildung abgebaut wird.
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Kühlt man
im Zuge der Abkühlung
bis hinab zu Temperaturen von weniger als 500°C, beispielsweise bis Raumtemperatur,
kann sich kein Karbid mehr bilden. Der übersättigte Ferrit ist vielmehr
eingefroren und kann später
(offline) wieder schnell auf 950°C
erwärmt
werden, um im Korninneren Austenitteilchen zu bilden.
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Gemäß der Erfindung
wird das gegossene Band somit bei seiner erfindungsgemäßen Intensivkühlung auf
eine Zwischentemperatur von 900–1000°C abgekühlt, so
dass die für
die Erfindung kritische Temperatur auf direktem Weg schnell erreicht
wird.
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Praktische
Versuche haben bestätigt,
dass sich das erfindungsgemäße schnelle
Abkühlen
auf die Zwischentemperatur und Halten bei der Haltetemperatur zwischen
Gießen
und Haspeln auch bei solchen Verfahren positiv auf die Unempfindlichkeit des
erhaltenen Kaltbands gegen Zugrilligkeit- und Orangenhautbildung
auswirken, bei dem zwischen Gießen
und Haspeln auf ein Warmwalzen verzichtet wird. Bei solchen gegossenen
Bändern,
die in konventioneller Weise beispielsweise über eine Zwei-Walzen-Gießmaschine
erzeugt werden, wird das gegossene Band im Hinblick auf die Homogenität seiner
Gefügeausbildung
und seiner Eigenschaftsverteilung jedoch in der Regel zwischen dem
Bandgießen
und dem Haspeln in mindestens einem Stich warmgewalzt. Durch die
Warmumformung werden die Dichte und die Geschwindigkeit der Ausscheidung
von Austenitteilchen erhöht,
da damit Strukturdefekte in das Gefüge eingebracht werden. Die
Ausnutzung dieses Mechanismus für
eine Kornfeinung hängt
entscheidend von den optimal gewählten
Umformbedingungen und den Abkühl-
und Aufheizraten ab. Eine schnelle Aufheizung bzw. Abkühlung kann prinzipiell
nur an dünnen
Bändern
erreicht werden. Daher ist in erfindungsgemäßer Weise durch Bandgießen erzeugtes
Band besonders geeignet für
eine solche thermomechanische Behandlung.
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Wird
beim erfindungsgemäßen Verfahren
ein Warmwalzen durchgeführt,
so wird dazu zunächst vorzugsweise
ein Band mit einer Dicke von 1–5
mm, insbesondere 2–3
mm, direkt gegossen und das gegossene Band dann inline mit einer
Stichabnahme von 5–60%,
insbesondere 10–40%,
warmgewalzt. Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens macht es dabei
möglich,
die Temperaturführung des
Bandes im Hinblick auf das erforderlichenfalls absolvierte Warmwalzen
so zu wählen,
dass während
des Warmwalzens auf das Verformungsverhalten des jeweils verarbeiteten
Stahls oder die angestrebte Eigenschaftskombination des erhaltenen Bandes
optimal abgestimmte Temperaturbedingungen herrschen.
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Unter
Einbeziehung eines Warmwalzens ergeben sich somit folgende Varianten
des erfindungsgemäßen Verfahrens:
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Variante 1:
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- – Gießen des
gegossenen Bandes;
- – Warmwalzen
des Bandes mit einer Warmwalztemperatur von nicht weniger als 1180°C, typischerweise
von 1180–1270°C (im Zuge
des Warmwalzens kommt es zu einer ersten Abkühlung des gegossenen Bandes);
- – im
Anschluss an das Warmwalzen einsetzendes Abkühlen auf eine 900–1000°C betragende
Temperatur mit einer Abkühlrate
von mindestens 150°C/s,
wobei in diesem Fall Zwischen- und Haltetemperatur gleich dieser
Temperatur sind;
- – Halten
des Bandes bei der betreffenden, zwischen 900–1000°C liegenden, insbesondere 950°C ± 20°C betragenden
Temperatur für
mindestens 10 Sekunden.
