WO2021013462A1

WO2021013462A1 - Mehrlagenverbundrohre und mehrlagenverbundprofile aus zwei- oder mehrlagenverbundcoils

Info

Publication number: WO2021013462A1
Application number: PCT/EP2020/067779
Authority: WO
Inventors: Andreas Basteck; Torsten Gieseke; Martin METZING
Original assignee: Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2020-06-25
Publication date: 2021-01-28
Also published as: DE102019211064A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein kalt- oder warmumgeformtes Metall-Halbzeug aus einem warm- oder kaltgewalzten Mehrlagenverbundcoil-Stahlflachhalbzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie eine entsprechende Verwendung.

Description

Mehrlagenverbundrohre und Mehrlagenverbundprofile aus Zwei- oder Mehrlagen- verbundcoils

Die Erfindung betrifft ein kalt- oder warmumgeformtes Metall-Halbzeug aus einem warm- oder kaltgewalzten Mehrlagenverbundcoil-Stahlflachhalbzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Ver fahren zu dessen Herstellung sowie eine entsprechende Verwendung.

Bestimmte Anwendungsfälle erfordern den Einsatz von Rohren/Profilen mit unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften an der Rohr-/Profilinnenseite, Rohr-/Profilau- ßenseite bzw. in den einzelnen Schichten zwischen Rohr-/Profilinnen- und Außenseite.

Bisherige Verfahren lösten dieses Problem durch Walzplattieren von unterschiedlichen Werk stoffen, Fügen von unterschiedlichen Innen- und Außenrohren/-profilen mit anschließender Formschlusserreichung, sowie der Herstellung eines diskontinuierlich hergestellten bzw. kalt gewalzten Werkstoffsandwiches als Vormaterial für die Mehrlagenrohre/-profile.

So lehrt die DE 10 2008 048 969 Al beispielsweise das Anordnen zweier Stahlbänder überein ander, die anschließend zu einer Vorform eines Rohres geformt werden, wobei die Stahlbänder sandwichartig coaxial angeordnet sind. Im darauffolgenden Verfahrensschritt wird das vorge formte Rohr zu einem geschlossenen Rohr gefügt, beispielsweise geschweißt. In der DE 203 17 565 Ul wird die Herstellung eines Hochdruckleitungsrohres offenbart, bei welchem ver schiedene Schichten bzw. Rohre coaxial ineinandergefügt werden und dann mit einem geeig neten Werkzeug verpreßt werden. Die DE 102 02 214 B4 offenbart ein mehrschichtig aufge bautes Band-oder Blechmaterial zur Herstellung von Rohren. Das mehrschichtige Material wird hergestellt, indem zunächst ein Hohlkörper aus einem ersten Stahlwerkstoff durch Schleuder guss hergestellt wird, dessen Innenraum mit einem schmelzflüssigen Stahlwerkstoff gefüllt wird und der gefüllte Körper nach Erwärmen auf Ziehtemperatur warmgewalzt wird. In der WO 2018/158130 A wird das U-O-Formen oder Rollprofilieren eines Verbundwerkstoffs, enthaltend eine zweite Lage aus einer weichen Stahllegierung, welche zumindest einseitig vollflächig und stoffschlüssig mit einer ersten Lage aus einer Stahllegierung mit einem martensitischen Gefü ge verbunden ist, beschrieben. Die beiden Lagen sind durch Zugfestigkeit und Härte der Legie rungen definiert. Weitere Werkstoffverbunde, insbesondere aus unterschiedlichen Stahllegie rungen sind im Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der deutschen Offenlegungs schrift DE 10 2008 022 709 A. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwin den und eine Optimierung der Stoff- und formschlüssigen Verbindung und den daraus resultie renden technischen Vorteilen, sowie die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Prozesses durch Einsatz eines kontinuierlich hergestellten Vormaterials bereitzustellen. Ferner sollen die für die Kaltumformungen zur Verfügung gestellten Coils in bestehende Standard-Prozesse, wie zum Beispiel Rollprofilieren oder Formen von Rohren integriert werden, ohne aufwändige und kostenintensive Änderungen in der jeweiligen Prozesskette zu erfordern. Des Weiteren sollen Rohre und Profile auf Stahlbasis zur Verfügung gestellt werden, die schon durch ihre Zusam mensetzung unterschiedlichsten Anforderungen gerecht werden, wie zum Beispiel Härte, Ver formbarkeit, Temperatur-, abrasive oder chemische Beständigkeit und/oder Gewichtseinspa rung, wobei nach der Umformung möglichst wenig weitere Schritte zur Herstellung des Endpro dukts erforderlich sind. Schon aus Kostengründen sollten dafür dem Fachmann bekannte und leicht herstellbare Legierungen und Grundstoffe ersetzbar sein. Gelöst werden diese Aufgaben durch die Gegenstände der Ansprüche.

