NL1007739C2 - Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van een stalen band met hoge sterkte. - Google Patents

Description

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET VERVAARDIGEN VAN EEN STALEN BAND MET HOGE STERKTE

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van 5 een stalen band met hoge sterkte en op een inrichting geschikt voor het uitvoeren van de werkwijze. Bij een bekende werkwijze voor het vervaardigen van een stalen band met hoge sterkte wordt uitgegaan van een op de conventionele wijze vervaardigde warmgewalste band die op de uitlooprollenbaan een tweetrapskoeling ondergaat. In een eerste trap wordt de austenitische band afgekoeld tot in het austenitisch-10 ferritische menggebied en zolang in dat gebied gehouden tot een gewenste hoeveelheid ferriet is gevormd. Vervolgens wordt de band met hoge snelheid afgekoeld om een martensietstructuur in de band te krijgen. Een dergelijk hoog-sterktestaal is bekend onder de naam Dual-Phase steel. Met de onderhavige uitvinding wordt beoogd een werkwijze te verschaffen waarmee een grotere flexibiliteit in het 15 vervaardigen van hoge-sterkte staal wordt bereikt. Een ander doel dat met de uitvinding wordt nagestreefd is een werkwijze te verschaffen die met eenvoudige middelen uitgevoerd kan worden. Deze doelen en andere voordelen worden bereikt met een werkwijze voor het vervaardigen van een stalen band met hoge sterkte waarbij vloeibaar staal in tenminste een continugietmachine van een of meer strengen 20 wordt gegoten tot een plak en onder gebruikmaking van de gietwarmte door een oveninrichting wordt gevoerd in een voorwalsinrichting wordt voorgewalst en in een eindwalsinrichting wordt eindgewalst tot een stalen band van gewenste einddikte waarbij in een continu, eindloos of semi-eindloos proces de plak in, in hoofdzaak, het austenitische gebied in de voorwalsinrichting wordt voorgewalst en in de 25 eindwalsinrichting in het austenitische gebied of in tenminste een stand van de eindwalsinrichting in het twee-fasen austenitisch-ferritische gebied wordt gewalst en de austenitisch of austenitisch-ferritische gewalste band na uitttreden uit de eindwalsinrichting snel wordt gekoeld voor het verkrijgen van de gewenste structuur.

De werkwijze gaat uit van een continu, eindloos of semi-eindloos proces. Bij 30 een dergelijk proces is een zeer goede temperatuurbeheersing, zowel over de lengte, de breedte als de dikte van de plak of de band mogelijk. Bovendien is de temperatuurhomogeniteit als functie van de tijd zeer goed. Een inrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze is in het algemeen uitgerust met koelmiddelen zodat 1007739 -2- ook het temperatuurverloop als functie van de plaats in de installatie danwel als functie van de tijd goed beheersbaar is en instelbaar is. Als additioneel voordeel is te noemen dat de werkwijze bijzonder geschikt is voor het toepassen van een vacuum tundish voor het aanpassen van de staalsamenstelling aan de gewenste te verkrijgen 5 eigenschappen.

Vanwege de hoge temperatuurhomogeniteit is het zeer goed mogelijk op een nauwkeurig voorspelbare wijze in het twee fasen austenitisch-ferritisch gebied te walsen. Over de doorsnede van de band en in de lengte van de band treedt nauwelijks of geen verschil op in percentage austeniet-ferriet. Aan de voor het verkrijgen van 10 homogene eigenschappen gestelde temperatuurhomogeniteit is in de conventionele werkwijze slecht of met bijzondere maatregelen te voldoen. Het gevolg is dat de op conventionele wijze vervaardigde stalen band met hoge sterkte zowel over de doorsnede als in de lengterichting inhomogeniteiten vertoont.

Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is erdoor 15 gekenmerkt dat de band in de eind wal sinrichting wordt gewalst bij een temperatuur waarbij een gewenste hoeveelheid ferriet aanwezig is en dat de uit de eindwalsinrichting tredende band snel wordt gekoeld tot een temperatuur beneden Ms (start martensiet) in het temperatuurgebied waarin martensiet gevormd wordt.

Vanwege de zeer goede temperatuurhomogeniteit is het mogelijk in de 20 eindwalsinrichting een gewenste verhouding austeniet-ferriet in te stellen en te handhaven. Na uittreden uit de eindwalsinrichting wordt de band zeer snel, eventueel na een wachttijd van maximaal 10 seconden, afgekoeld waarbij het austeniet overgaat in martensiet waarmee een band met een hoge sterkte verkregen is.

