DE69121222T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines nichtoxydierbaren halbferretischen Stahlbandes aus flüssigem Metall - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines nichtoxydierbaren halbferretischen Stahlbandes aus flüssigem Metall

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bandes aus semiferritischem nichtrostendem Stahl ausgehend von einer Metallschmelze.
  • Genauer betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Stranggießen, auf zwei Zylindern, von semiferritischem nichtrostendem Stahl in dünnem Band.
  • Es wird daran erinnert, daß der Ausdruck "semiferritisch" bedeutet, daß die ferritische Struktur, deren Kristallanordnung kubisch raumzentriert ist, dazu neigt, bei erhöhter Temperatur (900 - 1100ºC) sich teilweise in eine austenitische Struktur, deren kristallographische Anordnung kubisch flächenzentriert ist, umzuwandeln.
  • Bekanntlich sind die Verfahren und Vorrichtungen zum Stranggießen von Stahlbändern geringer Dicke tatsächlich noch experimentell. Das Metall erstarrt in einer Stranggießkokille, die aus zwei gekühlten Zylindern besteht, welche sich in entgegengesetztem Sinne drehen und mit zueinander parallelen Achsen und in einem bestimmten Abstand einander gegenüberstehen und so zwischen sich einen Gießzwischenraum definieren, der an den entgegengesetzten Enden der Zylinder durch Schließplatten abgeschlossen ist.
  • In Anbetracht der Abkühlgeschwindigkeit an Luft der kontinuierlich aus dem Gießraum abgezogenen erstarrten Stahlbänder stellt man fest, daß, wenn man semiferritische nichtrostende Stahlbänder gießen will, sich im Laufe der Abkühlung Austenit bildet. Letzterer, der zu Anfang in dem monophasischen ferritischen Aufbau nicht vorhanden ist, wandelt sich am Ende der Abkühlung in harten Martensit um. Genauer gesagt, und beispielsweise für die semiferritischen Sorten, die 17 % Cr und ungefähr 0,050 % C enthalten, wo während und unmittelbar nach der Erstarrung die Struktur des Stahls monophasisch ferritisch ist, erscheint der Austenit im Laufe der Abkühlung in einem Maximalanteil von 40 bis 50 %. Der sich dann aus der Umwandlung des Austenits ergebende Martensit ist im Vergleich zu dem umgebenden Ferrit eine sehr harte Phase.
  • Diese heterogene Struktur hat Schwierigkeiten der Handhabung und Verformung des Metalls beim Einrollen oder Ausrollen des Bandes oder dem direkten Kaltwalzen der rohen Gießstruktur, insbesondere Schwierigkeiten für das Schneiden und Aufwickeln der Bänder am Ausgang der Gießlinie, zur Folge. Ein weiterer sich aus dem Gießverfahren ergebender Nachteil besteht in der Tatsache, daß das die Kokille verlassende Band bei der Berührung mit der Umgebungsluft eine Oberflächenoxidation erfährt.
  • Die in dem Dokument EP-181 090 beschriebene Einrichtung weist eine Kühleinrichtung fur ein zwischen zwei Zylindern gegossenes Band, beispielsweise aus einer Fe-Si-Legierung, auf, die unmittelbar vor einer Walz- und Aufwickelvorrichtung für das Band eingesetzt ist. Sie ist jedoch in keiner Weise dem Gießen von semiferritischem Inox-Stahl angepaßt, da einerseits diese Kühlvorrichtung sehr weit unterhalb der Kokille eingesetzt ist und andererseits sie als Kühlmittel ein Gas oder einen Nebel verwendet, was dem Band nur eine relativ mäßige Kühlgeschwindigkeit auferlegt.
  • Das Dokument EP-A-0 378 705 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Bandes aus feinkörnigem austenitischem nichtrostendem Stahl. Das Metall erstarrt in einer Stranggießkokille mit zwei gekühlten Zylindern, die sich in entgegengesetztem Sinn drehen und einander gegenüber angeordnet sind.