In einer Ausführung betrifft die Erfindung ein kalt- oder warmumgeformtes Metall-Halbzeug aus einem warm- oder kaltgewalzten Mehrlagenverbund-Stahlflachhalbzeug mit folgenden Merk malen: a) eine Dicke von mindestens 0,8 mm bis maximal 25,0 mm, bevorzugt mindestens 1 ,0 mm, 1 ,25 mm, besonders bevorzugt 1 ,5 Millimeter und bevorzugt maximal 20,0 mm, 15,0 mm, besonders bevorzugt 12,5 mm; b) umfassend oder bestehend aus einer erste Lage aus einer Stahllegierung und min destens einer weiteren metallischen Lage die mit der ersten Lage vollflächig und stoffschlüssig verbunden ist, c) eine Differenz zwischen den Werten der Streckgrenze der ersten Lage und der min destens einen weiteren Lage von mindestens 10 MPa und maximal von 2000 MPa, bevorzugt mindestens 20, besonders bevorzugt mindestens 30, insbesondere min destens 40 MPa und bevorzugt maximal 1500 MPa, 1000 MPa, 900 MPa, 800 MPa, 700 MPa, besonders bevorzugt 600 MPa, insbesondere 500 MPa; d) zwischen der ersten Lage und der mindestens einer weiteren Lage ist eine Zwischen lage angeordnet, e) die Zwischenlage und/oder der Übergang von einer Lage zur Zwischenlage weist einen Konzentrationsgradienten auf mindestens eines der Elemente aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus: C, AI, Si, Mn, P, S, N, Ti, B, Cu, Sn, Sb, Ca, As, Cr, Ni, Mo, V, Nb.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Konzentrationsgradient auf den prozen tualen Anteil, also die Konzentration eines der oben genannten Elemente. Mindestens eines oder mehrere dieser Elemente sind in der Legierung der ersten Lage in einer genau definierten Konzentration neben Fe enthalten. Die Summe alle Elemente der Legierung ergibt 100 % (da mit sind Gewichtsprozent gemeint).

Bei der Herstellung des erfindungsgemäß einzusetzenden warm- oder kaltgewalzten Mehrla- genverbund-Stahlflachhalbzeugs finden Diffusionsprozesse statt, welche zu einer Vermischung der einzelnen Lagen des Materialverbunds führen. Dadurch wird die Zwischenlage gebildet. Die Zwischenlage ist das Produkt der Diffusionsprozesse bei der Herstellung des erfindungsgemäß einzusetzenden warm- oder kaltgewalzten Mehrlagenverbund-Stahlflachhalbzeugs. Die Zwi schenlage ist mithin, im Gegensatz zur ersten Lage aus einer Stahllegierung und der mindes tens einen weiteren metallischen Lage, keine Lage die als Ausgangsmaterial eingesetzt wird. Die Zwischenlage ist in einer Alternative die vollflächige und stoffschlüssige Verbindung zwi schen den Lagen die als Ausgangsmaterial eingesetzt werden oder wird als solche bezeichnet. Beispielsweise kann Kohlenstoff aus einer Lage, die einen höheren Kohlenstoffgehalt aufweist, in eine Lage diffundieren, die einen geringeren Kohlenstoffgehalt aufweist. Durch diese Diffusi onsprozesse kann während der Warmumformung ein Material gebildet werden, welches flie ßende Werkstoffeigenschaften über der Dicke aufweist. Mithin weist die Zwischenlage und/oder der Übergang von einer Lage zur Zwischenlage einen Konzentrationsgradienten auf, d. h. über einen bestimmten Bereich des Querschnitts ändert sich die Konzentration mindestens eines der oben genannten Elemente.

