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WO2019076717A1 - Emaillieren von höherfesten stählen - Google Patents

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WO2019076717A1
WO2019076717A1 PCT/EP2018/077686 EP2018077686W WO2019076717A1 WO 2019076717 A1 WO2019076717 A1 WO 2019076717A1 EP 2018077686 W EP2018077686 W EP 2018077686W WO 2019076717 A1 WO2019076717 A1 WO 2019076717A1
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WO
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steel
layer
strength
hardness
mpa
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/077686
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Myslowicki
Original Assignee
Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
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Publication date
Application filed by Thyssenkrupp Steel Europe Ag, Thyssenkrupp Ag filed Critical Thyssenkrupp Steel Europe Ag
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    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
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    • C21D2251/02—Clad material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23D—ENAMELLING OF, OR APPLYING A VITREOUS LAYER TO, METALS
    • C23D5/00—Coating with enamels or vitreous layers

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a molding having at least two layers comprising at least one layer of a high-strength steel having a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, and at least one layer of a steel, the the outside has an enamel layer, a corresponding molding, and the use of the molding for the production of pipelines, pressure vessels, reactors or apparatus, in particular for the transport of aqueous and / or corrosive media.
  • Enamelled steels are used in a wide variety of applications, with an applied enamel layer intended to transfer functions such as corrosion protection, abrasion resistance, fire resistance or thermal shock resistance to the steelwork used as a substrate.
  • an enamel layer wet or dry application
  • very low levels for various alloying elements such as carbon or manganese are required in view of the chemical composition of used steels in order to ensure a good quality adhesion to the substrate and proper formation of the Enamel coating to ensure.
  • Typical used for these applications steels are characterized by low carbon content and low manganese content. As a result, their tensile strength is below 500 MPa and their yield strength below 500 MPa.
  • the media may be corrosive, they may have an elevated temperature under process conditions, it is to be expected with an increased pressure within the system and / or they may contain abrasive ingredients.
  • chemically resistant RSH steels are generally used today for piping systems and vessels which withstand these conditions, at least temporarily. The service life until parts of such a system must be replaced due to corrosion and / or wear, is a factor that determines the efficiency of a plant.
  • the chemically resistant steels (Cr, Ni, Mo) used in these areas are characterized by high material costs.
  • DE 10 2005 006 606 B3 discloses a method for producing flat steel products which consist of at least two layers, wherein the properties of the individual materials can be combined by the different materials in the individual layers, for example high wear resistance and good formability.
  • DE 1 145 890 discloses moldings consisting of a two-ply material, one side each of the moldings being provided with an enamel coating.
  • the object of the present invention is to provide a molded part which is resistant to corrosive and / or abrasive media. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a method for producing a corresponding molded part, in which the formation of the enamel layer and the formation of the structure responsible for the tensile strength of the material can take place in as few process steps as possible.
  • a method for producing a molded article having at least two layers comprising at least one layer of a high-strength steel having a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, and at least one layer of a steel, the the outside has an enamel layer comprising at least the following steps:
  • step (B) forming the flat steel product of step (A) to obtain a molded article
  • step (D) heating the molded article of step (C) to a temperature of 400 to 1000 ° C to transfer the precursor composition of the enamel layer into the enamel layer;
  • step (E) cooling the enamel-coated molded article of step (D) with a cooling strategy such that the single-phase or multi-phase microstructure comprising the precursor material for the high-strength steel having a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV.
  • the objects of the invention are further solved by a corresponding molding, and the use of the molding for the production of pipelines, pressure vessels, reactors or apparatus, in particular for the transport of aqueous and / or corrosive media.
  • Step (A) of the method according to the invention relates to the production of a flat steel product having at least two layers comprising at least one layer of a precursor material for the high-strength steel having a strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, and at least one layer of enamelling material Stole.
  • step (A) of the process according to the invention a flat steel product is produced comprising at least the two different layers mentioned above.
  • the method according to the invention produces a flat steel product comprising at least three layers, more preferably a middle layer of a precursor material for the higher strength steel having a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, and each on the outer sides comprises a layer of enamelled steel.
  • a flat steel product is produced, which comprises more than three layers, for example 4, 5 or 6 layers, wherein at least one outer side of the flat steel product comprises a layer of enamelling steel.
  • the individual layers can be characterized by their properties such as mechanics, ductility, etc.
  • any material known to a person skilled in the art can be used which is produced by the process according to the invention, in particular by the step (E) according to the invention. can be converted into a higher strength steel.
  • “higher-strength steel” means that it has a strength of at least 500 MPa, preferably at least 800 MPa.
  • the strength is determined in the tensile tests according to DIN EN ISO 6892 Part 1 of 2016. The upper limit for The strength is, for example, 1500 MPa.
  • the higher-strength steel used according to the invention has a hardness of at least 160 HV This hardness can be determined by the method according to DIN EN ISO 6507 Part 1 of 2006.
  • the precursor material preferably contains the higher-strength Steel with a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, in addition to Fe and unavoidable impurities (all figures in% by weight)
  • enameled steel can be any steel known to a person skilled in the art which can be enamelled.
  • the enameling steel used according to the invention preferably contains Fe and unavoidable impurities (all data in% by weight) 0.001 to 0, 1, preferably 0.005 to 0.06, C,
  • step (A) of the process according to the invention can be carried out by all processes known to the person skilled in the art which ensure that a positive and / or cohesive bond is formed between the individual layers, for example roll cladding, hot or cold.
  • a preferred method by which step (A) of the method according to the invention can be carried out is disclosed, for example, in DE 10 2005 006 606 B3.
  • step (A) is carried out by
  • Step (Al l) is preferably carried out by using cuboidal plates which have been produced, for example, by pre-blocking or by rough-rolling slabs. It is also conceivable to use directly as a plate material slabs of greater thickness.
  • the surfaces of the plates which are assigned to one another in the superposed state are preferred before a cleaning is placed on top of one another and if necessary subjected to an abrasive surface treatment in order to adapt the surface shape of the one plate to the surface shape of the other plate such that the two surfaces are substantially close to each other with superimposed plates.
  • the cleaning of the plate surfaces can be done by the surfaces of the plates are pickled for removing scale or brushed to remove loose or weakly adhering particles, blasted, for example with a blasting medium such as balls, sand and / or gravel.
  • a blasting medium such as balls, sand and / or gravel.
  • the abrasive machining of the surfaces can also be machined, for example by grinding or planing.
  • Step (A21) is preferably carried out by the plates as far as possible are dense and with as full-surface contact on each other and the relative position of the plates is fixed by welding.
  • a most extensive exclusion of trapped air between the plates can thereby be supported by the fact that the stacked plates of the plate pack are pressed against each other before and during welding. Possibly previously between the plates existing gases, in particular air, can be distributed so that the production of a full-surface, optimal connection between the respective joining partners is ensured in the course of hot rolling.
  • the welding is preferably carried out so that the plates of the plate package are gas-tight welded together.
  • Step (A31) is preferably carried out by heating the plate pack obtained after welding to a hot rolling start temperature which is preferably 1100 to 1300 ° C. Depending on the type of steel being processed, the heating may preferably be carried out at 1200 to 1300 ° C.
  • Step (A41) is preferably carried out by then hot rolling the plate stack heated in step (A31).
  • the hot rolling can be done by any method known to those skilled in the art.
  • the plate package is rolled into a hot strip having a thickness which makes it possible to coarse the hot strip obtained into a coil.
  • a hot strip is provided in step (A) of the method according to the invention as a flat steel product.
  • the hot strip thus obtained has, for example, a thickness of 1.5 to 12 mm.
  • the multilayer flat steel product is preferably produced in step (A) of the process according to the invention by rolling the individual layers under the action of heat, diffusion of the alloying elements into the respectively adjacent layer takes place at the boundary surfaces of the individual layers, in particular the alloying elements C, N etc.
  • the boundary surfaces of the individual layers in particular the alloying elements C, N etc.
  • step (A) is carried out by (A12) at least one cuboid block of a precursor material for the high-strength steel having a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, is introduced into a mold so that it can be both centered and eccentrically positioned in the mold,
  • the block in the mold is encapsulated with a melt of enamel-capable steel, preferably on all sides,
  • a flat steel product is formed in which enamelable steel is preferably also present at the strip edges after rolling, since the block is in Step (A22) is preferably encircled on all sides, while this is not the case in the method comprising the steps (Al l), (A21), (A31) and (A41).
  • a hot strip is provided.
  • the hot strip thus obtained has, for example, a thickness of 1.5 to 12 mm.
  • a cold strip is provided in step (A).
  • the hot strip produced according to steps (A1) to (A41) or (A12) to (A42) is cold rolled by methods known to the person skilled in the art.
  • the cold strip thus obtained preferably has a thickness of 0.8 to 2 mm.
  • the flat steel product produced according to the invention is a heavy plate.
  • the heavy plate has, for example, a thickness of 3 to 15 mm.
  • the flat steel product produced in step (A) of the method according to the invention is therefore preferably a hot strip, a cold strip or a heavy plate.
  • the present invention further relates to the method according to the invention, wherein a steel flat product with two layers comprising a layer of a high-strength steel having a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, and a layer of enamellable steel is used.
  • a two-layer steel flat product is preferably provided, wherein the one layer of a precursor material for the higher-strength steel having a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, a thickness of at least 80%, is preferred at least 85%, more preferably at least 90%, most preferably at least 95%, and the one layer of enamelable steel has a thickness of at most 20%, preferably at most 15%, more preferably at most 10%, most preferably at most 5% in each case based on the total thickness of the flat steel product, wherein the sum of the thicknesses of the two layers results in each case 100%.
  • a molded part is therefore preferably produced, the one layer of the high-strength steel having a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, a thickness of at least 80%, preferably at least 85%, particularly preferably at least 90%, most preferably at least 95%, and the one layer of steel having an enamel layer on the outside has a thickness of at most 20%, preferably at most 15%, more preferably at most 10%, most preferably at most 5 %, in each case based on the total thickness of the molded part, wherein the sum of the thicknesses of the two layers results in each case 100%.
