DE102019202835A1 - Verfahren zur beschleunigten Abkühlung von Stahlflachprodukten - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur beschleunigten Abkühlung von Stahlflachprodukten (1) vorgeschlagen, wobei das Stahlflachprodukt (1) von einer Starttemperatur auf eine Zieltemperatur abgekühlt wird, wobei das Stahlflachprodukt (1) zur Kühlung mit Wasser (2) beaufschlagt wird und wobei die chemische Zusammensetzung des Wassers (2) angepasst wird. Weiterhin wird ein Stahlflachprodukt (1) vorgeschlagen..

Description

• Stand der Technik
• Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zur beschleunigten Abkühlung von Stahlflachprodukten.
• Offenbarung der Erfindung
• Zur Einstellung des Gefüges von Stahlflachprodukten werden diese im Rahmen des Produktionsprozesses beschleunigt abgekühlt. Das Verfahren der beschleunigten Abkühlung wird unter anderem an Stahlflachprodukten, welche in Stückfertigung über reversierendes Walzen oder als Warmband hergestellt werden, eingesetzt.
• Zum beschleunigten Abkühlen werden die Stahlflachprodukte üblicherweise stark erhitzt. Dabei wandelt sich der bei Raumtemperatur vorliegende Ferrit in Austenit um, in welchem mehr Kohlenstoff gelöst werden kann als im Ferrit. Weiterhin wird beim Erhitzen Zementit aufgelöst, dessen Kohlenstoff im entstandenen Austenit in Lösung geht.
• Im Falle der Stückfertigung über reversierendes Walzen wird die beschleunigte Abkühlung vor allem zum Härten eingesetzt. Beim Härten wird der heiße Stahl so schnell abgekühlt, dass dem Kohlenstoff keine Zeit zur Diffusion bleibt, wodurch eine Umwandlung des Austenits in Ferrit und Zementit unterbunden wird. Das Gitter des Eisens kann nicht in den kubisch-raumzentrierten Ferrit übergehen, es entsteht stattdessen diffusionslos Martensit mit einem tetragonal-verzerrten kubisch-raumzentrierten Gitter, welches durch den Kohlstoff verspannt ist. Zahlreiche Grundlagenuntersuchungen haben gezeigt, dass ein gleichmäßiges Eigenschaftsprofil mit ausreichend hohen Festigkeitskennwerten erreicht wird, wenn die Stahlbleche über den gesamten jeweiligen Querschnitt durch beschleunigte Abkühlung martensitisch umgewandelt werden. Für ein effektives Härten ist eine hohe Geschwindigkeit bei der beschleunigten Abkühlung, die im Falle des Härtens auch als Abschrecken bezeichnet wird, notwendig. Zum Abschrecken können Gase, Öle oder Wasser verwendet werden, welche die Stahlbleche von einer Temperatur oberhalb der Austenittemperatur, üblicherweise circa 900 °C, auf eine deutlich niedrigere Temperatur, gewöhnlich auf Temperaturen unterhalb 150 °C, abkühlen. Bei der Verwendung von Wasser, der Wasserhärtung, werden die Stahlflachprodukte zunächst erhitzt und durch Aufspritzen des Wassers abgeschreckt. Das Wasser zum Abschrecken wird dabei üblicherweise durch Wasserwirtschaftsbetriebe zur Verfügung gestellt.
• Zur Einstellung des Gefüges von Stahlflachprodukten, welche als Warmband erzeugt werden, werden zunächst Brammen auf Temperaturen zwischen 1000 °C und 1400 °C, bevorzugt zwischen 1100 °C und 1350 °C, besonders bevorzugt zwischen 1200 °C und 1300 °C vorgewärmt. Falls die Solidus-Temperatur der verwendeten Stahllegierung unterhalb von 1400 °C liegt, wird diese Solidus-Temperatur als maximale Vorwärmtemperatur gewählt. Die Vorwärmung kann entweder direkt aus der Gießhitze oder alternativ nach dem teilweisen oder vollständigen Abkühlen aus der Gießhitze erfolgen. Anschließend wird das Material in mehreren so genannten Walzstichen auf die gewünschte Dicke gewalzt, wobei es sich prozessbedingt bis zur so genannten Endwalztemperatur abkühlt. Durch Steuerung des Walzprozesses wird die Endwalztemperatur auf Temperaturen zwischen 800 °C und 1000 °C, bevorzugt zwischen 850 °C und 950 °C, eingestellt. Nach einer optionalen weiteren Abkühlung an Luft wird die Starttemperatur erreicht, die bis zu 200 °C unterhalb der Endwalztemperatur, bevorzugt 0 °C bis 100 °C, besonders bevorzugt 0 °C bis 50 °C unterhalb der Endwalztemperatur liegt.
