VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES WARMGEWALZTEN STAHLFLACHPRODUKTS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines warmgewalzten Stahlflachprodukts aus einem hochfesten, hochduktilen Manganstahl, der neben einem hohen Mn-Gehalt einen 5,9 - 11,5 Gew.-% betragenden Al-Gehalt aufweist.

[0002] Ein Stahl dieser Art und ein Verfahren zu dessen Herstellung sind beispielsweise aus der DE-AS 1 262 613 bekannt. Gemäß dem in dieser Veröffentlichung beschriebenen Verfahren werden aus entsprechend zusammengesetzten Stahlschmelzen Blöcke mit geringem Durchmesser gegossen, die anschließend zu Stabmaterial warmgewalzt werden. Durch eine Wärmebehandlung bei 800-1250 °C kann die Dehnung und Kerbschlagzähigkeit des so erhaltenen Materials verbessert werden. Aus den so erhaltenen Stäben sollen sich Bauteile für Flugzeuge, Geschosse, Turbinen, Getriebe, Ventile und desgleichen herstellen lassen.

[0003] Neuere Entwicklungen haben gezeigt, dass Stähle der eingangs angegebenen Art aufgrund einer sehr guten Eigenschaftskombination aus hoher Festigkeit, hoher Verformungsfähigkeit, einer signifikant reduzierten Dichte und einem damit einhergehend minimiertem Gewicht sich als Flachprodukte, also als Stahlbänder oder -bleche, besonders für die Herstellung von Bauteilen für den Fahrzeugbau, insbesondere den Bau von Automobilkarosserie- oder Fahrwerksteilen eignen.

[0004] Problematisch ist dabei allerdings, dass sich die betreffenden Stähle aufgrund ihrer Legierungslage über konventionelle Erzeugungsrouten, wie sie bei hoch kohlenstoffhaltigen Stählen üblicherweise angewendet werden, nur schwierig verarbeiten lassen. So weisen die bekannten Stähle eine erhöhte Neigung zu Kernsegregationen von Mn und Al beim Gießen und Erstarren auf. Darüber hinaus besteht bei ihnen eine erhöhte Gefahr, dass Oberflächenrisse beim Stranggießen entstehen und sich der Strang beim Abführen aus der Gießkokille zurückbiegt. Darüber hinaus sind aufgrund ihrer geringen thermischen Leitfähigkeit in der Regel lange Vorwärmzeiten erforderlich, um die aus den in Rede stehenden Stählen gegossenen Brammen auf eine für das Warmwalzen erforderliche Temperatur zu bringen. Mit den langen Brammen-Ofenliegezeiten geht eine ausgeprägte Neigung zur Randentkohlung einher. Gleichzeitig bringt die geringe Wärmeleitfähigkeit das Problem mit sich, dass sich beim Vorwärmen, Vorblocken und Warmwalzen Risse in Folge der Rekristallisationsträgheit der kühleren Bandkanten Risse bilden können. Schließlich setzen die Stähle dem Warm- und Kaltwalzen extrem hohe Warm- bzw. Kaltwalzwiderstände entgegen, die deutlich höher sind als bei anderen hochlegierten Stählen, wie beispielsweise RSH-Stählen oder konventionellen hochlegierten Mn-Stählen.

[0005] Aus der US 7 794 552 B2 ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Stahlflachprodukts aus einem solchen konventionell zusammengesetzten, austenitischen, hoch manganhaltigen Warmwalzstahl bekannt, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) 0.85 - 1,05 % C, 16 - 19 Mn, bis zu 2 % Si, bis zu 0,050 % Al; bis zu 0.030 % S, bis zu 0,050 % P, bis zu 0,1 % N und optional ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe "Cr, Mo, Ni, Cu, Ti, Nb, V" mit der Maßgabe enthält, dass der Cr-Gehalt bis zu 1 %, der Mo-Gehalt bis zu 1,5 %, der Ni-Gehalt bis zu 1 %, der Cu-Gehalt bis zu 5 %, der Ti-Gehalt bis zu 0,50 %, der Nb-Gehalt bis zu 0,50 % und der V-Gehalt bis zu 0,50 % betragen kann. Der rekristallisierte Oberflächenanteil des erhaltenen Stahlbands oder -blechs soll dabei gleich 100 % sein, während der Oberflächenanteil an ausgeschiedenen Karbiden gleich 0 % sein soll. Gleichzeitig soll die mittlere Korngröße des Stahls ≤ 10 µm betragen. Die Festigkeit des so beschaffenen bekannten Stahls soll mehr als 1200 MPa und das Produkt aus Festigkeit und Bruchdehnung mehr als 65000 MPa betragen.

[0006] Um dies zu erreichen, wird gemäß dem bekannten Verfahren eine entsprechend zusammengesetzte Stahlschmelze zu einem Vorprodukt vergossen, bei dem es sich um eine Bramme, Dünnbramme oder ein gegossenes Band handeln kann. Das Vorprodukt wird auf eine Temperatur von 1100 - 1300 °C erwärmt und bei einer Warmwalzendtemperatur von mindestens 900 °C zu einem Warmband warmgewalzt. Erforderlichenfalls wird anschließend eine für die gewünschte vollständige Rekristallisation der Bandoberfläche ausreichende Haltezeit eingehalten. Das erhaltene Warmband wird dann mit einer mindestens 20 °C/s betragenden Abkühlgeschwindigkeit auf eine höchstens 400 °C betragende Haspeltemperatur abgekühlt und zu einem Coil gewickelt. Das so erzeugte Warmband kann anschließend in einem oder mehreren Kaltwalzschritten mit erforderlichenfalls zwischengeschalteter Glühung zu einem Kaltband gewalzt werden.