  • the present invention further preferably relates to the method according to the invention, wherein a steel sheet product with three layers comprising a layer of a high-strength steel having a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, and two layers of enamellable steel is used the layer is made of a high-strength steel with a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, between the two enamelled steel layers.
  • the one layer is a precursor material for the higher strength steel having a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV present in the middle, a thickness of at least 60%, preferably at least 70%, more preferably at least 80%, most preferably at least 90%, and the two layers of enameling steel present on the outside together have a thickness of not more than 20% , preferably in each case at most 15%, particularly preferably in each case at most 10%, very particularly preferably in each case at most 5%, in each case based on the total thickness of the flat steel product, wherein the sum of the thicknesses of the three layers results in each case 100%.
  • the present invention preferably relates to a three-layer molded part, wherein the layer of a high-strength steel having a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, which is in the middle, a thickness of at least 60%, preferably at least 70% , particularly preferably at least 80%, very particularly preferably at least 90%, and the two layers of a steel having on the outside enamel layers, together a thickness of at most 20%, preferably in each case at most 15%, particularly preferably in each case at most 10%, very particularly preferably in each case at most 5%, in each case based on the total thickness of the molded part, wherein the sum of the thicknesses of the three layers results in each case 100%.
  • the two layers of enamel steel have different thicknesses, ie, that an asymmetric structure is present.
  • the one layer comprises a precursor material for the higher strength steel having a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, which in the Is present, a thickness of at least 60%, preferably at least 70%, more preferably at least 80%, most preferably at least 90%, on, and the one of the two layers of an enamellable steel, which is present on the outer sides facing in each case a thickness of at most 20%, preferably in each case at most 15%, particularly preferably in each case at most 10%, very particularly preferably in each case at most 5%, and the second of the two layers of enamellable steel which is present on the outer sides, in each case has a thickness of not more than 20%, preferably in each case not more than 15%, particularly
  • the present invention preferably relates to a three-layer molded part, wherein the layer of a high-strength steel having a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, which is in the middle, a thickness of at least 60%, preferably at least 70% , particularly preferably at least 80%, very particularly preferably at least 90%, and the one of the two layers of enameling steel which is present on the outer sides, in each case has a thickness of at most 20%, preferably in each case at most 15%, particularly preferably in each case at most 10%, very particularly preferably in each case at most 5%, and the second of the two layers of enamellable steel which is present on the outside, in each case has a thickness of at most 20%, preferably in each case at most 15%, particularly preferably in each case at most 10 %, most preferably in each case at most 5%, wherein the sum of the thicknesses of the
  • step (B) of the method according to the invention preferably takes place by cold forming.
  • Step (B) of the process according to the invention is preferably carried out by dividing sinkers from the flat steel product from step (A) by methods known to the person skilled in the art.
  • Step (C) of the method of the invention comprises applying a precursor composition of the enamel layer to the outside of the enamelable steel.
  • a precursor composition of the enamel layer may comprise ingredients known to those skilled in the art, for example refractory materials such as alumina Al 2 O 3 , melt blends, for example selected from the group consisting of borax (Na 2 B 4 O 7 or N 2 B 4 O 7 + 10 H 2 O), alkaline oxides such as sodium monoxide (Na 2 O), potassium oxide (K 2 O), lithium oxide (Li 2 O), calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), strontium oxide (SrO), fluorine (F 2 ), boron trioxide (B 2 O 3 ) and mixtures thereof, adhesives, for example, selected from the group consisting of nickel (II) oxide (NiO), molybdenum (VI) oxide (MoO 3 ), cobalt (II) oxide (CoO), copper (II) oxide (CuO), manganese (IV)
  • refractory materials such as alumina Al 2 O 3
  • melt blends for example selected from the group consisting of borax
  • a precursor composition for a preferred enamel layer contains, for example, 30 to 40% by weight borax, 25 to 35% by weight feldspar, 2 to 8% by weight CaF 2 15 to 25% by weight quartz, 2 to 10% by weight % Soda, from 2 to 10% by weight of sodium nitrate and from 0.1 to 2.5% by weight of cobalt, manganese and nickel oxides, the sum giving in each case 100% by weight.
  • tin oxide and / or titanium silicates and color oxides can be added as clouding agents.
  • the substances mentioned are finely ground and melted. The melt is then poured into water, quenched and the resulting granular glassy frit finely ground again. During grinding, preferably 30 to 40% by weight of water, clay and quartz powder are added.
  • the opacifiers and color oxides mentioned are added.
  • the resulting enamel slurry should rest for a few days for better mixing before it can be used again.
  • Step (C) of the method according to the invention is preferably carried out by applying the precursor composition of the enamel layer to the molding by dipping or spraying.
  • the precursor compound of the enamel layer is preferably used as a powder or in aqueous suspension.
  • Step (D) of the process of the invention comprises heating the molding of step (C) to a temperature of 400 to 1000 ° C to convert the precursor compound of the enamel layer into the enamel layer. Furthermore, it should be ensured in step (D) that the entire molded part has a temperature of 400 to 1000 ° C, in particular the interior of the molded part.
  • step (D) can be carried out in devices known to the person skilled in the art, for example in continuous furnaces, in an inductive heating device or in chamber furnaces.
  • the temperature in step (D) is 400 to 1000 ° C., preferably 800 to 1000 ° C., for example 800 to 900 ° C.
  • the heating time in step (D) is such that preferably the entire amount of enamel precursor compound is transferred to the enamel layer and the entire molded article has a corresponding temperature.
  • Step (D) is carried out, for example, for 1 to 180 minutes, in each case depending on the existing wall thickness of the molded part.
  • step (D) of the process according to the invention a molded part is obtained which has the above-described layer structure and on the outside of the enamel-capable steel an enamel layer.
  • the steps (C) and (D) are carried out several times in order to apply two, three or more enamel layers to the outside of the enamel-capable steel layer, and thus to apply a thicker enamel layer overall.
  • the present invention therefore also relates to the process according to the invention, wherein steps (C) and (D) are carried out several times in succession.
  • the sequence of process steps is, for example, (A), (B), (C), (D), (C), (D), (E) or (A), (B), (C), ( D), (C), (D), (C), (D), (E).
  • Step (E) of the process of the invention comprises cooling the enameled molded article of step (D) with a cooling strategy such that, in the precursor higher chromium steel precursor material, a single or multi-phase microstructure having a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, forms.
  • the inventive method has the advantage that a multi-layer molded part can be produced, which has at least one layer of a high-strength steel and at least one layer of a steel which is enamel-coated on the surface.
  • step (D) is transferred immediately, ie in the hot state, in step (E) of the process.
  • step (E) of the method according to the invention is carried out with a cooling strategy, so that in the position of the precursor material for the high-strength steel with a tensile strength of at least 500 M Pa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, an input or multi-phase structure is formed.
  • the single or multi-phase structure formed in step (E) of the method according to the invention by the special cooling strategy is preferably obtained such that the higher strength steel having a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, is a DP Steel (dual-phase steel), a CP steel (complex-phase steel), a martensitic steel, a TRI P steel, a FB steel (ferritic-bainitic steel) or a TPN steel (three-phase steel with Excretions).
  • the higher strength steel is a DP steel (dual phase steel).
  • DP steels are known per se to the person skilled in the art and are described, for example, in EP 2 031 081 A1.
  • a DP steel preferably has the following alloying elements (all data in% by weight, balance Fe and unavoidable impurities):
  • step (A) of the method according to the invention for this embodiment is preferred as a precursor material for the high-strength steel having a tensile strength of more than 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, a corresponding steel used.
  • the preferred DP steel according to the invention has a microstructure containing a martensite proportion of 20 to 70%, a residual austenite content of up to 8%, with lower residual austenite portions of not more than 7% or less being preferred, with the remainder being ferrite and / or bainite ie bainitic ferrite and carbides.
  • cooling is preferably carried out in such a way that cooling rates of at least 10 K / s are achieved in the temperature range from 550 to 650 ° C. in order to prevent the formation of Suppress perlite.
  • the temperature is preferably maintained for 10 to 100 s, to then or directly without cooling at a cooling rate of 0.5 to 30 K / s to cool to room temperature.
  • the higher-strength steel is a CP steel (complex-phase steel).
  • CP steels are known per se to the person skilled in the art and are described, for example, in WO2012 / 110165.
  • a CP steel preferably has the following alloying elements (all data in% by weight, remainder Fe and unavoidable impurities) 0.01 to 0.35, particularly preferably 0, 1 to 0.28, C,
  • step (A) of the inventive method for this embodiment as a precursor material for the high-strength steel with a tensile strength of more than 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, a corresponding steel can be used.
  • the CP steel preferred according to the invention has a microstructure containing at least 80 area% bainite, less than 15 area% ferrite, less than 15 area% martensite, less than 5 area% cementite and less than 5% by volume. Restaustenit, additionally possibly technically unavoidable existing phases that are present in such low proportions that they have no effect on the properties of the molding.
  • cooling is preferably carried out at a cooling rate of more than 15 K / s.
  • the cooling rate should be more than 25 K / s, in particular more than 40 K / s. This ensures that no perlite, but bainite is formed for the most part.
  • the higher-strength steel is a martensitic steel. Martensitic steels are known per se to the person skilled in the art.
  • a martensitic steel preferably has the following alloying elements (all data in% by weight, remainder Fe and unavoidable impurities) 0.01 to 0.35, particularly preferably 0, 1 to 0.28, C,
  • a corresponding steel is used as the precursor material for the high-strength steel having a tensile strength of more than 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV.
  • the martensitic steel preferred according to the invention has a microstructure comprising at least 80 area% martensite, preferably at least 90 area% martensite, more preferably at least 95 area% martensite, in particular 100 area martensite and, if appropriate, corresponding proportions of bainite, perlite and / or ferrite.
  • a martensitic steel is adjusted according to the invention in step (E) of the process according to the invention, it is preferably cooled at a cooling rate which is alloy-dependent and must be sufficiently high to avoid the formation of other structural constituents except martensite.
  • the cooling rate should more preferably be more than 20 K / s, particularly preferably more than 50 K / s, very particularly preferably more than 70 K / s.
  • the higher-strength steel is a TRIP steel.
