DE10137823C2 - Verfahren zum Herstellen von Bändern aus einem metallischen Verbundwerkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bändern aus metallischem Verbundwerkstoff. Im Zuge der Herstellung solcher Bänder wird eine metallische Trägerschicht ein- oder beidseitig mit mindestens einer Deckschicht versehen. Der so erhaltene Verbundwerkstoff weist Eigenschaftskombinationen auf, die bei konventionell erzeugten einlagigen Werkstoffen gar nicht oder nur unter erheblichen Schwierigkeiten erzeugt werden können. Das Aufbringen der Deckschicht auf das Trägermaterial kann dabei durch Walzplattieren oder andere bekannte Verfahren erfolgen. So läßt sich beispielsweise auf einer aus einem konventionellen Kaltbandstahl bestehenden dickeren Trägerschicht eine sehr viel dünnere Deckschicht aus einem austenitschen Edelstahl aufbringen, um die Verformbarkeit der Trägerschicht mit der Korrosionsbeständigkeit der Deckschicht zu vereinigen.

Im Zuge seiner Verarbeitung wird der Verbundwerkstoff regelmäßig einer Kaltwalzung unterzogen, um ihn einerseits auf die geforderte Dicke des Bandes zu bringen und andererseits hinsichtlich seiner Beschaffenheit so einzustellen, daß das fertig hergestellte Band die an seine Eigenschaften gestellten Anforderungen erfüllt. Um eine solche Kaltwalzung sicher durchführen zu können, ist es ebenso regelmäßig notwendig, den Verbandwerkstoff einer Glühung zu unterziehen. Abhängig vom Verfestigungsverhalten und den für das fertige Band angestrebten Eigenschaften kann diese Glühung vor und/­ oder nach der Kaltwalzung erforderlich sein. Bei einer mehrstufig erfolgenden Kaltwalzung muß gegebenenfalls zwischen den einzelnen Kaltwalzschritten eine Glühbehandlung durchgeführt werden.

Neben der Erzeugung eines für das Kaltwalzen geeigneten Zustands des Verbundwerkstoffs besteht der Zweck der Glühbehandlung darin, bestimmte Eigenschaften des fertig kaltgewalzten Bandes gezielt einzustellen. In der Praxis zeigt sich jedoch, daß sich Verbundwerkstoffe der in Rede stehenden Art nur schwer oder gar nicht mit befriedigenden Ergebnissen glühen lassen.

Aus der DE 199 42 234 C1 ist es ebenso bekannt, zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes mit hoher Hitze- und Abrasionsbeständigkeit auf einen Grundwerkstoff zumindest einseitig eine Schicht aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung aufzubringen. Das so zusammengeführte Verbundmaterial wird dann durch Kalt- oder Warmverformung in die gewünschte Form gebracht und anschließend einer Diffusionsglühung bei einer Temperatur oberhalb von 600°C unterzogen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich das in Verbindung mit seinem Kaltwalzen erforderliche Glühen eines Verbundwerkstoffs so durchführen läßt, daß das erhaltene kaltgewalzte Band optimale Eigenschaften besitzt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik durch ein Verfahren zum Herstellen von Bändern durch Kaltwalzen und Glühen eines metallischen Verbundwerkstoffs gelöst, der aus einer aus einem ersten Metallmaterial bestehenden Trägerschicht und aus mindestens einer auf die Trägerschicht aufgebrachten metallischen Deckschicht gebildet ist, wobei erfindungsgemäß das Glühen mindestens einen Glühbehandlungsabschnitt, bei der die Trägerschicht auf Glühtemperatur gebracht wird, und einen anderen Glühbehandlungsabschnitt umfaßt, bei welcher die Eindringtiefe, über die der Verbundwerkstoff auf Glühtemperatur gebracht wird, im wesentlichen auf die Dicke der Deckschicht beschränkt ist.

Gemäß der Erfindung wird die Glühung des Verbundwerkstoffs in zwei unterschiedlichen Abschnitten durchgeführt. Im ersten Abschnitt der Glühung werden die Glühparameter dabei so gewählt, daß ein bezogen auf die Trägerschicht optimales Glühergebnis erzielt wird. Im zweiten Abschnitt wird die Glühung demgegenüber so geführt, daß die Erwärmung des Verbundmaterials im wesentlichen auf die Deckschicht beschränkt und die Trägerschicht unbeeinflußt bleibt.