• Im Anschluss wird das so entstandene Warmband zur Einstellung des gewünschten Gefüges durch Beaufschlagung mit Wasser beschleunigt bis zum Erreichen einer Zieltemperatur abgekühlt. Nach einer optionalen weiteren Abkühlung an Luft wird die so genannte Haspeltemperatur erreicht, bei der das Warmband dann anschließend zu einem Coil aufgewickelt wird. Die Haspeltemperatur liegt dabei bis zu 150 °C unterhalb der Zieltemperatur, bevorzugt 0 °C bis 100 °C unterhalb der Zieltemperatur, besonders bevorzugt 0 °C bis 50 °C unterhalb der Zieltemperatur. Durch die beschleunigte Abkühlung wird hierbei die Kohlenstoffdiffusion unterbunden oder zumindest deutlich verringert. Zudem wird das Risiko des Auftretens unerwünschter Phasenumwandlungen deutlich reduziert. Nach dem Aufwickeln des Warmbandes zu einem Coil kühlt dieses dann deutlich langsamer ab, bis es die Umgebungstemperatur erreicht.
• Je nach angestrebter Gefügezusammensetzung wird die Haspeltemperatur eingestellt: wird vollständig oder nahezu vollständig martensitisches Gefüge angestrebt, so wird eine Haspeltemperatur unterhalb oder maximal 100 °C oberhalb der Martensit-Finish-Temperatur Mf eingestellt, bevorzugt werden Haspeltemperaturen von 150 °C oder weniger gewählt. Wird ein bainitisches Gefüge angestrebt, so wird eine Haspeltemperatur unterhalb der Bainit-Start-Temperatur Bs und oberhalb der Martensit-Start-Temperatur Ms, bevorzugt zwischen 400 °C und 550 °C, gewählt. Auch zur Einstellung eines ferritischen Gefüges ist eine beschleunigte Abkühlung von Vorteil, da hierdurch die Korngrenzenoxidation verringert und beispielsweise im Falle von mikrolegierten Stählen feinere Ausscheidungen gebildet werden können. Die Haspeltemperatur muss in diesem Fall oberhalb von Bs liegen.
• Neben den genannten einphasigen Gefügestrukturen können durch entsprechende Wahl der Endwalz- und der Haspeltemperatur sowie der Start- und Zieltemperatur auch mehrphasige Gefügestrukturen mit definierten Anteilen an Ferrit, Bainit und Martensit eingestellt werden.
• Um das angestrebte Gefüge möglichst präzise einzustellen, unerwünschte Phasenumwandlungen zu vermeiden und möglichst gleichmäßige mechanischtechnologische Einstellungen des erzeugten Warmbandes sicher zu stellen, ist eine präzise Kontrolle des Abkühlverlaufs bei der beschleunigten Abkühlung von Bedeutung. Zudem ist eine möglichst hohe Abkühlgeschwindigkeit erforderlich, um die unerwünschte Diffusion von Kohlenstoff und anderen kleineren Atomen durch den Stahl einzuschränken oder ganz zu unterbinden.
• Zur Gewährleistung der beschleunigten Abkühlung zwischen Start- und Zieltemperatur können Gase, Öle oder Wasser verwendet werdend. Da mit Gasen die notwendigen Abkühlgeschwindigkeiten nur unter hohem technischen Aufwand realisiert werden können, wird das Warmband bevorzugt mit Flüssigkeiten beaufschlagt. Auf Grund der hohen benötigten Flüssigkeitsmengen wird aus ökologischen und ökonomischen Gründen bevorzugt Wasser als Abkühlmedium verwendet. Das Wasser für die beschleunigte Abkühlung wird dabei üblicherweise durch Wasserwirtschaftsbetriebe zur Verfügung gestellt.
• Bei Qualitätskontrollen an beschleunigt abgekühlten Stahlflachprodukten zeigen sich im Zeitverlauf immer wieder starke Schwankungen und große Streuungen bei den Festigkeitseigenschaften und damit eine große Produktinhomogenität. Dies führt zu ungeplanten Kosten durch Ausfall oder Nacharbeit.
• Das Ergebnis der beschleunigten Abkühlung hängt von zahlreichen Werkstoff- und Prozessparametern beim Betrieb der verwendeten Kühlanlage ab. Wichtig ist hier vor allem eine ausreichende Wasserbeaufschlagung des Stahlflachproduktes mit einer hohen Abschreckwirkung des Wassers. Dazu ist es möglich, die Temperatur des Wassers zu reduzieren. Dieser Ansatz ist zwar grundsätzlich erfolgreich, jedoch zeigen Simulationsrechnungen und Messungen des Wärmeübergangs zwischen Stahl und Wasser nur einen geringen Einfluss der Wassertemperatur auf die Kühlwirkung des Wassers. Zudem würde zur stetigen Kühlung des Wassers eine umfangreiche Kühlanlagentechnik in den Wasserhärtungsanlagen benötigt, welche den Wasserhärtungsprozess unwirtschaftlich machen würde.
