Abkühl- und Fertigwalztemperaturen für verschiedene Stahlsorten

Bei der Warmumformung hat die Endbearbeitungstemperatur einen großen Einfluss auf das Gefüge des Stahls. Höhere Endbearbeitungs-Temperaturen verstärken die Tendenz zur Koaleszenz und zum Wachstum der Körner, was zu gröberen austenitischen Körnern führt.

Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die Endbearbeitungstemperatur während der Produktion so niedrig wie möglich zu halten und in der Regel nicht unter den Ar3-Punkt abzusinken. Dies kann durch kontrollierte Walz- und Kühlmethoden erreicht werden, um die Korngröße zu verfeinern und die Produktqualität zu verbessern.

Bei kohlenstoffarmen Stählen sollte die Endbearbeitungstemperatur in der Nähe von 800 °C gehalten werden und nicht unter 750 °C sinken.

Bei Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt sollte die Endbearbeitungstemperatur während der Produktion auf 850°C eingestellt werden, um die Bildung eines Zementitnetzwerks zu verhindern.

Durch die Kombination mit einer schnellen Abkühlung nach dem Walzen kann die Ausscheidung von proutektoidem Zementit wirksam unterdrückt werden, wodurch die Bildung eines Zementitnetzes vermieden oder zumindest sichergestellt wird, dass es dünn ist und sich ohne zusätzliche Bearbeitungsschritte leicht entfernen lässt.

In hypereutektoiden Kohlenstoffstählen und legierte StähleNach dem Walzen bildet überschüssiger Zementit ein Netzwerk entlang der Korngrenzen. Stähle mit einem Netzwerk aus Zementit weisen eine geringere Kaltumformung Fähigkeit und eine erhöhte Rissneigung beim Abschrecken.

Um dieses Netz zu beseitigen, sind komplexe Wärmebehandlungen erforderlich, die nicht immer wirksam sind.

Daher müssen Bedingungen geschaffen werden, die die Bildung eines Zementitnetzwerks nach dem Walzen verhindern. Die Fertigstellung bei niedrigen Temperaturen und die schnelle Abkühlung nach dem Walzen können dieses Ziel erreichen.

GCr15-Stahl wird zum Beispiel vor dem Fertigwalzwerk mit Wasser gekühlt, um die Temperatur vor dem endgültigen Walzen zu senken. Eine schnelle Abkühlung nach dem Walzen wird durch das Einblasen von Druckluft erreicht, gefolgt von einer langsamen Abkühlung in einer Grube.

Die langsame Abkühlung nach dem Walzen führt zu groben ferritischen Körnern, einem untere Streckgrenzeund eine erhöhte Sprödübergangstemperatur. Die Abkühlungsgeschwindigkeit hängt von der Querschnittsgröße des Stahls ab; größere Abschnitte lassen sich nicht so schnell abkühlen und haben daher im Allgemeinen geringere mechanische Eigenschaften.

Im Ausland werden Rundstähle in der Regel nach dem Walzen luftgekühlt, was mit dem geringeren Gasgehalt in diesem Stahl zusammenhängt. Eine Online-Wasserkühlung kann effektiver sein, ist aber auf Rundstähle mit Durchmessern unter 75 mm beschränkt. Die schnelle Abkühlung trägt zwar zur Verringerung der Bänderbildung bei, kann aber bei Stählen mit hohem Mangangehalt und groben austenitischen Körnern zur Bildung von Widmanstätten-Ferrit führen.

Daher sollte eine schnelle Abkühlung nach dem Walzen mit einer niedrigen Endbearbeitungstemperatur einhergehen. Wenn die austenitische Korngröße klein ist, führt selbst eine schnelle Abkühlung nicht zur Bildung von Widmanstätten-Ferrit.

Bei legierten Baustählen, die auf mittelgroßen Walzwerken gewalzt werden, werden Stähle mit einem Durchmesser von weniger als 60 mm in Stapeln an der Luft abgekühlt, während Stähle mit einem Durchmesser von mehr als 60 mm in unbeheizten Gruben abgekühlt werden. Der Stahl sollte in der Grube mindestens 30 Stunden lang auf 100-150°C abkühlen.