Die Begriffe Mehrlagenverbund-Stahlflachhalbzeug, bevorzugt als Mehrlagenverbundcoil, Mehrlagenverbund und Stahlflachhalbzeug definieren ein Erzeugnis, aus welchem die erfin dungsgemäßen Metall-Halbzeuge, Mehrlagenverbundrohre und Mehrlagenverbundprofile durch Umformen, insbesondere Kaltumformung hergestellt werden. Durch das zuvor genann te Umformen ändern sich die genannten Merkmale des Stahlflachhalbzeugs nicht. D. h., die er findungsgemäßen Metall-Halbzeuge, Mehrlagenverbundrohre und Mehrlagenverbundprofile weisen nach dem Umformen dieselben oben genannten Merkmale auf, wie das Stahlflachhalb zeug. Dabei beziehen sich Begriffe wie Dicke und Ähnliches auf die Wanddicke der Rohre bzw. Profile.

Das Stahlflachhalbzeug ist in einer Alternative als band-, platten- oder blechförmiges Halbzeug ausgeführt. Bevorzugt liegt es als Coil vor.

Gemäß einer Ausgestaltung des Stahlflachhalbzeugs ist in der einfachsten Ausführung nur ei ne erste Lage mit einer einseitig verbunden zweiten Lage vorgesehen. Die freie Oberfläche der zweiten Lage ist emaillierfähig (wie beispielsweise in der WO 2019/076717 A) oder mit einem Korrosionsschutzüberzug auf Zink- oder Aluminiumbasis oder deren Derivate beschichtet, wo bei insbesondere alternativ oder zusätzlich die freie Oberfläche der ersten Lage vorzugsweise mit einem Korrosionsschutzüberzug auf Zinkbasis beschichtet ist.

Vorzugsweise umfasst das Halbzeug zwei zweite, also weitere Lagen, die auf beiden Seiten der ersten Lage angeordnet und mit dieser vollflächig und stoffschlüssig verbunden sind, so dass ein Sandwichmaterial bereitgestellt werden kann, welches je nach Anwendung einen symme trischen oder asymmetrischen Aufbau aufweisen kann.

Beide freien Oberflächen der zweiten Lagen können mit einem Korrosionsschutzüberzug, vor zugsweise auf Zinkbasis beschichtet sein.

In einer weiteren Ausführung weist das Stahlflachhalbzeug mindestens eine, zwei, drei, vier oder mehr weitere Lagen auf, die übereinander auf einer oder beiden Seiten der ersten Lage angeordnet und mit der darunter angeordneten Lage vollflächig und stoffschlüssig verbunden sind. Zwischen den Lagen ist jeweils eine Zwischenlage, wie oben beschrieben, angeordnet.

Eine Ausführung betrifft ein Metall-Halbzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lage aus einer Stahllegierung eine Dicke von mindestens 50 % bezogen auf die Gesamtdicke aufweist. In einer weiteren Ausführung, insbesondere bei zwei oder mehreren weiteren Lagen, weist die erste Lage aus einer Stahllegierung prozentuell die größte Dicke im Vergleich zur Dicke der ein zelnen weiteren Lagen bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Stahlflachhalbzeugs auf. Das bedeutet, bei der Alternative mit einer ersten Lage einer Stahllegierung und lediglich einer wei teren Lage, weist die erste Lage eine Dicke von 50 % oder mehr bezogen auf die Gesamtdicke auf. Bei Alternativen mit mehreren Lagen, weist die erste Lage den höchsten prozentualen Zah lenwert der Dicke bezogen auf die Gesamtdicke auf.

In der Alternative mit lediglich zwei Lagen, weist also die erste Lage aus einer Stahllegierung eine Materialdicke zwischen 98 % und 50,0 %, bevorzugt mindestens 50,01 %, 55 % 60 %, 70 %, 80 % oder 90 % und maximal 70 %, 80 %, 90 % bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Stahlflachhalbzeugs auf.

Allgemein ist die Materialdicke derart bemessen, dass die positiven Eigenschaften weder der ersten Lage noch der weiteren Lage oder Lagen durch Wechselwirkung der Lagen untereinan der im Wesentlichen nicht negativ beeinflusst werden. Diesbezüglich ist eine Differenz zwischen den Werten der Streckgrenze der ersten und mindestens einer weiteren Lage zu beachten, um zu gewährleisten, dass die unterschiedlichen Lagen auch unterschiedliche Eigenschaften ein- bringen. In diesem Zusammenhang ist auch eine Differenz in der Zugfestigkeit zu betrachten.