  • Die Kühlung besteht darin, daß das Band am Ausgang der Zylinder (während es sich auf einer Temperatur von ungefähr 1300ºC befindet), zunächst einer ersten raschen Zwangskühlung, etwa mit einer Geschwindigkeit einer Größenordnung (siehe Beipiel 1 S.15-16) von 200 bis 400ºC/s, aber nur während einem sehr kurzen Zeitablauf (von etwa 1 5) unterworfen wird, wodurch das Band auf eine Temperatur von ungefähr 1200ºC gebracht wird. In den darauffolgenden 2-3 s kühlt sich das Band auf natürliche Weise mit einer geringen Geschwindigkeit ab und erfährt eine Warmwalzung, wonach es schließlich eine zweite Zwangskühlung mit einer mäßigeren Geschwindigkeit (50ºC/s sind ausreichend) erfährt, welche es in 3,5 - 4 s von einer Temperatur von 900 - 1000ºC auf eine Temperatur von ungefähr 550ºC bringt.
  • Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, welche eine Beseitigung dieser unzulänglichkeiten gestatten.
  • Gemäß der Erfindung weist das Verfahren die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf.
  • Indem sehr rasch von einer Temperatur, die über der Grenztemperatur für die Existenz von Austenit (einer Temperatur, die allgemein von der Größenordnung 1200º bis 1250ºC für die betrachteten Sorten ist) und unter der Erstarrungsendtemperatur liegt, abkühlt, stellt man in der Tat fest, daß es möglich ist, die ferritische Struktur zum Gerinnen zu bringen und die Bildung von Austenit zu verhindern.
  • Indem ferner das Band direkt unter den Gießzylindern gekühlt wird, profitiert man vom Effekt der Abschreckung der Metallhaut durch das leitfähige Material der Gießzylinder, wobei das Band aus einer Temperatur, die über der Temperatur für das Erscheinen von Austenit in der ferritischen Matrix liegt, abgekühlt wird.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet man als Abschreckmilieu eine Legierungsschmelze auf der Basis von Blei, Zinn und Zink oder von zweien dieser Metalle oder eine Schmelze aus einem einzigen derselben, oder ein geschmolzenes Salz, in welches der untere Teil der Zylinder und der obere Teil des Bandes eintaucht, und man verhindert, daß das Abschreckmittel durch das Durchlaufen des Bandes mitgenommen wird, beispielsweise durch Einblasen von Fluidströmen auf das Band beim Verlassen der Abschreckschmelze oder mittels elektromagnetischer Felder.
  • Das geschmolzene Salz kann beispielsweise die folgende Mischung (in Gew.-%) sein:
  • 50 bis 60 % KNO&sub3;
  • 40 bis 50 % NaNO&sub2;
  • 0 bis 10 % NaNO&sub3;.
  • Diese Mischung schmilzt gegen 140ºC und ist zwischen 160 und 500ºC verwendbar.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens, auf das die Erfindung gerichtet ist, verwendet man als Abschreckmittel ein in den flüssigen Zustand gekühltes inertes Gas, das man auf den oberen Teil des Bandes auf seine entgegengesetzten Flächen und unter die Zylinder spritzt.
  • Die zur Durchführung dieses Verfahrens bestimmte Vorrichtung weist eine Stranggießkokille, die aus zwei gekühlten Zylindern gebildet ist, die in entgegengesetztem Sinne drehen und einander gegenüber so angeordnet sind, daß sie zwischen sich einen Gießzwischenraum definieren, sowie Abschreckmittel auf, die das erstarrte Stahlband unter der Kokille eine Abkühlung durchmachen lassen, die ausreichend schnell ist, die Austenitbildung zu verhindern. Vorzugsweise gestatten diese Mittel eine Gewährleistung einer Kühlgeschwindigkeit von wenigstens 300ºC/s bis auf eine Temperatur des gegossenen Bandes von wenigstens ungefähr 500ºC.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden sich im Laufe der folgenden Beschreibung ergeben, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, welche zwei Ausführungsformen als nicht einschränkende Beispiele veranschaulichen.
  • Fig. 1 ist eine schematische Seitenendansicht einer Vorrichtung zum Stranggießen eines Metallbandes zwischen zwei Zylindern, welche mit einem unter den Zylindern angeordneten und ein Abschreckbad für die aus der Vorrichtung abgezogenen Bänder enthaltenden Behälter ausgestattet ist.