Auf diese Weise wird ein beispielsweise in einem vorhergehenden Abschnitt der Glühbehandlung eingestellter Zustand der Trägerschicht sicher nicht durch die Glühbehandlung verändert, die sich auf die Deckschicht bezieht. Diese erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht es somit, daß auch solche Verbundwerkstoffe, deren einzelne Materialschichten ein hinsichtlich des Erfolgs einer Glühbehandlung bei gleichen Temperaturen sehr unterschiedliches Verhalten zeigen, in optimaler Weise geglüht werden.

Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Art und Weise des Glühens eines Verbundwerkstoffes im Zusammenhang mit dem Kaltwalzen nicht auf solche Werkstoffe beschränkt, bei denen jeweils nur eine Deckschicht auf einer Seite der Trägerschicht liegt. Vielmehr ist es möglich, auch Werkstoffe mit mehreren aufeinanderliegenden Deckschichten in erfindungsgemäßer Weise zeitlich aufeinanderfolgend so zu Glühen, daß der in der jeweils zuvor glühbehandelten Schicht erzeugte Zustand durch die gezielte Glühung der nachfolgend behandelten Schicht nicht beeinflußt wird. Wesentlich ist dazu lediglich, daß die Eindringtiefe, über die das Verbundmaterial auf Glühtemperatur gebracht wird, jeweils an die Lage und Dicke der Schicht angepaßt wird, die im jeweiligen Abschnitt der Glühbehandlung auf Glühtemperatur gebracht werden soll.

Abhängig von der jeweils verfahrens- oder eigenschaftsbedingten Notwendigkeit kann das Glühen jeweils vor, nach oder sowohl vor und nach dem Kaltwalzen durchgeführt werden. Muß der Verbundwerkstoff in mehreren Schritten kaltgewalzt werden, so kann erforderlichenfalls eine erfindungsgemäße Glühung auch zwischen mindestens einem der einzelnen Kaltwalzschritte durchgeführt werden.

Die erfindungsgemäße Glühbehandlung wird bevorzugt so durchgeführt, daß zunächst die im Innern des Verbundmaterials liegende Schicht geglüht wird. In der Regel wird es sich dabei um die im Verhältnis zu den Deckschichten üblicherweise dickere Trägerschicht handeln. Diese wird gemäß einer besonders praxisgerechten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise als erstes auf Glühtemperatur gebracht. Dazu kann beispielsweise eine Durchlaufglühe oder eine Haubenglühe eingesetzt werden. In diesen Öfen wird der Verbundwerkstoff bzw. das daraus gewalzte Band über seinen gesamten Querschnitt auf die für die Trägerschicht optimale Glühtemperatur gebracht. Anschließend erfolgt dann die Glühung der jeweiligen Deckschicht. Diese Vorgehensweise erweist sich insbesondere dann als zweckmäßig, wenn die Trägerschicht sowohl auf ihrer Ober- als auch auf ihrer Unterseite mit einer Deckschicht versehen ist.

Die zweite, auf die Deckschicht bezogene Glühbehandlung läßt sich grundsätzlich ebenfalls im Durchlauf- oder Haubenglühofen durchführen, wobei wegen der kurzen Einwirkdauer und der höheren Temperaturen in der Regel das Durchlaufglühen bevorzugt wird.

Noch effektiver läßt sich der auf die einzelnen Deckschichten beziehende Abschnitt der Glühbehandlung mit solchen Erwärmungseinrichtungen durchführen, bei denen sich die Tiefe der erwärmten Materialschicht exakt steuern läßt. So eignen sich für die Erwärmung der Deckschicht beispielsweise an sich bekannte Laserbelichtungseinrichtungen, mit denen sich die zu erwärmenden Schichten in kürzester Zeit hochkonzentriert auf Glühtemperatur bringen lassen. Die Eindringtiefe der Erwärmung läßt sich dabei durch die ausgebrachte Laserenergie, die Einwirkzeit sowie die Strahlbeschaffenheit (z. B. Stärke der Fokussierung) exakt steuern.

Eine alternative Möglichkeit der Erwärmung der auf der Trägerschicht liegenden Schichten besteht in der Verwendung einer Induktionserwärmungseinrichtung. Bei solchen Einrichtungen läßt sich die eingebrachte Wärmemenge in Abhängigkeit von der Stärke des elektromagnetischen Feldes direkt steuern. Ebenso läßt sich die Tiefe, über welche die Erwärmung wirksam wird, durch Einstellung der Frequenz des Feldes exakt beeinflussen.