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Im
Rahmen dieser ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das erfindungsgemäße Abkühlen und
Halten des Bandes erst nach dem Warmwalzen durchgeführt. Dabei
soll in diesem Fall die Abkühlung
möglichst
unmittelbar nach dem Warmwalzen einsetzen, in der Praxis also innerhalb von
weniger als drei, insbesondere innerhalb von weniger als einer Sekunde
nach dem Verlassen des letzten Warmwalzgerüstes. Auf diese Weise lässt sich
die Gießhitze
des gegossenen Bandes direkt in die Warmwalzstufe mitnehmen, so
dass nicht nur hohe Warmwalztemperaturen möglich sind, sondern auch der
für die
Temperaturführung
des Bandes erforderliche Energieaufwand auf ein Minimum reduziert
ist.
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Variante 2:
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- – Gießen des
gegossenen Bandes;
- – Abkühlen auf
eine 900–1000°C betragende
Zwischentemperatur mit einer Abkühlrate
von mindestens 150°C/s;
- – Warmwalzen
des Bandes bei der Zwischentemperatur;
- – Halten
des Bandes bei einer Haltetemperatur, die ebenfalls zwischen 900–1000°C liegt,
insbesondere im Wesentlichen gleich der Zwischentemperatur ist oder
950°C ± 20°C beträgt, für mindestens
10 Sekunden.
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Bei
dieser Variante der Erfindung wird das Abkühlen auf die Zwischentemperatur
vor dem Warmwalzen und das Halten bei der Haltetemperatur nach dem
Warmwalzen des gegossenen Bands absolviert. Durch das Warmwalzen
im Temperaturbereich von 900–1000°C werden
zusätzliche
Versetzungen im Gefüge
des warmgewalzten Bands erzeugt, die als Keimstellen für die Austenitbildung beim
nachfolgenden Halten bei der Haltetemperatur dienen.
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Variante 3:
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- – Gießen des
gegossenen Bandes;
- – Abkühlen auf
eine 900–1000°C betragende
Zwischentemperatur mit einer Abkühlrate
von mindestens 150°C/s;
- – Halten
des Bandes bei einer Haltetemperatur, die ebenfalls zwischen 900–1000°C liegt,
insbesondere im Wesentlichen gleich der Zwischentemperatur ist oder
950°C ± 20°C beträgt, für mindestens
10 Sekunden;
- – Warmwalzen
des Bandes bei der Zwischentemperatur.
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Gemäß dieser
dritten Variante wird das Abkühlen
auf die Zwischentemperatur und das Halten bei der Haltetemperatur
vor dem Warmwalzen des gegossenen Bandes absolviert. Das Warmwalzen des
Gefüges
mit der durch das zuvor absolvierte Halten bei der Haltetemperatur
erzeugten hohen Dichte an Austenitkörnern in der ferritischen Matrix
führt zu einer
hohen Versetzungsdichte, die bei einer anschließenden Rekristallisation zu
einem feinkörnigen Gefüge führt. Eine
solche Rekristallisation wird üblicherweise
durch eine geeignete Rekristallisationsglühbehandlung bewirkt, wie sie
bei der Herstellung von kaltgewalzten Bändern der in Rede stehenden Art
standardmäßig durchgeführt wird.
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Variante 3:
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- – Gießen des
gegossenen Bandes;
- – Abkühlen mit
mindestens 150°C/s
auf eine Zwischentemperatur unterhalb von 900°C, insbesondere im Bereich von
800°C;
- – Warmwalzen
des Bandes bei der Zwischentemperatur;
- – schnelles
Erwärmen
des Bandes auf eine 950°C ± 50°C, insbesondere
950°C ± 20°C, betragende Haltetemperatur;
- – Halten
des Bandes bei der Haltetemperatur.
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Das
Warmwalzen im Bereich von Temperaturen von weniger als 900°C, insbesondere
im Bereich um 800°C,
findet in diesem Fall im reinen Ferritgebiet mit einer gegenüber einem
Walzen im Mischgebiet geringeren Fließspannung statt. Dadurch kann
bei vermindertem Leistungsbedarf und geringem Walzenverschleiß ein höherer Umformgrad erreicht
werden, sofern dies erforderlich und erwünscht ist.
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Eine
erfindungsgemäß intensive
Abkühlung in
Temperaturbereiche unterhalb von 900°C eröffnet die Möglichkeit, um ein Walzen des
gegossenen Bandes bei Temperaturen deutlich unterhalb von 800°C oder eine
weitere Wärmebehandlung
bei Temperaturen von weniger als 500°C, insbesondere weniger als
400°C, durchzuführen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
lässt sich in
den voranstehend beschriebenen Varianten besonders kostengünstig auf
solchen Bandgießanlagen durchführen, bei
denen das Gießen,
das erforderlichenfalls durchgeführte
Warmwalzen und das Haspeln sowie die zwischen Gießen und
Haspeln durchgeführten
erfindungsgemäßen Schritte
des Abkühlens
auf die Zwischentemperatur und Haltens bei der Haltetemperatur in
einer kontinuierlich aufeinander folgenden Schrittfolge absolviert
werden.