  • TRIP steels are known per se to the person skilled in the art.
  • a TRIP steel preferably has the following alloying elements (all data in% by weight, remainder Fe and unavoidable impurities) 0.01 to 0.35, particularly preferably 0, 1 to 0.35, C,
  • a corresponding steel is used as the precursor material for the high-strength steel having a tensile strength of more than 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV.
  • the inventively preferred TRIP steel has a structure that is known in the art per se, containing ferrite, perlite, bainite, martensite and proportions of retained austenite.
  • cooling is preferably carried out at a cooling rate which is alloy-dependent, so that the characteristic micrograph of a TRIP steel is formed.
  • the cooling rate should be more than 30 K / s, in particular more than 40 K / s.
  • the higher-strength steel is an FB steel (ferritic-bainitic steel).
  • FB steels are known per se to the person skilled in the art.
  • An FB steel preferably has the following alloying elements (all data in% by weight, balance Fe and unavoidable impurities):
  • a corresponding steel is used as the precursor material for the high-strength steel having a tensile strength of more than 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV.
  • the inventively preferred FB steel has a structure that is known in the art per se, containing ferrite and bainite. If, according to the invention, the microstructure of an FB steel is set in step (E) of the process according to the invention, it is preferably cooled in such a way that cooling rates of at least 10 K / s are achieved in the temperature range from 550 to 650 ° C., in order to increase the formation of perlite suppress . After reaching the critical temperature range in which a ferrite structure is formed, the temperature is preferably maintained for 10 to 100 s, to then or directly without cooling at a cooling rate of 0.5 to 30 K / s to cool to room temperature.
  • the higher strength steel is a TPN steel (Threee Phase Steel with precipitates).
  • TPN steels are known per se to the person skilled in the art.
  • a TPN steel preferably has the following alloying elements (all figures in% by weight, balance Fe and unavoidable impurities):
  • the inventively preferred TPN steel with precipitates has a structure that is known in the art per se, containing bainite and ferrite with embedded retained austenite.
  • a single-phase steel can also be used. Such steels are known per se to the person skilled in the art.
  • a single-phase steel used according to the invention preferably has the following alloying elements (all data in% by weight, remainder Fe and unavoidable impurities):
  • up to 0.05 more preferably up to 0.031, Nb, up to 0.06, more preferably up to 0.05, Ti,
  • the inventively preferred single-phase steel has a martensitic structure that is known in the art per se.
  • the microstructure of a TPN steel is adjusted with precipitates, it is preferably cooled in such a way that cooling rates of at least 10 K / s are achieved in the temperature range from 550 to 650 ° C. in order to prevent the formation of Suppress perlite.
  • the temperature is preferably maintained for 10 to 100 s, to then or directly without cooling at a cooling rate of 0.5 to 30 K / s to cool to room temperature.
  • the present invention also relates to a molded article obtainable by the process according to the invention.
  • the present invention also relates to a molding having at least two layers comprising at least one layer of a high-strength steel having a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, and at least one layer of a steel, which on the outside an enamel Layer, wherein in the at least one layer of a high-strength steel having a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, a microstructure of a dual-phase steel, preferably containing a Martensitanteil of 20 to 70%, a Restaustenitanteil of up to 8 %, with preference for lower residual austenite contents of not more than 7% or less, remainder ferrite and / or bainite, ie bainitic ferrite and carbides, or a complex phase steel, preferably containing at least 80 area% bainit
  • the present invention also relates to the use of a molded part according to the invention for the production of pipelines, pressure vessels, reactors or apparatus, in particular for the transport of aqueous and / or corrosive media.
  • a molded part according to the invention for the production of pipelines, pressure vessels, reactors or apparatus, in particular for the transport of aqueous and / or corrosive media.
  • FIGS. 1 and 4 show composites according to the invention comprising a middle layer of a high-strength steel with a tensile strength of at least 500 MPa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, and two layers each of enamel-capable steel.
  • FIGS. 2 and 5 show composites according to the invention comprising a layer of a high-strength steel having a tensile strength of at least 500 M Pa, corresponding to a hardness of at least 160 HV, and a layer of enamel-capable steel.
  • a molded part according to the invention comprising a middle layer of a complex phase steel and outer layers of enamellable steel is produced by welding composite layers of dimensions according to the selected layer thickness ratio according to DE 10 2005 006 606 B3 and then rolling, so that a flat steel product is obtained which has the same as in Figure 1 has shown construction.
  • the middle layer of a complex phase steel corresponds to 80% of the total thickness
  • the outer layers of enamelled steel correspond to 10% of the total thickness.
  • a layer of precursor compounds of the enamel coating is applied. It is then heated to a temperature above Austenitmaschinestemperatur and held at this temperature for 4 to 5 minutes. After cooling, a three-layer steel flat product, which has an enamel layer on the outer sides, is obtained.
  • Table 1 The compositions of the middle layer and the two outer layers are shown in Table 1.
  • a molded part according to the invention comprising a middle layer of a dual-phase steel and outer layers of enamellable steel is produced by welding composite layers in dimensions according to the selected layer thickness ratio according to DE 10 2005 006 606 B3 and then rolling, so that a flat steel product is obtained which has the same in Figure 3 has shown construction.
  • the middle layer of a dual-phase steel corresponds to 80% of the total thickness
  • the outer layers of enamelled steel correspond to 10% of the total thickness.
  • a layer of precursor compounds of the enamel coating is applied. It is then heated to a temperature above Austenitmaschinestemperatur and held at this temperature for 4 to 5 minutes. After cooling, a three-layer steel flat product, which has an enamel layer on the outer sides, is obtained.
  • Table 1 Compositions of the individual layers from Examples 1 and 2
  • the molded part produced according to the invention can advantageously be used for the production of pipelines, pressure vessels, reactors or in apparatus engineering, in particular for the transport of corrosive media.
  • the molded part according to the invention furthermore forms a cost-effective replacement for stainless steels with high alloy contents of Cr, Ni and / or Mo, since no RSH steel or a nickel alloy has to be used under the same, corrosive conditions of use.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem Stahl, die an der Außenseite eine Emaille-Schicht aufweist, ein entsprechendes Formteil, sowie die Verwendung des Formteils zur Herstellung von Rohrleitungen, Druckbehältern, Reaktoren oder im Apparatebau, insbesondere zum Transport von wässrigen und/oder korrosiven Medien.

Description

Emaillieren von höherfesten Stählen
Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem Stahl, die an der Außenseite eine Emaille-Schicht aufweist, ein entsprechendes Formteil, sowie die Verwendung des Formteils zur Herstellung von Rohrleitungen, Druckbehältern, Reaktoren oder im Apparatebau, insbesondere zum Transport von wässrigen und/oder korrosiven Medien.
Technischer Hintergrund
Emaillierte Stähle werden in verschiedensten Bereichen eingesetzt, wobei eine aufgebrachte Emaille-Schicht Funk- tionen wie Korrosionsschutz, Abriebfestigkeit, Feuerfestigkeit oder Temperaturwechselbeständigkeit auf den als Substrat verwendeten Stahl werkst off übertragen soll. Unabhängig vom angewendeten Verfahren zur Applikation einer Emaille-Schicht (Nass- oder Trockenauftrag) werden mit Blick auf die chemische Zusammensetzung eingesetzter Stähle sehr niedrige Gehalte für verschiedene Legierungselemente wie Kohlenstoff oder Mangan benötigt, um eine qualitativ gute Haftung auf dem Substrat und eine einwandfreie Ausbildung der Emaille Schicht zu gewährleis- ten. Typische für diese Anwendungen eingesetzte Stähle zeichnen sich durch geringe Kohlenstoffgehalte und geringe Mangangehalte aus. Hierdurch bedingt liegen ihre Zugfestigkeit bei unter 500 MPa und ihre Streckgrenze unter 500 MPa.
Des Weiteren werden in industriellen Anlagen unterschiedlichste Medien in Rohrleitungen und Behältern transportiert bzw. gelagert. Hierbei können die Medien korrosiv sein, sie können unter Prozessbedingungen eine erhöhte Temperatur aufweisen, es ist mit einem erhöhten Druck innerhalb der Anlage zu rechnen und/oder sie können abrasiv wirkende Bestandteile enthalten. Um diesen Einsatzbedingungen standhalten zu können, werden heutzutage in der Regel für Rohrleitungssysteme und Behälter chemisch beständige RSH-Stähle eingesetzt, die diesen Bedingungen, zumindest temporär, standhalten. Die Standzeit, bis Teile eines solchen Systems aufgrund von Korrosion und/oder Verschleiß ausgetauscht werden müssen, ist ein Faktor, der die Wirtschaftlichkeit einer Anlage mitbestimmt. Weiterhin zeichnen sich die in diesen Bereichen eingesetzten chemisch beständigen Stähle (Cr, Ni, Mo) durch hohe Materialkosten aus. Der Einsatz von kostengünstigen C-Stählen ist in vielen Fällen nicht möglich , da sie keine Beständigkeit gegenüber chemisch und / oder abrasiv angreifenden Medien besitzen. Eine Beständigkeit gegenüber derartigen Medien könnte durch den Einsatz einer Emaillierung erreicht werden . Es scheitert aber letztendlich daran , dass die zum Emaillieren einsetzbaren Stähle im Allgemeinen nur sehr geringe Festigkeiten aufweisen und so den mechanischen Anforderungen nicht genügen können.
