PL187133B1

PL187133B1 - Cienka taśma z nierdzewnej stali ferrytycznej oraz sposób wytwarzania cienkiej taśmy z nierdzewnej stali ferrytycznej

Info

Publication number: PL187133B1
Application number: PL98326582A
Authority: PL
Inventors: Philippe Paradis; Philippe Martin
Original assignee: Usinor Sa
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 2004-05-31
Also published as: CN1212189A; ID20384A; EP0881305A1; RO120322B1; AU6483598A; AU706022B2; RU2192483C2; BR9801552A; EP0881305B1; ATE231925T1; UA55398C2; JPH10330842A; CN1078113C; FR2763960B1; DK0881305T3; KR19980087462A; US6106638A; PL326582A1; TW369446B; KR100538683B1

Abstract

1 . Cienka tasma z nierdzewnej stali ferrytycznej, za- wierajacej ponad 0,12% wegla, ponad 1% manganu, po- nad 1% krzemu, ponad 0,040% fosforu, ponad 0,030% siarki i od 16% do 18% chromu, znamienna tym, ze jej mikrostruktura wytworzona jest z osnowy ferrytycznej o ziarnach ferrytycznych majacych wielkosc powyzej 300 µ m , jak równiez zawierajacej mniejsza ilosc ziaren ferrytycznych o wielkosci ponizej 300 µm i male wegliki o wielkosci ponizej 0,5 µ m. 2 Sposób wytwarzania cienkiej tasmy z nierdzewnej stali ferrytycznej, o grubosci mniejszej od 10 mm, zgodnie z którym bezposrednio ciekly metal zestala sie pomiedzy dwoma cylindrami o poziomych osiach usytuowanymi obok siebie, chlodzonymi zewnetrznie i obracajacymi sie w kierunkach przeciwnych, a tasma wykonana jest z ferry- tycznej stali nierdzewnej zawierajacej ponad 0,12% wegla, ponad 1% manganu, ponad 1% krzemu, ponad 0,040% fosforu, ponad 0,030% siarki i od 16% do 18% chromu, znamienny tym, ze chlodzi sie lub doprowadza sie do ochlodzenia tasmy eliminujac przebywanie jej w zakresie przemiany austenitycznej w ferryt i wegliki, po czym doko- nuje sie nawijania tasmy w temperaturze zawartej pomiedzy 600°C i temperatura przemiany martenzytycznej Ms, a nastepnie umozliwia sie nawinietej tasmie stygniecie z predkoscia 300°C/h, az do temperatury zawartej pomiedzy' 200°C i temperatura otoczenia, po czym poddaje sie tasme wyzarzaniu bezzgorzelinowemu. F ig . 1 PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest cienka taśma z nierdzewnej stali ferrytycznej oraz sposób wytwarzania cienkiej taśmy z nierdzewnej stali ferrytycznej. W szczególności, wynalazek dotyczy odlewania ciągłego ferrytycznych stali nierdzewnych bezpośrednio z ciekłego metalu, w postaci taśm o grubości kilku milimetrów.

Od wielu lat prowadzone są badania odlewania ciągłego taśm stalowych o grubości kilku milimetrów, maksymalnie do 10 mm, bezpośrednio z ciekłego metalu za pomocą urządzeń do odlewania ciągłego pomiędzy cylindrami. Takie urządzenia zawierają głównie dwa cylindry o osiach poziomych, usytuowane obok siebie, z których każdy ma powierzchnię zewnętrzną o dobrej przewodności cieplnej, intensywnie chłodzoną zewnętrznie, i tworzące między sobą przestrzeń odlewniczą, której minimalna szerokość odpowiada grubości taśm podlegających odlewaniu. Przestrzeń odlewnicza zamknięta jest po bokach przez dwie ścianki ogniotrwałe dociśnięte do końców obu tych cylindrów. Cylindry napędzane są obrotowo w kierunkach przeciwnych względem siebie, a przestrzeń odlewnicza zasilana jest ciekłą stalą. Naskórek stali krzepnie na powierzchniach cylindrów i zestala się na poziomie, w którym odległość między cylindrami jest minimalna tworząc taśmę, która opuszcza urządzenie w spo187 133 w sposób ciągły. Taśma chłodzona jest następnie w sposób naturalny albo wymuszony, przed nawinięciem jej na bęben. Celem tych badań jest otrzymanie szczególnego sposobu odlewania taśm stalowych, zwłaszcza taśm ze stali nierdzewnej.

Obecnie, w warunkach odlewania, w których taśma wychodząca z cylindrów jest chłodzona naturalnie na świeżym powietrzu, nawijanie taśmy następuje najczęściej w temperaturze rzędu 700°C - 900°C, zależnie od jej grubości i prędkości odlewania. Temperatura nawijania zależy oczywiście również od odległości pomiędzy cylindrami i nawijarką. Następnie pozwala się nawiniętej taśmie ostygnąć w sposób naturalny, przed poddaniem jej obróbce cieplnej porównywalnej do zwykle stosowanych obróbek przewidzianych dla taśm walcowanych na gorąco wytwarzanych z kęsisk płaskich w procesie klasycznego odlewania ciągłego.

Stosowanie tego sposobu odlewania do ferrytycznych stali nierdzewnych typu AISI430, które zawierają na ogół 17% chromu wykazało, że taśmy tak otrzymywane mają nieodpowiednią plastyczność. W rezultacie, taśmy najcieńsze o grubości rzędu 2 - 3,5 mm są nadmiernie kruche i nie wytrzymują późniejszych obróbek przeprowadzanych w temperaturze otoczenia, takich jak odwijanie i obcinanie brzegów. W czasie wykonywania tych operacji stwierdzono pojawianie się pęknięć na brzegach taśm, na przykład, podczas ich odwijania.