Het zal voor de deskundige duidelijk zijn dat het ook mogelijk is de werkwijze 25 zodanig uit te voeren dat de band volledig in het austenitische gebied gewalst wordt en als austenitische band de eindwalsinrichting uittreedt. Ook een dergelijk gewalste band zal een zeer grote temperatuurhomogeniteit in doorsnede en lengterichting vertonen. Op een dergelijke band kan met voordeel de conventionele wijze voor het vervaardigen van Dual-Phase staal door middel van tweetrapskoeling vervaardigd 30 worden.

Een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt dat de band in de eindwalsinrichting wordt gewalst bij een temperatuur 1007739 -3 - waarbij een gewenste hoeveelheid ferriet aanwezig is dat de uit de eindwalsinrichtting tredende band snel wordt gekoeld tot een temperatuur boven Ms (start martensiet) en met een afkoelsnelheid waarbij bainiet gevormd wordt. Bij deze uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt weer een gewenste verdeling tussen austeniet en ferriet gecreëerd 5 welke op grond van de goede temperatuurhomogeniteit over de band gelijk is. Door de keuze van afkoelsnelheid en afkoeltemperatuur wordt een deel van het austeniet omgezet in bainiet waartussen restausteniet overblijft. Bij latere vervorming van de stalen band bij het maken van producten genereert het austeniet dislocaties die het sterktestaal vervormbaarheid geven. Het resultaat is een stalen band met hoge sterkte 10 en hoge rek. Vanwege deze eigenschappen staan deze staalsoorten ook bekend als TRIP-staal (transformation induced plasticity). De stalen band wordt in het bainietgebied opgerold. Het gehele proces van bainietvorming en het ontstaan van restausteniet is afhankelijk van legeringselementen. Het is bij de vervaardiging van dit type staal dan ook van bijzonder voordeel gebruik te maken van een vacuum tundish 15 waarmee tot het laatste moment voor het gieten van de plak in de continugietmachine de samenstelling van het staal aangepast kan worden aan de gewenste eigenschappen.

Teneinde niet alleen een goede temperatuurhomogeniteit te krijgen maar ook een goede verdeling van de deformatie over de doorsnede van de band is een nadere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding erdoor gekenmerkt dat op 20 tenminste een stand, bij voorkeur alle stands van de voorwalsinrichting en / of op tenminste een stand, bij voorkeur elke stand van de eindwalsinrichting smerend wordt gewalst. Met smerend walsen wordt bereikt dat de door de walsrollen aangebrachte reductie zich homogeen verdeelt over het deel van de stalen band of de stalen plak dat zich tussen de walsrollen bevindt, 25 De uitvinding is ook belichaamd in een inrichting voor het vervaardigen van een stalen band, in het bijzonder geschikt voor het uitvoeren van een werkwijze volgens een der voorgaande conclusies omvattende tenminste een continugietmachine voor het gieten van dunne plakken, een oveninrichting voor het homogeniseren van een al dan niet voorgereduceerde plak en een walsinrichting voor het uitwalsen van de 30 plak tot een band van de gewenste einddikte en een haspelinrichting voor het ophaspelen van de band welke erdoor gekenmerkt is dat tussen het laatste walstuig 1007739 -4- van de walsinrichting en de haspelinrichting een koelinrichting is geplaatst met een koelcapaciteit van tenminste 2 MW/m2.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van een niet-beperkende uitvoeringsvorm volgens de tekening.

5 In de tekening is: fig. 1 een schematisch zijaanzicht van een inrichting waarmee de werkwijze volgens de uitvinding uitgevoerd kan worden; fig. 2 een grafische weergave van het temperatuurverloop in het staal als functie van de positie in de inrichting; 10 fig. 3 een grafische weergave van het dikteverloop van het staal als functie van de positie in de inrichting.

