DE102009036378A1

DE102009036378A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines mikrolegierten Stahls, insbesondere eines Röhrenstahls

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Publication number: DE102009036378A1
Application number: DE102009036378A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Seidel; Joachim Dr. Ohlert
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2011-02-17
Also published as: CN102549173B; EP2462248A1; JP6033681B2; RU2491356C1; WO2011015365A1; US20120160377A1; EP2462248B1; CN102549173A; KR20120047950A; JP2013501144A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mikrolegierten Stahls, insbesondere eines Röhrenstrahls, wobei eine gegossene Bramme (1) eine Anlage (2) durchläuft, die in Förderrichtung (F) der Bramme (1) in dieser Reihenfolge eine Gießmaschine (3), einen ersten Ofen (4), mindestens ein Vorwalzgerüst (5), einen zweiten Ofen (6), mindestens ein Fertigungswalzgerüst (7) und eine Kühlstrecke (8) aufweist, wobei das Verfahren umfasst: a) Definition eines gewünschten Temperaturprofils für die Bramme (1) über deren Lauf durch die Anlage (2); b) Positionieren mindestens eines temperaturbeeinflussenden Elements (9, 10) zur Temperierung der Bramme (1) gemäß dem definierten Temperaturprofil in die Prozesslinie (L) der Anlage (2), wobei das temperaturbeeinflussende Element (9, 10) zwischen den ersten Ofen (4) und das mindestens eine Vorwalzgerüst (5) und/oder zwischen den zweiten Ofen (6) und das mindestens eine Fertigwalzgerüst (7) eingebracht wird; c) Produktion der Bramme (1) in der so konfigurierten Anlage (2), wobei das mindestens eine temperaturbeeinflussende Element (9, 10) so betrieben wird, dass das definierte Temperaturprofil zumindest weitgehend eingehalten wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anlage zum Herstellen eines mikrolegierten Stahls.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mikrolegierten Stahls, insbesondere eines Röhrenstahls, wobei eine gegossene Bramme eine Anlage durchläuft, die in Förderrichtung der Bramme in dieser Reihenfolge eine Gießmaschine, einen ersten Ofen, mindestens ein Vorwalzgerüst, einen zweiten Ofen, mindestens ein Fertigwalzgerüst und eine Kühlstrecke aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anlage zum Herstellen eines mikrolegierten Stahls.
Für die Herstellung eines Bandes sind im Stand der Technik diverse Möglichkeiten beschrieben, die nach dem gattungsgemäßen Verfahren arbeiten. Beispielsweise wird auf die US 2005/0115649 A1 , auf die WO 2009/012963 A1 , auf die WO 2007/073841 A1 , auf die WO 2009/027045 A1 , auf die EP 0 611 610 B1 und auf die EP 1 860 204 A1 hingewiesen.
Thermomechanisches Walzen ist ein etabliertes Verfahren. Mikrolegierte Stähle haben im Laufe der letzten Zeit zunehmend an Bedeutung gewonnen. Dabei sind Röhrenstähle (nach API Specification 5L) eine der wichtigsten Untergruppen innerhalb der mikrolegierten Stähle. Der Bedarf an diesen Stählen nimmt stetig zu.
Der größte Teil der Röhrenstähle wird auf Grobblechwalzwerken produziert. Allerdings lassen sich Röhrenstähle insbesondere bei nicht zu großen Enddicken und Endbreiten ebenso auch auf Warmbreitbandstraßen, sog. CSP-Anlagen und anderen Einrichtungen zum Warmwalzen herstellen.
Besonderes Augenmerk ist bei der Herstellung von mikrolegierten Stählen im Allgemeinen und von Röhrenstählen im Besonderen auf den Temperaturverlauf als Funktion der Zeit (bzw. als Funktion des Orts innerhalb der Fertigungsanlage) zu richten. Dieser Verlauf beeinflusst in Kombination mit der Abnahmeverteilung in entscheidendem Maße die Entwicklung der Mikrostruktur und bestimmt somit mechanische und technologische Eigenschaften des Stahls. Aus diesem Grunde verwendet man beispielsweise leistungsstarke Kühleinrichtungen hinter der Fertigstraße, mittels derer der gewünschte Temperaturverlauf eingestellt werden kann.