Eine Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz zwischen den Werten der Zug festigkeit der ersten Lage und der mindestens einer weiteren Lage von mindestens 20 MPa und maximal von 2000 MPa vorliegt, bevorzugt mindestens 30 MPa, besonders bevorzugt mindes tens 40, insbesondere mindestens 50 MPa und bevorzugt maximal 1500 MPa, 1000 MPa,

900 MPa, 800 MPa, 700 MPa, besonders bevorzugt 600 MPa, insbesondere 500 MPa.

Durch die Kombination zweier unterschiedlicher Lagen können bei Rohren/Profilen, je nach An- wendungs- und Anforderungsprofil die Wandstärke, Innendurchmesser und Materialgüte vari ieren. Durch den Einsatz des Stahlflachhalbzeugs können die Rohre/Profile unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften in den Rohrwandschichten/Profilwandschichten, entsprechend der verwendeten Einzellagen der Vormaterialien aufweisen.

Bei unsymmetrischen Stahlflachhalbzeugen kann allein durch die Umformung schon die äu ßere bzw. innere Rohrwandschicht bzw. Profilschicht gewählt werden.

Unsymmetrisch betrifft eine nicht-symmetrische Verteilung der Schichten in der Lagenzahl zu beiden Seiten der ersten Lage und/oder Schichten unterschiedlicher Dicke zu beiden Seiten der ersten Lage. Durch die zahlreichen Werkstoffkombinationen können unterschiedliche Eigenschaften kombi niert werden, die aus einem monolitischen Werkstoff nicht dargestellt werden können, lediglich beispielhaft sind folgende Alternativen genannt:

1) Rohr/Profil mit einer innen sauergasbeständigen Lage und außen hochfesten Lage;

2) Rohr/Profil mit einer innen verschleißfesten und außen duktilen Lage;

3) Rohr/Profil mit einer innen hoch- oder höherfesten und außen duktilen und umformbaren La ge;

4) Rohr/Profil mit einer innen emaillierfähigen Lage und außen einer Lage einer Stahl Standard güte;

5) Rohr/Profil mit einer innen duktilen und außen einer hoch- oder höherfesten Lage;

6) Rohr/Profil mit einer innen normalisierend gewalzten Lage und außen Vergütungsstahl;

7) Rohr/Profil mit einer Innenlage aus Vergütungsstahl und außen normalisierend gewalzten Lage;

8) Rohr/Profil mit innen einer Lage aus einer Stahl Standardgüte und außen einer schmelz tauch- oder elektrolytisch beschichtungsfähigen oder beschichteten Lage;

9) Rohr/Profil mit innen einer Lage aus rostfreiem Stahl/Edelstahl und außen einer Lage aus ei nem Stahl einer Standardgüte;

10) Rohr/Profil mit innen einer Lage aus einem rostfreien Stahl einer Standardgüte und außen einer Lage rostfreiem Stahl/Edelstahl.

