用于制造厚板材的设备和方法与流程

本发明涉及用于由钢合金制造厚板材的方法，包括连续地浇铸钢熔液以及将获得的铸坯原型加工为铸锭且随后从铸造热状态(gieβhitze)在多个变形步骤中将铸锭变形或热轧为所期望的厚板材尺寸以及紧接着随后对厚板材进行热处理，热处理有针对性地引起所获得的厚板材的冷却，其中，厚板材沿生产方向在其热处理之前或之后切割为所期望的单个板材长度。

此外，本发明涉及执行这种方法的装置，其具有一设备，该设备为了紧挨着地连续地处理和/或加工钢熔液而包括铸造设备、原型设备、变形设备或轧制设备、和热处理设备以及沿生产方向设置在热处理设备之前或之后的厚板材分割设备，在铸造设备中可连续地浇铸钢熔液，在原型设备中由钢熔液浇铸的铸坯可变形为铸锭，在变形设备或轧制设备中铸锭可从铸造热状态在多个变形步骤中轧制为具有所期望的厚板材尺寸的厚板材。

背景技术：

在单束、半连续或连续工艺中制造热轧带材时通常的是，在连铸工艺中生产的铸锭直接从铸造热状态被输送给再热炉或均热炉，在该再热炉或均热炉中设定对于后续的精轧所期望的温度。在精轧机中，铸锭在多个道次被轧制到所期望的最终厚度。

由ep0415987b1已知用于制造钢板的方法。在这种方法中，借助于连铸设备生产铸锭，然后铸锭在行进经过用于减小铸锭厚度的第一变形级后在炉中被加热，但在其进入精轧机之前，在精轧机中铸锭被轧制为钢板或带钢。在包括多个变形步骤的轧机中，钢带经过处理，该处理包括有针对性的变形步骤和有针对性的冷却和加热步骤的组合。在此，所期望的钢带机械特性的设定通过在有针对性地设定的温度下的变形、在确定温度下有针对性地执行的变形程度和变形速度的组合实现。在行进经过精轧机后，将精轧的钢带分成所期望的板材长度并将其堆叠。在行进经过精轧机组后，在所生产的钢带处不再执行任何有针对性的热处理。

由wo2006/106376a1已知一种用于制造具有10-100mm厚度的带材的方法，带材由连续浇铸的铸坯通过随后的热轧制造而成。热轧可以与布置在各单个轧制机架之间的冷却装置且可由此引起的轧制钢带的冷却相组合。在行进经过轧制机组之后，钢带被引导通过冷却设备形式的热处理设备，并且此后分割出分别为所期望的长度的钢带板。

在该由现有技术已知的方法中有问题的是，由于在1100℃之上的温度范围中钢快速地再结晶，非常快速地发生细晶粒过程，并且在实践中总是在铸锭中设定一个温度场，该温度场在每一细晶粒的变形步骤之后导致跟随局部温度的晶粒生长。作为局部不同的晶粒生长的后果，至少在由铸锭轧制而成的板材的宽度上形成不同的组织，该不同的组织在完成的板材中表现为不均匀的机械特性，其由相应的强度值和/或相应的韧性值构成。因此，通过由现有技术已知的方法和装置，不确定可以制造在质量保持相同的情况下满足高韧性要求的板材、特别是厚板材。通过在现有技术中迄今公开用以制造厚板材的方法和装置(其仅仅包括由变形/加热/冷却与随后冷却组成的组合)，也不可能制造在交付状态中+qt(调制处理)的板材。钢在其交付标准中必须强制性地经历有针对性的热处理、正火或回火，在已知的设备上同样也不能制造该钢。

技术实现要素：

本发明所基于的目的在于，提供一种用于生产厚板材的解决方案，其未随之带来上面所提及的缺点并且能够实现灵活地制造不同的厚板材质量。

在开头详细描绘的方法中，所述目的根据本发明通过以下方式解决，执行在150℃至1100℃的温度范围中的热处理，作为将所获得的厚板材从轧制热状态(walzhitze)针对性地冷却至所期望的第一温度的针对性冷却与紧接着随后的将厚板材针对性地加热至所期望的第二温度的针对性加热和紧接着随后的将厚板材冷却至所期望的第三温度的冷却的组合。

在开头详细描绘类型的装置中，所述目的通过以下方式得以解决，热处理设备包括至少一个冷却装置和至少一个加热装置，其构造为，由此可执行在150℃至1100℃的温度范围中的热处理，该热处理的形式为将所获得的厚板材从轧制热状态针对性地冷却至所期望的第一温度的针对性冷却与紧接着随后的将厚板材针对性地加热至所期望的第二温度的针对性加热和紧接着随后的将厚板材冷却至所期望的第三温度的冷却的组合。