[0007] Das aus der US 7 794 552 B2 bekannte Verfahren ist für Stähle bestimmt, bei deren Erschmelzung Al zwar zur Desoxidation eingesetzt werden kann, deren Al-Gehalt jedoch auf höchstens 0,05 Gew.-% beschränkt ist, um die Ausscheindung von AlN zu vermeiden. Die Anwesenheit von AlN-Ausscheidungen soll demnach die Gefahr der Entstehung von Rissen bei der Verformung des in der bekannten Weise erzeugten Stahlbands mit sich bringen.

[0008] Des Weiteren ist aus der DE 39 03 774 A1 ein warmgewalztes legiertes Stahlblech mit vollkommen austenitischer Struktur bekannt, das aus 4,5 - 10,5 Gew.-% Aluminium, 22 - 36 Gew.-% Mangan, 0,4 - 1,25 Gew.-% Kohlenstoff und wenigstens einem der folgenden Elemente mit 0,10 bis 0,50 Gew.-% Titan, 0,02 bis 0,20 Gew.-% Niob und 0,10 bis 0,40 Gew.-% Vanadium sowie als Rest aus Eisen besteht. Wenn der Aluminiumgehalt unter 9,5 Gew.-% liegt, kann bei diesem Stahlblech der Kohlenstoffgehalt 1,25 Gew.-% erreichen. Wenn aber der Aluminiumgehalt des Stahlblechs 9,5 bis 10,5 Gew.-% beträgt, so soll der Kohlenstoffgehalt weniger als 1,10 Gew.-% betragen. Zur Verbesserung der Festigkeit ohne merkbare Abnahme der Verformbarkeit kann die Stahllegierung außerdem bis zu 0,5 Gew.-% Nickel, bis zu 0,5 Gew.-% Chrom, bis zu 1,2 Gew.-% Silizium, bis zu 0,5 Gew.-% Molybdän und bis zu 0,5 Gew.-% Wolfram enthalten. Das Warmwalzen der derart legierten Stahlbleche wird bei einer Endwalztemperatur von 800 °C bis 1000 °C beendet. Anschließend wird das warmgewalzte Blech von der Endwalztemperatur mit Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Vor dem Hintergrund des voranstehend beschriebenen Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein wirtschaftliches und prozesssicher beherrschbares Verfahren zur Erzeugung eines Stahlflachprodukts aus einem Stahl anzugeben, der neben einem hohen Mn-Gehalt einen hohen Al-Gehalt aufweist.

[0009] Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst worden. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0010] Gemäß der Erfindung wird zur Herstellung eines warmgewalzten Stahlflachprodukts zunächst ein Stahl erschmolzen, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) C: 0,5 - 1,3 %, Mn: 18 - 26 %, Al: 5,9 - 11,5 %, Si: 0,1 - 0,4 %, Cr: weniger als 3 %, Ni: weniger als 1 %, Mo: weniger als 0,5 %, N: 0,005 - 0,04 %, B: weniger als 0,0050 %, Cu: weniger als 1 %, Nb: weniger als 0,2 %, Ti: weniger als 0,3 %, V: weniger als 0,3 %, Ca: weniger als 0,005 %, Zr: weniger als 0,005 %, P: 0,01 - 0,03 %, S: 0,005 - 0,02 % enthält.

[0011] Eine in der voranstehend angegebenen Weise zusammengesetzte Stahlschmelze wird dann beispielsweise in einer konventionellen Zwei-Walzen-Gießmaschine in an sich bekannter Weise zu einem gegossenen Band vergossen.

[0012] Der Vorteil des Vergießens der Schmelze zu einem gegossenen Band besteht bekannterweise darin, dass beim Bandgießen in Folge der schnellen Erstarrung weniger Seigerungen auftreten. Dies ist bei hochlegierten Stählen der erfindungsgemäß verarbeiteten Art besonders vorteilhaft, weil durch eine gleichmäßigere Verteilung der Legierungselemente homogene Bandeigenschaften und eine optimale Qualität des erhaltenen Produkts erreicht werden.

[0013] Wird zum Erzeugen des gegossenen Bands eine konventionelle Zwei-Rollen-Gießmaschine eingesetzt, bei der das gegossene Band in vertikaler Richtung austritt und mittels einer Strangführungseinrichtung in einem Bogen in eine horizontale Förderrichtung umgeleitet wird, so kühlt das gegossene Band auf seinem Weg von der Gießmaschine zur Erwärmungseinrichtung typischerweise mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 10 - 20 K/s auf eine in der Regel nicht weniger als 700 °C betragende Zwischentemperatur ab. Erfindungsgemäß wird dieser Temperaturverlust möglichst gering gehalten, so dass die dem gegossenen Band beim Austritt aus der Gießmaschine innewohnende Gießhitze bis zur Erwärmungseinrichtung weitestgehend mitgenommen wird. Auf diese Weise kann die in der Erwärmungseinrichtung für die dort durchgeführte Temperaturerhöhung auf die Warmwalzanfangstemperatur benötigte Energiemenge minimiert werden.

[0014] Die Erwärmung des gegossenen Bands auf die jeweilige, im Bereich von 1100 - 1300 °C liegende Warmwalzanfangstemperatur erfolgt erfindungsgemäß mit einer mindestens 20 K/s betragenden
Erwärmungsgeschwindigkeit.

[0015] Das derart schnell auf die Warmwalzanfangstemperatur erwärmte gegossene Band wird anschließend in einem oder mehreren Stichen zu einem Warmband warmgewalzt.