  • Fig. 2 ist eine schematische Seitenendabsicht, entsprechend Fig. 1, einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Unter Bezug auf Fig. 1 sieht man eine Vorrichtung zum Stranggießen einer Metallschmelze 1 zwischen zwei Zylindern 2, die horizontal und zueinander parallel so angeordnet sind, daß sie zwischen sich einen Zwischenraum zum Gießen eines dünnen erstarrten Bandes 3 begrenzen. Diese Vorrichtung bildet eine Stranggießkokille, wobei die Zylinder 2 gekühlt und in zueinander entgegengesetztem Sinne gemäß den in Fig. 1 angegebenen Pfeilen mit an sich bekannten und nicht dargestellten Einrichtungen gedreht werden.
  • Damit insbesondere die Herstellung von Bändern 3 aus semiferritischem nichtrostendem Stahl möglich ist, wird die Vorrichtung durch einen unter den Zylindern 2 angeordneten Behälter 4 vervollständigt, dessen Boden in seinem Mittelbereich von einer Öffnung für den Durchtritt des Bandes durchsetzt ist, und der ein Abschreckbad 6 für das Band 3 enthält. Die Abmessungen des Behälters 4 und der Spiegel des Bades 6 in ihm sind so, daß der untere Teil der Zylinder 2 und der obere Teil des Bandes 3 im kontinuierlichen Durchlauf in das Bad 6 eintauchen.
  • Das Bad 6 muß sich auf einer Temperatur befinden, die etwa 300 bis 350ºC nicht überschreitet, in welches also das Band 3 bei etwa 1300ºC heftig eingetaucht wird. Ferner muß das Bad 6 aus einem Material gewählt werden, das nicht in unmöglichmachender Weise für das Band 3 verschmutzend ist.
  • Im Sinne nicht einschränkender Beispiele ist es also möglich, ein Abschreckbad zu verwenden, welches durch eine geschmolzene Legierung von Blei, Zink und Zinn oder von zweien dieser Metalle gebildet ist, oder ein Bad aus nur einem dieser Metalle. Man kann auch ein geschmolzenes Salz, wie die vorgenannte Mischung von Natrium- und Kaliumsalzen, verwenden.
  • Die Gießvorrichtung weist auch Mittel zum Zurückhalten der durch das Durchlaufen des Bandes 3 mitgenommenen Abschreckflüssigkeit auf. Im dargestellten Beispiel bestehen diese Mittel aus zwei Reihen von Düsen 7, die unter dem Boden des Behälters 4 auf beiden Seiten des Bandes 3 angeordnet und auf den Schnittpunkt des letzteren mit der Öffnung 5 gerichtet sind, derart, daß ein Fluid auf die Oberfläche des Bandes 3 beim Verlassen des Behälters 4 eingestrahlt werden kann. Das Fluid kann Wasser auf Umgebungstemperatur (20ºC beispielsweise) oder eine vernebelte Mischung Wasser-Luft mit einem Durchsatz sein, der ausreicht, die Flüssigkeit des Bades 6 im Inneren des Behälters 4 zu halten.
  • Als Zahlenbeispiel zur Unterrichtung kann dieser Durchsatz 50 m³/h für eine lineare Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes 3 von der Größenordnung 1 mis sein, entsprechend Zylindern 2 eines Durchmessers von 1,50 m, die sich mit wenigstens einer Viertelumdrehung pro Sekunde drehen. Zur Vermeidung einer Austenitbildung im Band 3 im Zuge seiner Abkühlung muß dieses von 1300ºC auf etwa 500ºC mit einer Geschwindigkeit von 300ºC/s abgekühlt werden. Die vorgenannten Bäder gestatten eine Abkühlgeschwindigkeit von 2700ºC/s.
  • Aufgrund dieser Tatsache kann für ein Band einer Dicke von 3,5 mm, das mit 1 mis vorbeiläuft, die geeignete Höhe des vom Band 3 durchsetzten Bades 6 etwa 40 cm sein, damit das Band 3 das Bad bei ungefähr 500ºC verläßt.