DE 10 2005 006 606 B3 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Stahlflachprodukten, die aus wenigstens zwei Lagen bestehen , wobei durch die unterschiedlichen Materialien in den einzelnen Lagen die Eigenschaften der einzelnen Materialien kombiniert werden können, beispielsweise hohe Verschleißfestigkeit und gute Umformbarkeit. DE 1 145 890 offenbart Formteile, die aus einem zweilagigen Material bestehen, wobei jeweils eine Seite der Formteile mit einer Emaille-Beschichtung versehen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Formteil bereitzustellen, welches widerstandsfähig gegenüber korrosiven und/oder abrasiven Medien ist. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Formteils bereitzustellen, bei dem die Ausbildung der Emaille-Schicht und die Ausbildung des für die Zugfestigkeit des Materials verantwortlichen Gefüges in möglichst wenigen Verfahrensschritten erfolgen können.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem Stahl, die an der Außenseite eine Emaille-Schicht aufweist, umfassend wenigstens die folgenden Schritte:
(A) Herstellen eines Stahlflachproduktes mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl,
(B) Umformen des Stahlflachproduktes aus Schritt (A), um ein Formteil zu erhalten,
(C) Aufbringen einer Vorläuferzusammensetzung der Emaille-Schicht auf die Außenseite des emaillierfähigen Stahls,
(D) Erhitzen des Formteils aus Schritt (C) auf eine Temperatur von 400 bis 1000 °C, um die Vorläuferzusammensetzung der Emaille-Schicht in die Emaille-Schicht zu überführen ,
(E) Abkühlen des mit einer Emaille-Schicht versehenen Formteils aus Schritt (D) mit einer Abkühlstrategie, so dass sich in der Lage aus dem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl ein Ein- oder Mehrphasengefüge mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ausbildet.
Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden des Weiteren gelöst durch ein entsprechendes Formteil, sowie die Verwendung des Formteils zur Herstellung von Rohrleitungen , Druckbehältern , Reaktoren oder im Apparatebau, insbesondere zum Transport von wässrigen und/oder korrosiven Medien.
Die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden detailliert beschrieben.
Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft das Herstellen eines Stahlflachproduktes mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Festigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl.
I n Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Stahlflachprodukt hergestellt umfassend wenigstens die zwei oben genannten unterschiedlichen Lagen. Bevorzugt wird erfindungsgemäß in Schritt (A) ein Stahlflachprodukt hergestellt, welches aus den beiden genannten Lagen besteht. In einer weiteren Ausführungsform wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Stahlflachprodukt hergestellt, welches wenigstens drei Lagen umfasst, wobei es weiter bevorzugt eine mittlere Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und an den Außenseiten jeweils eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl umfasst. In einer weiteren Ausführungsform wird erfindungsgemäß ein Stahlflachprodukt hergestellt, welches mehr als drei Lagen umfasst, beispielsweise 4, 5 oder 6 Lagen, wobei wenigstens eine Außenseite des Stahlflachprodukts eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl umfasst. Die einzelnen Lagen können sich dabei durch ihre Eigenschaften wie Mechanik, Duktilität etc. auszeichnen. I m Prinzip kann erfindungsgemäß als Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, jedes dem Fachmann bekannte Material eingesetzt werden, welches durch das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere durch den erfindungsgemäßen Schritt (E), in einen höherfesten Stahl überführt werden kann . I m Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet „höherfester Stahl" , dass dieser eine Festigkeit von mindestens 500 MPa, bevorzugt mindestens 800 MPa, auf- weist. Die Festigkeit wird dabei im Zugversuche gemäß DIN EN ISO 6892 Teil 1 von 2016 bestimmt. Die Obergrenze für die Festigkeit liegt beispielsweise bei 1500 MPa. Des Weiteren weist der erfindungsgemäß eingesetzte höherfeste Stahl eine Härte von mindestens 160 HV auf. Diese Härte kann durch das Verfahren gemäß der DIN EN ISO 6507 Teil 1 von 2006 bestimmt werden . Bevorzugt enthält das Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen (alle Angaben in Gew.-%)
0,01 bis 0,35, besonders bevorzugt 0, 1 bis 0,28, C,
0, 10 bis 2 ,5 , besonders bevorzugt 0,5 bis 1 ,5, Si,
0,5 bis 3,00, besonders bevorzugt 0,5 bis 2,5 Mn,
0,001 bis 0, 15, besonders bevorzugt 0,01 bis 0, 12 P,
0,001 bis 0, 1 , besonders bevorzugt 0,001 bis 0,003, S,
0,001 bis 3,00, besonders bevorzugt 0,001 bis 2,00, AI,
bis zu 0, 1 , besonders bevorzugt bis zu 0,01 , B,
bis zu 1 ,0, besonders bevorzugt bis zu 0,5, V,
bis zu 1 ,0, besonders bevorzugt bis 0,8, Cr,
bis zu 1 ,0, besonders bevorzugt bis zu 0,5, Mo,
bis zu 0,5 , besonders bevorzugt bis zu 0,2, Nb und
bis zu 0,8, besonders bevorzugt bis zu 0,4, Ti.
I m Prinzip kann erfindungsgemäß als emaillierfähiger Stahl jeder dem Fachmann bekannte Stahl, der emailliert werden kann , eingesetzt werden. Bevorzugt enthält der erfindungsgemäß eingesetzte emaillierfähige Stahl neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen (alle Angaben in Gew.-%) 0,001 bis 0, 1, bevorzugt 0,005 bis 0,06, C,
bis zu 0, 1 , bevorzugt bis zu 0,04, Si,
0,1 bis 1,0, bevorzugt 0,2 bis 0,35, Mn,
bis zu 0, 1 , bevorzugt bis zu 0,05, P,
bis zu 0, 1 , bevorzugt bis zu 0,04, S,
0,001 bis 0, 1, bevorzugt 0,008 bis 0,06, AI,
bis zu 0, 1 , bevorzugt bis zu 0,06, Cr,
bis zu 0, 1 , bevorzugt bis 0,08, Cu
bis zu 0, 1 , bevorzugt bis zu 0,02, Mo,
0,0001 bis 0,01, bevorzugt 0,0025 bis 0,0065, N,
bis zu 0, 1 , bevorzugt bis zu 0,09, Ni,
bis zu 0,01, bevorzugt bis zu 0,005, Nb,
0,001 bis 0, 15, bevorzugt 0,003 bis 0, 124, Ti,
bis zu 0,001, bevorzugt bis zu 0,0006, B,
bis zu 0,05, bevorzugt bis zu 0,03, As,
bis zu 0,05, bevorzugt bis zu 0,03, Sn,
bis zu 0,05, bevorzugt bis zu 0,01, Co und
bis zu 0,01, bevorzugt bis zu 0,05 Ca.
Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann prinzipiell nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen, durch die gewährleistet wird, dass sich zwischen den einzelnen Lagen ein form- und/oder stoffschlüssiger Verbund ausbildet, beispielsweise Walzplattieren, warm oder kalt. Ein bevorzugtes Verfahren, mit dem Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden kann, wird beispielsweise in der DE 10 2005 006 606 B3 offenbart.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einer bevorzugten Ausführungsform das erfindungsgemäße Verfahren, wobei Schritt (A) erfolgt, indem
(Al l) wenigstens eine quaderförmige Platte aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine quaderförmige Platte aus einem emaillierfähigen Stahl aufeinander gelegt werden,
(A21) die wenigstens zwei Platten miteinander zu einem Plattenpaket verschweißt werden,
(A31) das Plattenpaket erwärmt wird und
(A41) das erwärmte Plattenpaket zu einem Stahlflachprodukt mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl gewalzt wird.
Schritt (Al l) erfolgt dabei bevorzugt, indem quaderförmige Platten eingesetzt werden, die beispielsweise durch Vorblocken oder durch Vorwalzen von Brammen hergestellt worden sind. Auch ist es erfindungsgemäß denkbar, als Plattenmaterial direkt Brammen von größerer Dicke zu verwenden. Bevorzugt werden die im aufeinander gelegten Zustand einander zugeordneten Oberflächen der Platten vor dem Aufeinanderlegen einer Reinigung und ggf. einer abtragenden Oberflächenbehandlung unterzogen, um die Oberflächenform der einen Platte an die Oberflächenform der anderen Platte derart anzupassen, dass die beiden Oberflächen bei aufeinander liegenden Platten im Wesentlichen dicht aufeinander liegen . Die reinigende Bearbeitung der Plattenoberflächen kann dabei dadurch erfolgen, dass die Oberflächen der Platten zum Entfernen von Zunder gebeizt oder zum Entfernen von losen oder schwach haftenden Partikeln gebürstet, gestrahlt werden, beispielsweise mit einem Strahlmedium wie Kugeln, Sand und/oder Kies. Alternativ oder ergänzend dazu kann die abtragende Bearbeitung der Oberflächen auch spanabhebend, beispielsweise durch Schleifen oder Hobeln, erfolgen.
Schritt (A21) wird bevorzugt durchgeführt, indem die Platten möglichst weitgehend dicht und mit möglichst vollflä- chigem Kontakt aufeinander liegen und die relative Lage der Platten durch Verschweißen fixiert wird. Ein weitest gehender Ausschluss von Lufteinschlüssen zwischen den Platten kann dabei dadurch unterstützt werden, dass die aufeinander liegenden Platten des Plattenpakets vor und während des Schweißens gegeneinander gepresst werden. Eventuell zuvor noch zwischen den Platten vorhandene Gase, insbesondere Luft, können so vertrieben werden, so dass im Zuge des Warmwalzens die Erzeugung einer vollflächigen, optimalen Verbindung zwischen den jeweiligen Fügepartnern gewährleistet ist. Die Verschweißung wird bevorzugt so ausgeführt, dass die Platten des Plattenpakets gasdicht miteinander verschweißt sind. Dies hat den Vorteil, dass auch im Nachhinein, beispielsweise als Folge eines Verzugs der Platten bei ihrem Transport, keine Luft oder andere störenden Gase zwischen die Platten des Plattenpakets geraten können. Schritt (A31) erfolgt bevorzugt, indem das nach dem Schweißen erhaltene Plattenpaket auf eine Warmwalzanfang- stemperatur erwärmt, die bevorzugt bei 1100 bis 1300 °C liegt. Abhängig von den jeweils verarbeiteten Stahltypen kann die Erwärmung bevorzugt bei 1200 bis 1300 °C durchgeführt werden .
Schritt (A41) wird bevorzugt durchgeführt, indem der gemäß Schritt (A31) erwärmte Plattenstapel anschließend warmgewalzt wird. Das Warmwalzen kann nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Bevorzugt wird das Plattenpaket zu einem Warmband mit einer Dicke gewalzt, die es ermöglicht, das erhaltene Warmband zu einem Coil zu haspeln. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens als Stahlflachprodukt ein Warmband bereitgestellt. Das so erhaltene Warmband weist beispielsweise eine Dicke von 1 ,5 bis 12 mm auf.