Lagernder Stahl neigt zur Bildung weißer Flecken und sollte daher nach dem Walzen langsam abgekühlt oder wie angegeben thermisch behandelt werden. Während der Verladung sollte die Temperatur nicht unter 700 °C liegen. Die Knüppel werden so lange in der Grube gelagert, bis die Temperatur nicht mehr als 100-200°C beträgt, was im Durchschnitt 72 Stunden dauert.

Selbst bei niedrigeren Endbearbeitungstemperaturen kann eine langsame Abkühlung zur Bildung eines Zementitnetzwerks im Stahl führen.

Um dies zu vermeiden, sollte jeder Stab einzeln so schnell wie möglich auf unter 650°C abgekühlt werden.

Die Abkühlungsgeschwindigkeit für Wälzlagerstahl ohne Zementitnetzwerk hängt von der Walzendtemperatur ab; bei 900-950°C muss die Geschwindigkeit mindestens 45-50°C/min betragen, was mit sinkender Endtemperatur reduziert werden kann.

Durch die Steuerung der geeigneten Endbearbeitungstemperatur (nahe dem Ac3-Punkt) und die Kombination mit einer geeigneten Reduktionsrate (etwa 40%) können ideale metallurgische Strukturen und optimale mechanische Eigenschaften bei Stählen mit niedrigem und mittlerem Kohlenstoffgehalt sowie bei legierten Stählen, Federstählen und Wälzlagerstählen erzielt werden.

Zu diesem Zweck werden vor den letzten beiden Gerüsten des Stabstahlwalzwerks Wasserkühlkästen installiert. Um gleichmäßige Innen- und Außentemperaturen in den schnell abgekühlten Walzstücken zu gewährleisten, wird vor der Fertigwalzgruppe eine Temperaturausgleichsstrecke eingerichtet.

Zu den Kühlmethoden nach dem Walzen von Stahl gehören:

• In der Luft.
• In Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit.
• In Isolierboxen.
• In nicht beheizten Isoliergruben.
• In vorgewärmten Isoliergruben und Öfen.
• In beheizten Isoliergruben und Öfen.
• Im Wasser.

Zu den repräsentativen Stahlsorten und ihren kontrollierten Walz- und Kühlverfahren gehören:

1. Lager- und Federstähle

Diese erfordern eine Endbearbeitung bei niedrigen Temperaturen, gefolgt von einer isolierten langsamen Abkühlung. Um die Ausscheidung von Netzwerkkarbiden zu verhindern, werden Wälzlagerstähle nach dem Walzen schnell abgekühlt und dann langsam abgekühlt.

Die Endbearbeitungstemperatur für Wälzlagerstahl wird streng kontrolliert und liegt zwischen 800 und 850 °C, um den Abbau von Netzwerkkarbiden zu unterstützen.

Wenn die Endbearbeitungstemperatur 900°C übersteigt, kann der Stahl mit Wasser besprüht werden, um ihn schnell auf 600-650°C abzukühlen (um eine weitere Ausscheidung von Netzwerkkarbiden zu verhindern) und dann langsam abzukühlen. Vor dem Fertigwalzwerk werden Kühlwasserkästen installiert, um die Temperatur der in das Walzwerk eintretenden Werkstücke zu kontrollieren.

2. Abgeschreckt und vergütet Stähle

Diese Stähle haben ein vergütetes Sorbitgefüge und werden in hochfesten, stoß- oder wechselbeanspruchten Teilen wie Pleuelstangen und Wellen eingesetzt. Sie bieten aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Streckgrenze sowie einer ausreichenden Duktilität und Zähigkeit eine hohe mechanische Gesamtleistung.

Das Produktionsprogramm umfasst 225.000 Tonnen Qualitätskohlenstoffbaustahl und 225.000 Tonnen legierten Baustahl, was 90% der Gesamtproduktion entspricht. Die Beherrschung der Temperatur eines so großen Stahlvolumens stellt einen Wettbewerbsvorteil dar.