因为根据本发明规定，紧接在执行轧制工序之后且因此在将铸锭轧制至厚板材尺寸之后执行热处理，该热处理在多个步骤中包括厚板材的针对性的冷却、针对性的再加热和再次针对性的冷却，所以在完成的厚板材中形成在宽度上也统一的温度场以及由此产生的在完成的厚板材中均匀的组织，使得厚板材具有均质的机械特性，即均质的强度分布和/或韧性分布。通过根据本发明的方法和根据本发明的装置，不仅可以制造在正火状态中的厚板材、即具有高韧性的钢，而且可以制造在调质状态中的厚板材、即具有高强度的钢，而且可以制造在回火状态中的特种钢、即经过回火处理的钢。

在本申请的范围中，厚板材理解成根据标准en10029定义为厚板材的扁平产品。通过所述方法可制造各种不同的货品，如例如在标准en10025-2:2004中用缩写符号所标出的。可以制造“如轧制”的厚板材(缩写符号+ar)，但也可以制造回火的板材(缩写符号+n)或热机械轧制的厚板材(缩写符号+m)以及调质的厚板材(缩写符号+qt)。并且所有这些通过同一个装置或设备。

一种有利的用于制造回火厚板材的方法根据本发明的设计方案可包括如下措施：厚板材在变形或热轧之后在紧接着随后的热处理中从轧制热状态被冷却至所期望的第一温度，该第一温度低于从γ铁(γ固溶体；奥氏体)到α铁(α固溶体；铁素体)的完全转换温度；接下来被加热到所期望的第二温度，该第二温度作为正火温度处于均质的奥氏体范围中高于从γ铁到α铁的完全转换温度、ac3温度；并且接下来被冷却到作为所期望的第三温度的环境温度。

如果相反地需生产高强度的厚板材，本发明在设计方案中规定如下措施：厚板材在变形或热轧之后在紧接着随后的热处理中从轧制热状态被冷却至所期望的第一温度，该第一温度低于贝氏体温度；接下来通过加热被保持在作为所期望的第二温度的、处于贝氏体转换范围中的温度中；并且接下来被冷却到作为所期望的第三温度的环境温度。

也可以通过根据本发明的方法制造强度最高的板材。在这种情况下，本发明在设计方案中出众之处在于如下措施：厚板材在变形或热轧之后在紧接着随后的热处理中从轧制热状态被冷却至所期望的第一温度，该第一温度低于马氏体温度；接下来通过加热被加热到低于从γ铁到α铁的转换温度、ac1温度的回火温度，其作为所期望的第二温度；并且接下来被冷却到作为所期望的第三温度的环境温度。

以有利和有益的方式，规定的热处理包括冷却至室温。本发明因此还规定，至作为所期望的第三温度的环境温度的最终冷却被执行为空气冷却。

对于厚板材从轧制热状态的冷却，强化的冷却是有利的。本发明因此在设计方案还规定，借助于强烈的水冷却或空气冷却执行厚板材从轧制热状态在紧接着跟随在厚板材的变形或热轧之后的热处理中到所期望的第一温度的冷却。

但是也可以的是，当厚板材已经行进经过矫直设备或矫直设施时，才或还要在所制造或生产的厚板材处进行部分的或其他冷却和/或加热步骤。就此而言，本发明在改进方案中同样规定，在厚板材已经行进经过矫直设备之后且在其堆叠之前，执行特别是包括其他冷却和/或加热步骤的热处理的一部分。

此外，有利地且有益地，厚板材在其加热到所期望的第二温度之后被矫直并且随后被堆叠，本发明同样对此作出了规定。

特别有益地，能在厚板材中执行所述方法，从而本发明出众之处还在于，在多个变形步骤中生产厚度大于8mm、特别是厚度为40mm至400mm且宽度大于1200mm的厚板材。

为了执行根据本发明的方法，根据本发明的装置在有益且有利的设计方案中出众之处在于，至少部分地在热处理设备之外将厚板材冷却至所期望的第三温度。

为了可以有利地执行根据本发明的方法用于制造回火板材，所述装置在设计方案中出众之处在于，热处理设备设计为，厚板材能在变形或热轧之后在紧接着随后的热处理中借助于冷却装置从轧制热状态被冷却至所期望的第一温度，该第一温度低于从γ铁(γ固溶体；奥氏体)到α铁(α固溶体；铁素体)的完全转换温度，厚板材接下来能借助于加热装置被加热到所期望的第二温度，该第二温度作为正火温度处于均质的奥氏体的范围中、高于从γ铁到α铁的完全转换温度、ac3温度，并且厚板材接下来能被冷却到作为所期望的第三温度的环境温度。

