WO2000015362A1 - Verfahren zur erzeugung von warmband und blechen - Google Patents

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Uwe Quitmann
Harald Wehage
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing hot strip and sheet metal on a production plant, consisting of a continuous casting plant for slabs with a thickness between 100 and 180 mm and with an exit temperature from the
  • FFM Flexible Fiat Mill
  • the temperature of the slab after leaving the continuous casting plant is usually between 1000 ° C and 1150 ° C and decreases during transport to the heating furnace on the roller table.
  • the direct hot use in the heating furnace takes place at temperatures between 750 and 950 ° C.
  • the slab is heated evenly across thickness, width and length to material-dependent temperatures between 1050 and 1280 ° C.
  • Characteristic of the hot application is the fact that before the first forming in the rolling mill there is no or only a slight austenite-ferrite / per-lit transformation in the area close to the surface over the slab thickness if the surface temperatures change the transition temperatures during transport of the __
  • the method of hot use saves heating energy and time during the heating process compared to cold use.
  • the described method of hot use has proven itself for steels with a copper content of less than 0.3%. With higher copper contents in the steel, the copper released during the scale formation in the heating furnace accumulates at the grain boundaries of the primary austenite. Depending on the copper content, the heating temperature and scaling, these copper deposits at the grain boundaries can lead to material separations in the form of network-like cracks during the forming in the rolling mill.
  • EP 0686702 A1 it is proposed to solve the problem that also occurs in thin slab casting and rolling plants that the surface of the 40 - 70 mm thick thin slabs be lowered in a cooling section downstream of the continuous casting plant to temperatures below the Ar 3 temperature in such a way that in a near-surface area of at least 2 mm depth there is at least a 70% structural transformation of the austenite into ferrite / pearlite with reorientation of the austenite limits after reheating in the roller hearth furnace.
  • An average surface temperature should not fall below the martensite threshold of the respective material quality during cooling in the cooling section.
  • AIN precipitates during hot use are given as the cause of cracks in the rolling stock when rolling aluminum-quenched steels with 0.008-0.030% N and 0.03-0.25% Pb. Rapid cooling of the near-surface boundary layer of the blooms with structural transformation in the bainite region is recommended to suppress the AIN excretions. The rapid cooling takes place between the continuous caster and the heating furnace.
  • the device for rapid cooling is located between the continuous caster and the heating furnace.
  • a material-specific control and regulation of the cooling device is provided.
  • the described prior art has in common that the actual causes, processes or mechanisms that lead to cracks and material separations when using the hot insert in the process line continuous casting plant - heating / equalizing furnace - rolling mill have not yet been clearly clarified. It is possible to combine ⁇ several named causes.
  • the prior art proposes rapid cooling of the surface layer of the continuous casting material near the surface below the transition temperature with subsequent tempering by the heat flowing from the core. The risk of the surface temperature sometimes falling below the martensite threshold is present in all the patents mentioned, as shown in FIG. 1a with the solid line representing the prior art.
  • Fig. 1a shows the course of the surface temperature over time.
  • the devices for rapid cooling are proposed in the prior art locally between the continuous casting plant and the heating furnace or compensating furnace.
  • the partial conversion of the near-surface boundary layer into ferrite / pearlite is associated with a refinement and reorientation of the austenite limits after reheating, as can also be seen in FIGS. 1b and 2 on the course of the solid line representing the prior art.
  • the object of the present invention is to ensure that steels with higher contents of Cu, Al and N can also be processed in a combined hot strip / sheet metal production plant of the generic type described. According to the invention, it is proposed that between the continuous caster and the heating furnace only the surface layer of the previously descaled slab near the surface is formed in-line, recrystallized during and after the forming and then in several stages to a temperature below the A r3 - __
  • Cooling point is cooled and temporarily held until the structural transformation of the recrystallized fine-grained austenite in the ferrite / pearlite is completed.
  • the slab is formed with a total decrease of 5-15% and with a diameter-optimized rolling gap ratio l d / h m of less than 0.8.
  • the rolling speed corresponds to the casting speed.
  • the region of the continuous casting material near the surface in the roll gap of the respective stand of the rolling unit recrystallizes partially to completely dynamically, depending on the forming conditions.
  • a partial to complete static recrystallization of the deformed surface layer of the rolling stock near the surface takes place.