Nieodpowiednią plastyczność zwykle wyjaśnia się kilkoma czynnikami, a mianowicie tym, że odlewana taśma surowa ma na ogół strukturę słupkową z dużymi ziarnami ferrytyeznymi, w której średnia wielkość ziarna jest większa od 300 pm na grubości taśmy, i która jest bezpośrednio wynikiem szybkiego krzepnięcia na cylindrach i przebywania taśmy w wysokiej temperaturze po tym, jak opuści ona cylindry, ale nie poddana jest jeszcze wymuszonemu chłodzeniu, oraz tym, że ziarna ferrytyczne mają podwyższoną twardość wynikającą z ich przesycenia pierwiastkami międzywęzłowymi takimi jak węgiel i azot, a także tym, że obecność martenzytu wymaga hartowania austenitycznego w wysokiej temperaturze.

Aby zapobiec tej nieodpowiedniej plastyczności nawoje taśmy poddawano, po ich uprzednim chłodzeniu, wyżarzaniu bezzgorzelinowemu w temperaturze niższej od temperatury A_C1 przemiany ferrytu w austenit podczas podgrzewania. Na ogół, wyżarzanie to dokonywane jest w temperaturze około 800°C w czasie 4 godzin. Zamierzano w ten sposób wytrącić węgliki z osnowy ferrytycznej, przemienić martenzyt w ferryt i w węgliki, oraz sferoidyzować węgliki chromu, aby utwardzić metal. Taka obróbka powinna umożliwić polepszenie cech mechanicznych i plastyczność taśmy, mimo zachowania jej struktury słupkowej z dużymi ziarnami ferrytycznymi. Jednak, próby dokonane na skalę przemysłową wykazały, że sposób ten był niewystarczający do otrzymania taśmy o odpowiedniej plastyczności.

Kruchość taśmy po wyżarzaniu bezzgorzelinowym tłumaczy się tym, że odlewana taśma surowa, po nawinięciu, poddana jest tylko bardzo wolnemu chłodzeniu ponieważ jej dwie powierzchnie czołowe stykają się z gorącym metalem, oraz że jedynie te fragmenty stykają się z powietrzem otoczenia i są pozbawione promieniowania. To bardzo wolne chłodzenie prowadzi do znacznego wytrącania węglików z ferrytu i do przemiany części austenitu w ferryt i w węgliki podczas, gdy reszta austenitu po ochłodzeniu tworzy martenzyt. Wyżarzanie bezzgorzelinowe umożliwia otrzymanie rozkładu martenzytu w ferryt i węgliki, ale wymaga, zwłaszcza do sferoidyzacji, dużych węglików w postaci ciągłych warstewek. Kruchość metalu jest dokładnie związana z tymi dużymi węglikami, których wielkość jest rzędu 1 do 5 pm. Stanowią one węzły sieci do zapoczątkowania pęknięć, które rozprzestrzeniają się przez rozwarstwianie w otaczającej osnowie ferrytowej. Ich szkodliwy wpływ dodaje się do szkodliwego wpływu struktury słupkowej o dużych ziarnach.

W rezultacie, przeprowadzono wiele prób, aby przygotować sposób odlewania pomiędzy cylindrami cienkich taśm z ferrytycznej stali nierdzewnej posiadającej dobrą plastyczność. Te próby zmierzały do zmiany rodzaju wytrąceń utworzonych podczas chłodzenia taśmy lub do zniszczenia struktury surowego odlewu z dużymi ziarnami ferrytycznymi.

W tym względzie powołać się można na opis patentowy JP-A-62247029, który opisuje chłodzenie ciągłe z prędkością wyższą lub równą 300°C/s w temperaturze pomiędzy 1200°C i 1000°C, po którym następuje nawijanie taśmy dokonywane w temperaturze pomiędzy 1000°C i 700°C.

187 133

Z kolei opis patentowy JP-A-5293595 opisuje nawijanie, w temperaturze od 700°C do 200°C, taśmy ze stali o małej zawartości węgla i azotu wynoszącej (0,030% i mniej), i o zawartości niobu od 0,1% do 1% działającego jako stabilizator.

Inne znane opisy przedstawiają rozwiązania, w których proponuje się przeprowadzenie ciągłego walcowania na gorąco, jako uzupełnienie warunków analizowanych poprzednio dotyczących węgla i azotu, które także może łączyć się ze stabilizowaniem niobem i azotem, jak to opisano w opisach patentowych JP-A-2232317, JP-A-6220545, JP-A-8283845, JP-A8295943.

Można zacytować również europejski opis EP-A-0638653, który proponuje dla stali o zawartości 13%-25% chromu, całkowitą zawartość niobu, tytanu, glinu i wanadu od 0,05% do 1,0%, węgla i azotu maksimum 0,030%, i molibdenu od 0,3% do 3%. Skład wagowy stali musi ponadto spełniać warunek yp < 0%, gdzie yp jest kryterium przedstawiającym ilość austenitu powstałego przez wytrącenie. To kryterium oblicza się ze wzoru:

yp - 420 x %C + 470 x %N + 23 x %Ni + 9 x %Cu + 7 x %Mn - 11,5 x %Cr - + 11,5 x %Si - 12 x %Mo - 23 x %V - 47 x %Nb - 49 x %Ti -52 x %A1 + 189.

Ponadto, konieczne jest przeprowadzenie walcowania na gorąco taśmy w zakresie temperatur 1150°C-900°C ze współczynnikiem redukcji 5-50%, a następnie chłodzenia z prędkością niższą lub równą 20°C/s, albo wygrzewania w zakresie temperatur 1150°C-950°C najmniej czasie co najmniej 5 s, i wreszcie nawijania w temperaturze niższej lub równej 700°C.