Im Sinne der Erfindung wird als erste Lage eine Stahllegierung ausgewählt aus der Gruppe der Stähle, enthaltend oder bestehend aus: sogenannte C-Stähle, wie zum Beispiel Einsatzstähle mit hoher Zähigkeit im Kern und verschleißfester Oberfläche; Vergütungsstähle, unlegiert oder legiert, für Härte und Zähigkeit nach Bedarf oder Federstähle mit hoher Abriebfestigkeit und Steifigkeit; weiche, unlegierte Stähle, gegebenenfalls zum Kaltwalzen; hochfeste und höherfes- te Stähle insbesondere zum Kaltumformen; Warmbreitband für die Herstellung von Rohren; warmgewalzter Vergütungsstahl; verschleißfester Stahl; Baustahl, wie zum Beispiel normalisier ter Feinkornbaustahl; wetterfester Baustahl; Konstruktionsstahl oder hochfester Konstruktions stahl; unlegierter Baustahl; IF - Stahl; hochfeste IF-Stähle; mikrolegierter Stahl; warmfeste Druckbehälterstähle; Edelstahl; Vergütungsstähle; Mangan-Bor-Stähle; Bor-legierte Vergü tungsstähle; Warmband, insbesondere für geschweißte und nahtlose Großrohre (wie beispiels weise: L245, L290, L360, L245, L290, L360, L390, L415, L450, L485, L555, L245MS, L290MS, L360MS, L390MS, L415MS, L450MS, L485XMS, 42N/M, X 52 N/M, X 56 M, X 60M, X 65 M, X 70 M, X 80 M, H40, J55, K55, N80); Stähle, wie sie als Standard von der Automobilindustrie eingesetzt werden, zum Beispiel: Tiefzieh-Stähle, mit zum Beispiel den Be zeichnungen DC 01/DX52D, DX 51 D, DC 03/DX 53D, DC 04/DX54D, DX05/DX56D, DC 06/DX57D, DD14; konventionelle höher-und hochfeste Stähle (Kaltband, mit zum Beispiel HC 260LA/AX260LAD, HC 300 LA/HF 300LAD, HC 340 LA/HX340LAD, HC 380 LA/HX380 LAD, HC 420 LA/HX420 LAD, HX 460 LA/HX460 LAD, HX340 LAD, HX380 LAD, HX460 LAD, HX500 LAD, S315 MC, S355 MC, F420 MC, S460 MC, S500 MC, S 600 MC, S 700 MC, S 235 J, S355 J, HX160YD, HC 180Y/HX180YD, HC 220Y/HX220YD, HX260Y/HX260YD, HC 180B/HX180BD, HC 220B/HF 220 BD, HC 260B/HX260 BD); Mehrphasen-Stähle (Kaltband, mit zum Beispiel HC T 780X, HC T980X, HC T500X, HC T600X, HC T780C, HD T580X, HTC 780C, HC T690T, HD T 450F, HD T 560F, HTC 1200); oberflächenveredelte Stähle, mit zum Beispiel ZF 100, ZF 120, Z100, Z140, Z200, Z275, Z350, Z 600, T7200, AS 080, AS 120, AS 150, ZM 070, ZM 100, ZM 120, ZM 160, Z E25/25, ZF 50/50, ZE 75/75, ZE 100/100.

Als mindestens eine oder mehrere weitere Lagen wird eine Stahllegierung aus der oben ge nannten Gruppe ausgewählt, zusätzlich ist auch eine aluminiumbasierte Legierung möglich. Er findungswesentlich ist, dass sich die erste und die mindestens eine weitere Lage in den Wer ten ihrer Streckgrenze unterscheiden. Unter dieser Voraussetzung ist im Sinne der Erfindung je de Kombination möglich. Bevorzugt werden als erste und als mindestens eine weitere Lage Stahllegierungen aus der oben beschriebenen Gruppe eingesetzt.

Bevorzugte Alternativen werden aus der oben genannten Gruppe der Beispiele 1-10 oder aus folgender Gruppe ausgewählt, enthaltend oder bestehend aus:

11.) Kombination Zweilagenwerkstoff C60 und S 355 +N für die Herstellung von Betonpum penrohren. Die innere Lage des Rohres besteht aus einer abriebfesten Schicht C60, übriges Rohr aus einer duktilen S355 + N Schicht, in einem Verhältnis der Dicke von 50:50 % bis 25:75 %.

12.) Kombination Zweilagenwerkstoff Edelstahl mit Baustahl für den Rohrleitungsbau

13.) Kombination Zweilagenwerkstoff MnB-Stahl mit S355J + N für die Herstellung von Prä zisionsrohren für Fahrwerksanwendungen in einem Verhältnis der Dicke von 50:50 % bis 25:75%.

14.) Kombination Zweilagenwerkstoff 26MnB5 und 34MnB5 für die Herstellung von Präzisi onsrohren für Fahrwerksanwendungen in einem Verhältnis der Dicke von 50:50 % bis 25:75%.

15.) Kombination Dreilagenwerkstoff für längsnahtgeschweißte Rohre für den Pipelinebau z.B. als Substitution für Edelstahl-Vollmaterial oder Rohre aus metallurgisch plattiertem Vorma terial mit einer ersten Lage mit Schichtdicke 60 % mit Rohrstahlgüte X60, darauf beidseitig je weils eine weitere Lage mit Schichtdicke 20 %: und austenitischer Edelstahlgüte 1.4404.