• Weiterhin wäre es grundsätzlich möglich, das Umwandlungsverhalten des Stahls bei der Wasserhärtung durch Legieren zu beeinflussen. Dieser Ansatz ist jedoch auch nicht zielführend, da sich eine Veränderung des Legierungsgehaltes des Stahls negativ auf dessen spätere Verwendung und insbesondere negativ auf die Schweißeignung auswirken würde.
• Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur beschleunigten Abkühlung mit verbesserter Prozesstechnik zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist und die mechanischen Eigenschaften von Stahlflachprodukten bei gegebener chemischer Zusammensetzung der Stahlflachprodukte verbessert und gleichzeitig eine hohe Produkthomogenität in Hinblick auf das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften erreicht.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur beschleunigten Abkühlung von Stahlflachprodukten, wobei das Stahlflachprodukt von einer Starttemperatur auf eine Zieltemperatur abgekühlt wird, wobei das Stahlflachprodukt zur Kühlung mit Wasser beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Zusammensetzung des Wassers angepasst wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur beschleunigten Abkühlung ermöglicht eine verbesserte Härtung bzw. Gefügeeinstellung mit einer exzellenten Produkthomogenität bezüglich der mechanischen Eigenschaften. Umfangreiche exemplarische chemische Analysen des üblicherweise eingesetzten Wassers ergaben, dass dieses eine Reihe von Ca-, Mg-, H₃O-, Cl- und SO₄-Ionen sowie zahlreiche organische Schwebstoffe enthalten kann. Eine Anpassung der Zusammensetzung des Wassers erweist sich als zielführend in der Beseitigung des oben genannten technischen Problems und bietet beispielsweise die Möglichkeit, den Leidenfrost-Effekt, welcher einen effektiven Wärmeübergang zwischen dem heißen Stahlflachprodukt und dem Wasser behindert, deutlich zu reduzieren.
• Im Falle der Härtung von Stahlflachprodukten, welche in Stückfertigung über reversierendes Walzen erzeugt werden, liegt die Starttemperatur über der Austenitisierungstemperatur des Stahlflachprodukts, vorzugsweise bei über 800 °C, besonders bevorzugt zwischen 850 °C und 1000 °C, insbesondere zwischen 900 °C und 950 °C. Die Zieltemperatur nach der Härtung liegt vorzugsweise bei maximal 150 °C, besonders bevorzugt im Bereich der Raumtemperatur bei circa 25 °C.
• Im Falle der beschleunigten Abkühlung von Warmband liegt die Starttemperatur zwischen der Endwalztemperatur und einer um 200°C niedrigeren Temperatur, wobei die Endwalztemperatur zwischen 800 °C und 1000 °C, bevorzugt zwischen 850 °C und 950 °C beträgt. Bevorzugt beträgt die Differenz zwischen der Endwalztemperatur und der Starttemperatur zwischen 0 °C und 100 °C, besonders bevorzugt zwischen 0 °C und 50 °C. Die Zieltemperatur liegt zwischen der Haspeltemperatur und einer um 150 °C höheren Temperatur, wobei die Haspeltemperatur je nach angestrebter Gefügezusammensetzung zwischen der Raumtemperatur und 650 °C liegt. Bevorzugt beträgt die Differenz zwischen der Zieltemperatur und der Haspeltemperatur zwischen 0 °C und 100 °C, besonders bevorzugt zwischen 0 °C und 50 °C.
• Optional wird das zur Kühlung verwendete Wasser zuvor gefiltert. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die chemische Zusammensetzung des Wassers durch Zugabe von Chemikalien angepasst.
• Vorzugsweise wird im Falle der Wasserhärtung von Stahlflachprodukten, welche in Stückfertigung über reversierendes Walzen erzeugt werden, das Stahlflachprodukt in einem ersten Verfahrensschritt in einem Rollenherdofen erhitzt. Insbesondere wird anschließend zum Abschrecken Wasser auf das Stahlflachprodukt gespritzt. Bevorzugt wird das Stahlflachprodukt in einer Rollenabschreckvorrichtung oder in einer Standabschreckvorrichtung abgeschreckt. In einer alternativen Ausführung wird das Stahlflachprodukt zum Abschrecken durch ein Reservoir mit Wasser geführt. In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführung wird das Stahlflachprodukt nach dem reversierenden Walzen direkt aus der Walzhitze heraus auf die Zieltemperatur beschleunigt abgekühlt.