[0016] Innerhalb von 10 s nach dem Ende des Warmwalzens setzt dann erfindungsgemäß eine Abkühlung ein, bei der das erhaltene Warmband mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 100 K/s auf < 400 °C abgekühlt wird. Durch diese schnelle Abkühlung wird die Bildung von versprödend wirkenden Bestandteilen, wie Karbiden oder intermetallischen Phasen, unterdrückt.

[0017] Schließlich wird das abgekühlte Warmband bei einer Haspeltemperatur von bis zu 400 °C zu einem Coil gewickelt.

[0018] Die einzelnen Arbeitsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in einer kontinuierlichen, unterbrechungsfreien Abfolge absolviert.

[0019] Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Herstellung eines kanten- und oberflächenrissfreien Stahlflachprodukts aus einem Stahl, der hohe Gehalte an C, Mn und Al aufweist, gelingt, wenn aus einer entsprechend zusammengesetzten Schmelze ein dünnes, maximal 5 mm, insbesondere 3 - 5 mm dickes Band gegossen wird. Die Dicke des gegossenen Bands liegt demnach bereits im Bereich der Dicke, die das fertig erzeugte Warmflachprodukt aufweisen soll.

[0020] Die beim erfindungsgemäßen Verfahren genutzte Möglichkeit, einen Stahl, der hohe Gehalte an C, Al und Mn aufweist, im Bandguss zu vergießen und die damit einhergehend schnelle Erstarrung des Stahls nach dem Gießen verringert die Häufigkeit von Kernsegregationen im gegossenen Band. Querrisse und Sternchenrisse treten beim Gießen des gegossenen Bandes gar nicht und Längsrisse nur noch in stark verminderter Zahl auf. Beim Gießen des Bandes in einer Zwei-Walzen-Gießmaschine kann das Auftreten von Kernseigerungen durch Variation der Gießrollenkraft gesteuert werden. Das dünne, erfindungsgemäß nur max. 5 mm, insbesondere 3 - 5 mm dick gegossene Band weist bereits bei seinem Austritt aus dem Gießspalt einen günstigen Querschnitt mit geringen Biegespannungen auf. Dementsprechend lässt sich das gegossene Band unproblematisch aus der Vertikalen in eine horizontale Förderrichtung biegen, in der es die weiteren Stationen seiner Verarbeitung durchläuft.

[0021] Gleichzeitig ist durch die Nutzung des Bandgießens die Randendkohlung stark reduziert, da keine langwierige Brammenerwärmung mehr notwendig ist. Die Gefahr einer Rissbildung beim Warmwalzen ist aufgrund der homogenisierten Temperaturverteilung, die bei der erfindungsgemäß schnell durchgeführten Erwärmung vor dem Warmwalzen erzielt wird, minimiert.

[0022] Das erfindungsgemäß gegossene Band zeichnet sich durch eine dreischichtige Gießstruktur mit dendritischen Randzonen und globulitischem Kern aus.

[0023] Das gegossene Band wird unter weitestgehender Ausnutzung der ihm beim Verlassen der Gießmaschine innewohnenden Gießhitze auf die erforderliche, 1100 - 1300 °C betragende Warmwalzanfangstemperatur erwärmt. Die Erwärmung erfolgt dabei möglichst schnell, insbesondere mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von mindestens 20 K/s.

[0024] Typischerweise liegt die bei der erfindungsgemäß durchgeführten Erwärmung im gegossenen Band erzielte Temperaturerhöhung im Bereich von bis zu 250 °C, wobei die Mindesterhöhung der Temperatur typischerweise 50 °C beträgt. Neben der Vermeidung der Entstehung von unerwünschten Ausscheidungen kann durch die erfindungsgemäß schnell durchgeführte Banderwärmung die Temperaturverteilung über die Breite des Bandes gezielt eingestellt werden. So ist es einerseits möglich, durch die schnelle Erwärmung die Temperaturverteilung zu homogenisieren. Um ein bestimmtes Verformungsverhalten des gegossenen Bands beim Warmwalzprozess zu erzielen, kann andererseits die Erwärmung auch so durchgeführt werden, dass sich über die Breite des gegossenen Bands ein definiertes Temperaturprofil einstellt. Auf diese Weise lassen sich Bandunebenheiten, Abweichungen vom Geradeauslauf und andere geometrische Fehler des Bandes minimieren, ohne dass es dazu aufwändiger zusätzlicher Maßnahmen oder Geräte bedarf.

[0025] Für die beschleunigte Erwärmung auf die Warmwalzanfangstemperatur eignet sich insbesondere eine induktiv arbeitende Erwärmungseinrichtung, wie sie beispielsweise in der DE 103 23 796 B3 beschrieben ist. Der Vorteil der Verwendung eines Induktionsofens für die schnelle Erwärmung bzw. Durchwärmung des zu walzenden Gutes besteht darin, dass das Walzgut bei kurzer Einwirkzeit auf eine relativ genau vorgebbare Temperatur erwärmt werden kann.

[0026] Die im Zuge der schnellen Erwärmung erreichte Warmwalzanfangstemperatur ist so gewählt, dass die Walzwiderstände, die das gegossene Band beim Warmwalzen entgegensetzt, minimiert sind. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Warmwalzanfangstemperatur mindestens 1050 °C beträgt. Die Warmwalzendtemperatur des erfindungsgemäß durchgeführten Warmwalzens liegt dabei typischerweise im Bereich von 1000 - 1050 °C. Dieser Maßgabe liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die gemäß der Erfindung verarbeiteten Stähle aufgrund ihres hohen Aluminiumgehalts in einem engen Temperaturfenster verarbeitet werden müssen.

[0027] Das in line auf das Bandgießen erfolgende Warmwalzen des gegossenen Bands verringert die Verfahrens- und werkstoffspezifische Kernporosität des Gussbandes, fördert die Homogenität der Mikrostruktur und verbessert so insgesamt die Bandeigenschaften.