  • the temperature curve of the surface layer near the surface is shown in FIG. 1a with the dashed line.
  • the dynamic and static recrystallization results in grain refinement of the surface layer near the surface (see FIG. 1b, dashed line), ie the coarse-grained primary austenite has changed into a rolled fine-grained structure.
  • the intensity of the cooling section consisting of several nozzle groups is controlled and regulated so that the surface temperature of the slab neither reaches the bainite area nor falls below the martensite threshold of the respective material quality.
  • control and regulating systems control the media pressure of the nozzle groups of the cooling section as a function of the respective slab thickness and casting speed, the average temperature of the surface layer near the surface, while observing the cooling temperature and time necessary for a 100% structural change, as well as the bainite start temperature and the martensite start temperature regulate the respective material quality.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Erzeugung von Warmband und Blechen in einer Produktionsanlage, bestehend aus einer Stranggießanlage für Brammen zwischen 100 und 180 mm Dicke, einem Zunderwäscher, einer ein- oder mehrgerüstigen Walzeinheit mit oder ohne integriertem Staucher, einer Kühlstrecke, einem Anwärmofen und einem Steckelwalzwerk. Dabei wird zwischen Stranggießanlage und Anwärmofen nur die oberflächennahe Randschicht der zuvor entzunderten Bramme in-line umgeformt, während und nach der Umformung rekristallisiert und anschließend mehrstufig auf eine Temperatur unterhalb des Ar3-Umwandlungspunktes abgekühlt und zeitweise gehalten, bis die Gefügeumwandlung des rekristallisierten feinkörnigen Austenits im Ferrit/Perlit abgeschlossen ist.

Description

Verfahren zur Erzeugung von Warmband und Blechen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Warmband und Blechen auf einer Produktionsanlage, bestehend aus einer Stranggießanlage für Brammen mit einer Dicke zwischen 100 und 180 mm und mit einer Austrittstemperatur aus der
Stranggießanlage oberhalb von 1000 °C, einem Anwärmofen und einem Steckelwalzwerk.
In einer unter dem Namen FFM (Flexible Fiat Mill) bekanntgewordenen Produktionsanlage für die Erzeugung sowohl von Warmband als auch von Blechen wird eine 100 - 180 mm dicke Bramme von der Stranggießanlage mit Hilfe eines Rollgangs direkt zum Anwärmofen transportiert, heiß eingesetzt und angewärmt und nach Verlassen des Anwärmofens in einem ein- oder mehrgerüstigem Steckelwalzwerk zu einem Band oder zu einem oder mehreren Blechen ausgewalzt.
Üblicherweise liegt die Temperatur der Bramme nach dem Verlassen der Stranggießanlage zwischen 1000°C und 1150 °C und verringert sich während des Transportes zum Anwärmofen auf dem Rollgang. Der direkte Heißeinsatz in den Anwärmofen erfolgt bei Temperaturen zwischen 750 und 950 °C. Im Anwärmofen wird die Bramme gleichmäßig über Dicke, Breite und Länge auf materialabhängige Temperaturen zwischen 1050 und 1280 °C angewärmt. Kennzeichnend für den Heißeinsatz ist die Tatsache, daß vor der ersten Umformung in der Walzstraße über die Brammendicke keine oder nur eine geringfügige Austenit- Ferrit/Per lit-Umwandlung im oberfiächennahen Bereich stattfindet, wenn die Oberflächentemperaturen die Umwandlungstemperaturen beim Transport der __
Bramme von der Stranggießanlage zum Anwärmofen nicht oder nur geringfügig und kurzzeitig unterschritten hat. Der mit der Erstarrung der Bramme entstandene grobkörnige Primäraustenit bleibt bis zur Umformung in der Walzstraße überwiegend erhalten. Die Austenitkomgröße kann im Anwärmofen materialabhängig und je nach Anwärmtechnologie noch wachsen.
Das Verfahren des Heißeinsatzes führt im Vergleich zum Kalteinsatz zur Einsparung von Anwärmenergie und -zeit während des Anwärmprozesses.