Stąd też, aby wykorzystać wszystkie te sposoby należy połączyć różne operacje, czyli kosztowne i trudne obróbki ciekłego metalu przeznaczonego do odlewania taśmy, jeśli chce się otrzymać niską zawartość węgla i azotu, to jest pierwiastków niezbędnych do stabilizowania, obróbki cieplne i termomechaniczne dokonywane w linii odlewniczej za pomocą ciężkich urządzeń, takich jak walcarka do ciągłego walcowania na gorąco, oraz przeprowadzenie złożonych cyklów cieplnych wymagających również urządzeń specjalnie przystosowanych do wysokich prędkości chłodzenia lub do koniecznego wygrzewania w wysokiej temperaturze.

Celem wynalazku jest opracowanie ekonomicznego sposobu wytwarzania cienkich taśm z nierdzewnej stali ferrytycznej typu AISI 430, przez odlewanie pomiędzy cylindrami, nadającego taśmom plastyczność wystarczającą do przeprowadzenia operacji odwijania, obcinania brzegów i przeróbki na zimno jak cięcie i walcowanie, pozwalającego na uniknięcie takich przypadków jak pęknięcia taśmy lub rysy na jej brzegach. Aby osiągnąć ten cel, sposób nie powinien obejmować etapów wymagających skomplikowanych urządzeń, które musiałyby być dodane do standardowej maszyny do odlewania pomiędzy cylindrami. Nie powinna też być potrzebna obróbka ciekłego metalu zmierzająca do otrzymania bardzo niskich zawartości pierwiastków takich jak węgiel i azot, ani też dodatkowe, kosztowne pierwiastki stopowe.

Zgodnie z wynalazkiem cienka taśma z nierdzewnej stali ferrytycznej, zawierającej ponad 0,12% węgla, ponad 1% manganu, ponad 1% krzemu, ponad 0,040% fosforu, ponad 0,030% siarki i od 16% do 18% chromu, charakteryzuje się tym, że jej mikrostruktura wytworzona jest z osnowy ferrytycznej o ziarnach ferrytycznych mających wielkość powyżej 300 pm, jak również zawierającej mniejszą ilość ziaren ferrytycznych o wielkości poniżej 300 pm i małe węgliki o wielkości poniżej 0,5 pm.

Natomiast sposób wytwarzania cienkiej taśmy z nierdzewnej stali ferrytycznej, o grubości mniejszej od 10 mm, zgodnie z którym bezpośrednio ciekły metal zestala się pomiędzy dwoma cylindrami o poziomych osiach usytuowanymi obok siebie, chłodzonymi zewnętrznie i obracającymi się w kierunkach przeciwnych, a taśma wykonana jest z ferrytycznej stali nierdzewnej zawierającej ponad 0,12% węgla, ponad 1% manganu, ponad 1% krzemu, ponad 0,040% fosforu, ponad 0,030% siarki i od 16% do 18% chromu, charakteryzuje się tym, że chłodzi się lub doprowadza się do ochłodzenia taśmy eliminując przebywanie jej w zakresie przemiany austenitycznej w ferryt i węgliki, po czym dokonuje się nawijania taśmy w temperaturze zawartej pomiędzy 600°C i temperaturą przemiany martenzytycznej M_s, a następnie umożliwia się nawiniętej taśmie stygnięcie z prędkością 300°C/h, aż do temperatury zawartej pomiędzy 200°C i temperaturą otoczenia, po czym poddaje się taśmę wyżarzaniu bezzgorzelinowemu.

187 133

Korzystnie, wyżarzanie bezzgorzelinowe przeprowadza się w temperaturze od 800°C do

850°C w czasie co najmniej 4 godzin.

Korzystnie, eliminuje się przebywanie taśmy w strefie przemiany austenitycznej w ferryt i węgliki, nadając taśmie prędkość chłodzenia wyższą lub równą 10°C/s, co najmniej pomiędzy chwilą, w której taśma skrzepnięta opuszcza cylindry a chwilą, w której osiąga ona temperaturę 600°C.

Korzystnie, prędkość chłodzenia taśmy reguluje się przez natrysk płynu chłodzącego na powierzchnię taśmy.

Korzystnie, dodatkowo przeprowadza się walcowanie na gorąco taśmy uprzednio nawiniętej w temperaturze zawartej pomiędzy 900°C i 1150°C, ze współczynnikiem redukcji grubości taśmy co najmniej 5%.

Wynalazek polega na odlewaniu między cylindrami ferrytycznej stali nierdzewnej o składzie standardowym, chłodzeniu i nawijaniu tej taśmy w szczególnych warunkach przed poddaniem jej wyżarzaniu bezzgorzelinowemu. Ta obróbka zmierza zasadniczo do możliwie maksymalnego ograniczenia tworzenia się dużych węglików powodujących kruchość. W tym celu, należy ograniczyć wytrącanie węglików i ułatwiać przemianę austenitu w martenzyt w stanie lanym, unikając jednak tej przemiany w martenzyt wówczas, gdy taśma nie jest jeszcze nawinięta.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wykres pokazujący krzywe przemiany, podczas chłodzenia stali AISI430, czterech przykładów A, B, C, D obróbek cieplnych, przez które przechodzi taśma po wyjściu z cylindrów odlewniczych, z których dwa przykłady C, D przedstawiają obróbkę według wynalazku, fig. 2 przedstawia kliszę z mikroskopu elektronowego, po przeniesieniu na cienką płytkę taśmy, która przeszła obróbkę cieplną A z fig. 1, a następnie została poddana wyżarzaniu bezzgorzelinowemu, a fig. 3 przedstawia kliszę z mikroskopu elektronowego, po przeniesieniu na cienką płytkę taśmy, która zgodnie z wynalazkiem przeszła obróbkę cieplną pośrednią pomiędzy obróbkami C i D z fig. 1, a następnie poddana została wyżarzaniu bezzgorzelinowemu.