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Die
durch die Erfindung genutzten Effekte ermöglichen jedoch auch eine diskontinuierliche
Abarbeitung der einzelnen Arbeitsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Diese kann sich beispielsweise dann als zweckmäßig erweisen, wenn eine entsprechende
Anlagentechnik zur Verfügung
steht oder logistische Gründe
für eine
zeitlich versetzte Durchführung
der Arbeitsschritte sprechen. Hieraus ergibt sich folgende vierte
Variante der Erfindung.
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Variante 4:
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- – Gießen des
gegossenen Bandes;
- – Abkühlen mit
mindestens 150°C/s
auf eine Zwischentemperatur unterhalb 900°C, insbesondere unterhalb von
800°C;
- – Abkühlen auf
weniger als 500°C,
insbesondere auf Raumtemperatur;
- – schnelles
Erwärmen
auf eine Warmwalzendtemperatur;
- – Warmwalzen
des Bandes bei der Warmwalztemperatur;
- – schnelles
Erwärmen
des Bandes auf eine 950°C betragende
Haltetemperatur;
- – Halten
des Bandes bei der Haltetemperatur.
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Gemäß dieser
vierten Variante der Erfindung ist es vorgesehen, das gegossene
Band im Zuge des erfindungsgemäßen Abkühlens auf
eine weniger als 900°C,
insbesondere weniger als 800°C
liegende Zwischentemperatur abzukühlen, wobei diese Abkühlung bis
zur Raumtemperatur gehen kann. Später wird das gegossene Band
dann auf die Haltetemperatur wiedererwärmt. Später meint in diesem Zusammenhang,
dass zwischen der Abkühlung
und dem Halten weitere Arbeitsschritte, wie beispielsweise ein Warmwalzen
bei einer bestimmten Temperatur, ein Lagern, ein Zerteilen zu Tafeln
etc. durchgeführt
werden können.
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Des
Weiteren ist es möglich,
das gegossene Band im Anschluss an das Gießen auf Raumtemperatur abzukühlen und
erst zu einem späteren
Zeitpunkt zunächst
auf die für
ein Warmwalzen optimale Temperatur zu erwärmen und daran anschließend auf
die Haltetemperatur zu bringen und dort über die erforderliche Zeit
zu halten.
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Im
Fall, dass bei der Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
Zwischentemperaturen im Bereich von 800–900°C erreicht werden, sollte aus
den bereits genannten Gründen
bei der Wiedererwärmung
auf die Haltetemperatur dieser Temperaturbereich grundsätzlich schnell
durchschritten werden. Daher sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der
Erfindung vor, dass die von der jeweiligen Zwischentemperatur ausgehende
Wiedererwärmung
auf die Haltetemperatur in 1–5
Sekunden, insbesondere in 2–3
Sekunden, erfolgt.
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Im
Fall, dass die im Zuge der Abkühlung
erreichten Zwischentemperaturen deutlich unterhalb von 800°C, insbesondere
im Bereich der Raumtemperatur oder leicht darüber liegen, muss das Band für das Warmwalzen
aus den bereits genannten Gründen
ausreichend schnell wiedererwärmt
werden. Daher sieht die Erfindung vor, dass das Band ausgehend von
der niedrigen Zwischentemperatur innerhalb von 200s, insbesondere
innerhalb von 100s, auf die jeweilige Warmwalztemperatur erwärmt wird,
die typischerweise 700–800°C betragen
wird. Ist die Aufheizung bis 800°C
zu langsam, können
sich unerwünschte
Karbide ausscheiden. Diese führen
zu einer vorzeitigen Verringerung der Übersättigung und damit zu einer
deutlich reduzierten Dichte an Austenitteilchen mit der Folge, dass
die erfindungsgemäß angestrebte
Kornfeinung nicht erreicht wird.