  • Natürlich ist es nicht notwendig, daß das Band das Abschreckbad durch den Boden des Behälters verläßt. Im Inneren des Bades kann das Band, beispielsweise durch Rollen, so umgelenkt werden, daß es das Bad unter Durchsetzen von dessen Oberfläche verläßt. Eine solche Anordnung bewirkt, bei gleicher Badtiefe, eine Vergrößerung der Verweilzeit des Bandes im Bad, verglichen mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau.
  • Laborversuche wurden für folgende nichtrostende Stahlsorten dürchgeführt: AISI 430 (ASTM-Norm A176) für eine Untersuchung einer eventuellen Austenitausscheidung und seine Umsetzung in Martensit; AISI 304 (ASTM-Norm A167) für die Auswertung der Kühlgeschwindigkeiten: Die Feinheit der dendritischen Erstarrungsstruktur eines austenitischen Stahls ist durch metallographischen Einfluß vorhersehbar und kann mit den Kühlbedingungen verknüpft werden. Die Resultate von mit Proben dieser Stahlsorten bei einer Abschrecktemperatur von 1500ºC in einem Bad 6 aus flüssigem Zinn von 300ºC, abgekühlt in etwa 0,45 Sekunden auf eine Temperatur von 500ºC, durchgeführten Versuche sind die folgenden:
  • - Die Sorte AISI 430 zeigt eine ferritische Struktur, die sehr wenig martensitische Phase (weniger als 1 %) enthält,
  • - die Abkühlgeschwindigkeit abgeschätzt anhand der Strukturgröße der austenitischen Sorte AISI 304 liegt zwischen 5000ºC/s und 15000ºC/s.
  • Diese Versuche haben also die Gültigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens hinsichtlich des Erreichens des angestrebten Zwecks bestätigt.
  • Die von der Erfindung ins Auge gefaßte zweite Ausführungsform der Vorrichtung (Fig. 2) weist außer den Zylindern 2 Abschreckmittel auf, die aus Düsen 8 zum Einstrahlen eines inerten Flüssiggases auf das erstarrte Band 3 unmittelbar bei seinem Verlassen des Kühlzwischenraums auf. Diese Düsen 8 sind in zwei unterhalb der Zylinder 2 beiderseits des Bandes liegenden Reihen in einer Anordnung ähnlich derjenigen der Düsen 7 (Fig. 1) angeordnet. Die Blasöffnungen der Düsen 8 sind auf die entgegengesetzten Oberflächen des oberen Teils des Bandes 3, unmittelbar nach seiner Lösung von den Oberflächen der Zylinder 2, gerichtet. Das inerte Gas kann beispielsweise Argon oder Stickstoff sein, verwendet im flüssigen Zustand, um seine Verdampfung bei Berührung mit dem erstarrten Metall zu nutzen. Dieses Gas kann mit einem Durchsatz von 100 000 Nm³/h beispielsweise für eine Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes 3 von etwa 1 m/s eingeblasen werden.
  • Die Vorrichtung wird vorteilhafterweise durch eine schematisch dargestellte Abdeckhaube 9 vervollständigt, die unter der durch die Zylinder 2 gebildeten Kokille angeordnet und so dimensioniert ist, daß sie sowohl die Reihen von Düsen 8 als auch das Band 3 umschließt und an seinen Enden mit nicht dargestellten Einrichtungen abgeschlossen ist. Die Abdeckhaube 9 weist an ihrem unteren Ende eine Öffnung 10 auf, die das kontinuierliche Abziehen des Bandes 3 zu einer nicht dargestellten Einrichtung gestattet. Sie erlaubt eine Einschließung des auf das Band 3 eingestrahlten Gases auf einer Linienlänge, die ausreicht, einen Schutz des Bandes vor einer Oberflächenoxidation durch Umgebungsluft zu gewährleisten, was zu dem durch das Einstrahlen des inerten Gases mit den Düsen 8 gewonnenen Abschrecken hinzutritt.
  • Laboratoriumsversuche wurden für die nichtrostende Stahlsorte AISI 430 (ASTM-Norm A176) mittels eines Absolutdilatometers durchgeführt. Eine Metallprobe wurde in 2,5 s von 1250ºC auf eine Temperatur von 500ºC durch Einstrahlen von Helium in gasförmigem Zustand in den Ofen abgekühlt. Der Aufbau der Probe ist ferritisch und enthält weniger als 1 % Martensit.