Nachteilig ist, dass vorbekannte Fertigungseinrichtungen und Verfahrensweisen nicht optimal geeignet sind, um bei der Fertigung von mikrolegierten Stählen, insbesondere von Röhrenstählen, flexibel auf die jeweiligen Ausgangsbedingungen und Anforderungen zu reagieren, um diese Stahlsorten mit einem weitgehend frei wählbaren Temperaturprofil über der Zeit bzw. über dem Förderweg zu fertigen. Damit ist es nicht optimal möglich, die Gefügeentwicklung im Stahl zu kontrollieren und zu beeinflussen. Die flexible Herstellung des genannten Stahls hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung und Abmessungen ist daher eingeschränkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. mit der es möglich ist, die genannten Nachteile zu überwinden. Demgemäß soll eine verbesserte Steuerung des Verlaufs der Temperatur gemäß einem gewünschten Profil über der Zeit bzw. über dem Förderweg möglich sein, um so die Gefügeentwicklung besser kontrollieren und steuern zu können. Weiterhin soll damit eine flexiblere Fertigung von mikrolegierten Stählen, insbesondere von Röhrenstählen, möglich werden.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß durch die Abfolge der folgenden Schritte gekennzeichnet:

a) Definition eines gewünschten Temperaturprofils für die Bramme über deren Lauf durch die Anlage;
b) Positionieren mindestens eines temperaturbeeinflussenden Elements zur Temperierung der Bramme gemäß dem definierten Temperaturprofil in die Prozesslinie der Anlage, wobei das temperaturbeeinflussende Element zwischen den ersten Ofen und das mindestens eine Vorwalzgerüst und/oder zwischen den zweiten Ofen und das mindestens eine Fertigwalzgerüst eingebracht wird;
c) Produktion der Bramme bzw. des Bandes in der so konfigurierten Anlage, wobei das mindestens eine temperaturbeeinflussende Element so betrieben wird, dass das definierte Temperaturprofil zumindest weitgehend eingehalten wird.

Als temperaturbeeinflussendes Element kommt dabei gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ein weiterer Ofen zum Einsatz. Dies kann ein Induktionsofen oder ein Ofen sein, der durch direkte Flammenbeaufschlagung (DFI-Oxyfuel-Ofen) die Bramme erhitzt. In letzterem Falle ist bevorzugt vorgesehen, dass die direkte Flammenbeaufschlagung der Bramme durch einen Gasstrahl mit mindestens 75% Sauerstoff erfolgt, in den ein gasförmiger oder flüssiger Brennstoff gemischt wird. Als weiterer Ofen kann auch ein Ausgleichsofen, ein Rollenherdofen oder ein Hubbalkenofen bzw. Stoßofen verwendet werden.
Als temperaturbeeinflussendes Element kann auch eine weitere Kühlstrecke verwendet werden. Bei dieser kann es sich beispielsweise um eine Intensivkühlstrecke oder um eine laminare Bandkühlstrecke handeln.
Als temperaturbeeinflussendes Element kann schließlich auch ein temperaturdämmendes Element verwendet werden (Rollgangskapselung).
Das Temperaturprofil wird dabei bevorzugt unter Zugrundelegung eines Gefügemodells ermittelt. Das Gefügemodell legt dabei bevorzugt folgende Parameter fest und/oder überwacht sie: das Temperaturprofil über der Zeit bzw. der Stichanzahl, die Abnahmeverteilung über der Zeit bzw. der Stichanzahl, die Halte- bzw. Pendelzeiten, die Walzgeschwindigkeiten und Transportgeschwindigkeiten und/oder die Heiz- und Kühlintensitäten.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass durch Verwendung eines temperaturbeeinflussenden Elements in Form einer Kühlung eine so niedrige Einlauftemperatur in das mindestens eine Fertigwalzgerüst erreicht wird, so dass dort die Rekristallisation und das Kornwachstum weitgehend unterbleiben, wobei das Temperaturniveau zwischen dem Einlauf in das mindestens eine Vorwalzgerüst und dem Einlauf in das temperaturbeeinflussenden Elements in Form einer Kühlung entweder

a) insbesondere für Röhrenstähle mit niedrigen Gehalten an Mikrolegierungselementen und geringen Brammendicken mittels eines temperaturbeeinflussenden Elements in Form einer Kühlung abgesenkt wird, um die Korngröße beim Einlauf in die Fertigwalzstraße zu reduzieren, oder
b) insbesondere für Röhrenstähle mit hohen Gehalten an Mikrolegierungselementen und großen Brammendicken mittels eines temperaturbeeinflussenden Elements in Form einer Heizung erhöht wird, um eine vollständige Rekristallisation beim Vorwalzen zu gewährleisten, oder
c) lediglich ausgeglichen und ansonsten unverändert belassen wird.

Möglich ist es gemäß einer Weiterbildung ferner, dass durch Verwendung eines temperaturbeeinflussenden Elements in Form einer Heizung eine so hohe Einlauftemperatur in das mindestens eine Fertigwalzgerüst erreicht wird, so dass dort die Rekristallisation vollständig abläuft und entweder

a) aufgrund der hohen Temperaturen und Abnahmen bereits während der ersten Fertigstiche erfolgt und sodann von einer Akkumulation von Verformung in den letzten Fertigstichen gefolgt wird oder
b) aufgrund moderater Temperaturen und Abnahmen erst während der letzten Fertigstiche erfolgt, nachdem zuvor eine Akkumulation von Verformung stattgefunden hat.

Die Anlage zum Herstellen eines mikrolegierten Stahls, insbesondere eines Röhrenstahls, die in Förderrichtung einer Bramme in dieser Reihenfolge eine Gießmaschine, einen ersten Ofen, mindestens ein Vorwalzgerüst, einen zweiten Ofen, mindestens ein Fertigwalzgerüst und eine Kühlstrecke aufweist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Ofen und dem mindestens einen Vorwalzgerüst und/oder zwischen dem zweiten Ofen und dem mindestens einen Fertigwalzgerüst ein temperaturbeeinflussendes Element zur Temperierung der Bramme in die Prozesslinie wahlweise einbringbar ist, wobei das temperaturbeeinflussende Element auswählbar ist aus einem der Elemente: ein weiterer Ofen, eine weitere Kühlstrecke, ein temperaturdämmendes Element.