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Mit
der Erfindung steht somit ein Verfahren zur Verfügung, das es bei Vermeidung
aufwändiger Fertigungsschritte
ermöglicht,
ein sowohl hinsichtlich seiner Eigenschaften als auch hinsichtlich
seines Preises konkurrenzfähiges
Produkt herzustellen. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht dabei darin, dass sich mit ihm Kaltbänder herstellen lassen, die
durch eine homogene Erscheinung und eine zundernarbenfreie Oberfläche gekennzeichnet
sind. Letztere wird dadurch erreicht, dass schon bei der erfindungsgemäßen Intensivkühlung der
auf dem gegossenen Band haftende Zunder weitestgehend entfernt wird,
so dass beim erforderlichenfalls durchgeführten Warmwalzen allenfalls
eine minimierte Oberflächenschädigung in
Folge von auf dem Band noch vorhandenem Zunder verursacht wird.
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Bei
erfindungsgemäßer Vorgehensweise kann
somit auf ein aufwändiges,
beim Stand der Technik regelmäßig zu einer
Unterbrechung des kontinuierlichen Bearbeitungablaufes führendes
Entzundern verzichtet werden. Auch kann durch das erfindungsgemäße Verfahren
der Aufwand eingespart werden, der beim Stand der Technik noch für die stets
notwendige Haubenglühung
des kaltgewalzten Materials erforderlich ist. Die Möglichkeit,
im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens
eine Abkühlung auf
unterhalb von 800°C
liegende Temperaturen vorzunehmen, erlaubt es darüber hinaus,
beispielsweise eine Besäumung
des gegossenen oder warmgewalzten Bandes bei Temperaturen, beispielsweise
600°C, vorzunehmen,
bei denen Planheitsprobleme weitgehend vermieden werden können. Schließlich erlaubt das
erfindungsgemäße Verfahren
auf Grund der weitgehend frei gestaltbaren Temperaturführung eine Erhöhung des
Warmumformgrades in der Bandgießlinie über beispielsweise
ein zweites Walzgerüst
oder kleineren Arbeitswalzendurchmesser, wodurch erfindungsgemäß erzeugte
Kaltbänder
gegenüber
solchen Kaltbändern,
die nach der üblichen
Verfahrensroute erzeugt worden sind, ein besseres Tief-/Streckziehvermögen aufweisen
können.
Die für
die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
erforderlichen schnellen Temperaturänderungen können dabei nur unter Anwendung
der Bandgießtechnik verwirklicht
werden, da nur die geringe Banddicke des gegossenen Bandes ausreichend
schnelle Temperaturwechsel über
den gesamten Bandquerschnitt ermöglichen.
Ausführungsbeispiele:
Den nachfolgend beschriebenen, zum Nachweis der Wirkung der Erfindung
durchgeführten
Ausführungsbeispielen (Versuche
I–IV)
lag jeweils ein ferritischer Stahl zu Grunde, der (in Gew.-%) 0,043%
C, 0,25% Si, 0,36% Mn, 0,021% P, 0,002 S, 16,23% Cr, 0,49% Ni enthielt.
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In
einer konventionell aufgebauten Gießwalzanlage ist aus einer entsprechend
erschmolzenen Stahlschmelze jeweils ein gegossenes Band erzeugt,
das gegossene Band zu einem Warmband warmgewalzt und das Warmband
schließlich
aufgehaspelt worden. Die Bandgießanlage umfasste dazu eine
Zweiwalzen-Gießmaschine,
ein in Förderrichtung
des gegossenen Bandes folgend inline zu der Gießmaschine angeordnetes Warmwalzgerüst und eine
in Förderrichtung
hinter dem Warmwalzgerüst angeordnete
Haspeleinrichtung. Zusätzlich
sind abhängig
von der jeweiligen Versuchsdurchführung eine Intensiv-Wasser-Kühleinrichtung,
induktiv arbeitende Band-Erwärmungseinrichtungen
und elektrische Warmhalteöfen
eingesetzt worden.
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Nach
der erfindungsgemäßen Warmbehandlung
wiesen die erhaltenen Warmbänder
ein feinkörniges
Gefüge
auf, in dem sich im Gegensatz zu konventionell als "fein" bezeichneten Gefügen eine
Vielzahl von Teilchen (Martensit, Restaustenit, Karbid) in einem
relativ großen,
ferritischen Korn (= Matrix) befinden. Das Gefüge ist dementsprechend insgesamt feiner,
in sich jedoch auch inhomogener als konventionell feinkörnig ausgebildete
Gefüge.
Kennzeichnend für
das Gefüge
erfindungsgemäß erzeugten Bands
ist daher die hohe Zahl von Teilchen pro Korn.