Dadurch, dass das mehrlagige Stahlflachprodukt in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt hergestellt wird, indem die einzelnen Lagen unter Wärmeeinwirkung gewalzt werden , findet an den Grenzflächen der einzelnen Lagen eine Diffusion der Legierungselemente in die jeweils angrenzende Lage statt, insbesondere der Legierungselemente C, N etc. Dadurch liegt zwischen den einzelnen Lagen erfindungsgemäß keine scharf definier- te Grenze vor, sondern es bildet sich ein Grenzbereich aus, in dem es aufgrund der beschriebenen Diffusion zu einer entsprechenden Verteilung der Legierungselemente gekommen ist. Dem Fachmann ist dieser Umstand bekannt.
I n einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt Schritt (A), indem (A12) wenigstens ein quaderförmiger Block aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV in eine Kokille eingebracht wird, so dass er sowohl zentriert als auch exzentrisch in die Kokille positioniert sein kann,
(A22) der Block in der Kokille mit einer Schmelze eines emaillierfähigen Stahls, bevorzugt allseitig, umgössen wird,
(A32) das Gusspaket erwärmt wird und
(A42) das erwärmte Gusspaket zu einem Stahlflachprodukt mit wenigstens drei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV und wenigstens zwei Lagen aus einem email- lierfähigen Stahl gewalzt wird.
Wird das Stahlflachprodukt gemäß dem Verfahren umfassend die Schritte (A12), (A22), (A32) und (A42) hergestellt, so wird ein Stahlflachprodukt ausgebildet, bei dem bevorzugt nach dem Walzen auch an den Bandkanten emaillierfähiger Stahl vorliegt, da der Block in Schritt (A22) bevorzugt allseitig umgössen wird, während dies bei dem Verfah- ren umfassend die Schritte (Al l), (A21), (A31) und (A41) nicht der Fall ist.
I n dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform von Schritt (A) umfassend die Schritte (A12), (A22), (A32) und (A42) wird ein Warmband bereitgestellt. Das so erhaltene Warmband weist beispielsweise eine Dicke von 1 ,5 bis 12 mm auf.
I n einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt (A) ein Kaltband bereitgestellt. Dazu wird in einer weiter bevorzugten Ausführungsform das gemäß den Schritten (Al l) bis (A41) oder (A12) bis (A42) hergestellte Warmband nach dem Fachmann bekannten Verfahren kaltgewalzt. Das so erhaltene Kaltband weist bevorzugt eine Dicke von 0,8 bis 2 mm auf.
I n einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäß erzeugte Stahlflachprodukt ein Grobblech. Dieses kann nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren erzeugt werden . Das Grobblech weist beispielsweise eine Dicke von 3 bis 15 mm auf.
Das in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Stahlflachprodukt ist daher bevorzugt ein Warmband, ein Kaltband oder ein Grobblech.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren das erfindungsgemäße Verfahren, wobei ein Stahlflachprodukt mit zwei Lagen umfassend eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl, eingesetzt wird.
Erfindungsgemäß bevorzugt wird in Schritt (A) des Verfahrens ein zweilagiges Stahlflachprodukt bereitgestellt, wobei die eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, eine Dicke von mindestens 80%, bevorzugt mindestens 85%, besonders bevorzugt mindestens 90%, ganz besonders bevorzugt mindestens 95%, und die eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl eine Dicke von höchstens 20%, bevorzugt höchstens 15%, besonders bevorzugt höchstens 10%, ganz besonders bevorzugt höchstens 5% jeweils bezogen auf die Gesamtdicke des Stahlflachprodukts, aufweist, wobei die Summe der Dicken der zwei Lagen jeweils 100% ergibt.
Diese Dickenverteilung findet sich auch entsprechend in dem erfindungsgemäß hergestellten zweilagigen Formteil wieder. Erfindungsgemäß bevorzugt wird daher ein Formteil hergestellt, wobei die eine Lage aus dem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, eine Dicke von mindestens 80%, bevorzugt mindestens 85%, besonders bevorzugt mindestens 90%, ganz besonders bevorzugt mindestens 95%, aufweist, und die eine Lage aus einem Stahl, der an der Außenseite eine Emaille- Schicht aufweist, eine Dicke von höchstens 20%, bevorzugt höchstens 15%, besonders bevorzugt höchstens 10%, ganz besonders bevorzugt höchstens 5%, jeweils bezogen auf die Gesamtdicke des Formteil, aufweist, wobei die Summe der Dicken der zwei Lagen jeweils 100% ergibt.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei ein Stahlflachprodukt mit drei Lagen umfassend eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und zwei Lagen aus emaillierfähigem Stahl eingesetzt wird, wobei die Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, zwischen den zwei Lagen aus emaillierfähigem Stahl vorliegt.
Für den bevorzugten Fall, dass in Schritt (A) ein dreilagiges Stahlflachprodukt bereitgestellt wird, weist die eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, welche in der Mitte vorliegt, eine Dicke von mindestens 60%, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 90%, auf, und die beiden Lagen aus einem emaillierfähigen Stahl, die an den Außenseiten vorliegen , weisen zusammen eine Dicke von jeweils höchstens 20%, bevorzugt jeweils höchstens 15%, besonders bevorzugt jeweils höchstens 10%, ganz besonders bevorzugt jeweils höchstens 5%, jeweils bezogen auf die Gesamtdicke des Stahlflachprodukts, auf, wobei die Summe der Dicken der drei Lagen jeweils 100% ergibt.
Diese Dickenverteilung findet sich auch entsprechend in dem erfindungsgemäß hergestellten Formteil wieder. Daher betrifft die vorliegende Erfindung bevorzugt ein dreilagiges Formteil, wobei die Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, welche in der Mitte vorliegt, eine Dicke von mindestens 60%, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80%, ganz besonders bevorzugt mindestens 90%, aufweist, und die beiden Lagen aus einem Stahl, die an der Außenseite Emaille-Schichten aufweisen, zusammen eine Dicke von jeweils höchstens 20%, bevorzugt jeweils höchstens 15%, besonders bevorzugt jeweils höchstens 10%, ganz besonders bevorzugt jeweils höchstens 5%, jeweils bezogen auf die Gesamtdicke des Formteils, aufweisen, wobei die Summe der Dicken der drei Lagen jeweils 100% ergibt.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass bei einem dreilagigen Aufbau die beiden Lagen aus emaillierfähigem Stahl unterschiedliche Dicken aufweisen , d.h. , dass ein asymmetrischer Aufbau vorliegt. Für diese bevorzugten Fall, dass in Schritt (A) ein dreilagiges Stahlflachprodukt mit asymmetrischem Aufbau bereitgestellt wird, weist die eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, welche in der Mitte vorliegt, eine Dicke von mindestens 60%, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80%, ganz besonders bevor- zugt mindestens 90%, auf, und die eine der beiden Lagen aus einem emaillierfähigen Stahl, die an den Außenseiten vorliegt, weist jeweils eine Dicke von höchstens 20%, bevorzugt jeweils höchstens 15%, besonders bevorzugt jeweils höchstens 10%, ganz besonders bevorzugt jeweils höchstens 5%, und die zweite der beiden Lagen aus einem emaillierfähigen Stahl, die an den Außenseiten vorliegt, weist jeweils eine Dicke von höchstens 20%, bevorzugt jeweils höchstens 15%, besonders bevorzugt jeweils höchstens 10%, besonders bevorzugt jeweils höchstens 5%, jeweils bezogen auf die Gesamtdicke des Stahlflachprodukts, auf, wobei die Summe der Dicken der drei Lagen jeweils 100% ergibt und die beiden Lagen, die an den Außenseiten liegen, unterschiedliche Dicken aufweisen.
Diese Dickenverteilung findet sich auch entsprechend in dem erfindungsgemäß hergestellten Formteil wieder. Daher betrifft die vorliegende Erfindung bevorzugt ein dreilagiges Formteil, wobei die Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, welche in der Mitte vorliegt, eine Dicke von mindestens 60%, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80%, ganz besonders bevorzugt mindestens 90%, aufweist, und die eins der beiden Lagen aus einem emaillierfähigen Stahl, die an den Außenseiten vorliegt, weist jeweils eine Dicke von höchstens 20%, bevorzugt jeweils höchstens 15%, besonders bevorzugt jeweils höchstens 10%, ganz besonders bevorzugt jeweils höchstens 5%, und die zweite der beiden Lagen aus einem emaillierfähigen Stahl, die an den Außenseiten vorliegt, weist jeweils eine Dicke von höchstens 20%, bevorzugt jeweils höchstens 15%, besonders bevorzugt jeweils höchstens 10%, ganz besonders bevorzugt jeweils höchstens 5%, wobei die Summe der Dicken der drei Lagen jeweils 100% ergibt und die beiden Lagen, die an den Außenseiten liegen, unterschiedliche Dicken aufweisen. Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Umformen des Stahlflachproduktes aus Schritt (A), um ein Formteil zu erhalten .
Verfahren zum Umformen entsprechender Stahlflachprodukte sind dem Fachmann an sich bekannt, beispielsweise Tiefziehen , Umformen zu einem Rohr etc. Bevorzugt erfolgt das Umformen in Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Kaltumformen.
Bevorzugt erfolgt Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens, indem aus dem Stahlflachprodukt aus Schritt (A) durch dem Fachmann bekannte Verfahren Platinen abgeteilt werden. Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Aufbringen einer Vorläuferzusammensetzung der Emaille-Schicht auf die Außenseite des emaillierfähigen Stahls.
Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann im Prinzip nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Eine Vorläuferzusammensetzung der Emaille-Schicht kann demnach dem Fachmann bekannte Inhaltsstoffe aufweisen, beispielsweise feuerfeste Stoffe wie Aluminiumoxid Al203, Schmelzzuschläge, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Borax (Na2B407 oder N2B407 + 10 H20), alkalische Oxide wie Natriummonoxid (Na20), Kaliumoxid (K20), Lithiumoxid (Li20), Calciumoxid (CaO), Magnesiumoxid (MgO), Strontiumoxid (SrO), Fluor (F2), Bortrioxid (B203) und Mischungen davon, Haftmittel, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickel-(ll)-oxid (NiO), Molybdän-(VI)-oxid (Mo03), Kobalt-(ll)-oxid (CoO), Kupfer-(ll)-oxid (CuO), Mangan-(IV)-oxid (Mn02), Chrom-(ll l)-oxid (Cr203) und Mischungen davon, Trübungsmittel und Farbkörper, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titan-(IV)-oxid (Ti02), Antimon-(V)-oxid (Sb205), Zirkonium-(IV)-oxid (Zr02), Zinn-(l l)- oxid (SnO) und Mischungen davon.
Eine Vorläuferzusammensetzung für eine bevorzugte Emaille-Schicht enthält beispielsweise 30 bis 40 Gew.-% Borax, 25 bis 35 Gew.-% Feldspat, 2 bis 8 Gew.-% CaF2 15 bis 25 Gew.-% Quarz, 2 bis 10 Gew.-% Soda, 2 bis 10 Gew.-% Natriumnitrat und je 0, 1 bis 2 ,5 Gew.-% Cobalt-, Mangan- und Nickeloxid, wobei die Summe jeweils 100 Gew.-% ergibt. Des Weiteren können als Trübungsmittel Zinnoxid und/oder Titansilikate und Farboxide zugegeben werden . Die genannten Stoffe werden fein gemahlen und geschmolzen . Die Schmelze wird dann in Wasser gegossen, abgeschreckt und die entstehende körnige glasartige Fritte wieder fein gemahlen. Beim Mahlen werden bevorzugt 30 bis 40 Gew.-% Wasser, Ton und Quarzmehl zugesetzt. Je nach Art der Emaille kommen noch die erwähnten Trübungsstoffe und Farboxide hinzu. Bevorzugt soll der entstehende Emaille-Schlicker zur besseren Mischung einige Tage ruhen, bevor er weiterverwendet werden kann.
Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bevorzugt, indem die Vorläuferzusammensetzung der Emaille- Schicht durch Tauchen oder Spritzen auf das Formteil aufgebracht wird. Dabei wird die Vorläuferverbindung der Emaille-Schicht bevorzugt als Pulver oder in wässriger Suspension eingesetzt.
Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Erhitzen des Formteils aus Schritt (C) auf eine Temperatur von 400 bis 1000 °C, um die Vorläuferverbindung der Emaille-Schicht in die Emaille-Schicht zu überführen. Des Weiteren soll in Schritt (D) gewährleistet sein , dass das gesamte Formteil eine Temperatur von 400 bis 1000 °C aufweist, insbesondere das Innere des Formteils.
Schritt (D) kann im Prinzip in dem Fachmann bekannten Vorrichtungen erfolgen, beispielsweise in Durchlauföfen, in einer induktiven Wärmvorrichtung oder Kammeröfen. Die Temperatur in Schritt (D) liegt dabei bei 400 bis 1000 °C, bevorzugt bei 800 bis 1000 °C, beispielsweise bei 800 bis 900 °C. Die Dauer des Erhitzens in Schritt (D) ist so be- messen, dass vorzugsweise die gesamte Menge an Emaille-Vorläuferverbindung in die Emaille-Schicht überführt wird und das gesamte Formteil eine entsprechende Temperatur aufweist. Schritt (D) wird beispielsweise für 1 bis 180 min durchgeführt, jeweils abhängig von der vorliegenden Wandstärke des Formteils.
Nach Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Formteil erhalten, welches die oben beschriebene Lagenstruktur und auf der Außenseite des emaillierfähigen Stahls eine Emaille-Schicht aufweist.
Es ist erfindungsgemäß auch möglich, dass die Schritte (C) und (D) mehrfach durchgeführt werden , um zwei, drei oder mehr Emaille-Schichten auf die Außenseite der emaillierfähigen Stahllage aufzubringen, und damit insgesamt eine dickere Emaille-Schicht aufzubringen. Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch das erfindungsgemäße Verfahren, wobei die Schritte (C) und (D) mehrfach nacheinander durchgeführt werden. In dieser Ausführungsform lautet die Abfolge der Verfahrensschritte beispielsweise (A), (B), (C), (D), (C), (D), (E) oder (A), (B), (C), (D), (C), (D), (C), (D), (E). Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Abkühlen des mit einer Emaille-Schicht versehenen Formteils aus Schritt (D) mit einer Abkühlstrategie, so dass sich in der Lage aus dem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl ein Ein- oder Mehrphasengefüge mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ausbildet. Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass ein mehrlagiges Formteil hergestellt werden kann, welches wenigstens eine Lage aus einem höherfesten Stahl und wenigstens eine Lage aus einem Stahl, der an der Oberfläche emailliert ist, aufweist. So ist es möglich, höherfeste Formteile mit einer Emaille-Schicht an der Außenseite herzustellen , so dass diese beispielsweise gegen korrosive Medien geschützt sind. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass das Formteil erfindungsgemäß erhitzt wird, so dass sich die Emaille-Schicht ausbildet und mit bestimmten Abkühlstrategien abgekühlt wird, so dass sich entsprechende Ein- oder Mehrphasengefüge ausbilden , um die hohe Festigkeit in der Lage aus dem höherfesten Stahl und damit im gesamten Formteil zu gewährleisten . Vorteilhaft ist dabei, dass die Ausbildung der Emaille-Schicht und die Ausbildung des Ein- oder Mehrphasengefüges in einem Schritt erfolgen . Erfindungsgemäß bevorzugt wird das Formteil aus Schritt (D) sofort, d.h. in heißem Zustand, in Schritt (E) des Verfahrens überführt.
Das Abkühlen in Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt mit einer Abkühlstrategie, so dass sich in der Lage aus dem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 M Pa, ent- sprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ein Ein- oder Mehrphasengefüge ausbildet.
Das in Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens durch die spezielle Abkühlstrategie gebildete Ein- oder Mehrphasengefüge wird bevorzugt so erhalten, dass es sich bei dem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, um einen DP-Stahl (Dualphasen-Stahl), einen CP-Stahl (Komplexphasen-Stahl), einen martensitischen Stahl, einen TRI P-Stahl, einen FB-Stahl (ferritisch-bainiti- scher Stahl) oder einen TPN-Stahl (Three Phase-Stahl mit Ausscheidungen) handelt.
I n einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem höherfesten Stahl um einen DP-Stahl (Dualphasen- Stahl). DP-Stähle sind dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise in EP 2 031 081 AI beschrieben . Ein DP- Stahl weist bevorzugt die im Folgenden genannten Legierungselemente auf (alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen):
0,01 bis 0,35, besonders bevorzugt 0, 1 bis 0,32, C,
0, 10 bis 2 ,5 , besonders bevorzugt 0,5 bis 2,2, Si,
1 ,00 bis 3 ,00, besonders bevorzugt 1 ,5 bis 2,5 Mn,
0,001 bis 0, 15, besonders bevorzugt 0,01 bis 0, 12, P, 0,001 bis 0, 1 , besonders bevorzugt 0,001 bis 0,03, S,
0,001 bis 3,00, besonders bevorzugt 0,001 bis 2,00, AI,
bis zu 0, 1 , besonders bevorzugt 0,01 bis 0,02, B,
bis zu 1 ,0, besonders bevorzugt 0, 1 bis 0,5, V,
bis zu 1 ,0, besonders bevorzugt 0,4 bis 0,8, Cr,
bis zu 1 ,0, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,5, Mo,
bis zu 0,5 , besonders bevorzugt 0,01 bis 0,2 , Nb und
bis zu 0,8, besonders bevorzugt 0, 1 bis 0,4, Ti. Somit wird bevorzugt in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens für diese Ausführungsform als Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mehr als 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ein entsprechender Stahl eingesetzt.
Der erfindungsgemäß bevorzugte DP-Stahl weist ein Gefüge auf, enthaltend einen Martensitanteil von 20 bis 70%, einen Restaustenitanteil von bis zu 8%, wobei in der Regel geringere Restausten itanteile von maximal 7% oder darunter bevorzugt werden, Rest Ferrit und/oder Bainit, d.h. bainitischer Ferrit und Karbide.
Wird erfindungsgemäß in Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Mehrphasengefüge eines DP-Stahls eingestellt, wird bevorzugt in der Weise abgekühlt, dass im Temperaturbereich von 550 bis 650 °C Abkühlgeschwin- digkeiten von mindestens 10 K/s erreicht werden, um die Bildung von Perlit zu unterdrücken. Nach Erreichen des kritischen Temperaturbereich , in dem sich ein Ferritgefüge ausbildet, wird die Temperatur bevorzugt für 10 bis 100 s gehalten, um dann oder direkt ohne Halten mit einer Abkühlrate von 0,5 bis 30 K/s auf Raumtemperatur abzukühlen. I n einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem höherfesten Stahl um einen CP-Stahl (Komplexphasen-Stahl). CP-Stähle sind dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise in WO2012/110165 beschrieben. Ein CP-Stahl weist bevorzugt die im Folgenden genannten Legierungselemente auf (alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen) 0,01 bis 0,35, besonders bevorzugt 0, 1 bis 0,28, C,
0, 10 bis 2 ,5 , besonders bevorzugt 0,5 bis 1 ,0, Si,
1 ,00 bis 3 ,00, besonders bevorzugt 1 ,5 bis 2,5 Mn,
0,001 bis 1 ,5, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,5, P,
0,001 bis 0, 1 , besonders bevorzugt 0,001 bis 0,03, S,
0,001 bis 3,00, besonders bevorzugt 0, 1 bis 2 , 10, AI,
bis zu 0, 1 , besonders bevorzugt 0,001 bis 0,008, B,
bis zu 1 ,0, besonders bevorzugt 0, 1 bis 0,25 , V,
bis zu 1 ,0, besonders bevorzugt 0,4 bis 0,8, Cr,
bis zu 1 ,0, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,5, Mo,
bis zu 0,5 , besonders bevorzugt 0,01 bis zu 0, 1 , Nb und
bis zu 0,8, besonders bevorzugt 0, 1 bis 0,3, Ti. Bevorzugt wird daher in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens für diese Ausführungsform als Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mehr als 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ein entsprechender Stahl eingesetzt werden. Der erfindungsgemäß bevorzugte CP-Stahl weist ein Gefüge auf, enthaltend mindestens 80 Flächen-% Bainit, weniger als 15 Flächen-% Ferrit, weniger als 15 Flächen-% Martensit, weniger als 5 Flächen-% Zementit und weniger als 5 Vol.- % Restaustenit, zusätzlich gegebenenfalls technisch unvermeidbar vorhandene Phasen , die in so geringen Anteilen vorliegen, dass sie keine Wirkung auf die Eigenschaften des Formteils haben. Wird erfindungsgemäß in Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Mehrphasengefüge eines CP-Stahls eingestellt, wird bevorzugt mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mehr als 15 K/s abgekühlt. Besonders bevorzugt soll die Abkühlgeschwindigkeit mehr als 25 K/s, insbesondere mehr als 40 K/s betragen. Dadurch wird gewährleistet, dass kein Perlit, aber zum überwiegenden Teil Bainit gebildet wird. I n einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem höherfesten Stahl um einen martensiti- schen Stahl. Martensitische Stähle sind dem Fachmann an sich bekannt. Ein martensitischer Stahl weist bevorzugt die im Folgenden genannten Legierungselemente auf (alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen) 0,01 bis 0,35, besonders bevorzugt 0, 1 bis 0,28, C,
0, 10 bis 2 ,5 , besonders bevorzugt 0,5 bis 1 ,0, Si,
1 ,00 bis 3 ,00, besonders bevorzugt 1 ,5 bis 2,5 Mn,
0,001 bis 1 ,5, besonders bevorzugt 0,01 bis 0, 1 , P,
0,001 bis 0, 1 , besonders bevorzugt 0,001 bis 0,03, S,
0,001 bis 3,00, besonders bevorzugt 0, 1 bis 2 , 10, AI, und
bis zu 0, 1 , besonders bevorzugt 0,001 bis 0,008, B.