为了可以有利地使用根据本发明的方法用于制造高强度的板材(高强度的板材在组织的贝氏体状态中具有其使用特性)，根据本发明的装置出众之处还在于，热处理设备设计为，厚板材能在变形或热轧之后在紧接着随后的热处理中借助于冷却装置从轧制热状态被冷却至所期望的低于贝氏体温度的第一温度，厚板材接下来能借助于加热装置通过加热被保持在作为所期望的第二温度的、高于贝氏体转换范围中的温度中，并且厚板材接下来能被冷却到作为所期望的第三温度的环境温度。

用于执行根据本发明的方法以制造具有最高强度的板材的装置的一种特别有利的设计方案的出众之处在于，所述厚板材能在变形或热轧之后在紧接着随后的热处理中借助于冷却装置从轧制热状态被冷却至所期望的低于马氏体温度的第一温度，厚板材接下来能借助于加热装置通过加热被加热到作为所期望的第二温度的、低于从γ铁到α铁的转换温度、ac1温度的回火温度，并且厚板材接下来能被冷却到作为所期望的第三温度的环境温度。

以有利的方式，所述装置被设计为，其被设计和构造用于在轧制设备的多个变形步骤中生产厚度大于8mm、特别是厚度为40mm至400mm且宽度大于1200mm的厚板材，本发明同样对此作出了规定。

此外有利的是，根据本发明的装置在厚板材的生产方向上具有接在加热装置之后的矫直设备，本发明在改进方案中同样对此作出了规定。

最后，本发明的出众之处还在于，其在厚板材的生产方向上具有一个或多个接在矫直设备之后的其他热处理设备，所述其他热处理设备优选地分别包括至少一个其他的冷却装置和至少一个其他的加热装置。本发明的该设计方案实现了在所制造的厚板材的矫直之后还可以在所轧制的厚板材上进行热处理工艺或热处理措施。

附图说明

下面根据附图示例性地详细阐述本发明。其中：

图1以示意图在上半部分图中示出了根据本发明的用于制造连续厚板材的装置并且在下半部分图中以示意图示出了在装置的长度和装置的各个设备部分上相应产生的扁平产品中的温度变化，以及

图2以示意图在上半部分图中示出了根据本发明的用于制造单个厚板材的装置并且在下半部分图中以示意图示出了在装置的长度和装置的各个设备部分上相应产生的扁平产品中的温度变化。

具体实施方式

以图1和图2的生产设备的形式示出且总体分别用1或1’表示的装置不同之处仅在于，在根据图1的实施方式中分割设施2在由箭头3表示的厚板材4的生产方向上在出口侧设置在热处理设备5之后，并且在根据图2的实施例中在入口侧设置在热处理设备5之前。因此，根据图1的装置1能够实现在生产设备的连续运转中制造厚板材4，因为生产为连续厚板材的扁平材料在热处理设备5中执行的热处理之后才借助于分割设施2分割成单个板材长度。即在这种情况下，连续扁平材料行进经过构造为生产设备形式的装置1的各个设备部分或设备设施直到热处理设备5之后。然后在此之后，切割成单个板材长度的厚板材4行进经过矫直设备6，然后借助于输出单元7以通常的方式堆叠。在根据图2的实施方式中，生产的连续扁平材料在进入到热处理设备5之前已经分割成单个板材长度，使得已经分割成单个板材长度的厚板材4行进经过热处理设备5并且随后行进经过矫直设备6和输出单元7。在根据图2的装置1’中在单个板材运转中生成厚板材，其特别是对于制造和处理具有非常高的剪切强度的调质板材是有利的。具有较小强度的厚板材(其在行进经过热处理设备5之后具有相对较小的强度值)不仅可以通过根据图2的在单个板材运转中的设备而且可以通过根据图1的在连续板材运转中的设备制造。