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Die
Weiterverarbeitung der in den Versuchen I–IV unter Einsatz der Gießwalzanlage
erfindungsgemäß erzeugten
Warmbänder
erfolgte jeweils in konventioneller Weise unter Einbeziehung einer
Haubenglühung,
eines Beizschritts, eines Kaltwalzens ohne Zwischenglühungen,
eines Blankglühens
und eines Dressierens.
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Aus
den so erhaltenen Kaltbändern
sind mit einem Gesamtumformgrad von 70% Probeteile gefertigt worden.
Bei keinem der Probeteile zeigten sich Orangenhaut oder Zugrilligkeit.
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Versuch I:
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In
einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens betrug die Dicke
des gegossenen Bandes 3 mm. Nachdem das aus dem Gießspalt der Zwei-Walzen-Gießmaschine
austretende gegossene Band eine Bandtemperatur von 1180°C erreicht
hatte, erfolgte eine Intensivkühlung
mit Wasser. Dabei wurde das gegossene Band innerhalb von 2s auf eine
Zwischentemperatur von 950°C
abgekühlt.
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Das
derart abgekühlte
gegossene Band wurde anschließend
in einem kontinuierlich, unterbrechungsfrei ablaufenden Verfahrensablauf
in einer induktiven Erwärmungsanlage
für eine
Zeitdauer von 10s bei einer Haltetemperatur gehalten, die in diesem Fall
gleich der Zwischentemperatur war.
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Das
derart in erfindungsgemäßer Weise
wärmebehandelte
gegossene Band wurde dann auf eine Banddicke von 2,5 mm warmgewalzt.
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Auf
dem auf das Warmwalzgerüst
folgenden Auslaufrollgang kühlte
das Band auf eine Haspeltemperatur von etwa 550°C ab, bevor es die Haspeleinrichtung
erreichte, in der es zu einem Coil aufgewickelt worden ist.
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Das
so erhaltene Warmband wies eine stängelige Kornstruktur (ca. 100 μm breit und
500 μm lang)
mit einem gleichachsigen Bandmittenbereich (Korngröße 150 μm) auf. Die
Korngrenzen waren mit einem dünnen
Saum aus Martensit und Karbiden belegt. Im Korninneren befanden
sich rekristallisierte Bereiche mit einer Korngröße von 20 μm. Weiter lagen im Gefüge fein
verteilte inselhafte Teilchen vor, die aus Karbiden, Martensit und
Restaustenit bestanden. Die Teilchendichte betrug typischerweise
15–25 Teilchen
pro Korn.
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Versuch II:
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In
einem zweiten Versuch wurde aus der Stahlschmelze mit der oben angegebenen
Legierung zunächst
ein gegossenes, 2,8 mm dickes Band erzeugt. Das gegossene Band wurde
in einer induktiven Erwärmungsanlage
bei einer Temperatur von 1200°C
gehalten und anschließend
bei dieser Temperatur auf eine Banddicke von 2,1 mm warmgewalzt.
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Unmittelbar
nach dem Warmwalzen erfolgte eine Intensivkühlung mit Wasser. Dabei wurde
das mit ca. 1m/s geförderte
Band innerhalb von 1s auf eine Zwischentemperatur von 950°C abgekühlt. Das Band
gelangte danach auf einen Auslaufrollgang, dessen erster dem Warmwalzgerüst zugeordneter Abschnitt über eine
Länge von
15m mit einer Abdeckung versehen war, die sicherstellte, dass das
Band in diesem ersten Abschnitt über
15s eine im Wesentlichen konstante Temperatur behielt. Anschließend kühlte das
Band noch auf dem Auslaufrollgang auf eine Haspeltemperatur von
etwa 500°C
ab, mit der es schließlich
zu einem Coil gehaspelt worden ist.
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Das
Gefüge
des im zweiten Versuch erhaltenen Warmbandes wies dieselbe stängelige
Kornstruktur (ca. 100 μm
breit und 500 μm
lang) mit einem gleichachsigen Bandmittenbereich (Korngröße 150 μm) auf wie
das Gefüge
des im ersten Versuch erhaltenen Warmband. Auch in diesem Fall zeigten
die Korngrenzen einen dünnen
Saum belegt mit Martensit und Karbiden. Im Korninneren befanden
sich ebenfals rekristallisierte Bereiche mit einer Korngröße von durchschnittlich
20 μm. Ebenso
lagen im Gefüge
fein verteilte inselhafte Teilchen vor, die ebenfalls wie beim nach
dem ersten Versuch enthaltenen Band aus Karbiden, Martensit und
Restaustenit bestanden. Die Teilchendichte betrug typischerweise 20–30 Teilchen
pro Korn.