Bevorzugt wird daher in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens für diese Ausführungsform als Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mehr als 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ein entsprechender Stahl eingesetzt.
Der erfindungsgemäß bevorzugte martensitischer Stahl weist ein Gefüge auf, enthaltend mindestens 80 Flächen-% Martensit, bevorzugt mindestens 90 Flächen-% Martensit, besonders bevorzugt mindestens 95 Flächen-% Martensit, insbesondere 100 Flächen-% Martensit und ggf. entsprechende Anteile an Bainit, Perlit und/oder Ferrit.
Wird erfindungsgemäß in Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Gefüge eines martensitischen Stahls eingestellt, wird bevorzugt mit einer Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt, die legierungsabhängig ist und ausreichend hoch sein muss, um die Bildung anderer Gefügebestandteile außer Martensit zu vermeiden. Besonders bevorzugt soll die Abkühlgeschwindigkeit mehr als 20 K/s, besonders bevorzugt mehr als 50 K/s, ganz besonders bevorzugt mehr als 70 K/s, betragen. I n einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem höherfesten Stahl um einen TRIP- Stahl. TRIP-Stähle sind dem Fachmann an sich bekannt. Ein TRIP-Stahl weist bevorzugt die im Folgenden genannten Legierungselemente auf (alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen) 0,01 bis 0,35, besonders bevorzugt 0, 1 bis 0,35, C,
0, 10 bis 2 ,5 , besonders bevorzugt 1 ,5 bis 2,5, Si,
1 ,00 bis 3 ,00, besonders bevorzugt 1 ,5 bis 2,8 Mn,
0,001 bis 1 ,5, besonders bevorzugt 0, 1 bis 1 ,5 , P,
0,001 bis 0, 1 , besonders bevorzugt 0,01 bis 0,03, S,
0,001 bis 3,00, besonders bevorzugt 0, 1 bis 2 , 10, AI,
bis zu 0, 1 , besonders bevorzugt 0,001 bis 0,008, B, und
bis zu 1 ,0, besonders bevorzugt 0, 1 bis 0,25 , V,
Bevorzugt wird daher in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens für diese Ausführungsform als Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mehr als 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ein entsprechender Stahl eingesetzt.
Der erfindungsgemäß bevorzugte TRIP- Stahl weist ein Gefüge auf, dass dem Fachmann an sich bekannt ist, enthaltend Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit und Anteile an Restaustenit.
Wird erfindungsgemäß in Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Gefüge eines TRIP- Stahls eingestellt, wird bevorzugt mit einer Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt, die legierungsabhängig ist, so dass sich das charakteristische Gefügebild eines TRIP-Stahls bildet. Besonders bevorzugt soll die Abkühlgeschwindigkeit mehr als 30 K/s, insbesondere mehr als 40 K/s betragen . Nach Erreichen des Temperaturbereichs, in dem Bainit ohne Karbidausscheidungen gebildet wird, kann die Temperatur für 10 bis 100 s gehalten werden , dann wird weiter mit mehr als 30 K/s, bevorzugt mehr als 40 K/s, abgekühlt.
I n einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem höherfesten Stahl um einen FB-Stahl (fer- ritisch-bainitischer Stahl). FB-Stähle sind dem Fachmann an sich bekannt. Ein FB-Stahl weist bevorzugt die im Fol- genden genannten Legierungselemente auf (alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen):
0,01 bis 0,25, besonders bevorzugt 0, 1 bis 0,20, C,
0, 10 bis 1 ,0, besonders bevorzugt 0,3 bis 0,7, Si,
1 ,00 bis 3 ,00, besonders bevorzugt 1 ,5 bis 2,5 Mn,
0,001 bis 0, 1 , besonders bevorzugt 0,02 bis 0,08, P,
0,001 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,001 bis 0,02, S,
0,010 bis 3,00, besonders bevorzugt 0,010 bis 2,20, AI,
0,001 bis 0, 1 , besonders bevorzugt 0,003 bis 0,012, B,
0, 1 bis 0,2, besonders bevorzugt 0, 12 bis 0, 18, Ti+Nb,
0,5 bis 1 ,5, besonders bevorzugt 0,7 bis 1 ,3, Cr+Mo, und 0, 1 bis 0,3, besonders bevorzugt 0, 12 bis 0,2, V.
Bevorzugt wird daher in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens für diese Ausführungsform als Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mehr als 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ein entsprechender Stahl eingesetzt.
Der erfindungsgemäß bevorzugte FB- Stahl weist ein Gefüge auf, dass dem Fachmann an sich bekannt ist, enthaltend Ferrit und Bainit. Wird erfindungsgemäß in Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Gefüge eines FB-Stahls eingestellt, wird bevorzugt in der Weise abgekühlt, dass im Temperaturbereich von 550 bis 650 °C Abkühlgeschwindigkeiten von mindestens 10 K/s erreicht werden , um die Bildung von Perlit zu unterdrücken . Nach Erreichen des kritischen Temperaturbereich , in dem sich ein Ferritgefüge ausbildet, wird die Temperatur bevorzugt für 10 bis 100 s gehalten, um dann oder direkt ohne Halten mit einer Abkühlrate von 0,5 bis 30 K/s auf Raumtemperatur abzukühlen .
I n einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem höherfesten Stahl um einen TPN-Stahl (Three Phase-Stahl mit Ausscheidungen). TPN-Stähle sind dem Fachmann an sich bekannt. Ein TPN-Stahl weist bevorzugt die im Folgenden genannten Legierungselemente auf (alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen):
0,01 bis 0,25, besonders bevorzugt 0, 1 bis 0,20, C,
0, 10 bis 1 ,0, besonders bevorzugt 0,3 bis 0,7, Si,
1 ,00 bis 3 ,00, besonders bevorzugt 1 ,5 bis 2,5 Mn,
0,001 bis 0, 1 , besonders bevorzugt 0,02 bis 0,08, P,
0,001 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,001 bis 0,02, S,
0,010 bis 3,00, besonders bevorzugt 0,010 bis 2,20, AI,
0, 1 bis 0,2, besonders bevorzugt 0, 12 bis 0, 18, Ti+Nb,
0,2 bis 1 ,0, besonders bevorzugt 0,4 bis 0,8, Cr+Mo, und
bis zu 0,5 , besonders bevorzugt bis zu 0,4 V.
Der erfindungsgemäß bevorzugte TPN-Stahl mit Ausscheidungen weist ein Gefüge auf, dass dem Fachmann an sich bekannt ist, enthaltend Bainit und Ferrit mit eingelagertem Restaustenit. Erfindungsgemäß kann auch ein einphasiger Stahl eingesetzt werden . Solche Stähle sind dem Fachmann an sich bekannt. Ein erfindungsgemäß eingesetzter einphasiger Stahl weist bevorzugt die im Folgenden genannten Legierungselemente auf (alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen):
0,01 bis 0,80, besonders bevorzugt 0, 12 bis 0,58, C,
bis zu 2,0, besonders bevorzugt bis zu 0,33 , Si,
0,20 bis 2 ,00, besonders bevorzugt 0,54 bis 1 ,54 Mn ,
0,010 bis 1 ,00, besonders bevorzugt 0,09 bis 0,72, Cr,
bis zu 0,05, besonders bevorzugt bis zu 0,031 , Nb, bis zu 0,06, besonders bevorzugt bis zu 0,05, Ti,
0,001 bis 0,008, besonders bevorzugt 0,0014 bis 0,0044, B,
s zu 0,06 P,
s zu 0,05 S,
s zu 2,00 As,
s zu 0,2 Cu,
s zu 0,01 N ,
s zu 2,0 Nb+Ti,
s zu 26,0 Ni,
s zu 1 ,0 V,
s zu 0,02 As,
s zu 1 ,00 Zr,
s zu 0,01 Zr,
s zu 0,01 Ca,
s zu 0,02 Co und
s 0,05 Sn.
Der erfindungsgemäß bevorzugte einphasige Stahl weist ein martensitisches Gefüge auf, dass dem Fachmann an sich bekannt ist.