3. Hochwertige Kohlenstoffbaustähle und legierte Baustähle

Beides sind untereutektoide Stähle mit einer Abschrecktemperatur von etwa 30-50°C über AC3. Für Rundstähle mit einem Durchmesser von weniger als 40 mm werden vor dem Fertigwalzwerk Kühlwasserkästen installiert, um die Korngröße zu verfeinern und eine martensitisches Gefüge nach dem Abschrecken.

Anschließend werden die Stähle bei hohen Temperaturen unter A1 angelassen, um zu einem stabilen Anlassgefüge überzugehen. Für Rundstähle mit größerem Durchmesser wird von Herstellern wie dem ABS LUNA Werk in Udine, Italien, das Rundstähle mit einem Durchmesser von 20 bis 100 mm herstellt, einschließlich Kohlenstoffstahl und oberflächengehärtetem Stahl, eine Online-Temperaturregelung praktiziert, vergüteter Stahlmikrolegierter Stahl, Wälzlagerstahl, Federstahl und rostfreier Stahl. Sie kontrollieren die Temperatur von Stählen mit einem Durchmesser von 20 bis 90 mm online.

In Anbetracht der Produktpositionierung von Shigang (Shi Steel) und der sich wandelnden Bedürfnisse der Stahlverbraucher ist die Bereitstellung von Automobilstählen und die Entwicklung hin zu den High-End-Märkten von wesentlicher Bedeutung.

Das Angebot idealer metallurgischer Strukturen und optimaler mechanischer Eigenschaften bietet einen Wettbewerbsvorteil. Bei der Betrachtung des Kühlregimes sollten Wasserkühlkästen vor und nach dem Fertigwalzwerk installiert werden, vor allem bei Rundstählen unter 40 mm, um die Temperatur online zu kontrollieren.

Die Einrichtung von Wasserkühlkästen nach dem Fertigwalzwerk ist international umstritten. Bei Rundstählen mit großem Durchmesser wird davon ausgegangen, dass dadurch lediglich Zunder entfernt und die Oberflächenqualität verbessert wird, während die Kornfeinung kaum beeinflusst wird und möglicherweise eine ungleichmäßige innere Korngröße entsteht.

Eine Online-Temperaturregelung würde zweifellos die Walzstraße verlängern und die Investitionen erhöhen. Über die Länge des Wasserkühlkastens, der nach dem Fertigwalzwerk zu installieren ist, gibt es keine allgemeinen Empfehlungen, wobei das ABS LUNA-Werk in Italien mit einem 55 m langen Kasten als Referenz gilt.

In Anbetracht der langfristigen Entwicklung und der Qualitätsanforderungen sollte eine Online-Temperaturkontrolle in Betracht gezogen werden. Die anfängliche Installation von Wasserkühlkästen nach dem Fertigwalzwerk kann zumindest Zunder entfernen und die Oberflächenqualität verbessern. Die Erwärmung, das Fertigwalzen und die Kühlung verschiedener Stähle sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1: Die Erwärmungs-, Fertigwalz- und Kühltemperaturen verschiedener Arten von Stahl.

Kontrolliertes Walzen

Theorie des kontrollierten Walzens

Beim Warmwalzen ermöglicht die sinnvolle Steuerung der Metallerwärmung, der Verformung und der Temperaturregime die Kombination von Phasenumwandlung im festen Zustand und thermoplastischer Verformung zur Erzielung feinkörniger Strukturen, wodurch die umfassende Mechanische Eigenschaften von Stahl.

Bei kohlenstoffarmen und niedrig legierten Stählen werden durch das kontrollierte Walzen hauptsächlich die verformten austenitischen Körner verfeinert, was nach der Umwandlung von Austenit in Ferrit und Perlit zu feinen ferritischen Körnern und kleineren Perlitkolonien führt. Dies verbessert die Festigkeit, die Zähigkeit und die Stabilität des Stahls. Schweißbarkeit.