Beim Einsatz von metallbasiertem Mehrlagenverbund können bei dem fertigen Rohr/Profil die Eigenschaften der Rohr-/Profilwandschichten entsprechend der Vielzahl der Einzellagen kombi niert werden. Dabei können auch die einzelnen Schichtdicken variieren. Bevorzugt werden mit tels Warmwalzen Stoff- und formschlüssig hergestellte, Zwei- und Mehrlagenverbundcoils ein gesetzt, die ggf. vor der Verarbeitung guer- oder längsgeteilt werden können, für die Herstel lung von geschweißten oder rollprofilierten Mehrlagenverbundrohren oder -profilen. Das Stahl flachhalbzeug kann dabei sowohl aus einem konstanten, als auch einem dickenvariierenden Walzprozess stammen.

Die einzelnen Schichten des Stahlflachhalbzeugs weisen unterschiedliche mechanische, che mische und tribologische Materialeigenschaften auf und haben sowohl gleiche oder unter schiedliche Materialstärken. Durch die Kombination zu einem Mehrlagenverbund werden bei dem daraus gefertigten Rohr-/Profil anforderungsgerechtere lokale Eigenschaften an der Rohr- /Profilaussen- und -Innenseite erreicht, als dies durch den Einsatz eines monolitischen Werk stoffes zu erzielen wäre.

Durch den Einsatz eines Zwei- und Mehrlagenverbundcoils zur direkten Verrohrung oder Roll profilierung entfällt der aufwändige Prozess, dass zwei einzeln gefertigte Rohre/Profile mit un- terschiedlichen Eigenschaften ineinandergefügt werden müssen. Zudem ist die Stoff- und Formschlüssigkeit der Erfindung deutlich besser, als bei den bekannten Prozessen und Anwen dungen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Stahlflachhalbzeugs ist das Stahlflachhalbzeug mit tels Plattieren, insbesondere Walzplattieren oder mittels Gießen hergestellt. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Stahlflachhalbzeug mittels Warmwalzplattieren, wie es beispielsweise in der deutschen Patentschrift DE 10 2005 006 606 B3 offenbart ist, hergestellt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Stahlflachhalbzeugs wird das Stahlflachhalbzeug mit tels Paketbau siehe DE 10 2005 006 606 B3 oder Verbundgießen siehe Patent

DE 10 2014 116 949 Al mit anschließendem Walzplattieren hergestellt.

Der Inhalt aller genannten Patentschriften, auf die Bezug genommen wird, ist hiermit in diese Anmeldung aufgenommen.

In eine Alternative wird das zwei- und mehrlagige Stahlflachhalbzeug hergestellt, in dem die Brammen der verschiedenen Werkstoffe in einer konventionellen Warmbandstraße auf die Dicke vorgewalzt werden, die ihrem prozentualen Anteil der jeweiligen Schicht entsprechen, so- dass letztendlich beim Aufeinanderlegen der Schichten wieder ein Verbund in Brammendicke entsteht. Dieser wird durch Verschweißen der Ränder aufeinander gehalten und im anschlie ßenden finalen Warmwalzprozess zu einem form- und stoffschlüssigen Schichtverbund mit ei ner Dicke von 1,5 mm bis 25 mm gefertigt.

In einer weiteren Alternative wird das zwei- und mehrlagige Stahlflachhalbzeug hergestellt, in dem eine Bramme mit einer Stahllegierung der ersten Lage von einer metallischen Legierung der mindestens weiteren Lage umgossen wird und anschließend wie oben beschrieben weiter verarbeitet wird, also gewalzt etc.

Anschließend wird das Metall-Halbzeug unmittelbar aus dem Stahlflachhalbzeug vorzugsweise durch Kaltumformen hergestellt. Insbesondere erfolgt das Kaltformen durch ein Abkanten, ein U-O-Formen oder ein Rollprofilieren zur Herstellung eines Profils und gegebenenfalls anschlie ßendem Schweißen. In einer Alternative erfolgt die anschließende Verrohrung oder Profilierung in einem kontinuierlichen Prozess vom Breitband- oder Schmalbandcoil. Das Kaltformen des erfindungsgemäßen Stahlflachhalbzeugs, welches blech- oder plattenförmig bereitgestellt wer- den kann, kann beispielsweise in einem diskontinuierlichen Prozess durch ein Abkanten oder ein U-O-Formen, vorzugsweise in konventionellen Umformwerkzeugen erfolgen. Alternativ und bevorzugt kann das Formen beispielsweise von bandförmigem Stahlflachhalbzeug durch ein Rollprofilieren auf vorzugsweise konventionellen Profilieranlagen kostengünstig erfolgen. Durch das Abkanten, U-O-Formen oder Rollprofilieren können offene oder geschlossene Profile mit je nach Anforderung unterschiedlicher Querschnittsgeometrie hergestellt werden. Die hergestell ten Profile können einen längskonstanten oder einen längsveränderlichen Querschnitt aufwei sen.