• Vorzugsweise wird im Falle der Warmbandherstellung eine Bramme in einem Hubbalken- oder in einem Stoßofen erhitzt und anschließend in einer mehrgerüstigen Walzstraße gewalzt. Bevorzugt wird ein zweistufiges Walzverfahren eingesetzt, bei dem die ersten Walzstiche in einem oder mehreren Vorwalzgerüsten oder in einer Vorwalzstraße durchgeführt werden, während die verbleibenden Walzstiche in einer Fertigwalzstraße erfolgen. Die Abkühlung erfolgt nach Beendigung des Walzprozesses, ohne dass das Warmband vor der Abkühlung erneut erhitzt wird. Alternativ wird die verwendete Bramme in so geringer Dicke vergossen, dass die Walzung direkt in einer Fertigwalzstraße erfolgen kann, wobei die Bramme ohne vollständige Abkühlung aus der Gießhitze zur Wiedererwärmung und zum Temperaturausgleich einen Rollenherdofen durchläuft und von dort ohne vollständige Abkühlung der Fertigwalzstraße zugeführt wird. Hierbei erfolgt die Abkühlung ebenfalls nach Beendigung des Walzprozesses, ohne dass das Warmband vor der Abkühlung erneut erhitzt wird.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Carbonat-Härte des Wassers auf einen m-Wert kleiner als 4 mmol/l, bevorzugt kleiner als 3 mmol/l, besonders bevorzugt kleiner als 2 mmol/l abgesenkt wird.
• Umfangreiche Korrelationsrechnungen zwischen den mechanischen Eigenschaften wassergehärteter Stahlbleche und Kenndaten der Wasserzusammensetzung ergeben, dass insbesondere der Gehalt an Carbonationen, das heißt die Wasserhärte, einen signifikanten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Stahlbleche hat. Mit abnehmender Wasserhärte, quantifiziert durch den m-Wert, lassen sich höhere Festigkeiten bzw. präziser eingestellte Gefügezusammensetzungen bei gleichzeitig verbesserter Produkthomogenität erreichen. Der m-Wert ist in der Wasserchemie die bei Verwendung des Farbindikators Methylorange oder des Tashiro-Indikators zur Abstumpfung von 100 ml Wasser verbrauchte Menge an 0,1 n Salzsäure gemessen in Millilitern. Durch Multiplikation des m-Wertes mit 2,8 erhält man die Gesamtalkalität oder Methylorange-Alkalität (MA) des Wassers.
• Messungen der Temperatur-Zeit-Verläufe und des Wärmeübergangskoeffizienten bei der Wasserhärtung zeigen, dass durch eine Verringerung des m-Wertes des Wassers die Leidenfrost-Temperatur merklich angehoben und gleichzeitig die notwendige Abkühldauer zwischen Start- und Zieltemperatur deutlich verringert werden. Bei geringeren m-Werten wird demnach eine höhere Abschreckintensität an dem Stahlflachprodukt als bei höheren m-Werten erreicht. Mit geringeren m-Werten wird so beispielsweise eine sicherere Einstellung eines vollmartensitischen Gefüges im Stahlflachprodukt und damit beste Festigkeitskennwerte bei hoher Gleichmäßigkeit der Festigkeitswerte erreicht.
• Bevorzugt wird der m-Wert des Wassers während des Verfahrens gemessen und nachreguliert. Weiterhin ist denkbar, dass das Wasser für die beschleunigte Abkühlung aus einem Wasserreservoir zugeführt wird. Ferner ist denkbar, dass der m-Wert des Wassers im Wasserreservoir gesenkt wird. Denkbar ist aber auch, dass der m-Wert des Wassers beim Zuführen zum Abschrecken durch Einleiten einer oder mehrerer m-Wert-senkenden Chemikalien gesenkt wird.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass dem Wasser zum Absenken des m-Wertes Schwefelsäure beigemischt wird. Vorzugsweise wird die Schwefelsäure in konzentrierter Form, besonders bevorzugt 95%-ig, beigemischt. Schwefelsäure eignet sich hervorragend für das Absenken des m-Wertes im erfindungsgemäßen Verfahren.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass dem Wasser Phosphat beigemischt wird. Dazu ist bevorzugt vorgesehen, dass dem Wasser so viel Phosphat beigemischt wird, dass der Phosphorgehalt bevorzugt bei zwischen 1 mmol/l und 4 mmol/l liegt und besonders bevorzugt bei zwischen 1,5 mmol/l und 2,5 mmol/l liegt. Das Phosphat hat die Funktion, die H₃O-Ionen zu binden um hierüber einen korrosiven Angriff durch saures Wasser zu vermeiden. Denkbar ist, dass das Phosphat im Wasserreservoir beigemischt wird. Denkbar ist aber auch, dass das Phosphat dem Wasser beim Zuführen zur beschleunigten Abkühlung beigemischt wird.