Eine Fortbildung sieht vor, dass mindestens eines der temperaturbeeinflussenden Elemente weiterer Ofen, weitere Kühlstrecke und temperaturdämmendes Element so querverschieblich zur Förderrichtung der Bramme angeordnet ist, dass eines der Elemente wahlweise in die Prozesslinie eingebracht werden kann.
Mindestens eines der Elemente weiterer Ofen, weitere Kühlstrecke und temperaturdämmendes Element kann dabei so um eine in Förderrichtung weisende Drehachse verschwenkbar angeordnet sein, dass eines der Elemente wahlweise in die Prozesslinie eingebracht werden kann.
Mit der vorgeschlagenen Lösung wird eine verbesserte Herstellung von mikrolegierten Stählen, insbesondere von Röhrenstählen (wie beispielsweise X52 ... X120) möglich, was zu günstigen Eigenschaftskombinationen führt. Optimale Werte von Festigkeit und Zähigkeit sowie eine maximale Flexibilität hinsichtlich der verwendeten chemischen Zusammensetzungen wie auch der Abmessungen des Endprodukts werden durch eine gezielte Steuerung des Temperaturverlaufs erreicht. Die aufgrund der bislang üblichen Prozessführung vorhandenen Einschränkungen lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag weitgehend aufheben. In sehr vorteilhafter Weise wird das Fahren eines gewünschten Temperatur-Zeit-Verlaufs bei der Herstellung des Stahls erreicht, was es erlaubt, Röhrenstahl mit höchster Qualität zu produzieren.
Nach der vorgeschlagenen Vorgehensweise kann die Temperatur sowohl vor der Vorstraße als auch zwischen der Vorstraße und der Fertigstraße entweder angehoben, konstant gehalten oder abgesenkt werden. Es wird also ein Höchstmaß an Flexibilität hinsichtlich der Temperaturführung erreicht, was nicht nur die grundsätzliche Möglichkeit der Herstellung von Röhrenstählen eröffnet, sondern darüber hinaus je nach Anforderung unterschiedliche Verfahrenswege zur Herstellung dieser Stahlsorte und die Einstellung unterschiedlicher Werkstoffeigenschaften ermöglicht.
Ferner können viele andere Stahlsorten, bei denen der Temperaturverlauf eine wichtige Rolle spielt, deutlich problemloser und in bestimmten Fällen mit verbesserten Eigenschaften hergestellt werden, wie dies beispielsweise für Mehrphasenstähle und alle Sorten mikrolegierter Stähle der Fall ist.
Schließlich können mit Hilfe der veränderten Temperaturverläufe veränderte Abnahmeverteilungen angewendet und insbesondere höhere Abnahmen durchgeführt werden. Das hat auch geringere erreichbare Enddicken bei allen Stahlsorten oder aber zusätzliche Freiräume bei der Anlagenauslegung zur Folge.
Die Verwendung effektiver Heizungen (induktiver Heizungen oder Öfen nach dem DFI-Oxyfuel-Verfahren) und/oder der Einsatz einstellbarer intensiver Kühlungen (z. B. an Stelle des Pendelns von Vorbändern an der Luft) vergrößern weiterhin die Gesamtproduktivität der Anlage bzw. sie vereinfachen den Produktionsablauf.
Mithin ermöglicht die vorgeschlagene Verfahrensweise bzw. Vorrichtung eine gezielte Beeinflussung der Temperatur der Bramme vor der Vorwalzung in Abhängigkeit von Materialanalysen, Materialabmessungen und Materialeigenschaften. Gleichermaßen ist eine gezielte Beeinflussung der Temperatur des Vorbands vor der Fertigwalzung in Abhängigkeit der Materialanalyse, von Materialabmessungen und von Materialeigenschaften möglich.
Die gezielte Steuerung der Temperaturführung während der einzelnen Prozessschritte erfolgt bevorzugt durch die Verwendung bzw. den Einsatz eines Gefügemodells. Das Gefügemodell legt dabei – wie schon erwähnt – den Verlauf folgender Parameter fest und überwacht diese:

– Temperaturprofil über der Zeit bzw. Stichanzahl,
– Abnahmeverteilung über der Zeit bzw. Stichanzahl,
– Halte- bzw. Pendelzeiten,
– Walzgeschwindigkeiten und Transportgeschwindigkeiten zur Beeinflussung des Temperaturprofils,
– Heiz- und Kühlintensitäten.

Weiterhin können eine gezielte Steuerung der verschiedenen Arten von Entfestigungsvorgängen während der einzelnen Prozessschritte und eine damit verbundene Steuerung der Materialeigenschaften erfolgen.
Das Verfahren kann für unterschiedliche thermomechanische Behandlungen eingesetzt werden.
Der Einbau einer Brammenkühlung kann vor der Vorverformung der Bramme im Vorgerüst erfolgen. Gleichermaßen kann ein Einbau einer Induktionsheizung oder einer DFI-Oxyfuel-Heizung vor der Vorverformung im Vorgerüst erfolgen.