[0028] Zusätzlich vereinfacht wird das Warmwalzen des an sich nur schwer walzbaren gegossenen Bandes dadurch, dass das gegossene Band bereits vor dem Warmwalzen eine endabmessungsnahe Dicke besitzt, so dass im Zuge des Warmwalzens nur noch vergleichbar geringe Umformgrade erzielt werden müssen. Diese betragen typischerweise mindestens 10 %, insbesondere 10 - 20 %. Derart niedrige Verformungsgrade lassen sich in einem Stich erzielen, was zur Optimierung der Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich beiträgt.

[0029] Durch die im Anschluss an das Warmwalzen durchgeführte schnelle Abkühlung mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 100 K/s wird sichergestellt, dass im erhaltenen Warmband nach Verlassen des letzten Warmwalzgerüstes kein Kornwachstum stattfindet. Darüber hinaus wird auf diese Weise auch an dieser Stelle des erfindungsgemäßen Verfahrens die Ausscheidung von Karbiden, Nitriden und Karbonitriden verhindert. Typischerweise liegen die bei der nach dem Warmwalzen durchgeführten Abkühlung erzielten Abkühlungsgeschwindigkeiten im Bereich von 100 bis 250 K/s.

[0030] Um ein Einsetzen des Kornwachstums sicher zu verhindern, sollte die Abkühlung in möglichst engem zeitlichen Abstand zum Ende des Warmwalzens einsetzen, spätestens jedoch innerhalb von 10 s.

[0031] Um eine Oxidation der Schmelze und des gegossenen Bandes auf seinem Weg zu der Warmwalzeinrichtung zu vermeiden, können beim erfindungsgemäßen Verfahren die vor dem Warmwalzen absolvierten Arbeitsschritte unter einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden. Eine in der jeweiligen Bandgießeinrichtung vorgenommene Inertisierung des Gießspiegelbereiches der dort zum Verguss anstehenden Stahlschmelze verringert die Bildung von Oxidbelegungen der Oberflächen.

[0032] Das erfindungsgemäß erhaltene Warmband hat ein austenitisch-ferritisches Gefüge mit einem Ferritanteil, der typischerweise 5 - 50 % beträgt.

[0033] Kohlenstoff kann in einem erfindungsgemäßen Stahl in Gehalten von 0,5 bis 1,2 Gew.-% vorhanden sein, wobei hier insbesondere Stähle betrachtet werden, deren C-Gehalt oberhalb von 0,5 Gew.-% liegt. Der C-Gehalt ist wesentlich für die Austenitbildung sowie die Festigkeitslage aufgrund von Mischkristallhärtung, Erhöhung der Stapelfehlerenergie und die Bildung von Karbiden. Sofern das erfindungsgemäß erzeugte Warmband zu einem Kaltband kaltgewalzt wird, kann zur Verbesserung der Streckgrenze des Kaltbands durch eine gezielte Überalterungsbehandlung nach einer abschließenden Rekristallisationsglühung am Kaltband ein extrem feines Karbid ausgeschieden werden. Bei oberhalb von 1,2 Gew.-% liegenden C-Gehalten besteht die Gefahr, dass Karbide in versprödend wirkenden Mengen entstehen.

[0034] Mangan ist in einem erfindungsgemäß verarbeiteten Stahl in Gehalten von 18 - 26 Gew.-% vorhanden. Mangan ist wesentlich für die Austenitbildung und erhöht die Stapelfehlerenergie, was sich auf die Verarbeitbarkeit und Verformbarkeit günstig auswirkt.

[0035] Ein erfindungsgemäß verarbeiteter Stahl weist 5,9 - 11,5 Gew.-%, insbesondere >6 - 11,5 Gew.-%, Al auf. Aluminium reduziert die Dichte, wirkt mischkristallverfestigend und erhöht die Stapelfehlerenergie. Aluminium hat darüber hinaus einen passivierenden Effekt und erhöht den Korrosionswiderstand. Die hohen Gehalte an Al führen aufgrund der sehr hohen Stapelfehlerenergie zur Ausprägung der sogenannten "Shear Band Plasticity" als dominierenden Verformungsmechanismus mit einer besonders guten Kombination von Festigkeiten und Verformungsfähigkeit. Zu hohe Aluminiumgehalte können allerdings eine stark versprödende DO₃-Ordungsstruktur im Ferrit bzw. übergroße Gehalte an versprödend wirkenden Al-haltigen κ-Karbiden ((Fe,Mn)₃AlC) bewirken.

[0036] Si kann in einem erfindungsgemäß verarbeiteten Stahl in weniger als 1 Gew.-%, insbesondere 0,1 - 0,4 Gew.-%, betragenden Gehalten vorhanden sein, um eine Mischkristallhärtung zu bewirken. Über 1 Gew.-% liegende Gehalte an Si erschweren jedoch die Schweißbarkeit und Lackierbarkeit des erfindungsgemäß verarbeiteten Stahls. Cr, Ni und Mo wirken ebenfalls mischkristallhärtend und verbessern den Oxidations- und Korrosionswiderstand des erfindungsgemäß verarbeiteten Stahls. Cr führt jedoch bei zu hohen Gehalten zur Bildung von Sonderkarbiden, die stark versprödend wirken können. Optimal nutzbar sind die positiven Effekte von Cr, Ni und Mo, wenn, wie von der Erfindung vorgegeben, bei einem erfindungsgemäß verarbeiteten Stahl der Cr-Gehalt auf weniger als 8 Gew.-%, insbesondere weniger als 3 Gew.-%, der Ni-Gehalt auf weniger als 3 Gew.-%, insbesondere weniger als 1 Gew.-%, und der Mo-Gehalt auf weniger als 2 Gew.-%, insbesondere auf weniger als 0,5 Gew.-%, beschränkt ist.