• Besonders bevorzugt wird das Phosphat im gleichen Prozessschritt wie die Säure oder in einem auf die Säurezugabe folgenden Prozessschritt zugegeben, wobei der Zeitraum zwischen Säuredosierung und Phosphatzugabe möglichst kurz zu halten ist.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Phosphat in Form eines Korrosionsinhibitors dem Wasser beigemischt wird. Korrosionsinhibitoren sind kommerziell verfügbar und zuverlässig wirksam. Vorzugsweise wird Ferrofos^® als Korrosionsinhibitor beigemischt.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der pH-Wert des Wassers auf zwischen 6,5 und 8 angepasst wird. Dies reduziert Korrosionsschäden durch das Wasser.
• Bevorzugt wird der pH-Wert des Wassers während des erfindungsgemäßen Verfahrens wiederholt und/oder dauerhaft gemessen. Besonders bevorzugt wird der pH-Wert während des erfindungsgemäßen Verfahrens nachreguliert.
• Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe ist ein Stahlflachprodukt, wobei das Stahlflachprodukt zur Härtung und / oder zur Einstellung des Gefüges mit dem erfindungsgemäßen Verfahren abgekühlt wurde.
• Das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt weist eine sehr gute Produkthomogenität in Bezug auf das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften auf. Durch die Erhöhung der Leidenfrost-Temperatur als Folge der chemischen Anpassung des Wassers erhöht sich die Abkühlgeschwindigkeit. Dadurch kommt es im Falle der Wasserhärtung von Stahlblechen zu weniger Diffusion des Kohlenstoffs und so zu einer vollständigen martensitischen Umwandlung über den gesamten Querschnitt des Stahlblechs und im Falle der beschleunigten Abkühlung von Warmband kann die gewünschte Gefügezusammensetzung besonders schnell eingestellt werden, wodurch das Entstehen unerwünschter Gefügebestandteile verringert oder vollständig vermieden werden kann.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Stahlflachprodukt ein Stahlblech aus niedriglegiertem hochfestem Baustahl ist. Vorzugsweise weist das Stahlblech dabei einen Kohlstoffanteil von mindestens 0,2 Gew.-% Kohlenstoff auf.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Stahlflachprodukt ein Stahlblech mit einer Dicke von bis zu 150 mm ist. Denkbar ist, dass das Stahlblech eine Dicke von 3 mm bis 100 mm, bevorzugt von 20 mm bis 100 mm, besonders bevorzugt von 50 mm bis 100 mm aufweist.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Stahlflachprodukt ein Warmband aus einem niedriglegierten Stahl ist. Vorzugsweise weist das Warmband einen Kohlenstoffanteil von 0,001 bis 0,3 Gew.-%, bevorzugt 0,001 bis 0,05 Gew.-% Kohlenstoff und einen Mangananteil von 0,01 bis 2,5 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 1,9 Gew.-%, Mangan auf.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Stahlflachprodukt ein Warmband mit einer Dicke von bis zu 30 mm ist. Denkbar ist, dass das Warmband eine Dicke von 1 mm bis 25 mm, bevorzugt von 1 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt von 1,5 mm bis 15 mm aufweist.
• Alle vorstehenden Ausführungen gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt.
• Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
• Figurenliste
• 1a zeigt schematisch das Verfahren zur Wasserhärtung eines Stahlflachprodukts, welches in Stückfertigung über reversierendes Walzen erzeugt wird, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 1 b zeigt schematisch das Verfahren zur beschleunigten Abkühlung eines Stahlflachprodukts, welches als Warmband erzeugt wird gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 2 zeigt die Leidenfrost-Temperatur und die Abkühldauer von Stahlflachprodukten in Abhängigkeit des m-Wertes des Wassers.