Das beschriebene Verfahren des Heißeinsatzes hat sich bewährt für Stähle mit einem Kupfergehalt kleiner als 0,3 %. Bei höheren Kupfergehalten im Stahl lagert sich das bei der Zunderbildung im Anwärmofen frei werdende Kupfer an den Korngrenzen des Primäraustenits an. In Abhängigkeit vom Kupfergehalt, der Anwärmtemperatur und Verzunderung können diese Kupferanlagerungen an den Korngrenzen während der Umformung im Walzwerk zu Materialtrennungen in Form von netzartigen Rissen führen.
In EP 0686702 A1 wird zur Lösung des auch in Dünnbrammen-Gießwalzanlagen auftretenden Problems vorgeschlagen, die Oberfläche der 40 - 70 mm dicken Dünnbrammen in einer der Stranggießanlage nachgeordneten Kühlstrecke auf Temperaturen unterhalb der Ar3-Temperatur derart abzusenken, daß in einem oberflächennahen Bereich von mindestens 2 mm Tiefe eine mindestens 70%ige Gefügeumwandlung des Austenits in Ferrit/ Perlit mit Neuorientierung der Austenitkomgrenzen nach Wiedererwärmung im Rollenherdofen stattfindet. Eine mittlere Oberflächentemperatur soll bei der Abkühlung in der Kühlstrecke die Martensitschwelle der jeweiligen Materialgüte nicht unterschreiten. Insgesamt ist festzustellen, daß beim Stand der Technik beim Walzen von Blöcken, Knüppeln und Brammen bestimmter chemischer Zusammensetzung Risse bzw. Materialtrennungen auftreten, wenn das Verfahren des Heißeinsatzes in den Anwärmofen als direkte Kopplung von Stranggießanlage und Walzwerk angewendet^ wird.
In JP 59-189001 wird für Knüppel aus Kohlenstoffstählen mit 5 - 100 ppm Bor, 0,03 - 0,15 % Schwefel und 0,5 - 2,0 % Silizium ebenfalls eine schnelle Abkühlung der oberflächennahen Randschicht im Bereich zwischen Stranggießanlage und Anwärmofen zur Vermeidung von Rissen im Walzgut während des Walzens vorgeschlagen.
In EP 0587150 A1 werden AIN-Ausscheidungen während des Heißeinsatzes als Ursache für Risse im Walzgut beim Walzen von aluminium-beruhigten Stählen mit 0,008 - 0,030 % N und 0,03 - 0,25 % Pb angegeben. Empfohlen wird eine Schnellabkühlung der oberflächennahen Randschicht der Vorblöcke mit Gefügeumwandlung im Bainitgebiet zur Unterdrückung der AIN-Ausscheidungen. Die Schnellabkühlung findet zwischen Stranggießanlage und Anwärmofen statt.
Im US - Patent 56 34 512 werden Ausscheidungen von AI, V und N während des Heißeinsatzes als Ursache für Risse in Vorblöcken, Knüppeln und Brammen infolge von Zugspannungen bei der Abkühlung an Luft benannt. Vorgeschlagen wird ebenfalls eine Schnellabkühlung einer oberflächennahen Randschicht von mindestens 10 mm auf eine Temperatur von 400 °C mit anschließendem
Selbstanlassen auf 900 °C durch nachfließende Wärme aus dem Kernbereich. Die Einrichtung zur Schnellabkühlung befindet sich zwischen Stranggießanlage und Anwärmofen. Eine materialspezifische Steuerung und Regelung der Abkühleinrichtung ist vorgesehen. Dem geschilderten Stand der Technik ist gemeinsam, daß die eigentlichen Ursachen, Vorgänge bzw. Mechanismen, die zu Rissen und Materialtrennungen bei Nutzung des Heißeinsatzes in der Prozeßlinie Stranggießanlage - Anwärm-/ Ausgleichofen - Walzwerk führen, bisher nicht eindeutig geklärt sind. Die Möglichkeit der Kombination^ mehrerer genannter Ursachen ist gegeben. Generell wird jedoch beim Stand der Technik eine Schnellabkühlung der oberflächennahen Randschicht des Stranggußmaterials unter die Umwandlungstemperatur mit anschließendem Anlassen durch nachfließende Wärme aus dem Kern vorgeschlagen. Die Gefahr der teilweisen Unterschreitung der Oberflächentemperatur unter die Martensitschwelle ist bei allen genannten Patenten gegeben, wie in Figur 1a mit der durchgezogenen, den Stand der Technik darstellenden Linie gezeigt ist. Fig.1a zeigt den Verlauf der Oberflächentemperatur über der Zeit.