W dalszej części opisu rozpatrzono stal, której skład chemiczny spełnia zwykłe kryteria normy AISI 430 dla standardowej ferrytycznej stali nierdzewnej zawierającej ponad 0,12% węgla, ponad 1% manganu, ponad 1% krzemu, ponad 0,040% fosforu, ponad 0,030% siarki i od 16% do 18% chromu. Ale zakres stosowania wynalazku może być rozszerzony do stali zawierających ponadto pierwiastki stopowe, nie wymagane przez normy jak, na przykład, stabilizatory takie jak tytan, niob, wanad, glin i molibden w ilości takiej, aby ich zawartość nie przeszkadzała procesom metalurgicznym, a które zostaną opisane i na których oparty jest niniejszy wynalazek. W szczególności, występowanie tych pierwiastków stopowych nie powinno zmieniać przebiegu krzywych z przykładu na fig. 1 do punktu, w którym obróbki cieplne, którym zostanie poddana taśma, zgodnie z wynalazkiem, nie byłyby już możliwe do przeprowadzenia w urządzeniu do odlewania pomiędzy cylindrami.

Stale będące przedmiotem prób, których wyniki będą opisane i skomentowane w nawiązaniu do fig. 1 - 3 miały następujący skład wyrażony w % wagowych: węgiel: 0,043%, krzem: 0,24%, siarka: 0,001%, fosfor: 0,023%, mangan: 0,41%, chrom: 16,36%, nikiel: 0,22%, molibden: 0,043%, tytan: 0,002%, niob: 0,004%, miedź: 0,042%, glin: 0,002%, wanad: 0,064%, azot: 0,033%, tlen: 0,0057%, bor: <0,001%, bądź całość węgiel + azot 0,076%, która to zawartość jest taka zwykle dla tych gatunków, przy czym kryterium γρ, obliczone według zwykłego wzoru cytowanego powyżej, jest równe 37,6% i nie jest szczególnie małe zwłaszcza ze względu na stosunkowo małą zawartość wanadu, molibdenu, tytanu i niobu, i temperaturę A_cj przemiany ferrytu w austenit podczas podgrzewania o851°C. Ta ostatnia temperatura jest obliczona za pomocą znanego wzoru:

A_C| = 35 x %Cr + 60 x %Mo + 73 x %Si + 170 x %Nb + 290 x %V + 620 x %Ti + 750 x %A1 + 1400 x %B - 250 x %C - 280 x %N - 115 x %Ni - 66 χ %Mn + 18x %Cu + 310.

Jak to wyjaśniono poprzednio wówczas, gdy taka odlewana taśma surowa nawijana jest w temperaturze około 700°C-900°C bez wymuszonego chłodzenia, a następnie chłodzona w sposób naturalny będąc nawiniętą przed poddaniem jej wyżarzaniu bezzgorzelinowemu,

187 133 osiągnięta plastyczność taśmy po wyżarzaniu nie jest zadowalająca. Faktem jest, że powolne chłodzenie w zwoju wymusza przejście metalu w strefie wytrąceń węglików chromu typu Cr23C6 z ferrytu, przy czym wytrącenie powstaje na połączeniach ferrytycznych i na granicach faz ferryt-austenit, a zwłaszcza w strefie rozkładu austenitu w ferryt i węgliki chromu typu Cr23C6. Ten mechanizm ułatwia wzrost węglików zwiększających kruchość, a wyżarzanie bezzgorzelinowe, które następuje zwiększa sferoidyzację dużych węglików w postaci ciągłych warstewek. Krzywe przemiany z fig. 1, ważne dla rozważanego gatunku stali według normy AISI430, ilustrują to zjawisko.

Na fig. 1 przedstawiono temperaturę A_C5 reprezentatywną dla końca przemiany ferrytu a w austenit γ przy podgrzewaniu, temperaturę Ad początku tej przemiany, i temperatury M_si Mf początku i końca przemiany austenitu γ w martenzyt a przy chłodzeniu. Oznaczono również krzywą 1, która wyznacza zakres temperatur, w których ma miejsce wytrącanie węglików chromu typu C23C6 na połączeniach ferrytycznych i na granicach faz ferryt-austenit, jak również krzywą 2, która wyznacza strefę początku przemiany austenitu w ferryt i węgliki chromu. Naniesione są również cztery przykłady A, B, C, D obróbek cieplnych, którym poddano odlewaną taśmę po wyjściu jej z cylindrów, z których dwa C i D są reprezentatywne dla wynalazku.

Obróbka A polega zgodnie ze stanem techniki, na naturalnym chłodzeniu taśmy na świeżym powietrzu po jej wyjściu z cylindrów odlewniczych, i na nawijaniu jej w temperaturze około 800°C wówczas, gdy znajduje się ona w strefie wytrącania węglików chromu na połączeniach ferrytycznych i na granicach faz ferryt-austenit. To nawijanie powoduje znaczne zwolnienie chłodzenia taśmy, które następnie wymusza dłuższe przebywanie w strefie przemiany austenitu w ferryt i węgliki chromu zanim taśma ta znajdzie w temperaturze otoczenia.

Obróbka B polega na naturalnym chłodzeniu taśmy na świeżym powietrzu, aż do temperatury otoczenia bez nawijania taśmy. Taśma nie przebywa w strefie przemiany austenitu w ferryt i węgliki chromu, ale jest poddana znacznej przemianie martenzytycznej pomiędzy temperaturami M_s i Mf. Będzie można przekonać się dlaczego taka obróbka nie może być włączona do sposobu wytwarzania według wynalazku.