在根据本发明的装置1和1’中，在紧接着的连续处理和/或加工中，在构造为连铸设备的浇铸设备8中连续地浇铸钢熔液。在此形成的铸坯以通常的方式在分配给浇铸设备8的原型设备9中形成为铸锭，其然后在行进经过除鳞设施10之后在构成变形设备的轧制设备11中由浇铸热状态在多个变形步骤中轧制成具有相应的期望厚板材尺寸的厚板材4。经过原型和变形的厚板材4然后在根据图1的设备中行进经过热处理设备5，然后借助于分割设施2分割成单个长度，分割设施为横向分割设施。在根据图2的装置1’中，经原型和变形的产品厚板材4在进入到热处理设备5之前借助于同样构造为横向分割设施的分割设施2被分成单个板材长度并且作为单个板材被运送穿过热处理设备5。在两个装置1和1’中，热处理设备5包括冷却装置12和加热装置13。此后，厚板材4行进经过矫直设备6并且在输出单元7中堆叠。如果这对于必须经受特殊热处理的质量来说是必需的，以未示出的方式，也可以在矫直设备6和输出单元7之间设置其他的热处理设备5。设备也可以分别包括冷却装置和加热装置，使得通过这些热处理设备同样可以执行增强的空气冷却或水冷却与随后的加热至回火温度的组合。

以未示出的方式，变形设备或轧制设备11以通常的方式装备有用于轮廓和平面度调节的设施以及用于控制轧材表面温度的设施。

根据图1的装置1的实施方式适合于具有薄厚度和低剪切强度的厚板材，在此情况下可以达到高的剪切速度。通过根据图2的装置1’的实施方式也可以制造具有最高强度值的厚板材，因为沿生产方向3紧接在离开轧制设备1之后从轧制热状态且因而在高的温度范围中进行在分割设施2中的分割。在该温度下，通常加工成厚板材的材料尚具有低的剪切强度。

通过在图1和图2中示出的以上描述的装置1和1’能够直接从连铸设备的铸造热状态制造厚板材。不进行多于五分钟的至室温的冷却。浇铸的铸锭具有至少40mm的厚度，其中，最大可能的铸锭厚度由接下来的变形设备和轧制设备11的设计和技术条件以及在其出口处所要求或所期望的厚板材4的厚度所限定。不是特别地限定铸锭宽度，而是与通过这种设备通常按照现有技术所能达到的铸锭宽度相对应。连铸设备可以为拱形设备、垂直-弯曲设备、垂直设备或水平连铸机器。对于根据本发明的方法的执行来说，没有必要通过利用液体芯的变形(液芯压下)或者在铸坯的最终凝固的区域中的略微变形(动态轻压下)使铸坯厚度减小，但在期望的情况下可以实施。

连续浇铸的铸坯以1150℃至1300℃的平均温度和完全凝固的芯部离开原型设备9的出口区域。强烈倾向于起鳞的钢质量或材料然后在除鳞设施10中除鳞。在高合金的材料中，该工艺步骤必要时可以省去，但是在该材料的情况下建议在接下来的变形设备或轧制设备11中的第一变形步骤之后进行表面清洁。同样地，通常，具有较高起麟倾向的材料或钢质量在变形或轧制设备11中的第一变形步骤之前进行清洁，这通常利用高压水或蒸汽实现，但是混合有起研磨作用的内部材料的替代方法(如利用干冰或水的清洁)同样是可以的。在利用高压水除鳞时，设置旋转的系统是有利的。

然后，与在浇铸设备8和原型设备9中执行的变形过程紧接着的是在变形设备或轧制设备11中的变形或变形过程，其包括至少两个变形步骤，所述至少两个变形步骤具有大于0.7的累积的对数变形程度。这使得，铸锭的浇铸结构转换成变形结构，由此实现所使用的钢材料的基本韧性并且封闭可能的芯部多孔性。根据要求的最终厚度，实施所述至少两个变形步骤的多于两台的机架可以是轧制设备11的组成部分，使得根据要求的厚板材的最终厚度可以紧接着其他的变形步骤。在行进经过轧制设备11之后变形和轧制至所期望的厚板材尺寸的厚板材4以在950℃至1100℃的范围内的温度从轧制设备11中出来。因此，厚板材4在该部位处具有的温度高于对于回火的轧制而言最优的温度。为了尽管如此仍可以设定厚板材4或相应厚板材4的所期望的最终特性，直接从轧制热状态跟随着借助于热处理设备5的热处理，直接与变形和轧制紧接着将厚板材4输送给热处理设备。轧材、即厚板材4为此保留在生产设备或装置1或1’中。

在图1和图2的下半部分图中，示出了在相应的装置1或1’中制造的扁平产品在设备长度(l)进而在相应的生产时间(s)上的温度变化(t)。借助于热处理设备5，能够不同地处理至此为止已经历相同的温度和冷却变化的厚板材4，使得可以产生不同的质量和强度值。