Die Einrichtungen zur Schnellabkühlung werden beim Stand der Technik örtlich zwischen der Stranggießanlage und dem Anwärmofen bzw. Ausgleichofen vorgeschlagen. Die partielle Umwandlung der oberflächennahen Randschicht in Fer rit/Perlit ist mit einer Komfeinung und Neuorientierung der Austenitkomgrenzen nach Wiedererwärmung verbunden, wie in Figuren 1b und 2, ebenfalls am Verlauf der durchgezogenen, den Stand der Technik darstellenden Linie zu erkennen ist.
Untersuchungen haben ferner gezeigt, daß bei Stählen mit einem Kupfergehalt größer als 0,3 % und 0,02 - 0,05 % AI sowie 0,008 - 0,020 % N und einem Kupfer/Nickel-Verhältnis größer als 3 ungeachtet einer Schnellabkühlung der oberflächennahen Randschicht einer Bramme mit partieller Gefügeumwandlung nach der Stranggießanlage und vor Einsatz in den Anwärmofen Risse bzw. Materialtrennungen beim nachfolgenden Walzen der Bramme zu Bändern und Blechen auftreten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es sicherzustellen, daß in einer kombinierten Warmband/Blech-Produktionsanlage der beschriebenen gattungsgemäßen Art auch Stähle mit höheren Gehalten an Cu, AI und N ohne Nachteile verarbeitet werden können. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß zwischen Stranggießanlage und Anwärmofen nur die oberflächennahe Randschicht der zuvor entzunderten Bramme in-line umgeformt wird, während und nach der Umformung rekristallisiert und anschließend mehrstufig auf eine Temperatur unterhalb des Ar3- __
Umwandlungspunktes abgekühlt und zeitweise gehalten wird, bis die Gefügeumwandlung des rekristallisierten feinkörnigen Austenits im Ferrit/ Perlit abgeschlossen ist.
Vorrichtungstechnisch bedeutet das, daß vor dem Einsatz der Bramme in den Anwärmofen eine Oberflächenverformungsgruppe bestehend aus einem Zunderwäscher, einer ein- oder mehrgerüstigen Walzeinheit mit oder ohne integrierten Staucher und einer Steuer- und regelbaren Kühlstrecke durchlaufen wird. Im Zunderwäscher wird die Oberfläche vollständig entzundert.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bramme mit einer Gesamtabnahme von 5 - 15 % und mit einem durchmesseroptimierten Waizspaltverhältnis ld/hm kleiner als 0,8 umgeformt wird. Die Walzgeschwindigkeit entspricht der Gießgeschwindigkeit. Durch Optimierung des bzw. der Walzendurchmesser und der Abnahme wird das vorgeschlagene Walzspaltverhältnis von gedrückter Länge zu mittlerer Walzguthöhe so eingestellt, daß nach einem anderen Merkmal der Erfindung der oberflächennaher Breich durch Wahl der Abnahme und des Waizspaltverhältnisses einer Dicke von maximal einem Viertel der Brammendicke entspricht, während der Kernbereich nahezu unverformt bleibt.
Durch die Verformung rekristallisiert der oberflächennahe Bereich des Stranggußmaterials im Walzspalt des jeweiligen Gerüstes der Walzeinheit in Abhängigkeit von den Umformbedingungen teilweise bis vollständig dynamisch. Nach Austritt aus dem Walzspalt des jeweiligen Gerüstes der Walzeinheit findet eine teilweise bis vollständige statische Rekristallisation der verformten oberflächennahen Randschicht des Walzgutes statt. Den Temperaturverlauf der oberflächennahen Randschicht zeigt Figur 1a mit der gestrichelten Linie. Durch die dynamische und statische Rekristallisation erfolgt eine Kornfeinung der oberflächennahen Randschicht (vgl. Figur 1b, gestrichelte Linie), d.h. der grobkörnige Primäraustenit ist in eine gewalzte feinkörnige Struktur übergegangen.
Zur Vermeidung von Kornwachstum in der oberflächennahen Randschicht aufgrund der noch hohen Temperaturen zwischen 850 und 1050 °C wird diese nach Abschluß der Rekristallisation in einer Kühlstrecke mehrstufig abgekühlt. Bei dieser Abkühlung wird gleichzeitig die Ar3-Umwandlungstemperatur unterschritten, wodurch das durch das Walzen rekristallisierte und gefeinte Korn der oberflächennahen Randschicht im Vergleich zur herkömmlichen Methode 1 bedeutend schneller und zu einem noch feinerem ferritisch/perlitischen Gefüge umwandelt (vgl. Figuren 1 und 2).