Grundsätzlich kann auch mit derartigen Einrichtungen der sich auf die Glühung der Deckschicht beziehende Abschnitt der Glühbehandlung im Durchlauf oder stoßweise erfolgen. Insbesondere bei Verwendung solcher Einrichtungen, bei denen die Erwärmung jeweils nur auf einen bestimmten Bereich des jeweiligen Werkstücks beschränkt durchgeführt werden kann, kann dabei die Glühbehandlung abschnittsweise aufeinanderfolgend durchgeführt werden, so daß im Ergebnis das Verbundmaterial Abschnitt für Abschnitt über seine gesamte Länge geglüht wird.

Wesentlich für die Anwendung der Erfindung ist, daß die Abfolge der einzelnen Glühbehandlungsschritte stets so gewählt wird, daß im jeweiligen Behandlungsabschnitt das Material derjenigen Schichten des Verbundmaterials, die momentan nicht von der Glühung erfaßt werden sollen, weder beschädigt, aufgeschmolzen oder in ihrer Struktur so verändert werden, daß negative Änderungen ihrer Eigenschaften eintreten, die in einem weiteren Glühbehandlungsschritt nicht mehr behoben werden können.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Glühen von in Form eines Bandes angeliefertem metallischen Verbundwerkstoff in seitlicher Ansicht,

Fig. 2 die Vorrichtung in einem Schnitt entlang der in Fig. 1 eingetragenen Schnittlinie X-X.

Die Vorrichtung 1 zum Glühen eines in Form eines Bandes angelieferten Verbundmaterials 2 umfaßt einen Durchlaufglühofen 3 und eine in Förderrichtung F des Verbundmaterials 2 hinter dem Durchlaufglühofen 3 positionierte Glüheinrichtung 4, die mit Laserlichtquellen 5, 6 zum Belichten der Oberseite 7 bzw. der Unterseite 8 des Verbundmaterials 2 ausgestattet ist.

Das Verbundmaterial 2 besteht aus einer ca. 2 mm dicken Trägerschicht 9, die beispielsweise aus einem konventionellen Stahl St12 gebildet sein kann. Auf die Oberseite der Trägerschicht 9 ist eine erste aus einem austenitischen Edelstahl gebildete Deckschicht 10 beispielsweise durch Walzplattieren aufgebracht, deren Dicke d ca. 0,1 mm beträgt. Genauso ist die Unterseite der Trägerschicht 9 mit einer 0,1 mm starken Deckschicht 11 aus demselben austenitischen Edelstahl versehen.

Die in der Glüheinrichtung 4 vorgesehenen Laserlichtquellen 5, 6 sind mittels nicht dargestellter Stelleinrichtungen quer zur Förderrichtung F über die Breite B des Vormaterials 2 verstellbar.

Zum Glühen des Vormaterials 2 vor dem Eintritt in ein ebenfalls nicht dargestelltes Kaltwalzgerüst durchläuft das Vormaterial 2 zunächst den Durchlaufglühofen 3. Die Glühtemperatur T, auf die das Vormaterial 2 im Durchlaufglühofen 3 über seinen gesamten Querschnitt erwärmt wird, und die Durchlaufgeschwindigkeit v, sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß die Trägerschicht 9 nach dem Verlassen des Durchlaufglühofens 3 einen für das Kaltwalzergebnis optimalen Gefügezustand aufweist.

In der anschließend durchlaufenen Glüheinrichtung 4 wird der zweite Abschnitt der Glühbehandlung des Verbundmaterials 2 durchgeführt. Zu diesem Zweck werden die Laserlichtquellen 5, 6 bei laufend weitergefördertem Vormaterial 2 regelmäßig über die Breite B des Vormaterials 2 bewegt. Der von ihnen jeweils abgegebene Laserstrahl Lo bzw. Lu überstreicht dabei jeweils einen Streifenabschnitt des Verbundmaterials 2. Die hin- und hergehende Querbewegung der Laserlichtquellen 5, 6 und die Transportgeschwindigkeit des Verbundmaterials 2 sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß eine gleichmäßige Belichtung des Verbundmaterials 2 über dessen gesamte Länge gewährleistet ist. Gleichzeitig ist die von den Laserlichtquellen 5, 6 abgegebene Energie so eingestellt, daß nur die Deckschichten 10, 11 auf die für den angestrebten Gefügezustand der Deckschichten 10, 11 erforderliche Glühtemperatur gebracht werden. Die im Grenzbereich zwischen der Trägerschicht 9 und den Deckschichten 10, 11 durch Wärmewanderung hervorgerufene Erwärmung der Trägerschicht 9 bleibt so gering, daß keine nennenswerte Veränderung ihrer Gefügestruktur eintritt.

