DE102021212902A1 - Process for producing a hot strip from a fine-grain steel material - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Warmbandes aus einem Feinkornstahlwerkstoff mit einer Dicke dWB≤ 1,75 mm und einer mittleren Ferrit-Korngröße von gs≤ 5 µm. Eine bisher notwendige Wärmebehandlung des Warmbandes zum Einstellen der mechanischen Eigenschaften wird durch eine optimierte Walz- und Kühlstrategie vermieden.The invention relates to a method for producing a hot strip from a fine-grain steel material with a thickness dWB≦1.75 mm and an average ferrite grain size of gs≦5 μm. A previously necessary heat treatment of the hot strip to adjust the mechanical properties is avoided by an optimized rolling and cooling strategy.
Description
Gebiet:Area:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Warmbandes aus einem Feinkornstahlwerkstoff mit einer Dicke dWB ≤ 1,75 mm und einer mittleren Ferrit-Korngröße von gs ≤ 5 µm.The invention relates to a method for producing a hot strip from a fine-grained steel material with a thickness d WB ≦1.75 mm and an average ferrite grain size of g s ≦5 μm.
Stand der Technik:State of the art:
Üblicherweise werden Stahlbänder aus Feinkornstahlwerkstoffen in einem mehrschrittigen Verfahren hergestellt. Aus einer Bramme wird zunächst mittels mehrerer Warmumformungen ein Warmband hergestellt und dieses dann zu einem Coil aufgewickelt. Anschließend wird das so hergestellte Warmband wärmebehandelt und / oder kaltgewalzt und dadurch die Dicke, das Gefüge und die gewünschten mechanischen Eigenschaften des Stahlbandes eingestellt. Von Seiten der Verbraucher besteht aber die Anforderung, das bekannte mehrschrittige Verfahren kostengünstiger und einfacher zu gestalten. Eine Möglichkeit ist es, die Dicke des Stahlbandes sowie das Gefüge schon nach dem Warmwalzen für die mögliche Endverwendung einzustellen.Steel strips are usually manufactured from fine-grained steel materials in a multi-step process. A hot strip is first produced from a slab by means of several hot forming operations and then wound up into a coil. The hot strip produced in this way is then heat-treated and/or cold-rolled, thereby adjusting the thickness, the structure and the desired mechanical properties of the steel strip. On the part of the consumer, however, there is a requirement to make the known multi-step process more economical and simpler. One possibility is to adjust the thickness of the steel strip as well as the structure after hot rolling for the possible end use.
Das Walzen einer Bramme, insbesondere einer Dünnbramme, zu einem Warmband mit einer Dicke dWB < 1,5 mm ist aus dem Stand der Technik bekannt. Dazu wird die Bramme oder die Dünnbramme auf eine werkstoffspezifische Umformtemperatur aufgeheizt und in einer Warmbandstraße mit einer Reihe von Abnahmestichen zu einem Stahlband ausgewalzt. Anschließend wird das Warmband zu einem Coil aufgewickelt. Das Gefüge des Warmbandes und damit bedingt die mechanischen Eigenschaften werden durch die Abkühlbedingungen nach der Warmumformung und dem Abkühlen des Warmbandes im Coil eingestellt.The rolling of a slab, in particular a thin slab, into a hot strip with a thickness d WB <1.5 mm is known from the prior art. To do this, the slab or thin slab is heated to a material-specific forming temperature and rolled into a steel strip in a hot strip mill with a series of acceptance passes. The hot strip is then wound into a coil. The microstructure of the hot strip and the associated mechanical properties are set by the cooling conditions after hot forming and the cooling of the hot strip in the coil.
Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist, dass die Abkühlung im Coil durch die engen Wicklungen des Bandes so langsam ist, dass der verwendungsfähige Gefügezustand nicht sofort erreicht wird und durch eine nachgeschaltete zusätzliche Glühbehandlung erst erzeugt bzw. eingestellt werden muss. Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bekannten Verfahren zum Herstellen eines Feinkornstahlwerkstoffes dahingehend weiterzuentwickeln, dass ein warmgewalztes Stahlblech sowohl in Bezug auf seine Dicke als auch sein Gefüge direkt verwendungsfähig ist.The disadvantage of this known method is that the cooling in the coil is so slow due to the narrow windings of the strip that the usable microstructure is not reached immediately and must first be produced or set by an additional subsequent annealing treatment. The object of the invention is therefore to further develop the known methods for producing a fine-grained steel material such that a hot-rolled steel sheet can be used directly both in terms of its thickness and its structure.