In einer Ausführung wird FIF-Schweißen eingesetzt. In dem fertigen Rohr oder geschlossenen Hohlprofil liegen im Bereich der Schweißnaht trotz des Schweißvorgangs im Wesentlichen die einzelnen Lagen oder Schichten vor. Eine Mischphase, die Gradienten aufweisen kann, wird im Wesentlichen vermieden, damit die spezifischen Eigenschaften der einzelnen Lagen erhalten bleiben. Im Sinne der Erfindung bedeutet "im Wesentlichen", dass sich eine Eigenschaft oder ein Merkmal einer Lage oder Schicht um maximal 50 %, 40 %, 35 %, 30 %, bevorzugt 25 %, 20 %, besonders bevorzugt 15 %, 12 %, 10 %, insbesondere 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 % Prozent oder 0 %, also gar nicht ändert. Ein solches Merkmal ist zum Beispiel die Konzentration eines der Legierungselemente. D. h. bezüglich der Konzentration gibt es in der Schweißnaht keine oder nur geringe Gradienten, wie oben beschrieben. Weitere solcher Merkmale wären zum Beispiel die Anwesenheit bestimmter Phasen, Gitterstrukturen etc.. In ei ner Ausführung ist das Metall-Halbzeug somit ein Rohr, ein offenes oder geschlossenes Hohl profil.

Durch die Kaltumformungen weist das Metall-Halbzeug dieselben Eigenschaften und Merkma le wie das Stahlflachhalbzeug auf, insbesondere im Hinblick auf den Aufbau der einzelnen La gen, deren Zusammensetzung, deren chemischen und physikalischen Eigenschaften sowie die Dicke; es unterscheidet sich lediglich in der Form aufgrund der Umformung und bei einem ge schlossenen Profil oder Rohr durch das Vorhandensein einer Schweißnaht. Dementsprechend liegen nur im Bereich der Schweißnaht andere Merkmale vor, die jedoch keinen Einfluss auf die Verwendung des Metall-Halbzeugs haben.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Halb zeugs, wie oben beschrieben durch Kaltformen eines Stahlflachhalbzeugs, ebenfalls wie oben beschrieben. In einer Ausführung wird das Stahlflachhalbzeug mittels Plattieren oder mittels Gießen hergestellt. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Rohr und/oder Profil, hergestellt durch Trennen, Fügen, Beschichten oder Umformen des Metall-Halbzeugs wie oben beschrieben oder hergestellt in einem erfindungsgemäßen Verfahren.

Die Erfindung betrifft außerdem auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Rohres und/oder Profils in Fahrzeug-, Eisenbahn-, Schiffbau oder Luft- und Raumfahrt, bei automobi len Anwendungen, z.B. bei Fahrwerks-, Lenkungs- und Antriebssystemen und Strukturbautei len, als auch bei OCTG (Oil Country Tubulär Goods) - und industriellen Anwendungen, wie Me dientransport, flüssige und gasförmige Medien, z.B. von Wasserstoff, Wasser, Erdöl, Erdgas, Biogas, Beton, wobei ein erfindungsgemäßes Stahlflachhalbzeug kalt oder warm geformt wird.

Die erfindungsgemäßen Gegenstände weisen eine Reihe Vorteilen auf, wie zum Beispiel:

• über den Verbund zweier oder mehrerer metallischer Werkstoffe können chemische und oder physikalische Eigenschaften hergestellt werden, die mit einem monolitischen Werkstoff nicht möglich sind;

• es erfolgt die Herstellung einer formschlüssigen Verbindung;

• es liegen geringere Fertigungstoleranzen im Vergleich zu Verfahren nach Stand der Technik vor;

• es wird die Möglichkeit der kontinuierlichen Fertigung von einem Coil zur Verfügung ge stellt, was beim Stand der Technik nicht möglich ist. Im Ergebnis lassen sich dadurch beliebige Rohr-/Profillänge hersteilen, es werden Rundschweißnähte vermieden;

• es ergeben sich Kostenvorteile durch einen stabileren und schnelleren Prozess im Ver gleich zum Stand der Technik; insbesonders Kosteneinsparungen gegenüber monolitischem Werkstoff, durch beliebige Verteilung der Lagendicken innerhalb des Werkstoffverbunds. Da durch kann z.B. eine Edelstahl Nutzschicht auf ein Minimum reduziert werden.