Auf diese Weise befinden sich sowohl die Trägerschicht 9 als auch die Deckschichten 10, 11 bei ihrem Eintritt in das nicht dargestellte Kaltwalzgerüst in einem für das Kaltwalzen optimalen Zustand. In gleicher Weise kann nach dem Kaltwalzen eine weitere erfindungsgemäß in zwei Abschnitten erfolgende Glühung des dann zu Kaltband gewalzten Verbundmaterials 2 durchgeführt werden, um im Zuge des Kaltwalzens eingetretene unerwünschte Gefügeveränderungen zu beseitigen.

Alternativ zur voranstehend anhand der Figuren erläuterten Vorgehensweise kann die Glühbehandlung des bandförmig angelieferten Verbundmaterials 2 auch wie folgt erfolgen:
Das bandförmige Verbundmaterial 2 wird zu Coils gewickelt in einer Haubenglühe bei 650°C für einige Stunden bis zur vollständigen Rekristallisation geglüht. Anschließend wird das Verbundmaterial 2 zum Glühen der Deckschichten 10, 11 für eine Minute in einem Durchlaufglühofen auf Temperaturen um 1100°C erwärmt. Auf diese Weise wird in den Deckschichten 10, 11 ein lösungsgeglühter Zustand erzeugt, während die Trägerschicht 9 in ihrem zuvor eingestellten Gefügezustand verharrt.

BEZUGSZEICHEN

1

Vorrichtung zum Glühen eines Verbundmaterials

2

Verbundmaterial

3

Durchlaufglühofen

4

Glüheinrichtung

5

,

6

Laserlichtquellen

7

Oberseite des Verbundmaterials

2

8

Unterseite des Verbundmaterials

2

9

Trägerschicht des Verbundmaterials

2

10

obere Deckschicht des Verbundmaterials

2

11

untere Deckschicht des Verbundmaterials

2

B Breite des Vormaterials

2

F Förderrichtung des Vormaterials

2

Lo, Lu Laserstrahlen
T Glühtemperatur des Durchlaufofens

3

V Durchlaufgeschwindigkeit, mit der das Vormaterials

2

den Durchlaufofen

3

durchläuft.

Claims (11)

1. Verfahren zum Herstellen von Bändern durch Kaltwalzen und Glühen eines metallischen Verbundwerkstoffs (2), der aus einer aus einem ersten Metallmaterial bestehenden Trägerschicht (9) und aus mindestens einer auf die Trägerschicht aufgebrachten metallischen Deckschicht (10, 11) gebildet ist, wobei das Glühen mindestens eine erste Glühbehandlung, bei der die Trägerschicht (9) auf Glühtemperatur gebracht wird, und eine zweite Glühbehandlung umfaßt, bei welcher die Eindringtiefe, über die der Verbundwerkstoff auf Glühtemperatur gebracht wird, im wesentlichen auf die Dicke (d) der Deckschicht (10, 11) beschränkt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühen vor dem Kaltwalzen durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltwalzen in mehreren Schritten durchgeführt wird und das Glühen zwischen mindestens einem der Kaltwalzschritte erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühen nach dem Kaltwalzen erfolgt.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Glühbehandlung in einem Durchlaufglühofen (3) durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Glühbehandlung in einem Haubenglühofen durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Glühbehandlung mit Hilfe einer Laserbelichtungseinrichtung (5, 6) durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Glühbehandlung mit Hilfe einer Induktionserwärmungseinrichtung durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Glühbehandlung im Durchlauf erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Glühbehandlung bei stillstehendem Verbundwerkstoff (2) erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Durchführung der zweiten Glühbehandlung verwendete Einrichtung den Verbundwerkstoff abschnittsweise auf Glühtemperatur erwärmt.