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Versuch III:
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In
einem dritten Versuch wurde zunächst
ein 3 mm dickes Band gegossen. Nachdem das gegossene Band eine Temperatur
von 1180°C
erreicht hatte, setzte eine Intensivkühlung mit Wasser ein, bei der
das Band innerhalb von 3s auf eine Zwischentemperatur von 780°C abgekühlt worden
ist. Das gegossene und derart abgekühlte Band wurde dann in einer
induktiven Erwärmungsanlage
warmgehalten, auf eine Warmwalztemperatur von 800°C erwärmt und
anschließend
bei dieser Warmwalztemperatur auf eine Banddicke von 2,5 mm warmgewalzt.
Das Band kühlte
dann auf dem Auslaufrollgang auf eine Haspeltemperatur von ca. 550°C ab und
ist bei dieser Temperatur gehaspelt worden.
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Von
dem so erhaltenen Band wurden bei Raumtemperatur Probetafeln abgeteilt.
Diese wurden dann induktiv innerhalb einer Zeit von 15s zunächst auf
800°C und
dann auf 950°C
aufgeheizt. Die Zeit für
das Aufheizen zwischen 800°C
und 950°C
betrug 2s.
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Mittels
eines Warmhalteofens wurde das Band daraufhin für 20s bei einer Haltetemperatur
von 950°C
gehalten. Anschließend
erfolgte eine Abkühlung
an Luft.
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Das
Gefüge
der derart wärmebehandelten Warmband-Probetafeln
zeigte ebenfalls eine stängelige
Kornstruktur (ca. 100 μm
breit und 500 μm
lang) mit einem gleichachsigen Bandmittenbereich (Korngröße 150 μm). An den
Korngrenzen war auch hier ein dünner
Saum belegt mit Martensit und Karbiden vorhanden. Es befanden sich
im Korninneren wiederum rekristallisierte Bereiche mit einer Korngröße von 20 μm und im
Gefüge
lagen fein verteilte inselhafte Teilchen vor, die aus Karbiden,
Martensit und Restaustenit bestanden. Die Teilchendichte betrug
hierbei typischerweise 40–60
Teilchen pro Korn.
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Versuch IV:
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Es
wurde entsprechend dem Versuch III ein 3 mm dickes Band erzeugt,
das bei Erreichen einer Bandtemperatur von 1180°C intensiv gekühlt worden ist,
bis eine Zwischentemperatur von 780°C erreicht war. Abweichend vom
Versuch III wurde jedoch nicht nur der Schritt des Haltens bei der
Haltetemperatur, sondern auch der Warmwalzschritt offline durchgeführt.
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Zu
diesem Zweck wurden von dem gegossenen Band, nachdem es auf Raumtemperatur
abgekühlt
war, Tafeln abgeteilt und diese Tafeln von Raumtemperatur innerhalb
von 30s auf eine Warmwalztemperatur von 800° C induktiv aufgeheizt, bei der
sie auf eine Banddicke von 2,4 mm warmgewalzt wurden. Nach dem erneuten
Abkühlen
der warmgewalzten Tafeln wurden sie innerhalb von 3s auf eine Haltetemperatur
von 950°C
wiedererwärmt.
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Mittels
eines Warmhalteofens wurde das wiedererwärmte Band für 20s bei der Haltetemperatur
gehalten. Anschließend
ist das Band an Luft abgekühlt
worden.
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Auch
in diesem Ausführungsbeispiel
zeigte das Gefüge
der warmgewalzten Tafeln nach dem Halten bei der Haltetemperatur
eine stängelige
Kornstruktur (ca. 100 μm
breit und 500 μm
lang) mit einem gleichachsigen Bandmittenbereich (Korngröße 150 μm), wobei
auch hier die Korngrenzen einen dünnen Saum belegt mit Martensit
und Karbiden aufwiesen und im Korninneren sich rekristallisierte
Bereiche mit einer Korngröße von 20 μm befanden.
Weiter lagen genauso wie bei den anderen Versuchen im Gefüge fein
verteilte inselhafte Teilchen vor, bestehend aus Karbiden, Martensit
und Restaustenit. Die Teilchendichte betrug typischerweise 40–60 Teilchen
pro Korn.