Obróbka C reprezentująca wynalazek, polega najpierw na naturalnym chłodzeniu taśmy bez nawijania tak, aby uniknąć jej pobytu w strefie przemiany austenitu w ferryt i węgliki chromu, a następnie na przystąpieniu do nawijania tej taśmy dopiero wówczas, gdy temperatura osiągnie około 600°C. Podczas chłodzenia nawiniętej taśmy znaczna część tej operacji połączona jest z ostatnią operacją obróbki cieplnej A.

Obróbka D również reprezentująca wynalazek, jest w zasadzie identyczna z obróbką C, ale nawijanie taśmy ma miejsce tylko do temperatury około 300°C. Temperatura ta pozostaje jednak znacznie wyższa od temperatury Ms zależąc od składu chemicznego stali, a podczas chłodzenia nawoju unika się przebywania taśmy w strefie, w której w znacznej części następuje przemiana martenzytyczna. Ostatni etap obróbki cieplnej połączony jest z etapami obróbki A i C.

Klisza z fig. 2 przedstawia część omawianej próbki taśmy, która przebyła obróbkę cieplną A z fig. 1 z nawijaniem w temperaturze 800°C i została doprowadzona w postaci nawiniętej do temperatury otoczenia, a następnie została poddana wyżarzaniu bezzgorzelinowemu w zwykłych warunkach, a mianowicie będąc wygrzewana w temperaturze około 800°C w czasie 6 godzin. Taśma ma skład chemiczny określony powyżej i grubość 3 mm. Zaobserwowano, że większa część próbki utworzona jest przez duże ziarno ferrytyczne. Strefy 4 zawierające małe ziarna ferrytyczne pochodzące z przemiany martenzytu α' podczas wyżarzania bezzgorzelinowego reprezentują tylko znikomą część próbki. Zauważono zwłaszcza obecność, wewnątrz struktury, ciągłych warstw 5 węglików chromu. Te warstwy węglików chromu wynikają z faktu, że w pierwszym okresie wolne chłodzenie nawiniętej taśmy w strefie przemiany austenitu w ferryt i węgliki spowodowało znaczne wytrącanie węglików, a w drugim okresie, wyżarzanie bezzgorzelinowe wzmocniło sferoidyzację tych węglików. Jak będzie to można zauważyć, występowanie ciągłych warstewek węglików jest przyczyną nieodpowiedniej plastyczności metalu.

Klisza z fig. 3 przedstawia część próbki taśmy według wynalazku o tym samym składzie i grubości jak w próbce z fig. 2, która przechodzi przez obróbkę cieplną pośrednią pomiędzy

187 133 obróbkami C i D z fig. 1, aż do temperatury otoczenia, przy czym taśma jest nawinięta w temperaturze 500°C, a następnie poddana wyżarzaniu bezzgorzelinowemu identycznemu jak próbka z fig. 2. Zaobserwowano, że zawsze występują duże ziarna ferrytyczne 3, zaś strefy z małymi ziarnami ferrytycznymi 6 powstałymi przy przemianie martenzytycznej a' pojawiają się w znacznie mniejszej proporcji. Fakt szybkiego przejścia taśmy w zakres wytrącania węglików i azotków i spowodowania, że unika ona zakresu przetwarzania austenitycznego w ferryt i węgliki, prowadziło najpierw do ograniczonego wytrącania drobnych węglików w ferrycie, które było nieuniknione ze względu na szybkość ich wytrącania. Ponadto, zachowano w ten sposób znaczne zakresy austenitu bardziej bogate w węgiel i azot niż w ferryt, które zostały następnie przemienione wmartenzyt. Podczas prowadzonego następnie wyżarzania bezzgorzelinowego, drobne węgliki wytrąciły się wewnątrz ferrytu, a martenzyt rozłożył się w ferryt i w drobne węgliki, w sposób dużo bardziej równomierny niż próbka z fig. 2. Nie zaobserwowano już ciągłych warstewek węglików poddanych sferoidyzacji, ale więcej nieciągłych łańcuchów 7 węglików o małych wymiarach, mniejszych od 0,5 (im na granicach pomiędzy dużymi ziarnami ferrytycznymi i strefami o małych ziarnach ferrytycznych zawierających węgliki. Te małe węgliki są znacznie mniej podatne na zapoczątkowanie pęknięć niż warstwy ciągłe próbek porównawczych. Ujawnienie się znacznych stref z małymi ziarnami ferrytycznymi podczas wyżarzania bezzgorzelinowego, spowodowane jest relaksacją naprężeń zmagazynowanych podczas tworzenia się martenzytu, który wywołuje zjawisko odtworzenia.

Te zakresy małych ziaren ferrytycznych są dużo bardziej plastyczne niż osnowy z dużymi ziarnami ferrytycznymi, i umożliwiają ograniczenie łamliwości metalu, zwłaszcza przez rozszerzenie pęknięć przez łupanie.

Plastyczność taśm otrzymanych znanym sposobem i sposobem według wynalazku, została określona przez próby zginania w wyniku uderzenia, na próbkach Charpy'ego z nacięciem o kształcie V, w czasie których oceniono ich udarność przez pomiar pochłanianej energii przez próbkę w temperaturze 20°C. Próby przeprowadzone zostały na próbkach taśm pobranych przzed i po wyżarzaniu bezzgorzelinowym, a wyniki przedstawione zostały w tabeli 1.