  • Auch diese Versuche haben die Gültigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens für ein Erreichen des angestrebten Zwecks bestätigt.
  • Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewonnene Metall ist dank der quasi totalen Unterdrückung von Martensit in der ferritischen Matrix beim Verlassen der Gießlinie leichter zu schneiden und aufzuwickeln.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Bandes (3) aus semiferritischem nichtrostendem Stahl ausgehend von einer Metallschmelze (1), welche aufweist: C < = 0,12%; Mn &le; 1,00%; Si &le; 1,00%; Cr = 16-18%; P &le; 0,04%; S &le; 0,30%, Rest Eisen und Restverunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstarrung des Metalls in einer Stranggießkokille bewirkt wird, welche durch zwei gekühlte Zylinder (2) gebildet ist, welche sich in entgegengesetztem Sinne drehen und einander gegenüberliegend so angeordnet sind, daß sie zwischen sich einen Gießzwischenraum definieren, daß aus der Kokille kontinuierlich ein erstarrtes Stahlband (3) abgezogen wird, und daß das Band unter der Kokille einem Abschreckmittel derart ausgesetzt wird, daß das Band (3) unter der Kokille mit einer Geschwindigkeit von mindestens 300ºC/s bis auf eine Temperatur von mindestens etwa 500ºC abgekühlt wird, damit es schnell und ausreichend lange fur eine Verhinderung der Austenitbildung gekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (3) unter der Kokille, unmittelbar nachdem es die gekühlten Zylinder (2) verlassen hat, gekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abschreckmittel eine Legierungsschmelze (6) auf Basis von Blei, Zinn und Zink oder von zwei dieser geschmolzenen Metalle, oder nur von einem von diesen, oder ein geschmolzenes Salz, wie ein Gemisch aus KNO&sub3;, NaNO&sub2; und NaNO&sub3;, in welche bzw. welches der untere Teil der Zylinder (2) und der obere Teil des Bandes (3) eingetaucht sind, verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abschreckmittel ein in den flüssigen Zustand gekühltes inertes Gas verwendet wird, welches auf den oberen Teil des Bandes (3) auf seine entgegengesetzten Seiten und unter den Zylindern (2) direkt nach dem Lösen des Bandes von diesen eingestrahlt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 einer Art mit einer Stranggießkokille, die durch zwei gekühlte Zylinder (2) gebildet ist, welche in entgegengesetztem Sinne drehen und einander gegenüberliegend so an geordnet sind, daß sie zwischen sich einen Gießzwischenraum definieren, und Mitteln zum Abschrecken des erstarrten Stahlbandes (3), welche unter der Kokille angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckmittel eine unter der Kokille (2) angeordnete Schmelze (6) aufweisen, durch welche das erstarrte Stahlband (3) abgezogen werden kann, wobei die Schmelze in einem Behälter (4) enthalten ist, dessen Boden mit einer Öffnung (5) für den Durchtritt des erstarrten Bandes versehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Zurückhalten von durch das Durchlaufen des Bandes (3) mitgenommener Flüssigkeit, wie unter dem Behälter (4) auf jeder Seite des Bandes angeordnete Düsen (7), welche ein Fluid, wie etwa Wasser oder ein vernebeltes Wasser-Luftgemisch, auf das Band bei seinem Verlassen des Behälters einstrahlen können, vorgesehen sind.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 einer Art mit einer Stranggießkokille, die durch zwei gekühlte Zylinder (2) gebildet ist, welche in entgegengesetztem Sinne drehen und einander gegenüberliegend so angeordnet sind, daß sie zwischen sich einen Gießzwischen raum definieren, und Mitteln zum Abschrecken des erstarrten Stahlbandes (3), welche unter der Kokille angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckmittel Düsen (8) zum Einstrahlen eines inerten Flüssiggases auf das erstarrte Band (3) beim Verlassen des Gießzwischenraums, angeordnet unter den Zylindern (2) beiderseits des Bandes, aufweisen.
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