Wird erfindungsgemäß in Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Gefüge eines TPN-Stahls mit Ausscheidungen eingestellt, wird bevorzugt in der Weise abgekühlt, dass im Temperaturbereich von 550 bis 650 °C Abkühlgeschwindigkeiten von mindestens 10 K/s erreicht werden, um die Bildung von Perlit zu unterdrücken . Nach Erreichen des kritischen Temperaturbereich, in dem sich ein Ferritgefüge ausbildet, wird die Temperatur bevorzugt für 10 bis 100 s gehalten, um dann oder direkt ohne Halten mit einer Abkühlrate von 0,5 bis 30 K/s auf Raumtemperatur abzukühlen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Formteil, erhältlich durch das erfindungsgemäße Verfahren. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Formteil mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem Stahl, der an der Außenseite eine Emaille-Schicht aufweist, wobei in der wenigstens einen Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ein Gefüge eines Dualphasenstahls, bevorzugt enthaltend einen Martensitanteil von 20 bis 70%, einen Restaustenitanteil von bis zu 8%, wobei in der Regel geringere Restaustenitanteile von maximal 7% oder darunter bevorzugt werden , Rest Ferrit und/oder Bainit, d.h. bainitischer Ferrit und Karbide, oder eines Complexphasenstahls, bevorzugt enthaltend mindestens 80 Flächen-% Bainit, weniger als 15 Flächen-% Ferrit, weniger als 15 Flächen-% Martensit, weniger als 5 Flächen-% Zementit und weniger als 5 Vol.-% Restaustenit, zusätzlich gegebenenfalls technisch unvermeidbar vorhandene Phasen , die in so geringen Anteilen vorliegen, dass sie keine Wirkung auf die Eigenschaften des Formteils haben , oder eines martensitischen Stahls, bevorzugt enthaltend mindestens 80 Flächen-% Martensit, bevorzugt mindestens 90 Flächen-% Martensit, besonders bevorzugt mindestens 95 Flächen-% Martensit, insbesondere 100 Flächen-% Martensit und ggf. entsprechende Anteile an Bainit, Perlit und/oder Ferrit, oder eines TRIP-Stahls, bevorzugt enthaltend Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit und Anteile an Restaustenit, oder eines FB-Stahls, bevorzugt enthaltend Ferrit und Bainit, oder eines TPN-Stahls, bevorzugt enthaltend Bainit und Ferrit mit eingelagertem Restaustenit, oder eines einphasigen Stahls, vorliegt.
Bezüglich des erfindungsgemäßen Formteils gilt das bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens Gesagte entsprechend.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Formteils zur Herstellung von Rohrleitungen, Druckbehältern, Reaktoren oder im Apparatebau, insbesondere zum Transport von wässrigen und/oder korrosiven Medien. Bezüglich der erfindungsgemäßen Verwendung gilt das bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens Gesagte entsprechend.
Figuren Die Figuren 1 und 4 zeigen erfindungsgemäße Verbünde enthaltend eine mittlere Schicht aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und jeweils zwei Schichten aus einem emaillierfähigen Stahl. Die Figuren 2 und 5 zeigen erfindungsgemäße Verbünde enthaltend eine Schicht aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 M Pa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und eine Schicht aus einem emaillierfähigen Stahl. In den Figuren 3 und 6 sind jeweils schematische Zeichnungen des Aufheiz- und Abkühlstrategie gezeigt, um auf den Außenseiten Emailleschichten und in der mittleren Schicht einen höherfesten Stahl mit einer Festigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, zu erhalten . In den Figuren 1 bis 4 bedeuten:
1 Emaillierstahl
2 Complexphasenstahl
3 Dualphasenstahl
4 Temperatur
5 Zeit
6 Einbrennen Email
7 Abkühlung
8 Ferrit 9 Perlit
10 Bainit
11 Martensit Beispiele
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung. Beispiel 1
Ein erfindungsgemäßes Formteil enthaltend eine mittlere Schicht aus einem Complexphasenstahl und äußere Schichten aus emaillierfähigem Stahl wird hergestellt, indem Verbundlagen in Abmessungen gemäß gewähltem Schichtdickenverhältnis gemäß der DE 10 2005 006 606 B3 verschweißt und anschließend gewalzt werden, so dass ein Stahlflachprodukt erhalten wird, welches den in Figur 1 gezeigten Aufbau hat. Die mittlere Schicht aus einem Complexphasenstahl entspricht 80% der Gesamtdicke, die äußeren Schichten aus einem emaillierfähigen Stahl entsprechen jeweils 10% der Gesamtdicke. An den Außenseiten wird eine Schicht aus Vorläuferverbindungen der Emaillierschicht aufgebracht. Anschließend wird auf eine Temperatur oberhalb Austenitisierungstemperatur erhitzt und bei dieser Temperatur für 4 bis 5 min gehalten. Nach dem Abkühlen wird ein dreilagiges Stahlflachprodukt, welches an den Außenseiten jeweils eine Emaille-Schicht aufweist, erhalten . Die Zusammensetzungen der mittleren Schicht und der beiden äußeren Schichten sind in Tabelle 1 gezeigt.
Beispiel 2
Ein erfindungsgemäßes Formteil enthaltend eine mittlere Schicht aus einem Dualphasenstahl und äußere Schichten aus emaillierfähigem Stahl wird hergestellt, indem Verbundlagen in Abmessungen gemäß gewähltem Schichtdickenverhältnis gemäß der DE 10 2005 006 606 B3 verschweißt und anschließend gewalzt werden, so dass ein Stahlflachprodukt erhalten wird, welches den in Figur 3 gezeigten Aufbau hat. Die mittlere Schicht aus einem Dualphasenstahl entspricht 80% der Gesamtdicke, die äußeren Schichten aus einem emaillierfähigen Stahl entsprechen jeweils 10% der Gesamtdicke. An den Außenseiten wird eine Schicht aus Vorläuferverbindungen der Emaillierschicht aufgebracht. Anschließend wird auf eine Temperatur oberhalb Austenitisierungstemperatur erhitzt und bei dieser Temperatur für 4 bis 5 min gehalten. Nach dem Abkühlen wird ein dreilagiges Stahlflachprodukt, welches an den Außenseiten jeweils eine Emaille-Schicht aufweist, erhalten. Die Zusammensetzungen der mittleren Schicht und der beiden äußeren Schichten sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1: Zusammensetzungen der einzelnen Schichten aus den Beispielen 1 und 2
Figure imgf000019_0001
Gewerbliche Anwendbarkeit Das erfindungsgemäß hergestellte Formteil kann vorteilhaft zur Herstellung von Rohrleitungen, Druckbehältern, Reaktoren oder im Apparatebau , insbesondere zum Transport von korrosiven Medien, verwendet werden. Das erfindungsgemäße Formteil bildet des Weiteren einen kostengünstigen Ersatz für Edelstähle mit hohen Legierungsanteilen an Cr, Ni und/oder Mo, da unter gleichen, korrosiven Einsatzbedingungen kein RSH-Stahl oder eine Nickellegierung eingesetzt werden muss.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem Stahl, die an der Außenseite eine Emaille- Schicht aufweist, umfassend wenigstens die folgenden Schritte:
(A) Herstellen eines Stahlflachproduktes mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl,
(B) Umformen des Stahlflachproduktes aus Schritt (A), um ein Formteil zu erhalten,
(C) Aufbringen einer Vorläuferzusammensetzung der Emaille-Schicht auf die Außenseite des emaillierfähigen Stahls,
(D) Erhitzen des Formteils aus Schritt (C) auf eine Temperatur von 400 bis 1000 °C, um die Vorläuferzusammensetzung der Emaille-Schicht in die Emaille-Schicht zu überführen,
(E) Abkühlen des mit einer Emaille-Schicht versehenen Formteils aus Schritt (D) mit einer Abkühlstrategie, so dass sich in der Lage aus dem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl ein Ein- oder Mehrpha- sengefüge mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (A) erfolgt, indem
(Al l) wenigstens eine quaderförmige Platte aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine quaderförmige Platte aus einem emaillierfähigen Stahl aufeinander gelegt werden,
(A21) die wenigstens zwei Platten miteinander zu einem Plattenpaket verschweißt werden,
(A31) das Plattenpaket erwärmt wird und
(A41) das erwärmte Plattenpaket zu einem Stahlflachprodukt mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 M Pa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl gewalzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorläuferverbindung der Emaille- Schicht als Pulver oder in wässriger Suspension eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen (alle Angaben in Gew.-%) 0,01 bis 0,35 C,
0, 10 bis 2,5 0,5 bis 1 ,5 , Si,
0,50 bis 3,00 Mn,
0,001 bis 1 ,5 P,
0,001 bis 0, 1 S,
0,001 bis 3,00 AI,
bis zu 0, 1 B,
bis zu 1 ,0 V,
bis zu 1 ,0 Cr,
bis zu 1 ,0 Mo,
bis zu 0,5 Nb und
bis zu 0,8 Ti enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der emaillierfähige Stahl neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen (alle Angaben in Gew.-%) bis zu 0, 1 C,
bis zu 1 ,00 Mn,
bis zu 0, 1 P,
bis zu 0, 1 S und
bis zu 0,5 Ti enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stahlflachprodukt mit zwei Lagen umfassend eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stahlflachprodukt mit drei Lagen umfassend eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und zwei Lagen aus emaillierfähigem Stahl eingesetzt wird, wobei die Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, zwischen den zwei Lagen aus emaillierfähigem Stahl vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 M Pa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, um einen DP-Stahl (Dualphasen-Stahl), einen CP-Stahl (Komplexphasen-Stahl), einen martensitischen Stahl, einen TRIP-Stahl, einen FB-Stahl, einen TPN-Stahl oder einen einphasigen Stahl handelt.
Formteil, erhältlich durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8. Formteil mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem Stahl, der an der Außenseite eine Emaille-Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ein Gefüge eines Dualphasenstahls, eines Complexphasenstahls, eines martensitischen Stahls, eines TRIP-Stahls, eines FB-Stahls oder eines TPN-Stahls vorliegt.
Verwendung eines Formteils nach Anspruch 9 oder 10 zur Herstellung von Rohrleitungen, Druckbehältern, Reaktoren oder im Apparatebau, insbesondere zum Transport von wässrigen und/oder korrosiven Medien .
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