Tabela 1:

Udarność próbek taśmy w funkcji temperatury nawijania

	Energia absorbowana w temperaturze 20°C przed wyżarzaniem bezzgorzelinowym	Energia absorbowana w temperaturze 20°C po wyżarzeniu bezzgorzelinowym
Taśma nawijania w temperaturze 800°C według stanu techniki	»5 J/cm²	~5 J/cm2
Taśma nawijania w temperaturze 500°C według wynalazku	~5 J/cm2	~60 J/cm2

Z zestawienia tego wynika, że temperatura nawijania nie wpływa na plastyczność w temperaturze 20°C surowej taśmy odlewniczej, która nie była jeszcze poddana wyżarzaniu bezzgorzelinowemu. Plastyczność ta jest bardzo mierna i nie jest polepszona przez wyżarzanie bezzgorzelinowe w przypadku taśmy nawijanej na gorąco według stanu techniki. Jak to widać na kliszy z fig. 2, wyżarzanie bezzgorzelinowe dla rozwiązania ze stanu techniki, nie było w stanie poprawić struktury osnowy metalu i rozkładu węglików korzystnych dla dobrej plastyczności. Natomiast, plastyczność taśmy nawiniętej w warunkach stosowania wynalazku, mogła być znacznie polepszona przez wyżarzanie bezzgorzelinowe i doprowadzona do zadowalającego poziomu.

Doświadczenie wykazało, że w rzeczywistości plastyczność rzędu 30 do 40 J/cm² jest wystarczająca do obróbki taśmy na zimno, to jest zwłaszcza do odwijania i obcinania brzegów tej taśmy, bez jej uszkodzenia.

Fakt, że uniknięto przechodzenia nawiniętej taśmy przez strefę przemiany austenitu w ferryt i węgliki podczas chłodzenia taśmy, doprowadził do utworzenia drobnych węglików w ferrycie, których morfologia i rozkład powodują znacznie łatwiejsze otrzymanie, po wyża8

187 133 rzaniu bezzgorzelinowym, drobnych węglików i to rozłożonych regularnie. Te drobne węgliki dużo mniej przeszkadzają plastyczności taśmy niż ciągłe warstwy węglików zaobserwowane na próbkach według stanu techniki. Osnowa metalu otrzymana po ochłodzeniu nawiniętej taśmy w niskiej temperaturze, która jest bogatsza w martenzyt, jest również bardziej korzystna dla dobrej przewodności gotowej taśmy, gdyż wyżarzanie bezzgorzelinowe działa skutecznie na martenzyt, aby zasadniczo rozłożyć go na ferryt o drobnych ziarnach.

Przeprowadzono również inną próbę reprezentującą plastyczność tych samych taśm po wyżarzaniu bezzgorzelinowym. Polega ona na przemiennym zginaniu pod kątem 90° próbki, której brzegi były obcinane zgrubnie lub obrabiane. Zginanie odpowiada operacji polegającej na zagięciu próbki pod kątem 90°, a następnie na wyprostowaniu jej do pozycji pierwotnej. Określono liczbę zgięć, która jest możliwa zanim próbka złamie się lub będzie mieć pęknięcie na poziomie strefy zginania. Tabela 2 przedstawia średnie wyniki tych prób.

Tabela 2:

Średnia liczba zgięć przed złamaniem lub pojawieniem się pęknięć w funkcji temperatury nawijania.

	Brzegi obrabiane	Brzegi obcinane
Taśma nawijana w temperaturze 800°C według stanu techniki	2	0
Taśma nawijana w temperaturze 500°C według wynalazku	6	4

Liczba zgięć równa 0 oznacza, że taśma nie może być zgięta nawet jeden raz, gdyż następują pęknięcia lub zwykłe złamania. Ponadto, wynika stąd, że taśma, która była obrabiana zgodnie z wynalazkiem, daje się dużo lepiej zginać niż taśma obrabiana zgodnie z rozwiązaniem znanym ze stanu techniki, ze względów, które zostały już omówione poprzednio.

Podsumowując, pierwszą ideą zasadniczą wynalazku jest narzucenie taśmie wychodzącej z cylindrów operacji chłodzenia, która umożliwi ograniczenie wytrącania węglików unikając zwłaszcza tych węglików, które mogłyby pochodzić z rozkładu austenitu, i które powodowałyby sferoidyzację dużych warstw ciągłych podczas wyżarzania bezzgorzelinowego. Drugą ideą jest zwiększenie, w tym samym etapie obróbki, przemiany austenitycznej w martenzyt tak, aby otrzymać możliwie jak najwięcej ferrytu o drobnych ziarnach, podczas wyżarzania bezzgorzelinowego. Te warunki spełnione są jeśli ograniczy się czas przechodzenia odlewanej taśmy w strefie wytrącania z ferrytu, węglików i azotków, a zwłaszcza jeśli uniknie się jej przebywania w strefie przemiany austenitu w ferryt i węgliki. W praktyce, spełnienie tych warunków dla gatunków stali AISI 430 i dla gatunków do nich zbliżonych wymaga, aby nawijanie taśmy było dokonane w temperaturze 600°C lub co najmniej, aby taśma nie przebywała w strefie przemiany austenitu w ferryt i węgliki podczas jej nawijania. W zależności od tych szczegółowych warunków odlewania, takich jak grubość taśmy, prędkość odlewania i odległość oddzielająca cylindry i nawijarkę, warunki te mogą być spełnione przez zwykłe chłodzenie naturalne taśmy na powietrzu, lub mogą wymagać zastosowania urządzenia do wymuszonego chłodzenia taśmy, na przykład, za pomocą natrysku płynem chłodzącym takim jak woda lub mieszanina wody i powietrza. Uważa się, że nadanie taśmie prędkości chłodzenia wyższej lub równej 10°C/s co najmniej pomiędzy jej wyjściem z cylindrów i chwilą, w której osiągnie ona temperaturę 600°C, począwszy od której może mieć miejsce nawijanie, wywoła na ogół pożądane wyniki.

