Dünnbandgießen von profilierten Flachprodukten - Profilgießen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Herstellung dünner Bänder, deren Blechdicke in Breitenrichtung variiert, kann walztechnisch nur durch eine sehr große Anzahl von Walzstichen mit speziell geformten scheibenförmigen Walzen zur Längsflussunterdrückung erreicht werden. Gelänge es, durch Dünnbandgießen nach dem Zweirollenverfahren Bänder mit definierter Dickenverteilung in einem Schritt zu gießen, so würde dies völlig neue Möglichkeiten zur Herstellung belastungsoptimierter Profile und Formteile schaffen. Eine Schwierigkeit besteht darin, dass die lokal unterschiedlichen Banddicken zu unterschiedlichen Erstarrungsbedingungen führen, deren Auswirkung auf den Gießprozess und die Produktqualität untersucht werden müssen. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, durch numerische Simulation und experimentelle Verifikation die prozessbedingten Grenzen für realisierbare Banddickenunterschiede zu ermitteln und profilierte Bänder in einem stabilen Prozess zu erzeugen. Weiterhin wurden die Möglichkeiten untersucht, durch eine örtliche Beeinflussung der Erstarrungsbedingungen die Prozessgrenzen zu erweitern und durch den Inline-Walzstich die finalen Produkteigenschaften zu verbessern. Ein zweidimensionales Erstarrungsmodell für das Gießen mit einem in Breitenrichtung beliebigen Dickenverlauf wurde erstellt und anhand von nicht-profilierten Gussexperimenten validiert. Durch dieses numerische Modell wurden die Auswirkungen verschiedener Profilgeometrien und Banddickenunterschiede untersucht. Daraus folgte eine Gießrollengeometrie, mit der es erstmals möglich war, profiliertes Dünnband direkt aus der Schmelze zu erzeugen. Ein maximaler Dickenunterschied von Δh = 1 mm bzw. 60 % zwischen den beiden Bandbereichen konnte im Gussband realisiert werden. Durch Variation der Profilgeometrie war es möglich, die gewünschten Banddicken mit einer sehr guten Maßgenauigkeit zu erzielen. Gefügeinhomogenitäten und eine erhöhte Mittenporosität im Profilbereich konnten jedoch nicht vermieden werden. Eine Möglichkeit zur Einstellung gleichmäßiger Erstarrungsbedingungen stellt eine partielle Oberflächenbeschichtung der Gießrollen dar. Mithilfe der numerischen Simulation wurde ein Konzept für eine partiell beschichtete Gießrolle ausgelegt, welches dann in Gießversuchen getestet wurde. Thermographische Aufnahmen belegten, dass durch die partielle Beschichtung die lokalen Temperaturunterschiede im Band deutlich reduziert werden konnten. Es wurde jedoch nur ein schwacher, positiver Einfluss auf die Mittenporen und die Gefügeinhomogenitäten festgestellt. Der integrierte Warmwalzstich erwies sich hinsichtlich der Reduktion der Schrumpfungsporen und der Steigerung der Oberflächenqualität des profilierten Bandes als zielführend. Das Profil wurde so ausgelegt, dass eine homogene Dickenreduzierung über die gesamte Bandbreite erfolgt. Es wurde gezeigt, dass ein einziger Inline-Walzstich mit einer Dickenreduktion von 15 % die Mittenporen um 45 % reduziert und eine sehr gute Oberflächenqualität mit einer Rauheit von Ra = 2 µm eingestellt werden kann. Die Untersuchung der mechanischen Eigenschaten mittels einachsiger Zugversuche zeigte, dass bereits das profilierte Gussband gute Eigenschaften aufweist und die Unterschiede in den unterschiedlichen Banddickenbereichen kleiner als 5 % sind. Die Zugfestigkeit nach dem Inline-Walzstich wurde sowohl im Dünnbereich als auch im Dickbereich verbessert und zeigte die gleichen Eigenschaften eines unprofilierten Warmbandes einer konventionellen Herstellung.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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„Experimental and Numerical Investigations of Double Roller Casting of Strip with Profiled Cross Section“, Steel research international, Special Edition: 10th International Conference on Technology of Plasticity (2011), Page 93-98
M. Daamen, T. Förster, G. Hirt
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“Effects of the variation of profile shape on the geometric accuracy and microstructure in profile strip casting”, Steel Research International, Special Edition: 14th International Conference on Metal Forming (2012), Page 1223-1226
M. Daamen, M. Vidoni, L. Henke, G. Hirt
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“Advances in the Twin-roll Strip Casting of Strip with Profiled Cross Section”, Key Engineering Materials Vols. 554-557 (2013), Page 562-571
M. Vidoni, M. Daamen, G. Hirt
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„Bandgießen und Weiterverarbeitung profilierter Bänder und hochmanganhaltiger Stähle“ Aachener Stahlkolloquium ASK, Aachen, DE, 7-8 März, 2013
M. Daamen, M. Vidoni, G. Hirt
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“Profile Strip Casting with Inline Hot Rolling: Numerical Simulations for the Process Chain Design”,Key Engineering Materials (2014)
M. Vidoni, A. Mendel, G. Hirt
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„Herstellung von Tailored Strips durch Schweißen, Bandprofilwalzen und Bandgießen“, Periodical of Advanced Materials Research Vol. 907 (2014), Page 29-39
M. Daamen, D. Davalos, G. Hirt