Die verschiedenen Kühl- und Heizaggregate können durch Verschieben oder Schwenken gegeneinander ausgetauscht werden.
Es ist eine Beeinflussung der maximal erreichbaren Abnahmen und der gesamten Abnahmeverteilung durch eine gezielte Temperaturerhöhung vor der Vor- und Fertigwalzung mit Auswirkungen auf die Abmessungen und Eigenschaften des Produkts und die Anlagenauslegung möglich.
Damit erhöht sich die Produktivität der Walzanlage durch gezieltes (zusätzliches) Kühlen und/oder Heizen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 schematisch eine Gießwalzanlage in der Seitenansicht gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit Gießmaschine, erstem Ofen, Vorstraße, zweitem Ofen, Fertigstraße und Kühlstrecke(n),
2 eine zu 1 alternative Ausgestaltung der Gießwalzanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 eine zu 1 weitere alternative Ausgestaltung der Gießwalzanlage gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
4 eine zu 1 weitere alternative Ausgestaltung der Gießwalzanlage gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
5 eine zu 1 weitere alternative Ausgestaltung der Gießwalzanlage gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,
6 eine zu 1 weitere alternative Ausgestaltung der Gießwalzanlage gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel,
7 schematisch eine Gießwalzanlage in der Draufsicht gemäß einer weiteren Ausführungsform,
8 schematisch dargestellte temperaturbeeinflussende Elemente der Gießwalzanlage, gesehen in Förderrichtung der Bramme gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
9 eine zu 8 weitere alternative Ausgestaltung der temperaturbeeinflussenden Elemente gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
10 eine zu 8 weitere alternative Ausgestaltung der temperaturbeeinflussenden Elemente gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und
11 eine zu 8 weitere alternative Ausgestaltung der temperaturbeeinflussenden Elemente gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
In 1 ist eine Anlage 2 zum Gießen und Walzen in einer Linie von Röhrenstahl (nach API-Spezifikation 5L) in der Seitenansicht skizziert. Sie weist eine Gießmaschine 3 auf (vertikale Gießanlage oder Bogengießanlage), in der in bekannter Weise eine Bramme 1 durch Stranggießen hergestellt wird. Typische Abmessung der Bramme können eine Dicke zwischen 50 bis 150 mm und eine Breite zwischen 900 und 3.000 mm sein. In Förderrichtung F folgen der Gießmaschine 3 ein erster Ofen 4, eine Vorstraße zum Walzen der Bramme, wobei nur ein einziges Vorwalzgerüst 5 dargestellt ist (zuweilen sind auch mehrere Vorwalzgerüste vorgesehen), ein zweiter Ofen 6, eine Fertigstraße zum Walzen der Bramme bzw. des Bandes, wobei nur ein einziges Fertigwalzgerüst 7 dargestellt ist (zumeist sind mehrere Fertigwalzgerüste vorgesehen) und eine Kühlstrecke 8.
Vorhanden sind auch weitere Elemente, die hinsichtlich der Temperaturführung nicht bedeutend bzw. nur untergeordnet sind. Zwischen der Gießmaschine 3 und dem ersten Ofen 4 ist eine Schere 12 angeordnet, mit der die Bramme 1 auf eine gewünschte Brammenlänge abgeschnitten werden kann (alternativ kann auch eine Brennschneidanlage eingesetzt werden). Zwischen dem ersten Ofen 4 und dem Vorwalzgerüst 5 ist ein Zunderwäscher 13 angeordnet. Ein weiterer Zunderwäscher 14 befindet sich auch unmittelbar vor dem Fertigwalzgerüst 7. Hinter der Kühlstrecke 8 ist – in bekannter Weise – ein Haspel 15 vorgesehen, der das fertige Band aufwickelt.
Bei Röhrenstählen bestehen erhöhte Ansprüche bezüglich der Temperaturführung der Bramme bzw. des Bandes beim Weg durch die Anlage 2.
Vor der Fertigung des Bandes wird zunächst das gewünschte Temperaturprofil über der Zeit bzw. über dem Förderweg in Förderrichtung F bestimmt. Hierfür wird bevorzugt ein computergestütztes Gefügemodell eingesetzt, das als solches bekannt ist und das in fachmännischer Weise festlegt, wie die Temperatur der Bramme 1 bzw. des Bandes verlaufen soll, damit ein optimales Produkt gefertigt werden kann. Beispielhafte Angaben für einen solchen Temperaturverlauf finden sich weiter unten, indem für spezielle Orte der Fertigungsanlage 2 Temperaturbereiche der Bramme 1 bzw. des Bandes angegeben sind.
Abhängig von dem vorgegebenen Temperaturprofil gilt es dann, die Anlage 2 so vorzubereiten, dass das gewünschte Profil gefahren werden kann. Erfindungsgemäß erfolgt dies so, dass ein Positionieren mindestens eines temperaturbeeinflussenden Elements zur Temperierung der Bramme 1 gemäß dem definierten Temperaturprofil in die Prozesslinie der Anlage 2 erfolgt, wobei das temperaturbeeinflussende Element zwischen den ersten Ofen 4 und das mindestens eine Vorwalzgerüst 5 und/oder zwischen den zweiten Ofen 6 und das mindestens eine Fertigwalzgerüst 7 eingebracht wird.
Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist das temperaturbeeinflussende Element 9 eine Kühlstrecke, die hinter dem zweiten Ofen 6 in die Prozesslinie wirksam eingebracht ist. Bei dieser kann es sich um eine Intensivkühlung oder um eine laminare Kühlung handeln, abhängig von der benötigten Kühlleistung, die zum Erreichen des gewünschten Temperaturprofils erforderlich ist.
Nach dem Abkühlen und dem Durchlaufen des Zunderwäschers 14 erfolgt eine kontinuierliche oder reversierende Fertigwalzung in dem mindestens einen Fertigwalzgerüst 7, wobei bevorzugt eine Anzahl von Fertigwalzgerüsten vorgesehen ist, also eine Fertigwalzstaffel. Das Fertigwalzen erfolgt auf die gewünschte Fertigbanddicke und Fertigbandtemperatur, woran sich die Kühlung des Bandes in der Kühlstrecke 8 anschließt. Als letzter Schritt erfolgt das Aufwickeln des Bandes auf dem Haspel 15. Statt das fertiggewalzte Band aufzuwickeln, kann es alternativ auch direkt der Adjustage zugeführt werden.
Für die Fertigwalzung von Röhrenstahl im Rahmen einer klassischen thermomechanischen Behandlung ist ein Temperaturbereich von 850 bis 950°C hinter dem Ofen 6 und der Kühlung 9 vorgesehen. Die niedrige Einlauftemperatur gewährleistet, dass während des nahezu isothermen Walzens in der Fertigstraße Rekristallisation und Kornwachstum weitestgehend unterbleiben und nahezu die gesamte Verformung akkumuliert wird, so dass bei der folgenden Umwandlung ein sehr feinkörniges Gefüge entsteht. Weitere Voraussetzungen sind eine ausreichend niedrige Endwalztemperatur von typischerweise weniger als 820°C und eine hinreichend hohe Abkühlgeschwindigkeit in der Kühlstrecke.
Allerdings kann es zusätzlich zu der oben beschriebenen Abkühlung im Bereich zwischen Vorwalzgerüst 5 und Fertigwalzgerüst 7 notwendig werden, die Temperatur des Bandes bereits vor dem Eintritt in das Vorwalzgerüst 5 zu beeinflussen. Hierzu zeigt 2 eine Anlage 2 zur Herstellung von Röhrenstählen nach API, bei denen der hintere Teil des ersten Ofens 4 durch eine Bandkühlung 10 ersetzt wurde. Genauer gesagt wurde als temperaturbeeinflussendes Element 10 hier eine zusätzliche Kühlstrecke 10 in die Prozesslinie eingebracht.
Durch das Abkühlen der Bramme kann das Ausmaß der thermomechanischen Behandlung weiter gesteigert und das Kornwachstum zwischen Vorwalz- und Fertigwalzstraße eingeschränkt werden. Dabei muss eine vollständige Rekristallisation dennoch sichergestellt werden, weswegen diese Vorgehensweise insbesondere für Röhrenstähle mit niedrigen Gehalten an Mikrolegierungselementen und geringeren Brammendicken geeignet ist.
Bei besonders hohen Gehalten an Legierungselementen und großen Brammendicken kann hingegen sogar ein Aufheizen auf höhere Temperaturen sinnvoll sein, um höhere Umformgrade zu ermöglichen und eine vollständige dynamische oder statische Rekristallisation zu gewährleisten. Ferner kann sich die erhöhte Temperatur günstig auf den Lösungszustand der Mikrolegierungselemente auswirken. Eine Ausführungsform der Erfindung, die dies in besonders vorteilhafter Weise ermöglicht, ist in 3 dargestellt. Hier ist hinter dem ersten Ofen 4 und vor dem Vorwalzgerüst 5 ein temperaturbeeinflussendes Element 10 in Form einer Induktivheizung in die Prozesslinie eingebracht worden.
Die 4, 5 und 6 zeigen Anlagenkonzepte, bei denen vornehmlich im Vergleich mit der Lösung gemäß der 2 und 3 die vor der Fertigwalzung angeordnete Bandkühlung durch eine Induktionsheizung oder einen Ofen ersetzt wurde.
Während bisher eine klassische thermomechanische Behandlung angestrebt wurde, die eine Maximierung der akkumulierten Verformung zum Ziel hat, soll für bestimmte Stähle ein anderes Verfahren angewendet werden. Statt nach einer vollständigen Rekristallisation im Anschluss an die Vorwalzung auf eine weitere Entfestigung im Bereich der Fertigstraße zu verzichten, wird eine erneute Rekristallisation angestrebt. Diese Rekristallisation erfordert hohe Temperaturen, die besonders vorteilhaft durch eine Induktionsheizung oder einen DFI-Oxyfuel-Ofen erzeugt werden können. Dabei kann die Rekristallisation bei besonders hohen Temperaturen und Umformgraden bereits während der ersten Fertigstiche erfolgen und von einer anschließenden Akkumulation von Verformung in den letzten Fertigstichen gefolgt werden, oder aber eine dynamische Rekristallisation tritt bei weniger hohen Temperaturen und Umformgraden erst während der letzten Fertigstiche auf, nachdem eine Akkumulation von Verformung in den ersten Fertigstichen stattgefunden hat. In beiden Fällen führt die Temperaturerhöhung im Vergleich zur klassischen thermomechanischen Behandlung beispielsweise gemäß der Lösungen nach den 1, 2 und 3 dazu, dass der maximal mögliche Umformgrad ansteigt, während der zum Auslösen von Rekristallisation benötigte Umformgrad sinkt, so dass die Tendenz zur Entfestigung deutlich zunimmt.