Aufgabe der Erfindung:Object of the invention:
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Warmband mit den Merkmalen des Anspruchs 10 oder Anspruchs 11. Ein Warmband aus einem Feinkornstahlwerkstoff wird zumindest durch die Arbeitsschritte:
- • Erwärmen eines Vorproduktes, insbesondere einer Bramme oder Dünnbramme, auf die Umformtemperatur;
- • Warmwalzen des Vorproduktes in einer Warmbandstraße zu einem Stahlband mit mehr als 2 Abnahmestichen, insbesondere mit mehr als 5 Abnahmestichen;
- • Aufwickeln des Warmbandes zu einem Coil
hergestellt.The object of the invention is achieved by a method with the features of
- • heating a preliminary product, in particular a slab or thin slab, to the forming temperature;
- • Hot rolling of the preliminary product in a hot strip mill to form a steel strip with more than 2 acceptance passes, in particular with more than 5 acceptance passes;
- • Winding of the hot strip into a coil
manufactured.
Das Warmband wird nach dem letzten Abnahmestich vor dem Aufwickeln zu einem Coil mit einer Schnellkühlung, insbesondere einer Kompaktkühlung, von der Warmwalztemperatur Tw auf eine Temperatur TH unterhalb der Umwandlungstemperatur des Stahlwerkstoffs abgekühlt. Die Umwandlungstemperatur TH ist die Temperatur, bei der der Austenitzerfall beginnt. Eine näherungsweise Umwandlungstemperatur TH kann aus der mittleren chemischen Analyse und einem zugehörenden ZTU oder ZTA-Diagramm abgelesen werden. Alternativ können auch Gleichgewichtsmodelle für die Simulation der Umwandlungstemperatur TH verwendet werden. Die so ermittelte Umwandlungstemperatur TH muss ggf. noch angepasst werden, da während der Erstarrung die Seigerung der chemischen Elemente lokale Abweichung in der chemischen Analyse herbeiführen kann. Dies verschiebt dann die lokale Zerfallstemperatur und kann somit diese zu höheren oder niedrigeren lokalen Umwandlungstemperaturen verschieben. Die Umwandlungstemperatur TH ist so anzupassen, dass bevorzugt der Kern und Übergangsbereich der Bramme bei der Umwandlungstemperatur TH berücksichtigt werden.After the last acceptance pass, before being wound up into a coil, the hot strip is cooled from the hot rolling temperature Tw to a temperature T H below the transformation temperature of the steel material using rapid cooling, in particular compact cooling. The transformation temperature T H is the temperature at which austenite decomposition begins. An approximate transition temperature T H can be read from the mean chemical analysis and an associated ZTU or ZTA diagram. Alternatively, equilibrium models can also be used to simulate the transition temperature T H . The transformation temperature T H determined in this way may have to be adjusted, since the segregation of the chemical elements during solidification can cause local deviations in the chemical analysis. This then shifts the local decomposition temperature and can thus shift it to higher or lower local transformation temperatures. The transformation temperature T H is to be adjusted in such a way that the core and transition area of the slab are preferably taken into account at the transformation temperature T H .
Die Abkühlung des Warmbandes durch die Schnellkühlung erfolgt mit einer relativen Abkühlgeschwindigkeit aR von aR ≥ 600 K/(s·mm), mehr bevorzugt aR ≥ 800 K/(s mm). Zusätzlich beginnt die Abkühlung des Warmbandes durch die Schnellkühlung innerhalb eines Zeitraumes von t ≤ 0,2 s, mehr bevorzugt t ≤ 0,1 s, nach dem letzten Abnahmestich.The cooling of the hot strip by rapid cooling takes place at a relative cooling rate a R of a R ≧600 K/(s·mm), more preferably a R ≧800 K/(s mm). In addition, the cooling of the hot strip by rapid cooling begins within a period of t≦0.2 s, more preferably t≦0.1 s, after the last acceptance pass.