Jednak istnieje potrzeba, aby tworzenie się martenzytu podczas chłodzenia taśmy było regulowane tak, aby nie stało się ono czynnikiem szkodliwym. Przede wszystkim, należy unikać tworzenia się martenzytu przed nawijaniem taśmy, gdyż to pociągałoby za sobą duże ryzyko złamania taśmy podczas nawijania. W tym celu, konieczne jest, aby nawijanie taśmy dokonywane było w temperaturze wyższej od temperatury Ms przemiany austenitu w martenzyt, bądź około 300°C. Z drugiej strony, zbyt szybkie chłodzenie nawoju, wyższe od 300°C/h, prowadziłoby do nadmiernego tworzenia się bardzo twardego martenzytu. To czyniłoby taśmę zbyt łamliwą, aby mogła wytrzymać operacje nawijania poprzedzające wyżarzanie. Przykład

187 133

Przykład obróbki B z fig. 1 prezentuje błędy, które mogłyby powodować zbyt szybkie chłodzenie taśmy. Brak nawijania prowadziłby do średniej prędkości chłodzenia około 1000°C/h. Po tym chłodzeniu taśma miałaby twardość 192 HV, to jest zbyt wysoką podczas, gdy taśma według stanu techniki będąc poddana obróbce A miałaby twardość 155 HV. Taśmy według wynalazku poddane obróbce pośredniej pomiędzy obróbkami C i D, miały twardość rzędu 180 HV. Należy zauważyć, że nawinięta taśma nie powinna być chłodzona z prędkością wyższą od 300°C/h. W praktyce, warunek ten jest na ogół zadowalający w urządzeniach przemysłowych wówczas, gdy nie bierze się pod uwagę szczegółów zmierzających do przyspieszenia chłodzenia nawojów, gdyż prędkość chłodzenia naturalnego na powietrzu jest rzędu 100°C/h i jest zwykle stała.

Z drugiej strony, aby otrzymać dobre wyniki, trzeba zaczekać przed przystąpieniem do wyżarzania bezzgorzelinowego, na dostateczne schłodzenie taśmy tak, aby mogły zajść żądane przemiany, a zwłaszcza przemiana austenitu w martenzyt. W praktyce, wyżarzanie bezzgorzelinowe, powinno być dokonane na nawoju, którego temperatura początkowa jest zawarta między temperaturą otoczenia i temperaturą 200°C. Zwykle, operację tę przeprowadza się w temperaturze 800-850°C w czasie co najmniej 4 godzin.

W stosunku do innych istniejących sposobów zmierzających do polepszenia plastyczności taśm z ferrytycznej stali nierdzewnej zawierającej około 17% chromu, sposób według wynalazku ma tę zaletę, że nie wymaga stosowania szczególnych i kosztownych operacji, takich jak wprowadzenie stabilizatorów i/lub obniżenie zawartości węgla i azotu do poziomu niezwykle niskiego. Sposób według wynalazku może być przeprowadzony na maszynie do odlewania ciągłego pomiędzy cylindrami, która nie musi być wyposażona w urządzenie do walcowania na gorąco taśmy wychodzącej z cylindrów. Nie potrzeba również szczególnego przystosowania etapów dalszego cyklu wytwarzania po odlaniu taśmy, jak wyżarzania bezzgorzelinowego, obcinania brzegów i odcinania taśmy. Jedyną zmianą w standardowym urządzeniu do odlewania ciągłego pomiędzy cylindrami jest ewentualne umieszczenie pod cylindrami dodatkowego urządzenia chłodzącego taśmę. Takie urządzenie, które może być bardzo proste zapewnia, że taśma nie przebywa nigdy w strefie przemiany austenitu w ferryt i węgliki, i że nawijanie przeprowadzane jest zawsze w temperaturze 600°C lub niższej, niezależnie od prędkości odlewania i grubości taśmy, nawet jeśli nawijarka jest usytuowana stosunkowo blisko cylindrów. Takie usytuowanie może być jednak niepożądane przy odlewaniu innych gatunków stali.

W ramach wynalazku, można stosować sposób poprzednio opisany do taśm odlewanych pomiędzy cylindrami, które poddane są walcowaniu na gorąco pod cylindrami wówczas, gdy spełnione są pozostałe warunki wymagane do chłodzenia i nawijania taśmy. Można przeprowadzić takie walcowanie na gorąco, aby polepszyć strukturę wewnętrzną taśmy zawierającą ewentualnie pory, i aby polepszyć jakość jej powierzchni. Ponadto, walcowanie na gorąco prowadzone w temperaturze od 900°C do 1150°C ze współczynnikiem redukcji co najmniej 5%, ma korzystny wpływ na plastyczność taśmy. Doświadczenie wykazało, że wpływ ten kumuluje się z zaletami sposobu według wynalazku, bez konieczności przestrzegania warunków analitycznych bardzo dokładnie opisanych w cytowanym wcześniej opisie patentowym EP-A0638653. Można zatem uzyskać plastyczność taśmy wyższą niż plastyczność, którą można otrzymać stosując tylko walcowanie na gorąco lub tylko wersję podstawową sposobu według wynalazku.

Przykład

Tytułem przykładu dokonano prób na taśmie stalowej o grubości 2,7 mm odlewanej pomiędzy cylindrami, o składzie wyrażonym w % wagowych: węgiel: 0,040%, krzem: 0,23%, siarka: 0,001%, fosfor: 0,024%, mangan: 0,40%, chrom: 16,50%, nikiel: 0,57%, molibden: 0,030%, tytan: 0,002%, niob: 0,001%, miedź: 0,060%, glin: 0,003%, wanad: 0,060%, azot: 0,042%, tlen: 0,0090%, bor: <0,001%.