Durch die erfindungsgemäße Erweiterung der Möglichkeiten zur Temperaturbeeinflussung können bisher widersprüchliche Anforderungen an den Temperaturverlauf in den einzelnen Anlagenzonen erfüllt werden, so dass in jeder einzelnen Zone der im Hinblick auf die Produkteigenschaften optimale Prozessverlauf ermöglicht wird, d. h. das Fahren eines optimal gewählten Temperaturverlaufs in der Bramme bzw. im Band entlang der Förderrichtung F. Eine flexible Anpassung an gewünschte Materialeigenschaften oder Materialabmessungen oder unterschiedliche Materialanalysen sind hierdurch gegeben.
Gleichzeitig ist die Beeinflussung der Temperaturführung ein leistungsfähiges Werkzeug, um die Last- und Abnahmeverteilung in Vor- und Fertiggerüsten zu beeinflussen, was dazu genutzt werden kann, die minimal erreichbaren Enddicken zu reduzieren oder aber bei der Auslegung auf kleinere Aggregate zurückzugreifen.
Die Beschreibung der vielfältigen Auswirkungen des Temperaturverlaufs auf die Mikrostruktur veranschaulicht, dass eine Kontrolle der Gefügeentwicklung jederzeit notwendig ist und dass das Walzen von Röhrenstählen gemäß der vorgeschlagenen Vorgehensweise insbesondere dann zu den gewünschten mechanischen Eigenschaften führt, wenn der Prozess von einem geeigneten Gefügemodell überwacht und/oder gesteuert bzw. geregelt wird.
Bei der Walzung von Normalstahl auf der gleichen Anlage werden vor der Fertigstraße im Regelfall Temperaturen von ca. 1.000 bis 1.150°C verwendet, in besonderen Fällen aber auch höhere oder niedrigere. Die Notwendigkeit zur Einstellung abweichender Temperaturen steigt mit der Komplexität des Legierungskonzepts. Für Mehrphasenstähle und verschiedene mikrolegierte Stähle ist diese Vorgehensweise in besonderem Maße vorteilhaft. Mit dem vorgeschlagenen Anlagenkonzept lassen sich Bramme, Dünnbramme, Zwischenband, Band und Blech in den meisten Fällen auf das angestrebte Temperaturniveau bringen, so dass keinerlei Restriktionen hinsichtlich der geforderten Materialeigenschaften bestehen.
Für eine optimale Anpassung an die jeweiligen Prozessbedingungen ist vorgesehen, dass die Bandkühlung 9 (in den 1, 2 und 3) und die Induktionsheizung 10 (in 3 und in 5) bzw. 9 (in 4) in Richtung quer zur Förderrichtung F verschiebbar bzw. schwenkbar ausgeführt sind und entweder das eine oder das andere Aggregat 9, 10 aktiviert werden kann.
Analog kann gemäß 6 alternativ zu 4 statt der Bandkühlung 10 bzw. der Induktionsheizung 9 ein konventioneller Ausgleichsofen 9, 10 in die Prozesslinie eingefahren werden. Dies gilt für die verschiedenen Aggregate vor und hinter der Vorwalzanlage.
Die Gießmaschine 3 kann in der Prozesslinie mit der Walzstraße 5 stehen oder von ihr örtlich getrennt angeordnet sein. Hierzu wird auf 7 hingewiesen, wo in der Draufsicht ein entsprechendes Beispiel zu sehen ist. Hier sind zwei obere Gießmaschinen 3' parallel zueinander angeordnet, hinter denen die Bramme mittels Brennschneidemaschinen 12' auf eine gewünschte Länge abgetrennt werden. Mittels eines Hubbalkenofens 4' oder Stoßofens kann die Bramme 1 von den oberen beiden Prozesslinien L auf die untere Prozesslinie L in Querrichtung Q zur Förderrichtung F verschoben werden; in der unteren Prozesslinie befinden sich die weiteren Anlagenteile für die Fertigung des Bandes. Die untere Prozesslinie L weist ebenfalls eine Gießmaschine 3 auf, hinter der eine Schere 12 angeordnet ist.
Durch die Öfen 4, 4' wird die Bramme 1 auf eine Vorwalztemperatur von ca. 1.100 bis 1.200°C aufgeheizt. Nach dem Zunderwäscher 13 erfolgt die Vorwalzung an einem oder alternativ an mehreren Vorwalzgerüsten 5 kontinuierlich oder reversierend auf eine Zwischendicke.
Mit der Wahl der Walzgeschwindigkeit am Vorwalzgerüst 5 kann auch die Ofeneinlauftemperatur beeinflusst werden.