[0037] Stickstoff bildet mit Aluminium Nitride und wirkt festigkeitssteigernd. Zu hohe Gehalte an N führen jedoch zu groben AlN, die sich negativ auf die Prozessierbarkeit, die Oberflächenbeschaffenheit und die Verformbarkeit eines erfindungsgemäß verarbeiteten Stahls auswirken können. Daher ist der N-Gehalt eines erfindungsgemäßen Stahls auf N < 0,1 Gew.-%, insbesondere 0,005 - 0,04 Gew.-%, beschränkt.

[0038] Der B-Gehalt eines erfindungsgemäßen Stahls ist auf < 0,1 Gew.-%, insbesondere weniger als 0,0050 Gew.-%, beschränkt. B wirkt festigkeitssteigernd und bildet Bornitride und -karbide, die als Nukleationspunkte für die Entstehung weiterer Karbide wirken. Zu hohe B-Gehalte wirken aufgrund von Korngrenzenbelegungen versprödend.

[0039] Cu wirkt in erfindungsgemäß verarbeitetem Stahl mischkristallhärtend und erhöht den Korrosionswiderstand. Bei zu hohen Cu-Gehalten besteht jedoch die Gefahr von "Heißrissigkeit" bei Warmumformung oder beim Warmfügen. Daher ist der Cu-Gehalt eines erfindungsgemäß verarbeiteten Stahls auf weniger als 5 Gew.-%, insbesondere weniger als 1 Gew.-%, beschränkt.

[0040] Die Mikrolegierungselemente Nb, Ti und V führen zu Ausscheidungen und Kornfeinung und tragen so zur Festigkeitssteigerung bei. Zudem erniedrigen diese Elemente über den Kornfeinungseffekt die Neigung des Stahls zur Lotrissigkeit beim Warmfügen. Diese Effekte lassen sich optimal nutzen, wenn ein erfindungsgemäß verarbeiteter Stahl Nb, Ti oder V jeweils in Gehalten von weniger als 1,0 Gew.-% aufweist, der Nb-Gehalt insbesondere auf < 0,2 Gew.-%, der Ti-Gehalt insbesondere auf < 0,3 Gew.-%, der V-Gehalt insbesondere auf < 0,3 Gew.-% beschränkt sind.

[0041] Ca in Gehalten von weniger als 0,05 Gew.-%, insbesondere < 0,005 Gew.-%, speroidiziert in erfindungsgemäß verarbeitetem Stahl nichtmetallische Materialien wie Al₂O₃ und FeS und verbessert die Verformbarkeit. Die Bildung von Ca-Aluminaten überführt Tonerde in die Schlacke und verbessert den Reinheitsgrad.

[0042] In Gehalten von weniger als 0,1 Gew.-%, insbesondere < 0,005 Gew.-%, wirkt Zr in erfindungsgemäß verarbeitetem Stahl mischkristallhärtend. Da Zr aber aufgrund von Korngrenzensegregationen auch eine versprödende Wirkung hat, ist der Gehalt eines erfindungsgemäß verarbeiteten Stahls an diesem Element begrenzt.

[0043] P und S segregieren bei einem erfindungsgemäß verarbeiteten Stahl auf den Korngrenzen und wirken versprödend. Deswegen sollte ihr Gehalt so gering wie möglich, insbesondere niedriger als 0,04 Gew.-% sein, wobei der P-Gehalt vorteilhafterweise 0,01 - 0,03 Gew.-% und der S-Gehalt vorteilhafterweise 0,005 - 0,02 Gew.-% beträgt.

[0044] Um eine optimale Verformbarkeit des erfindungsgemäß erhaltenen Warmbands zu gewährleisten, kann nach dem Haspeln und vor der Weiterverarbeitung eine Warmbandglühung durchgeführt werden, bei dem das erfindungsgemäß erhaltene Warmband bei einer 1100 - 1200 °C betragenden Glühtemperatur geglüht wird. Erfolgt die Warmbandglühung im Durchlaufglühofen, sind hierzu Glühzeiten von 60 - 300 s erforderlich. Eine solche Warmbandglühung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Al-Gehalt des erfindungsgemäß verarbeiteten Stahls mindestens 10 Gew.-% beträgt. Im Fall derart hoher Al-Gehalte ist es darüber hinaus zur Vermeidung der Bildung von spröden Phasen zweckmäßig, die Abkühlung nach dem Warmwalzen möglichst schnell, insbesondere mit einer Abkühlrate von mindestens 40 K/s ablaufen zu lassen.

[0045] Das erfindungsgemäß erhaltene Warmband kann in üblicher Weise nach dem Haspeln optional gebeizt und im unbeschichteten oder beschichteten Zustand eingesetzt werden. Ebenso ist es möglich, das erfindungsgemäß erzeugte Warmband nach einem optional durchgeführten Beizen in an sich bekannter Weise mit einer metallischen, beispielsweise vor Korrosion schützenden Schutzschicht zu beschichten. Des Weiteren ist es denkbar, das erfindungsgemäß erzeugte Warmflachprodukt mit Beschichtungen zu versehen, durch die die Umformung des Warmbands vereinfacht wird.

[0046] Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäß erhaltenen Warmbänder zu Kaltbandprodukten kaltzuwalzen, die abschließend einer Rekristallisationsglühung, Überalterungsglühung (Ausscheidungshärtung durch feinste Karbide) und verschiedenen Formen der Oberflächenveredelung (Z, ZE, ZN, FAL) unterzogen werden können. Ein Kaltwalzen und eine abschließende Rekristallisationsglühung verdichtet und homogenisiert dabei beispielsweise die Mikrostruktur im Kernbereich.