Erfindungsgemäß wird die Intensität der aus mehreren Düsengruppen bestehenden Kühlstrecke so gesteuert und geregelt wird, daß die Oberflächentemperatur der Bramme weder das Bainitgebiet erreicht noch die Martensitschwelle der jeweiligen Materialgüte unterschreitet.
Die mehrstufige Abkühlung der oberflächennahen Randschicht erfolgt solange, bis eine 100 %ige Umwandlung des rekristallisierten und gefeinten Austenitkorns in Ferrit/Perlit erfolgt ist. Dazu ist vorgesehen, daß Steuer- und Regelsysteme den Mediendruck der Düsengruppen der Kühlstrecke in Abhängigkeit von der jeweiligen Brammendicke und Gießgeschwindigkeit, der mittleren Temperatur der oberflächennahen Randschicht unter Einhaltung der für eine 100 %ige Gefügeumwandlung notwendigen Abkühltemperatur und -zeit sowie der Bainitstarttemperatur und der Martensitstarttemperatur der jeweiligen Materialgüte regulieren.
Durch die Kombination von Umformung der oberflächennahen Randschicht mit deren stufenweisen Kühlung unter die Ar3-Umwandlungstemperatur entsteht ein bedeutend feinkörnigeres ferritisch/perlitisches Gefüge bis zum Einsatz der Bramme in den Anwärmofen im Vergleich zu herkömmlichen Methoden (vgl. Figur 1b). Dadurch ist auch eine vollständige Neuorientierung der Austenitkorngrenzen mit einem bedeutend feineren Korn infolge Gefügeumwandlung während der Wiedererwärmung gegeben. Durch die vollständige Neuorientierung der Austenitkorngrenzen bei bedeutend feinerem Korn können Stähle mit einem Kupfergehalt größer als 0,3 % und Zusätzen von AI und N sowie einem Kupfer/Nickel-Verhältnis größer als 3 im Heißeinsatz auf der beschriebenen Produktionsanlage verarbeitet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren für die Erzeugung von Warmband und Blechen in einer Produktionsanlage, bestehend aus einer Stranggießanlage für Brammen zwischen 100 und 180 mm Dicke, einem Zunderwäscher, einer ein- oder __ mehrgerüstigen Walzeinheit mit oder ohne integriertem Staucher, einer Kühlstrecke, einem Anwärmofen und einem Steckelwalzwerk, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stranggießanlage und Anwärmofen nur die oberflächennahe Randschicht der zuvor entzunderten Bramme in-line umgeformt wird, während und nach der Umformung rekristallisiert und anschließend mehrstufig auf eine Temperatur unterhalb des Ar3-Umwandlungspunktes abgekühlt und zeitweise gehalten wird, bis die Gefügeumwandlung des rekristallisierten feinkörnigen Austenits im Ferrit/Perlit abgeschlossen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bramme mit einer Gesamtabnahme von 5 - 15 % und mit einem durchmesseroptimierten Walzspaltverhältnis ld/hm kleiner als 0,8 umgeformt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der umgeformte oberflächennahe Bereich durch Wahl der Abnahme und des Walzspaltverhältnisses einer Dicke von maximal einem Viertel der
Brammendicke entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der aus mehreren Düsengruppen bestehenden Kühlstrecke so gesteuert und geregelt wird, daß die Oberflächentemperatur der Bramme weder das Bainitgebiet erreicht noch die Martensitschwelle der jeweiligen Materialgüte unterschreitet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß Steuer- und Regelsysteme den Mediendruck der Düsengruppen der Kühlstrecke in Abhängigkeit von der jeweiligen Brammendicke und Gießgeschwindigkeit, der mittleren Temperatur der oberflächennahen Randschicht unterEinhaltung der für eine 100 %ige Gefügeumwandlung notwendigen Abkühltemperatur und -zeit sowie der Bainitstarttemperatur und der Martensitstarttemperatur der jeweiligen Materialgüte regulieren.
Figuren 1a und b sowie 2
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