Die erfindungsgemäße Kombination der Merkmale Abkühlgeschwindigkeit, Dicke des Warmbandes und Abkühlung auf eine Temperatur TH unterhalb der Umwandlungstemperatur von Perlit, Bainit und / oder Martensit erzeugt ein Warmband mit den beschriebenen Streckgrenzen von 300 MPa bis 400 MPa bei einer Dicke dWB < 1,5 mm und 400 MPa bis 500 MPa bei einer Dicke dWB ≥ 1,5 mm und ≤ 1,75 mm.The inventive combination of the features cooling rate, thickness of the hot strip and cooling to a temperature T H below the transformation temperature of pearlite, bainite and/or martensite produces a hot strip with the described yield strength of 300 MPa to 400 MPa with a thickness d WB <1.5 mm and 400 MPa to 500 MPa with a thickness d WB ≥ 1.5 mm and ≤ 1.75 mm.
Bevorzugte Ausprägungen des Verfahrens sind in dem zum Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 dargestellt. Die Abkühlung des Warmbandes von der Warmwalztemperatur TW auf eine Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur TH erfolgt bevorzugt innerhalb von einer Strecke ≤ 6 m, vorzugsweise ≤ 4 m, nach dem letzten Abnahmestich. Je näher die Schnellkühlung nach dem letzten Abnahmestich beginnt, desto besser kann ein Kornwachstum durch die erfindungsgemäße schnelle Abkühlung reduziert oder verhindert werden. Insbesondere bei Feinkornstahl muss das Augenmerk hierbei auf ein Unterdrücken des unerwünschten Kornwachstums liegen.Preferred forms of the method are presented in
Bevorzugt ist es, wenn die Abkühlung auf eine Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur TH mit Wasser als Kühlmittel erfolgt. Wasser ist hierbei ein standardisiertes Kühlmittel, einfach zu transportieren und verfahrenstechnisch bereitzustellen. Das verwendete Kühlwasser kann auch Zusätze beinhalten, die die Kühleigenschaften des Wassers modifizieren. Als Zusätze zum Kühlwasser im erfindungsgemäßen Sinne werden auch Gase, insbesondere Luft, verstanden. Dabei ist es unerheblich, ob die Gase zum Transport des Kühlwassers oder zur Zerstäubung des Kühlwassers nach oder mittels beispielsweise einer Sprühdüse verwendet werden. Zusätze im erfindungsgemäßen Sinne können auch chemische Stoffe sein, die geeignet sind, den Siedepunkt oder andere physikalische oder chemische Eigenschaften des Kühlwassers zu modifizieren.It is preferred if the cooling to a temperature below the transformation temperature T H takes place using water as the coolant. Water is a standardized coolant here, easy to transport and to provide in terms of process technology. The cooling water used can also contain additives that modify the cooling properties of the water. Gases, in particular air, are also understood as additives to the cooling water in the sense of the invention. It is irrelevant whether the gases are used to transport the cooling water or to atomize the cooling water after or by means of a spray nozzle, for example. Additives in the sense of the invention can also be chemical substances that are suitable for modifying the boiling point or other physical or chemical properties of the cooling water.
Bevorzugt wird bei der Abkühlung ein auf den Massenstrom des Warmbandes bezogener relativer Wasservolumenstrom von V ≥ 0,002 m3/kg, vorzugsweise V ≥ 0,004 m3/kg, eingestellt. In diesem Bereich wird ausreichend Wasser für die gewünschte Kühlwirkung bereitgestellt, ohne die Wasserwirtschaft einer Warmbandstraße über Gebühr zu belasten.A relative water volume flow of V≧0.002 m 3 /kg, preferably V≧0.004 m 3 /kg, based on the mass flow of the hot strip, is preferably set during cooling. Sufficient water is provided in this area for the desired cooling effect without overburdening the water management of a hot strip mill.