Claims

Patentansprüche

1. Kalt- oder warmumgeformtes Metall-Halbzeug aus einem warm- oder kaltgewalzten Mehrlagenverbund-Stahlflachhalbzeug mit folgenden Merkmalen: a) Eine Dicke von mindestens 0,8 mm bis maximal 25,0 mm, b) umfassend eine erste Lage aus einer Stahllegierung und mindestens eine weitere metallische Lage, die mit der ersten Lage vollflächig und stoffschlüssig verbunden sind, c) eine Differenz zwischen den Werten der Streckgrenze der ersten Lage und der min destens einer weiteren Lage von mindestens 10 MPa und maximal von 2000 MPa; d) zwischen der ersten Lage und der mindestens einer weiteren Lage ist eine Zwischen lage angeordnet, e) die Zwischenlage und/oder der Übergang von einer Lage zur Zwischenlage weist einen Konzentrationsgradienten auf, mindestens eines der Elemente aus der Grup pe enthaltend: C, AI, Si, Mn, P, S, N, Ti, B, Cu, Sn, Sb, Ca, As, Cr, Ni, Mo, V, Nb.

2. Metall-Halbzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlflachhalb zeug zwei weitere Lagen umfasst, die auf beiden Seiten der ersten Lage angeordnet und mit dieser vollflächig und stoffschlüssig verbunden sind.

3. Metall-Halbzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlflachhalb zeug mindestens eine, zwei, drei, vier oder mehr weitere Lagen umfasst, die übereinan der auf beiden Seiten der ersten Lage angeordnet und mit der darunter angeordneten Lage vollflächig und stoffschlüssig verbunden sind und zwischen den Lagen jeweils eine Zwischenlage gemäß Anspruch 1 angeordnet ist.

4. Metall-Halbzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lage aus einer Stahllegierung eine Materialdicke zwischen 98 % und 50 % bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Stahlflachhalbzeugs aufweist.

5. Metall-Halbzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lage aus einer Stahllegierung prozentuell die größte Dicke im Vergleich zur Dicke der einzelnen weiteren Lagen bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Stahl flachhalbzeugs aufweist.

6. Metall-Halbzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz zwischen den Werten der Zugfestigkeit der ersten Lage und der min destens einer weiteren Lage von mindestens 20 MPa und maximal von 2000 MPa vor liegt.

7. Metall-Halbzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlflachhalbzeug mittels Plattieren oder mittels Gießen hergestellt ist.

8. Metall-Halbzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus dem Stahlflachhalbzeug durch Kaltformen hergestellt ist.

9. Metall-Halbzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Kaltformen durch ein Abkanten, ein U-O-Formen oder ein Rollprofilieren zur Herstellung eines Profils und ge gebenenfalls anschließendem Schweißen erfolgt.

10. Metall-Halbzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Rohr, ein offenes oder geschlossenes Hohlprofil ist.

11. Metall-Halbzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich lediglich in der Form und gegebenenfalls in dem Vorhandensein einer Schweißnaht von dem Stahlflachhalbzeug unterscheidet.

12. Verfahren zur Herstellung eines Metall-Halbzeugs nach einem der Ansprüche 1-11 durch Kaltformen eines Stahlflachhalbzeugs, wie in den Ansprüchen 1-6 beschrieben.

13. Verfahren zur Herstellung eines Metall-Halbzeugs nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlflachhalbzeug mittels Plattieren oder mittels Gießen hergestellt ist.

14. Rohr und/oder Profil, hergestellt durch Trennen, Fügen, Beschichten oder Umformen des Metall-Halbzeugs nach einem der Ansprüche 1-11 oder hergestellt in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13.

15. Verwendung eines Rohrs und/oder Profils nach Anspruch 14 in Fahrzeug-, Eisenbahn-, Schiffbau oder Luft- und Raumfahrt, bei automobilen Anwendungen, z.B. bei Fahrwerks- , Lenkungs- und Antriebssystemen und Strukturbauteilen, als auch bei OCTG- und in dustriellen Anwendungen, wie Medientransport.