• Ausführungsformen der Erfindung
• In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
• In 1a ist schematisch das Verfahren zur Wasserhärtung eines Stahlflachproduktes 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Stahlflachprodukt 1 wird in einem Rollenherdofen 3 auf 900 °C erhitzt. Anschließend wird das Stahlflachprodukt 1 auf eine Rollenabschreckvorrichtung 4 geführt und mit Wasser 2 auf 150 °C abgeschreckt. Das Wasser 2 wird von einem Wasserreservoir 6 über eine Leitung 5 zur Rollenabschreckvorrichtung 4 gepumpt. Nach dem Abschrecken wird das Wasser 2 wieder aufgefangen und zurück zum Reservoir 6 gepumpt (nicht dargestellt). Zur Verbesserung der Produkthomogenität der mechanischen Eigenschaften der wassergehärteten Stahlflachprodukte 1 wird die chemische Zusammensatzung des Wassers 2 angepasst. Dazu wird dem Wasser 2 im Reservoir 6 konzentrierte Schwefelsäure (nicht gezeigt) beigefügt, bis der m-Wert des Wassers 2 bei bevorzugt unter 2 mmol/l liegt. Der niedrige m-Wert des Wassers 2 erhöht die Leidenfrost-Temperatur deutlich und senkt die Abkühldauer des Stahlflachproduktes 1 ab, sodass eine vollständigere und günstiger ausgebildete Martensitstruktur über den Querschnitt eingestellt wird. Weiterhin wird dem Wasser 2 Phosphat (nicht dargestellt) in Form eines Korrosionsinhibitors beigemischt, was Korrosion am Stahlflachprodukt 1 und an Teilen der Anlage zur Wasserhärtung wie beispielsweise des Reservoirs 6 und der Leitung 5 verhindert.
• 1b zeigt schematisch das Verfahren zur beschleunigten Abkühlung eines Stahlflachprodukts 1, welches als Warmband erzeugt wird gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Stahflachprodukt 1 im Ofen 7 auf circa 1250 °C erhitzt und in Form einer Bramme von den Rollen 9 zu den Walzen 8 transportiert. Die Walzen 8 walzen die Bramme in mehreren Schritten zu einem Warmband, wobei die Endwalztemperatur 900 °C beträgt. Das Warmband wird mit Wasser 2 auf 150 °C abgeschreckt. Das Wasser 2 wird von einem Wasserreservoir 6 über eine Leitung 5 zum Warmband gepumpt. Nach dem Abschrecken wird das Wasser 2 wieder aufgefangen und zurück zum Reservoir 6 gepumpt (nicht dargestellt). Zur Verbesserung der Produkthomogenität der mechanischen Eigenschaften des wassergehärteten Stahlflachprodukts 1 wird die chemische Zusammensatzung des Wassers 2 angepasst. Dazu wird dem Wasser 2 im Reservoir 6 konzentrierte Schwefelsäure (nicht gezeigt) beigefügt, bis der m-Wert des Wassers 2 bei bevorzugt unter 2 mmol/l liegt. Der niedrige m-Wert des Wassers 2 erhöht die Leidenfrost-Temperatur deutlich und senkt die Abkühldauer des Stahlflachproduktes 1 ab, sodass eine vollständigere und günstiger ausgebildete Martensitstruktur über den Querschnitt eingestellt wird. Weiterhin wird dem Wasser 2 Phosphat (nicht dargestellt) in Form eines Korrosionsinhibitors beigemischt, was Korrosion Warmband 1 und an Teilen der Anlage zur Wasserhärtung wie beispielsweise des Reservoirs 6 und der Leitung 5 verhindert. Anschließend wird das Warmband auf ein Coil aufgerollt.
• In 2 sind die Leidenfrost-Temperatur 20 und die Abkühldauer 10 von Stahlflachprodukten in Abhängigkeit des m-Wertes des Wassers 2 gezeigt. Dargestellt sind m-Werte des Wassers 2 von weniger als 2 mmol/l bis 4 mmol/l. Bei geringen m-Werten ist die Leidenfrost-Temperatur 20 hoch. So liegt die Leidenfrost-Temperatur 20 bei einem m-Wert von circa 2 mmol/l bei etwas über 870 °C. Bei höheren m-Werten sinkt die Leidenfrost-Temperatur 20 rapide. So liegt die Leidenfrost-Temperatur 20 bei einem m-Wert von circa 4 mmol/l nur noch bei etwas unter 820 °C. Weiterhin dargestellt ist die Abkühldauer 10 eines Stahlblechs 1 von 900 °C auf 150 °C in Abhängigkeit vom m-Wert des Wassers 2.
  Bei geringen m-Werten ist die Abkühldauer 10 niedrig. So liegt die Abkühldauer 10 bei einem m-Wert von circa 2 mmol/l bei etwas über 29 Sekunden. Bei höheren m-Werten steigt die Abkühldauer 10. So liegt die Abkühldauer 10 bei einem m-Wert von circa 4 mmol/l bei über 33,5 Sekunden.
• Bezugszeichenliste