Eine Steuerung oder Regelung aufweisend zumindest ein Prozessmodell gibt einen Sollwert für die Abkühlgeschwindigkeit vor dem letzten Abnahmestich vor und / oder passt diesen während der Warmumformung des Warmbandes an. Das Prozessmodell simuliert dabei, vorzugsweise online, auf Basis der chemischen Analyse des zu walzenden Warmbandes und weiterer Prozessparameter die Gefügeentwicklung im Laufe des Warmwalzprozesses. Unter Prozessparametern werden im erfindungsgemäßen Sinne alle Prozessparameter verstanden, die direkt oder indirekt mit der Herstellung eines Warmbandes in einer Warmbandstraße verbunden sind. Direkte Prozessparameter sind beispielsweise die Walzgeschwindigkeit, Brammentemperatur, chem. Analyse oder Stichabnahme, indirekte Prozessparameter sind beispielsweise Walzenalter, Kühlwasserzusammensetzung oder Anlagenzustände. Simulationsmodelle, die ein Gefüge auf Basis von chemischen Analysen und bekannten Temperaturverläufen simulieren, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Steuerung und Regelung der Walzstraße ermittelt mögliche Temperaturverläufe des Warmbandes auf Basis von bestehenden Sollvorgaben oder Ist-Werten mittels bekannter Temperaturmodelle. Dies erfolgt vorzugsweise zyklisch während des laufenden Prozesses. Ebenfalls zyklisch werden aus diesen Temperaturprofilen durch das Gefügemodell Ist-Gefüge des Warmbandes simuliert. Bei Abweichungen des Ist-Gefüges von dem Ziel-Gefüge werden die Sollvorgaben, beispielsweise die Intensität der Abkühlung an unterschiedlichen Stellen in der Walzstraße oder die Stichabnahme, durch die Steuerung oder Regelung angepasst.A controller or regulator having at least one process model specifies a target value for the cooling rate before the last acceptance pass and/or adjusts it during the hot forming of the hot strip. The process model simulates, preferably online, the microstructure development during the hot rolling process on the basis of the chemical analysis of the hot strip to be rolled and other process parameters. In the sense of the invention, process parameters are understood to mean all process parameters that are directly or indirectly connected to the production of a hot strip in a hot strip mill. Direct process parameters are, for example, the rolling speed, slab temperature, chem. Analysis or sample acceptance, indirect process parameters are, for example, roll age, cooling water composition or plant conditions. Simulation models that simulate a structure based on chemical analyzes and known temperature profiles are known from the prior art. The control and regulation of the rolling train determines possible temperature profiles of the hot strip on the basis of existing target specifications or actual values using known temperature models. This preferably takes place cyclically during the running process. The actual structure of the hot strip is also cyclically simulated from these temperature profiles by the structure model. If the actual microstructure deviates from the target microstructure, the target specifications, for example the intensity of the cooling at different points in the rolling train or the pass reduction, are adjusted by the control or regulation.
Weiterhin ermittelt das Prozessmodell mittels eines Optimierungsalgorithmus den SollWert für die einzustellende Abkühlgeschwindigkeit, mit der das Zielgefüge, insbesondere die Ferritkorngröße, erreicht wird. Eine derartige Steuerung oder Regelung verbessert das Einstellen der mechanischen Eigenschaften des fertigen Warmbandes durch die gezielte Einstellung der Gefügeentwicklung im Laufe des Warmwalzprozesses. Mögliche Schwankungen kann die Steuerung mit Hilfe des Prozessmodelles besser ausgleichen und optimieren.Furthermore, the process model uses an optimization algorithm to determine the target value for the cooling rate to be set, with which the target structure, in particular the ferrite grain size, is reached. Such a control or regulation improves the setting of the mechanical properties of the finished hot strip through the targeted setting of the structure development in the course of the hot rolling process. The controller can better compensate and optimize possible fluctuations with the help of the process model.
Bevorzugt ist es, wenn ein Gefügesensor die Gefügezusammensetzung des Warmbandes ermittelt und das Prozessmodell die gemessene Ist-Gefügezusammensetzung bei der Soll-Wertermittlung der Abkühlgeschwindigkeit berücksichtigt. Die Verwendung eines Gefügesensors an einer Stelle innerhalb der Warmbandstraße ermöglicht es, nicht nur auf Basis einer chemischen Analyse mögliche Gefügeentwicklungen zu bestimmen, sondern einen Ist-Zustand des Gefüges bei der Vorausberechnung der Gefügeentwicklung zu berücksichtigen. Dadurch wird die Soll-Wertermittlung für die Abkühlgeschwindigkeit genauer und die Abweichung geringer.It is preferred if a structure sensor determines the structure composition of the hot strip and the process model determines the measured actual structure composition when determining the target value of the cooling speed taken into account. The use of a microstructure sensor at one point within the hot strip mill makes it possible not only to determine possible microstructure developments on the basis of a chemical analysis, but also to take into account an actual state of the microstructure when predicting the microstructure development. This makes the target value determination for the cooling rate more accurate and the deviation smaller.