In fig. 1 is met verwijzingscijfer 1 een continugietmachine voor het gieten van dunne plakken aangegeven. Daaronder wordt in deze beschrijvingsinleiding een continugietmachine verstaan geschikt voor het gieten van dunne plakken staal met een 15 dikte van minder dan 150 mm, bij voorkeur minder dan 100 mm, meer bij voorkeur minder dan 80 mm. De continugietmachine kan een of meer strengen omvatten. Ook kunnen meer gietmachines naast elkaar geplaatst zijn. Deze uitvoeringsvormen vallen binnen het kader van de uitvinding. Verwijzingscijfer 2 geeft een gietpan aan waaruit het te gieten vloeibare staal wordt aangevoerd naar een verdeelbak 3 die in deze 20 uitvoering de vorm heeft van een vacuümverdeelbak. De verdeelbak is bij voorkeur voorzien van middelen, zoals doseermiddelen, mengmiddelen en analysemiddelen om de chemische samenstelling van het staal op een gewenste samenstelling te brengen omdat bij de onderhavige uitvinding de samenstelling van belang is. Onder de verdeelbak 3 is een gietvorm 4 geplaatst waarin het vloeibare staal wordt gegoten en 25 althans gedeeltelijk stolt. Desgewenst kan gietvorm 4 zijn uitgerust met een elektromagnetische rem. De gebruikelijke continugietmachine heeft een gietsnelheid van circa 6 m/sec; met extra maatregelen zoals een vacuümverdeelbak en/of een elektromagnetische rem liggen gietsnelheden van 8 m/min of meer in het verschiet. De gestolde dunne plak wordt een tunneloven 7 ingeleid met een lengte van bijvoorbeeld 30 250 - 330 m. Zodra de gegoten plak het einde van de oven 7 heeft bereikt wordt bij een semi-eindloos proces met behulp van de schaarinrichting 6 de plak in plakdelen geknipt. Onder een semi-eindloos proces wordt een proces verstaan waaruit uit een 1007739 -5- enkele plak of plakdeel een aantal rollen, bij voorkeur meer dan drie, meer bij voorkeur meer dan vijf rollen van de gebruikelijke rolgrootte in een continu walsproces in althans de eindwalsinrichting tot de einddikte worden gewalst. Bij een eindloos walsproces worden de plakken of, na de voorwalsinrichting, banden, aan 5 elkaar gekoppeld zodat in de eindwalsinrichting een eindloos walsproces kan worden uitgevoerd. Bij een continu proces doorloopt een plak zonder onderbreking het traject tussen continugietmachine en uittreezijde van de walsinrichting. De uitvinding wordt hier toegelicht aan de hand van een semi-eindloos proces, maar is uiteraard ook toepasbaar bij een eindloos of continu proces. Elk plakdeel vertegenwoordigt een 10 hoeveelheid staal overeenkomend met vijf a zes conventionele rollen. In de oven is ruimte voor opslag van een aantal van dergelijke plakdelen bijvoorbeeld opslag voor drie plakdelen. Hiermee wordt bereikt dat de achter de oven liggende installatiedelen door kunnen werken terwijl in de continugietmachine de gietpan verwisseld moet worden en het gieten van een nieuwe plak moet starten of de continugietmachine een 15 storing heeft en dat de continugietmachine door kan werken als stroomafwaarts een storing optreedt. Tevens verhoogt de opslag in de oven de verblijfstijd van de plakdelen daarin welke tevens zorgt voor een betere temperatuurhomogenisering van de plakdelen. De intreesnelheid van de plak in de oven komt overeen met de gietsnelheid en bedraagt dus circa 0,1 m/sec. Achter oven 7 is een 20 oxideverwijderingsinrichting 9 hier in de vorm van hogedruk waterspuiten met circa 400 atmosfeer druk geplaatst om het oxide dat zich op het oppervlak van de plak gevormd heeft af te spuiten. De doorloopsnelheid van de plak door de oxideverwijderingsinstallatie en de intreesnelheid in de oveninrichting 10 bedraagt circa 0,15 m/sec. De walsinrichting 10 die de functie vervult van de 25 voorwalsinrichting omvat twee kwarto stands welke bij voorkeur zijn uitgerust met een inrichting voor walsensmering. Desgewenst kan voor noodgevallen een schaar-inrichting 8 opgenomen zijn.