1

Stahlflachprodukt

2

Wasser

3

Rollenherdofen

4

Rollenabschreckvorrichtung

5

Leitung

6

Reservoir

7

Ofen

8

Walzen

9

Rollen

10

Abkühldauer

20

Leidenfrost-Temperatur

Claims (13)

1. Verfahren zur beschleunigten Abkühlung von Stahlflachprodukten (1), wobei das Stahlflachprodukt (1) von einer Starttemperatur auf eine Zieltemperatur abgekühlt wird, wobei das Stahlflachprodukt (1) zur Kühlung mit Wasser (2) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Zusammensetzung des Wassers (2) angepasst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Carbonat-Härte des Wassers (2) auf einen m-Wert kleiner als 4 mmol/l, bevorzugt kleiner als 3 mmol/l, besonders bevorzugt kleiner als 2 mmol/l abgesenkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei dem Wasser (2) zum Absenken des m-Wertes Schwefelsäure beigemischt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Wasser (2) Phosphat beigemischt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4 wobei dem Wasser (2) so viel Phosphat beigemischt wird, dass der Phosphorgehalt bevorzugt bei zwischen 1 mmol/l und 4 mmol/l liegt und besonders bevorzugt bei zwischen 1,5 mmol/l und 2,5 mmol/l liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei das Phosphat in Form eines Korrosionsinhibitors dem Wasser (2) beigemischt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der pH-Wert des Wassers (2) auf zwischen 6,5 und 8 angepasst wird.
8. Stahlflachprodukt (1), wobei das Stahlflachprodukt (1) zur Härtung und / oder Einstellung des Gefüges mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche beschleunigt abgekühlt wurde.
9. Stahlflachprodukt (1) nach Anspruch 8, wobei das Stahlflachprodukt (1) aus einem niedriglegierten hochfesten Baustahl besteht.
10. Stahlflachprodukt (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei das Stahlflachprodukt (1) eine Dicke von bis zu 150 mm aufweist.
11. Stahlflachprodukt (1) nach Anspruch 8 wobei das Stahlflachprodukt (1) ein Warmband oder ein Stahlblech ist und nach einem der Ansprüche 1 bis 7 beschleunigt abgekühlt worden ist.
12. Stahlflachprodukt (1) nach Anspruch 11, wobei das Stahlflachprodukt (1) eine Dicke von 1 mm bis zu 25 mm aufweist.
13. Stahlflachprodukt (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei das Stahlflachprodukt (1) 0,001 bis 0,3 Gew.-% Kohlenstoff und 0,01 bis 2,5 Gew.-% Mangan aufweist.

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