Bei kohlenstoffreichen und hypereutektoiden Stählen werden durch das Walzen bei kontrollierter Temperatur die verformten austenitischen Körner verfeinert und das Walzen in der Nähe der Oberfläche beendet. Austenit Umwandlungspunkt.

1. Thermo-mechanisches Walzen

Derzeit ist das thermomechanische Walzen von Rundstählen auf Durchmesser unter 40 mm beschränkt, vor allem bei kohlenstoffarmen und niedrig legierten Stählen, mit dem Ziel, ferritische Körner zu verfeinern. Die Endwalztemperatur liegt zwischen 750°C und 790°C.

Vor und nach dem Fertigwalzen ist eine Wasserkühlung erforderlich. Bei Rundstählen mit größerem Durchmesser können ungleiche Temperaturen zwischen der Oberfläche und dem Kern nach der Wasserkühlung zu Mikrorissen an der Oberfläche und ungleichmäßigen Korngrößen zwischen Kern und Oberfläche während der Rekristallisation führen, was eine ungleichmäßige strukturelle Integrität über den Querschnitt zur Folge hat.

2. Normalisiertes Walzen

Für Rundstähle zwischen 40 mm und 80 mm wird normalisiertes Walzen verwendet, wobei die letzten vier Stiche eine Verformung von 50-60% aufweisen. Der Stahl wird vor dem Eintritt in das Fertigwalzwerk bei einer Fertigwalztemperatur von 800°C bis 850°C ausgeglichen, gefolgt von einer schnellen Abkühlung.

3. Kontrollierte Temperatur Walzen

Die Endbearbeitungstemperatur liegt zwischen 850°C und 900°C, gefolgt von einer kontrollierten Abkühlung zur Verbesserung der Oberflächenqualität.

Bei Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt führt dieses Verfahren zu feineren Perlitkolonien, bei übereutektoiden Stählen zu einer geringeren Ausscheidung von Netzwerkkarbiden.

Die Walzverfahren von Shi Steel

Für Stahlsorten wie 20#, 45#, 20CrMo, 20CrMnTi, 40Cr, 40MnB, die Rundstähle mit einem Durchmesser von 50 mm bis 80 mm herstellen, wird normalisiertes Walzen verwendet.

Allerdings ist vor dem Fertigwalzwerk ein Ausgleich erforderlich, wodurch sich der Prozessweg verlängert und die Leistung verringert. Die Verformung in den letzten vier Stichen wird erhöht, um eine höhere Produktpräzision und eine gleichmäßige Verformung über den Querschnitt zu gewährleisten, was den Einsatz eines Maßwalzwerks nahelegt, was die Investitionen erhöht. Bei Durchmessern über 80 mm ist ein temperaturgeregeltes Walzen erforderlich.

Für die Herstellung von Federflachstahl wird das thermomechanische Walzen eingesetzt. Durch die Endbearbeitung in der Ferrit-Austenit-Zweiphasenzone werden die verformten austenitischen Körner verfeinert, was zu feinen ferritischen Körnern und kleineren Perlitkolonien führt und so die Festigkeit und Zähigkeit des Stahls erhöht.

Dies erfordert jedoch eine Wasserkühlung vor und nach dem Fertigwalzen, was die Investitionen erhöht und die Walzzone verlängert.

Bei Wälzlagerstahl ist ein temperaturkontrolliertes Walzen erforderlich, um die Ausscheidung von Netzwerkkarbiden zu verhindern und die Oberflächenqualität zu verbessern.

In Anbetracht der Investitionen und der Lage des Prozesses setzt Shi Steel auf temperaturkontrolliertes Walzen, die Senkung der Anfangstemperatur beim Walzen, die Kontrolle der Endtemperatur und die kontrollierte Abkühlung nach dem Walzen, um eine gute Oberflächenqualität und innere Struktur zu erreichen.

Tabelle 2: Walzverfahren für verschiedene Stahlsorten und Spezifikationen