[0047] Werden Stahlflachprodukte mit noch geringeren Dicken gefordert, so lässt sich das erfindungsgemäß erzeugte Warmband dementsprechend in an sich bekannter Weise in einer oder mehreren Stichen zu einem Kaltband verarbeiten. Dieses kann erforderlichenfalls wiederum oberflächenbeschichtet werden, um es gegen Umwelteinflüsse zu schützen.

[0048] Der dem erfindungsgemäß verarbeiteten Stahl innewohnende hohe Warmwalz- und Kaltwalzwiderstand wirkt sich wegen des bereits endabmessungsnah gegossenen Bandes und den damit einhergehend nur geringen erforderlichen Verformungen beim Warm- und Kaltwalzen nur unwesentlich aus. Dies erlaubt es, auch aus den hinsichtlich ihrer Walzverarbeitung an sich problematischen Stählen der erfindungsgemäß verarbeiteten Art Flachprodukte von geringer Dicke zu erzeugen.

[0049] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0050] Die Figur zeigt schematisch eine Fertigungslinie 1 zur Herstellung eines Warmbands W.

[0051] Die für einen im kontinuierlichen Durchlauf erfolgenden Fertigungsablauf eingerichtete Fertigungslinie 1 umfasst eine konventionelle Zwei-Walzen-Gießeinrichtung 1, bei der eine Schmelze S im zwischen zwei gegenläufig rotierenden Gießwalzen 2,3 begrenzten Gießspalt zu einem gegossenen Band G vergossen wird, dessen Dicke typischerweise 3 - 5 mm beträgt. Das in vertikaler Ausrichtung austretende gegossene Band G wird in ebenfalls an sich bekannter Weise über eine Strangführung in eine horizontale Förderrichtung F umgelenkt, in der es mittels einer am Ende der Strangführung angeordneten Fördereinrichtung 4 vorangeschoben wird.

[0052] Das so ausgerichtet in Förderrichtung F bewegte gegossene Band G läuft in eine Erwärmungseinrichtung 5 ein. Auf seinem Weg zur Erwärmungseinrichtung 5 kühlt das gegossene Band G mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 10 - 20 K/s auf eine Zwischentemperatur ab.

[0053] In der Erwärmungseinrichtung 5 wird das mit der Zwischentemperatur dort eintretende gegossene Band G mittels quer zur Förderrichtung F ausgerichteter Induktoren 6 induktiv auf eine Warmwalzanfangstemperatur erwärmt, die typischerweise im Bereich von 1100 - 1300 °C, liegt, insbesondere mindestens 1150 °C beträgt.

[0054] Die beim Durchlauf durch die Erwärmungseinrichtung in Folge der Wirkung des von den Induktoren 6 erzeugten elektromagnetischen Feldes erzielte Temperaturerhöhung des gegossenen Bandes G beträgt bis zu 300 °C, typischerweise 50 - 150 °C. Die Induktoren 6 können dabei, wie beispielsweise in der DE 103 23 796 B3 beschrieben, so verstellbar und steuerbar sein, dass einerseits das gegossene Band G über seine gesamte Breite gleichmäßig erwärmt und andererseits gezielt ein bestimmtes Temperaturprofil im gegossenen Band G eingestellt werden kann.

[0055] Um einen Kontakt der Schmelze S und des gegossenen Bandes G mit der Umgebungsatmosphäre U zu vermeiden, sind die Zwei-Walzen-Gießeinrichtung 1, die Strangführung, die Fördereinrichtung 4 und die Erwärmungseinrichtung 5 unter einer Schutzgasatmosphäre S gehalten.

[0056] Im Anschluss an die Erwärmungseinrichtung 5 läuft das gegossene Band G in ein Walzgerüst 9 ein, in dem es in einem Stich zu einem Warmband W mit einer Dicke von typischerweise 2,4 - 4,5 mm warmgewalzt wird. Die Warmwalzendtemperatur, mit der das Warmband W das in Förderrichtung F letzte Walzgerüst 9 verlässt, liegt dabei regelmäßig im Bereich von 1000 - 1050 °C. Die über den einen Walzstich erzielten Umformgrade liegen regelmäßig im Bereich von 10 - 30 %.

[0057] Innerhalb von 10 s nach dem Austritt aus dem Walzgerüst 9 wird das erhaltene Warmband W in einer Kühleinrichtung 10 mit einer Abkühlgeschwindigkeit, die typischerweise 100 - 200 K/s beträgt, auf eine im Bereich von 300 - 400 °C liegende Haspeltemperatur abgekühlt, mit der das Warmband W dann in einer Haspeleinrichtung 11 zu einem Coil C gewickelt wird.

[0058] An das Haspeln kann sich eine Warmbandglühung in einer hier nicht dargestellten Wärmebehandlungseinrichtung anschließen.

[0059] In der Fertigungslinie 1 sind in der voranstehend erläuterten Weise vier Warmbänder aus Schmelzen S1 und S2 erzeugt worden, deren Zusammensetzungen in Tabelle 1 angegeben sind.

[0060] Die aus den Schmelzen S1 und S2 jeweils gegossenen Bänder G sind auf dem Weg zu der Erwärmungseinrichtung 5 mit einer Abkühlrate von jeweils etwa 15 K/s abgekühlt und in der Erwärmungseinrichtung 5 um eine Temperaturerhöhung ΔT auf die jeweilige Warmwalzanfangstemperatur WAT erwärmt und im Warmwalzgerüst 9 in drei Stichen bei einem Gesamtumformgrad ϕg und einer Warmwalzendtemperatur WET zu jeweils einem Warmband W mit einer Dicke dWB warmgewalzt worden. Unmittelbar anschließend sind die Warmbänder W jeweils mit einer Abkühlgeschwindigkeit tk auf die jeweilige Haspeltemperatur HAT abgekühlt worden, mit der sie zu jeweils einem Coil C gehaspelt worden sind. Die bei der Verarbeitung der aus den Stählen S1 und S2 gegossenen Bändern G jeweils gegebenen Parameter ΔT, WAT, WET, ϕg, dW, tk und HAT sind in Tabelle 2 angegeben.