Ten skład odpowiada kryterium yp 46,5% i temperaturze Ac 826°C.

Przy braku walcowania na gorąco wówczas, gdy nawijanie taśmy jest dokonywane w temperaturze 800°C, zgodnie z obróbką A z fig. 1, przed wyżarzaniem bezzgorzelinowym taśma nie wytrzymuje jednego zgięcia na obcinanych brzegach i jej pęknięcie następuje na10

187 133 tychmiast. W przypadku nawijania w temperaturze 670°C, taśma wytrzymuje tylko jedno zgięcie na obcinanych brzegach. Ale jeśli przeprowadzi się nawijanie w temperaturze 500°C zgodnie ze sposobem według wynalazku, taśma może wytrzymać cztery zgięcia na obcinanych brzegach. Próby te potwierdziły więc przykłady przedstawione na fig. 1-3.

Wówczas, gdy ponadto, taśmę podda się walcowaniu na gorąco w temperaturze 1000°C ze współczynnikiem redukcji jej grubości równym 30%, nawijanie dokonane w temperaturze 500°C zgodnie z wynalazkiem powoduje, że taśma pochłania, po wyżarzeniu bezzgorzelinowym, w temperaturze 20°C, energię 160 J/cm², dla warunków prób podobnych do warunków prób podanych w tabeli 1.

Dla porównania, jeśli nawijanie następuje w temperaturze 800°C, pochłaniana energia wynosi tylko 100 łW.

Taśmy wytwarzane sposobem według wynalazku różnią się od taśm otrzymanych znanym sposobem na ogół tym, że łączą one ze sobą:

- strukturę słupkową z dużymi ziarnami ferrytycznymi, współistniejącą z licznymi strefami z małymi ziarnami ferrytycznymi rozdzielonymi węglikami,

- brak ciągłych warstewek dużych węglików, zastąpionych przez łańcuch małych, nieciągliwych węglików usytuowanych na granicach pomiędzy dużymi ziarnami ferrytycznymi i strefami o małych ziarnach ferrytycznych,

- w przypadku wersji podstawowej wynalazku, w której nie przeprowadza się walcowania na gorąco taśmy przed jej nawijaniem, brak struktur wskazujących klasycznie, że przystąpiono do takiego walcowania na gorąco,

- brak znaczących zawartości pierwiastków stabilizujących takich jak niob, wanad, tytan, glin, molibden, bo jak zaznaczono, pierwiastki takie mogą ewentualnie występować z różnych powodów, ale nie wywierają znacznego wpływu na plastyczność taśmy.

Odpowiednia plastyczność taśm umożliwia następnie poddanie ich bez uszkodzeń zwykłym operacjom metalurgicznym, które przetwarzają je w gotowe wyroby wykorzystywane przez klienta, zwłaszcza walcowaniu na zimno.

187 133

Fig. 3

187 133

Fig. 2

187 133

£ ο

ίθ tn

UΙΟ

Ο <

Τ’ ΰ

O to	Τ-	to	o
O o	Ο	O	o
O c-)	<	o	m
j·™ CM V.		CM
O		O
+		+
		0

(/)

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Cienka taśma z nierdzewnej stali ferrytycznej, zawierającej ponad 0,12% węgla, ponad 1% manganu, ponad 1% krzemu, ponad 0,040% fosforu, ponad 0,030% siarki i od 16% do 18% chromu, znamienna tym, że jej mikrostruktura wytworzona jest z osnowy ferrytycznej o ziarnach ferrytycznych mających wielkość powyżej 300 μm, jak również zawierającej mniejszą ilość ziaren ferrytycznych o wielkości poniżej 300 μm i małe węgliki o wielkości poniżej 0,5 μιη.
2. Sposób wytwarzania cienkiej taśmy z nierdzewnej stali ferrytycznej, o grubości mniejszej od 10 mm, zgodnie z którym bezpośrednio ciekły metal zestala się pomiędzy dwoma cylindrami o poziomych osiach usytuowanymi obok siebie, chłodzonymi zewnętrznie i obracającymi się w kierunkach przeciwnych, a taśma wykonana jest z ferrytycznej stali nierdzewnej zawierającej ponad 0,12% węgla, ponad 1% manganu, ponad 1% krzemu, ponad 0,040% fosforu, ponad 0,030% siarki i od 16% do 18% chromu, znamienny tym, że chłodzi się lub doprowadza się do ochłodzenia taśmy eliminując przebywanie jej w zakresie przemiany austenitycznej w ferryt i węgliki, po czym dokonuje się nawijania taśmy w temperaturze zawartej pomiędzy 600°C i temperaturą przemiany martenzytycznej M_s, a następnie umożliwia się nawiniętej taśmie stygnięcie z prędkością 300°C/h, aż do temperatury zawartej pomiędzy 200°C i temperaturą otoczenia, po czym poddaje się taśmę wyżarzaniu bezzgorzelinowemu.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wyżarzanie bezzgorzelinowe przeprowadza się w temperaturze od 800°C do 850°C w czasie co najmniej 4 godzin.
4. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że eliminuje się przebywanie taśmy w strefie przemiany austenitycznej w ferryt i węgliki, nadając taśmie prędkość chłodzenia wyższą lub równą 10°C/s, co najmniej pomiędzy chwilą, w której taśma skrzepnięta opuszcza cylindry a chwilą, w której osiąga ona temperaturę 600°C.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że prędkość chłodzenia taśmy reguluje się przez natrysk płynu chłodzącego na powierzchnię taśmy.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że dodatkowo przeprowadza się walcowanie na gorąco taśmy uprzednio nawiniętej w temperaturze zawartej pomiędzy 900°C i 1150°C, ze współczynnikiem redukcji grubości taśmy co najmniej 5%.