Uit fig. 2 blijkt dat de temperatuur van de stalen plak die een waarde heeft van circa 1450 °C bij het verlaten van de verdeelbak in de rollenbaan daalt tot een niveau 30 van circa 1150°C en op die temperatuur in de oveninrichting gehomogeniseerd wordt. Door de intensieve bespuiting met water in de oxideverwijderingsinrichting 9 daalt de temperatuur van de plak van circa 1150 °C tot circa 1050 °C. In de beide 1007739 -6- walstuigen van de voorwalsinrichting 10 daalt de temperatuur van de plak bij iedere walssteek nog circa 50 °C zodat de plak die oorspronkelijk een dikte had van circa 70 mm en in twee stappen met een tussendikte van 42 mm gevormd is tot een stalen band met een dikte van circa 16,8 mm bij een temperatuur van circa 950 °C dus in het 5 austenitische gebied. Het dikteverloop als functie van de plaats is getoond in fig. 3 voor twee situaties, een waarbij een band met een einddikte van 0,8 mm wordt gewalst en een waarbij een band met een einddikte van 1,0 mm wordt gewalst. De getallen geven de dikte in mm. Achter de voorwalsinrichting 10 is een koelinrichting 11 een stel coilboxen 12 en desgewenst een additionele oveninrichting (niet 10 aangegeven) opgenomen. De uit de walsinrichting 10 tredende band kan eventueel tijdelijk opgeslagen en gehomogeniseerd worden in de coilboxen 12 en indien een extra temperatuurverhoging nodig is opgewarmd worden in de niet aangegeven opwarminrichting die achter de coilbox geplaatst is. Het zal voor de deskundige voor de hand liggen dat koelinrichting 11 coilboxen 12 en de niet aangegeven 15 oveninrichting onderling ten opzichte van elkaar een verschillende positie kunnen hebben dan zojuist genoemd. Als gevolg van de diktereductie treedt de gewalste band de coilboxen in met een snelheid van circa 0,6 m/sec. Met de koelinrichting 11 wordt de band afgekoeld tot in het twee-fasen austenitisch-ferritische gebied. Ook is het mogelijk de band niet of slechts beperkt te koelen of te verwarmen teneinde aan de 20 uittreezijde van de eindwalsinrichting 14 een austenitisch gewalste band te krijgen. Deze koelinrichting kan ook tussen walsstands van de eindwals zijn opgenomen. Ook kan gebruik gemaakt worden van natuurlijke koeling al dan niet tussen walsstands. Achter de koelinrichting 11 coilboxen 12 of niet aangegeven oveninrichting is een tweede oxideverwijderingsinstallatie 13, waterdruk circa 400 atmosfeer, geplaatst 25 voor het opnieuw verwijderen van een oxidehuid die zich aan het oppervlak van de gewalste band gevormd kan hebben. Desgewenst kan nog een schaarinrichting zo opgenomen zijn om de kop en staart van een band af te knippen. Vervolgens wordt de band ingevoerd in een walsstraat die de vorm kan hebben van zes achter elkaar geschakelde kwarto walstuigen welke bij voorkeur zijn uitgevoerd met een inrichting 30 voor walsensmering.

In het geval van het vervaardigen van een austenitische band is het mogelijk de gewenste einddikte van bijvoorbeeld 0,6 mm te bereiken door slechts vijf 1007739 - 7- walstuigen te gebruiken. De hierbij per walstuig gerealiseerde dikte is voor het geval van een plakdikte van 70 mm aangegeven in de bovenste rij getallen van fig. 3. Na het verlaten van de walsstraat 14 wordt de austenitisch-ferritisch gewalste band die dan een eindtemperatuur heeft van circa 850 °C bij een dikte van 0,6 mm intensief 5 gekoeld door middel van een koelinrichting 15 en opgewikkeld op een haspelinrich-ting 16. De inloopsnelheid in de haspelinrichting bedraagt circa 13-25 m/sec. Voor het koelen kan een koelinrichting zoals beschreven in het EGKS-eindrapport 7210-EA/214 gebruikt worden. De inhoud van dit rapport wordt door deze referentie geacht in de onderhavige aanvrage opgenomen te zijn. Belangrijke voordelen van 10 deze koelinrichting zijn het grote regelbereik, de hoge koelcapaciteit per eenheid van oppervlak en de homogeniteit van het koelen.

Afhankelijk of men martensiet of bainiet wil vormen wordt de koeling 15 ingesteld en bestuurd. Het is mogelijk uit te gaan van een austenitische band en deze met een twee-traps koeling te koelen, waarbij in de eerste trap wordt gekoeld tot een 15 gewenste hoeveelheid ferriet is gevormd waarna snel wordt gekoeld ter vorming van martensiet. Ook is het mogelijk een, in het twee-fasen gebied gewalste band snel te koelen ter vorming van martensiet (curve m). Ook is het mogelijk een austenitische band te koelen tot een gewenste hoeveelheid ferriet is gevormd en vervolgens zodanig te koelen dat bainiet met restausteniet gevormd wordt. Daarnaast is het mogelijk de 20 band in het twee-fasen gebied te walsen en daarna zodanig af te koelen dat bainiet met restausteniet ontstaat (curve b).