[0061] Das aus dem Stahl S2 erzeugte Warmband ist nach dem Haspeln zusätzlich in einem Durchlaufglühofen für 120 s einer Warmbandglühung bei 1100 °C unterzogen worden. Auf diese Weise konnten auch bei dem aus diesem Stahl S3 erzeugten Warmband trotz seines besonders hohen C, Mn und Al-Gehalts Oberflächendefekte sicher verhindert werden.

[0062] In Tabelle 3 sind das Gefüge sowie die mechanischen Eigenschaften Warmbanddicke dWB, Dichte pWB, Dehngrenze Rp0,2, Zugfestigkeit Rm, Dehnung A80, n-Wert und r-Wert der aus den Stählen S1 und S2 erzeugten, durch die hier erläuterte erfindungsgemäße Vorgehensweise erhaltenen Warmbänder angegeben.

BEZUGSZEICHEN

[0063] 

1

Fertigungslinie

2,3

Gießwalzen

4

Fördereinrichtung

5

Erwärmungseinrichtung

6

Induktoren

9

Walzgerüst

10

Kühleinrichtung

11

Haspeleinrichtung

A

Schutzgasatmosphäre

C

Coil

F

Förderrichtung

G

gegossenes Band

S

Schmelze

U

Umgebungsatmosphäre

W

Warmband

Tabelle 1

Stahl	C	Mn	Al	∑ Sonstige
S1	0,55	18,0	6,0	≤ 0,14
S2	1,25	26,0	11,5	≤ 0,15

Angaben in Gew.-%,Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen

Tabelle 2

Stahl	ΔT [°C]	WAT [°C]	WET [°C]	ϕg [%]	tk [K/s]	HAT [°C]
S1	150	1150	1020	17	200	300
S2	150	1150	1025	14	200	300

Tabelle 3

Stahl	Gefüge	dWB [mm]	ρWB [g/cm3]	Rp0,2 [MPa]	Rm [MPa]	Ag [%]	n	r
S1	austenitisch-ferritisch	3,1	7,2	519	761	33,1	0,26	0,90
S2	austenitisch-ferritisch feine Ausscheidungen von κ-Karbiden	3,0	6,8	680	920	35	0,26	0,76

n.e. = nicht ermittelt

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines warmgewalzten Stahlflachprodukts umfassend folgende Arbeitsschritte:

- Erschmelzen einer Stahlschmelze (S), die neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%)

C: 0,5 - 1,3 %,

Mn: 18 - 26 %,

Al : 5,9 - 11,5 %,

Si: 0,1 - 0,4 %,

Cr: weniger als 3 %,

Ni: weniger als 1 %,

Mo: weniger als 0,5 %,

N: 0,005 - 0,04 %,

B: weniger als 0,0050 %,

Cu: weniger als 1 %

Nb: weniger als 0,2 %,

Ti: weniger als 0,3 %,

V: weniger als 0,3 %,

Ca: weniger als 0,005 %,

Zr: weniger als 0,005 %,

P: 0,01 - 0,03 %,

S: 0,005 - 0,02 %

enthält,

- Vergießen der Stahlschmelze (S) zu einem gegossenen Band (G),

- Vergießen der Stahlschmelze (S) zu einem gegossenen Band (G),

- mit einer mindestens 20 K/s betragenden Erwärmungsgeschwindigkeit erfolgendes Erwärmen des gegossenen Bands (G) auf eine 1100 - 1300 °C betragende Warmwalzanfangstemperatur,

- Warmwalzen des auf die Warmwalzanfangstemperatur erwärmten gegossenen Bands (G) zu einem Warmband (W),

- innerhalb von 10 s nach dem Warmwalzen einsetzende Abkühlung des Warmbands (W) mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 100 K/s auf < 400 °C,

- Aufwickeln des abgekühlten Warmbands (W) zu einem Coil (C) bei einer Haspeltemperatur von bis zu 400 °C.

2. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergießen der Stahlschmelze zu einem gegossenen Band (G) in einer Zwei-Walzen-Gießmaschine durchgeführt wird.

3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des gegossenen Bands (G) höchstens 5 mm beträgt.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beschleunigte Erwärmung auf die Warmwalzanfangstemperatur mittels einer induktiv arbeitenden Erwärmungseinrichtung (5) durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmwalzanfangstemperatur, auf die das gegossene Band (G) erwärmt wird, mindestens 1150 °C beträgt.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Zuge des Warmwalzens erzielte Gesamtumformgrad mindestens 10 %, insbesondere 10 - 20 %, beträgt.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmwalzendtemperatur des Warmwalzens 1000 - 1050 °C beträgt.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmwalzen in einem Stich durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beschleunigte Abkühlung des Warmbands (W) innerhalb von 10 s nach dem Ende des Warmwalzens einsetzt.

10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine vor dem Warmwalzen durchgeführten Arbeitsschritte unter einer Schutzgasatmosphäre (A) durchgeführt werden.

11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erhaltene Warmband (W) einer Warmbandglühung bei einer 900 - 1150 °C betragenden Glühtemperatur unterzogen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Al-Gehalt des gegossenen Bands (G)) mindestens 10 Gew.-% beträgt.