Hinter dem Vorwalzgerüst 5 ist ein zweiter Ofen 6 als Halteofen angeordnet. Der Halteofen 6 bietet ausreichend Platz, um eine im Vorwalzgerüst 5 umgeformte Dünnbramme vollständig aufnehmen zu können. Es kann auch ein kurzes Pendeln der umgeformten Dünnbramme im Ofen 6 stattfindet.
Statt eines Halteofens 6 kann hier auch eine Rollgangskapselung oder ein normaler Rollgang angeordnet sein. Im Anschluss an den Ofen 6 bzw. an die Rollgangskapselung ist ein temperaturbeeinflussendes Element 9 in Form einer Kühlstrecke in der Prozesslinie L positioniert, mit der die Bramme 1 auf die gewünschte Temperatur vor der Fertigwalzung im Fertigwalzgerüst 7 gebracht werden kann. Alternativ kann sich die Bandkühlung 9 auch vor dem Halteofen bzw. vor der Rollgangskapselung befinden.
Details zum Austausch der verschiedenen Aggregate durch seitliches Verschieben oder Hinein- bzw. Hinausschwenken der temperaturbeeinflussenden Elemente 9, 10 sind in den 8 bis 11 skizziert. Gegebenenfalls kann darüber hinaus durch geeignete Verfahreinrichtungen dafür gesorgt werden, dass sich drei verschiedene Aggregate einen Platz in der Prozesslinie teilen.
In 8 ist zu sehen, wie alternativ ein zusätzlicher Ofen (links in 8) oder ein Induktionsofen (rechts in 8) durch Verschieben in die Querrichtung Q in die Prozesslinie L gefahren werden kann. Ausweichpositionen 16, 16' beiderseits der Prozesslinie L erlauben die gleichzeitige Verschiebung der beiden Öfen von der dargestellten Stellung nach rechts und umgekehrt.
Die analoge Situation ist in 9 für alternativ in die Prozesslinie L einbringbare temperaturbeeinflussende Elemente 9, 10 in Form einer Kühlung (links in 9) und eines Induktionsofens (rechts in 9) skizziert. Wiederum gilt das Analoge gemäß 10 für einen Rollenherdofen (links) und eine Brammenkühlung (rechts).
In 11 ist zu sehen, dass ein temperaturbeeinflussendes Element 9 in Form eines Kühlbalkens um eine Drehachse 11 verschwenkt werden kann, um es in Eingriff oder außer Eingriff zu bringen. Indes wird der Induktionsofen 10 wiederum querverschieblich in Richtung Q angeordnet, um – wenn er außer Eingriff gebracht werden soll – ihn in die Ausweichposition 16' zu verfahren.
Bezugszeichenliste

1: Bramme (Band)
2: Anlage
3: Gießmaschine
3': Gießmaschine
4: erster Ofen
4': Hubbalkenofen oder Stoßofen
5: Vorwalzgerüst
6: zweiter Ofen
7: Fertigwalzgerüst
8: Kühlstrecke
9: temperaturbeeinflussendes Element
10: temperaturbeeinflussendes Element
11: Schwenkachse
12: Schere
12': Brennschneidanlage
13: Zunderwäscher
14: Zunderwäscher
15: Haspel
16: Ausweichposition
16': Ausweichposition
F: Förderrichtung
Q: Querverschieberichtung
L: Prozesslinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2005/0115649 A1 [0002]
- WO 2009/012963 A1 [0002]
- WO 2007/073841 A1 [0002]
- WO 2009/027045 A1 [0002]
- EP 0611610 B1 [0002]
- EP 1860204 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines mikrolegierten Stahls, insbesondere eines Röhrenstahls, wobei eine gegossene Bramme (1) eine Anlage (2) durchläuft, die in Förderrichtung (F) der Bramme (1) in dieser Reihenfolge eine Gießmaschine (3), einen ersten Ofen (4), mindestens ein Vorwalzgerüst (5), einen zweiten Ofen (6), mindestens ein Fertigwalzgerüst (7) und eine Kühlstrecke (8) aufweist, wobei das Verfahren umfasst: a) Definition eines gewünschten Temperaturprofils für die Bramme (1) über deren Lauf durch die Anlage (2); b) Positionieren mindestens eines temperaturbeeinflussenden Elements (9, 10) zur Temperierung der Bramme (1) gemäß dem definierten Temperaturprofil in die Prozesslinie (L) der Anlage (2), wobei das temperaturbeeinflussende Element (9, 10) zwischen den ersten Ofen (4) und das mindestens eine Vorwalzgerüst (5) und/oder zwischen den zweiten Ofen (6) und das mindestens eine Fertigwalzgerüst (7) eingebracht wird; c) Produktion der Bramme (1) bzw. des Bandes in der so konfigurierten Anlage (2), wobei das mindestens eine temperaturbeeinflussende Element (9, 10) so betrieben wird, dass das definierte Temperaturprofil zumindest weitgehend eingehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als temperaturbeeinflussendes Element (9, 10) ein weiterer Ofen verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Ofen ein Induktionsofen verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im weiteren Ofen ein Erwärmen der Bramme (1) durch direkte Flammenbeaufschlagung (DFI-Oxyfuel-Ofen) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die direkte Flammenbeaufschlagung der Bramme (1) durch einen Gasstrahl mit mindestens 75% Sauerstoff erfolgt, in den ein gasförmiger oder flüssiger Brennstoff gemischt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Ofen ein Ausgleichsofen verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Ofen ein Rollenherdofen verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Ofen ein Hubbalkenofen oder ein Stoßofen verwendet