De band wordt eventueel van oxide ontdaan in oxideverwijderingsinstallatie 13. Als de uittreetemperatuur uit walsstraat 14 te laag is kan door middel van een oveninrichting 18 die achter de walsstraat geplaatst is een ferritisch gewalste band op 25 een gewenste oproltemperatuur worden gebracht. Koelinrichting 15 en oveninrichting 18 kunnen naast elkaar, of achter elkaar worden geplaatst. Ook is het mogelijk de ene inrichting te vervangen door de andere inrichting in afhankelijkheid van de omstandigheid of austenitische of austenitisch-ferritische band wordt vervaardigd. Om de band op gewenste lengte overeenkomend met gebruikelijke rolafmetingen te 30 knippen is een schaarinrichting 17 opgenomen. Door een geschikte keuze van de verschillende onderdelen van de inrichting en de daarmee uitgevoerde processtappen zoals homogenisering, walsing, koeling en tijdelijke opslag is het mogelijk gebleken 1007738 - 8 - deze inrichting te bedrijven met een enkele continugietmachine waarbij in de stand van de techniek twee continugietmachines worden toegepast om de beperkte gietsnelheid aan te passen aan de gebruikelijk toegepaste veel hogere walssnelheden. De inrichting is geschikt voor banden met een breedte die ligt in het gebied tussen 5 1000 en 1500 mm bij een dikte van een austenitisch gewalste band van circa 1,0 mm en een dikte van een ferritisch gewalste band van circa 0,5 a 0,6 mm. De homogeni-seringstijd in de oveninrichting 7 bedraagt circa tien minuten voor een opslag van drie plakken ter lengte van de ovenlengte. De coilbox is geschikt voor opslag van twee volledige banden bij austenitisch walsen.

1007739

Claims (5)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een stalen band met hoge sterkte waarbij vloeibaar staal in tenminste een continugietmachine van een of meer strengen 5 wordt gegoten tot een plak en onder gebruikmaking van de giet warmte door een oveninrichting wordt gevoerd in een voorwal sinrichting wordt voorgewalst en in een eindwalsinrichting wordt eindgewalst tot een stalen band van gewenste einddikte waarbij in een continu, eindloos of semi-eindloos proces de plak in, in hoofdzaak, het austenitische gebied in de voorwalsinrichting wordt 10 voorgewalst en in de eindwalsinrichting in het austenitische gebied of in tenminste een stand van de eindwalsinrichting in het twee-fasen austenitisch-ferritische gebied wordt gewalst en de austenitisch of austenitisch-ferritische gewalste band na uitttreden uit de eindwalsinrichting snel wordt gekoeld voor het verkrijgen van de gewenste structuur. 15

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de band in de eindwalsinrichting wordt gewalst bij een temperatuur waarbij een gewenste hoeveelheid ferriet aanwezig is en dat de uit de eindwalsinrichting tredende band snel wordt gekoeld tot een temperatuur beneden Ms (start martensiet) in 20 het temperatuurgebied waarin martensiet gevormd wordt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de band in de eindwalsinrichting wordt gewalst bij een temperatuur waarbij een gewenste hoeveelheid ferriet aanwezig is dat de uit de eindwalsinrichtting tredende band 25 snel wordt gekoeld tot een temperatuur boven Ms (start martensiet) en met een afkoelsnelheid waarbij bainiet gevormd wordt.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat op tenminste een stand, bij voorkeur alle stands van de voorwalsinrichting en / of 30 op tenminste een stand, bij voorkeur elke stand van de eindwalsinrichting smerend wordt gewalst. 1007739 - 10-

5. Inrichting voor het vervaardigen van een stalen band, in het bijzonder geschikt voor het uitvoeren van een werkwijze volgens een der voorgaande conclusies omvattende tenminste een continugietmachine voor het gieten van dunne plakken, een oveninrichting voor het homogeniseren van een al dan niet 5 voorgereduceerde plak en een walsinrichting voor het uitwalsen van de plak tot een band van de gewenste einddikte en een haspelinrichting voor het ophaspelen van de band, met het kenmerk, dat tussen het laatste walstuig van de walsinrichting en de haspelinrichting een koelinrichting is geplaatst met een koelcapaciteit van tenminste 2 MW/m2. 1007739