13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmband (W) zu einem Kaltband kaltgewalzt wird.

Claims

1. Method for producing a hot-rolled flat steel product comprising the following working steps:

- Melting a steel melt (S), comprising, in addition to iron and unavoidable impurities (in wt %)

C: 0.5 - 1.3 %,

Mn: 18 - 26 %,

Al: 5.9 - 11.5 %,

Si: 0.1 - 0.4 %,

Cr: less than 3 %,

Ni: less than 1 %,

Mo: less than 0.5 %,

N: 0.005 - 0.04 %,

B: less than 0.0050 %,

Cu: less than 1 %,

Nb: less than 0.2 %,

Ti: less than 0.3 %,

V: less than 0.3 %,

Ca: less than 0.005 %,

Zr: less than 0.005 %,

P: 0.01 - 0.03 %,

S: 0.005 - 0.02 %,

- casting the steel melt (S) into a cast strip (G),

- heating the cast strip (G) to an initial hot-rolling temperature of 1100 - 1300°C at a heating rate of at least 20 K/s,

- hot rolling the cast strip (G) heated to the initial hot-rolling temperature into a hot strip (W),

- cooling of the hot strip (W), the cooling starting within 10 s after the hot rolling at a cooling rate of at least 100 K/s to < 400°C,

- winding the cooled hot strip (W) into a coil (C) at a coiling temperature of up to 400°C.

2. Method according to any one of the preceding claims, characterised in that the casting of the steel melt into a cast strip (G) is performed in a two roller casting machine.

3. Method according to any one of the preceding claims, characterised in that the thickness of the cast strip (G) is a maximum of 5 mm.

4. Method according to any one of the preceding claims, characterised in that the accelerated heating to the initial hot rolling temperature is performed by means of an inductively operating heating device (5).

5. Method according to any one of the preceding claims, characterised in that the initial hot rolling temperature, to which the cast strip (G) is heated, is at least 1150°C.

6. Method according to any one of the preceding claims, characterised in that the degree of deformation achieved in the course of the hot rolling is at least 10%, in particular 10 - 20%.

7. Method according to any one of the preceding claims, characterised in that the final hot rolling temperature of the hot rolling is 1000 - 1050°C.

8. Method according to any one of the preceding claims, characterised in that the hot rolling takes place in a single pass.

9. Method according to any one of the preceding claims, characterised in that the accelerated cooling of the hot strip (W) begins within 10 s of the end of hot rolling.

10. Method according to any one of the preceding claims, characterised in that its working steps performed prior to hot rolling are carried out under a protective atmosphere (A).

11. Method according to any one of the preceding claims, characterised in that the hot strip (W) obtained undergoes hot strip annealing at an annealing temperature of 900 - 1150°C.

12. Method according to claim 11, characterised in that the Al content of the cast strip (G) is at least 10 wt.%.

13. Method according to any one of the preceding claims, characterised in that the hot strip (W) is cold-rolled into a cold strip.

Revendications

1. Procédé de fabrication d'un produit d'acier plat, laminé à chaud, comportant les étapes suivantes :

- faire fondre un produit d'acier fondu (S) contenant, en plus du fer et des impuretés inévitables (en % en poids) :

C : 0,5 - 1,3 %,

Mn : 18 - 26 %,

Al : 5,9 - 11, 5 %,

Si : 0,1 - 0,4 %,

Cr : moins de 3 %,

Ni : moins de 1 %,

Mo : moins de 0,5 %,

N : 0, 005 - 0, 04 %,

B : moins de 0,0050 %,

Cu : moins de 1 %,

Nb : moins de 0,2 %,

Ti : moins de 0,3 %,

V : moins de 0,3 %,

Ca : moins de 0,005 %,

Zr : moins de 0,005 %,

P : 0,01 - 0,03 %,

S : 0, 005 - 0,02 %

- mouler le produit d'acier fondu (S) en un feuillard (G),

- chauffer le feuillard (G) à une température de laminage à chaud de 1100 - 1300 °C, à une vitesse de réchauffement d'au moins 20 K/s,

- laminer à chaud le feuillard (G), chauffé à la température de début du laminage à chaud, en un feuillard à chaud (W),

- dans les 10 s suivant le début du laminage à chaud, initier un refroidissement du feuillard à chaud (W) à une vitesse de refroidissement d'au moins 100 K/S jusqu'à atteindre une température < 400 °C,

- enrouler le feuillard à chaud (W) refroidi en une bobine (C), à une température d'enroulement allant jusqu'à 400 °C.

2. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moulage du produit en acier en un feuillard (G) est effectué dans une machine de moulage à deux cylindres.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur du feuillard (G) est d'au plus 5 mm.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réchauffement accéléré jusqu'à la température de laminage à chaud est effectué au moyen d'une installation de chauffage à induction (5).

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de début du laminage à chaud, à laquelle est porté le feuillard (G), est d'au moins 1150 °C.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le taux de déformation globale obtenu au cours du laminage à chaud est d'au moins 10 %, et plus particulièrement de 10 - 20 %.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le laminage, la température de fin du laminage à chaud est de 1000 - 1050 °C.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le laminage à chaud est effectué en un passage.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le refroidissement accéléré du feuillard à chaud (W) débute dans les 10 s suivant la fin du laminage à chaud.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les étapes à effectuer avant le laminage à chaud se déroulent sous atmosphère protectrice (A).

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le feuillard à chaud (W) obtenu subit un recuit du feuillard à chaud à une température de recuit de 900 - 1150 °C.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la teneur en Al du feuillard (G) s'élève à au moins 10 % en poids.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le feuillard à chaud (W) est laminé à froid en un feuillard à froid.

Zeichnung