在通过实线14示出的温度和方法变化曲线中，生产回火的厚板材4。对此，将轧制的厚板材4在热处理设备5中输送给冷却设施12并且在这里冷却至温度(t)，在该温度下从γ铁、即形成的γ固溶体或奥氏体到α铁、即形成的α固溶体或铁素体的转换完全地进行。即，厚板材4被冷却至低于温度线15的温度，温度线15示出了从γ铁到α铁的转换区域的最终下限温度。在此，以不产生任何硬组织、如马氏体或贝氏体的成分的方式测量冷却速度。接下来，这样冷却的厚板材4经受回火，为此厚板材4的温度提高高于相应材料的ac3温度并且短暂地保持在那里。这借助于加热装置13实现，厚板材4在行进经过冷却装置12之后沿生产方向3行进经过该加热装置。在加热装置13中，可以借助于通常的具有敞开的气体燃烧或辐射管加热的辊式底炉、借助于感应加热或借助于所谓的“直焰冲击燃烧”的应用或所有这些燃烧可行方案或加热装置可行方案的组合实现将厚板材4到高于ac3温度的温度的期望的加热。加热装置13设计为，其可以在150℃至1100℃的温度范围中运转。接下来，在厚板材4已经离开热处理热备5之后，在空气处将制造的厚板材4冷却至环境温度(这是通常所执行的)。特征在于曲线14变化的以上所描述的方法、特别是热处理方法适合于应具有质量状态+n“回火”的所有板材种类。

虚线的冷却曲线和热处理线16的变化示出了在制造高强度的板材时的温度变化，其具有特征在于贝氏体组织状态的使用特性。为了制造这种质量，轧制的厚板材4在热处理设备5中借助于冷却装置2被冷却至处于标志贝氏体转换开始的温度线17和标志组织开始转换成马氏体组织的温度线18之间的温度。借助于加热装置13(厚板材4在行进经过冷却装置12之后沿生产方向3进入到该加热装置)，厚板材4在热处理设备5之内然后也保持在处于温度线17和18之间的范围中，使得组织到贝氏体组织的转换继续进行。通过该方法，特别是热处理方法，能够制造具有良好变形特性和磨损特性的厚板材4以及具有限定的残余奥氏体含量的厚板材4。在离开热处理设备5之后，按照所述方法或温度线16的变化所制造的厚板材4也在空气处冷却至环境温度。

其他的在图1和图2的下半部分图中虚线表示的温度变化曲线19又给出了厚板材4的冷却和加热变化，当应制造最高强度的厚板材4时。对此，轧制的厚板材4在热处理设备5的冷却装置12中被相对剧烈地冷却至低于标志马氏体转换开始的温度线18的温度。之后，厚板材4在加热装置13中回火至低于相应材料的ac1温度且因而低于限定从γ铁到α铁的转换范围结束的温度。随后且接下来，厚板材4在离开热处理设备5之后又在空气处冷却至环境温度。

除了以上所描述的热处理方法可以在根据本发明的装置1和1’中执行冷却和加热，即冷却停止温度和回火及退火温度的其他组合。例如可以在根据本发明的装置1和1’中执行高合金钢的固溶退火或事先淬火的厚板材4的沉淀硬化。在此也可以在相应的矫直设备6和将厚板材4输送给堆垛的输出单元7之间在相应的热处理设备中执行厚板材4的必要时多级的其他处理。在此，有利地这些热处理设备具有沿生产方向3跟随有加热装置的冷却装置。

根据本发明的方法以及根据本发明的装置实现了在制造厚板材时节省能量，其否则在按照由现有技术已知的方法制造时需要随后的未紧接着集成到相应单个长度的厚板材的制造过程中的热处理。通过根据本发明的装置1和1’，可以在铸造序列中制造钢种牌号或钢质量的在回火状态中的厚板材4、例如质量s355j2+n以及调质的厚板材4、例如质量s355+qt。即，可以在铸造序列中在设备中由钢熔液制造厚板材4，其化学成分或基本成分是相同的，但是其热处理是不同的。在可通过根据本发明的装置1和1’实施的方法中，相对于现有技术省去了将生产的铸锭冷却至室温、其在热轧之前重新加热以及额外地在热处理之前冷却和加热。根据本发明的装置1和1’的优点在于，可以利用该根据本发明的装置通过在贝氏体阶段中的退火由具有贝氏体组织的高强度钢制造厚板材4。

附图标记列表：

1、1’装置

2厚板材分割设施

3生产方向

4厚板材

5热处理设备

6矫直设备

8浇铸设备

9原型设备

12冷却装置

13加热装置