Das Warmband besteht bevorzugt aus einem Stahl-Werkstoff mit der Analyse
Ein derartiger Stahl-Werkstoff ist durch sein Umwandlungsverhalten und mechanischen Grundeigenschaften besonders geeignet.Such a steel material is particularly suitable due to its transformation behavior and basic mechanical properties.
Das AI/N-Verhältnis liegt bevorzugt zwischen 1 und 10, mehr bevorzugt zwischen 1 und 8. Ein derartig eingestelltes AI/N-Verhältnis reduziert sowohl die Kantenrisse bei der Erstarrung der Bramme als auch Kantenrissempfindlichkeit in den ersten Umformstichen in der Walzstraße.The Al/N ratio is preferably between 1 and 10, more preferably between 1 and 8. An Al/N ratio adjusted in this way reduces both the edge cracks during the solidification of the slab and the sensitivity to edge cracks in the first forming passes in the rolling train.
Die Warmbandtemperatur des Warmbandes liegt vorzugsweise vor dem letzten Abnahmestich vor der Schnellkühlung mindestens 50°C, mehr bevorzugt mindestens 30°C und maximal 100°C, oberhalb der Ae3-Temperatur der Legierung des Warmbandes. Dadurch ist sichergestellt, dass die Ferritbildung im Warmband erst mit dem Beginn der Schnellkühlung erfolgt und bei der Umformung des Warmbandes in den Walzgerüsten der leichter verformbare Austenit vorliegt.The hot strip temperature of the hot strip is preferably at least 50° C., more preferably at least 30° C. and at most 100° C., above the Ae3 temperature of the alloy of the hot strip before the last acceptance pass before rapid cooling. This ensures that the formation of ferrite in the hot strip does not take place until rapid cooling begins and that the more easily deformable austenite is present during the forming of the hot strip in the roll stands.
Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Warmband, dass durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt wird. Das fertige Warmband weist eine Warmbanddicke von dWB < 1,5 mm, bevorzugt 1,2 mm auf und eine Zugfestigkeit Rm 300 bis 400 mPA sowie eine Streckgrenze Re ≥ 340 mPA auf. Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Warmband, hergestellt durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Warmband eine Warmbanddicke von dWB ≤ 1,75 mm, bevorzugt < 1,4 mm aufweist und eine Zugfestigkeit Rm von 400 bis 500 mPA und eine Streckgrenze von Re ≥ 340 mPA aufweist.Furthermore, the object of the invention is achieved by a hot strip that is produced by a method according to one of
Der Beschreibung der Erfindung sind drei Figuren beigefügt.
-
1 : Beispiel einer Gießwalzanlage; -
2 : Beispielhafter Temperaturverlauf eines Warmbandes aus einem Feinkornwerkstoff im Prozessverlauf; und -
3 : Umformgrade im Prozessverlauf -
4 :- a) herkömmliches Gefüge eines Feinkornstahls;
- b) Gefüge mit erfindungsgemäßem Verfahren.
-
1 : Example of a casting and rolling plant; -
2 : Exemplary temperature profile of a hot strip made of a fine-grain material during the course of the process; and -
3 : degrees of deformation in the course of the process -
4 :- a) conventional structure of a fine-grain steel;
- b) Microstructure using the method according to the invention.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Figuren detailliert beschrieben. Gleiche technische Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.The invention is described in detail below with reference to the figures. The same technical elements are provided with the same reference symbols in all figures.
In Tabelle 1 ist beispielhaft eine Analyse eines Feinkornwerkstoffs dargestellt. Die bei dieser Analyse technisch möglichen Umformgrade in den einzelnen Abnahmestichen und ein beispielhafter Ist-Umformgrad sind in dem Diagramm der
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Stranggießanlagecontinuous caster
- 22
- OfenOven
- 33
- Vorwalzstraßeroughing mill
- 44
- OfenOven
- 55
- Fertigwalzgerüstfinishing stand
- 66
- Kompaktkühlungcompact cooling
- 77
- Haspelreel
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