wird, der einen Quertransport der Bramme ermöglicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als temperaturbeeinflussende Element (9, 10) eine weitere Kühlstrecke verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Kühlstrecke eine Intensivkühlstrecke verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Kühlstrecke eine laminare Bandkühlstrecke verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als temperaturbeeinflussende Element (9, 10) ein temperaturdämmendes Element verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturprofil unter Zugrundelegung eines Gefügemodells ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefügemodell folgende Parameter festlegt und/oder überwacht: das Temperaturprofil über der Zeit bzw. der Stichanzahl, die Abnahmeverteilung über der Zeit bzw. der Stichanzahl, die Halte- bzw. Pendelzeiten, die Walzgeschwindigkeiten und Transportgeschwindigkeiten und/oder die Heiz- und Kühlintensitäten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verwendung eines temperaturbeeinflussenden Elements (9) in Form einer Kühlung eine so niedrige Einlauftemperatur in das mindestens eine Fertigwalzgerüst (7) erreicht wird, so dass dort die Rekristallisation und das Kornwachstum weitgehend unterbleiben, wobei das Temperaturniveau zwischen dem Einlauf in das mindestens eine Vorwalzgerüst (5) und dem Einlauf in das temperaturbeeinflussenden Elements (9) in Form einer Kühlung entweder a) insbesondere für Röhrenstähle mit niedrigen Gehalten an Mikrolegierungselementen und geringen Brammendicken mittels eines temperaturbeeinflussenden Elements (10) in Form einer Kühlung abgesenkt wird, um die Korngröße beim Einlauf in die Fertigwalzstraße (7) zu reduzieren, oder b) insbesondere für Röhrenstähle mit hohen Gehalten an Mikrolegierungselementen und großen Brammendicken mittels eines temperaturbeeinflussenden Elements (10) in Form einer Heizung erhöht wird, um eine vollständige Rekristallisation beim Vorwalzen zu gewährleisten, oder c) lediglich ausgeglichen und ansonsten unverändert belassen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verwendung eines temperaturbeeinflussenden Elements (10) in Form einer Heizung eine so hohe Einlauftemperatur in das mindestens eine Fertigwalzgerüst (7) erreicht wird, so dass dort die Rekristallisation vollständig abläuft und entweder a) aufgrund der hohen Temperaturen und Abnahmen bereits während der ersten Fertigstiche erfolgt und sodann von einer Akkumulation von Verformung in den letzten Fertigstichen gefolgt wird oder b) aufgrund moderater Temperaturen und Abnahmen erst während der letzten Fertigstiche erfolgt, nachdem zuvor eine Akkumulation von Verformung stattgefunden hat.
Anlage (2) zum Herstellen eines mikrolegierten Stahls, insbesondere eines Röhrenstahls, die in Förderrichtung (F) einer Bramme (1) in dieser Reihenfolge eine Gießmaschine (3), einen ersten Ofen (4), mindestens ein Vorwalzgerüst (5), einen zweiten Ofen (6), mindestens ein Fertigwalzgerüst (7) und eine Kühlstrecke (8) aufweist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Ofen (4) und dem mindestens einen Vorwalzgerüst (5) und/oder zwischen dem zweiten Ofen (6) und dem mindestens einen Fertigwalzgerüst (7) ein temperaturbeeinflussendes Elements (9, 10) zur Temperierung der Bramme (1) in die Prozesslinie (L) wahlweise einbringbar ist, wobei das temperaturbeeinflussende Element (9, 10) auswahlbar ist aus einem der Elemente: ein weiterer Ofen, eine weitere Kühlstrecke, ein temperaturdämmendes Element.
Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Ofen ein Induktionsofen ist.
Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Ofen ein Ofen mit direkter Flammenbeaufschlagung der Bramme (1) (DFI-Oxyfuel-Ofen) ist.
Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Ofen ein Ausgleichsofen ist.
Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Ofen ein Rollenherdofen ist.
Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Ofen ein Hubbalkenofen oder ein Stoßofen ist, der einen Quertransport der Bramme ermöglicht.
Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Kühlstrecke eine Intensivkühlstrecke ist.
Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Kühlstrecke eine laminare Bandkühlstrecke ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Elemente (9, 10) weiterer Ofen, weitere Kühlstrecke und temperaturdämmendes Element so querverschieblich (Q) zur Förderrichtung (F) der Bramme angeordnet sind, dass eines der Elemente (9, 10) wahlweise in die Prozesslinie (L) eingebracht werden kann.
Anlage nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Elemente (9, 10) weiterer Ofen, weitere Kühlstrecke und temperaturdämmendes Element so um eine in Förderrichtung (F) weisende Drehachse (11) verschwenkbar angeordnet sind, dass eines der Elemente (9, 10) wahlweise in die Prozesslinie (L) eingebracht werden kann.