Dünnbandgießen und inline Walzen von hochmanganhaltigen Stählen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Heutzutage ist die Produktion hochmanganhaltiger Warmbänder aufgrund verschiedener Schwierigkeiten während des Gießprozesses und der anschließenden Warmumformung sehr teuer. Die erreichbare Warmbanddicke ist noch zu hoch, um diese Stähle wirtschaftlich nutzen zu können. Dünnbandgießen nach dem Zweirollenverfahren ist ein endabmessungsnaher Herstellungsprozess, mit dem es möglich ist, dünne Stahlbänder direkt aus der Schmelze zu erzeugen. Dies bietet das Potenzial, die Wirtschaftlichkeit der hochmanganhaltigen Stähle deutlich zu steigern. Im vorliegenden Projekt wurden die Möglichkeiten zur Herstellung von hochmanganhaltigen Stählen mittels Bandgießen untersucht. Die folgenden Fragestellungen wurden beantwortet: Kann ein stabiler Bandgießprozess zur Erzeugung von Guss- und Warmband mit Mangangehalten > 20 Gew.-% erreicht werden? Welchen Einfluss haben die Gießparameter auf den Prozess und die Produkteigenschaften? Wie sind das Umformverhalten und die mechanischen Eigenschaften? Zunächst wurde der Gießprozess hinsichtlich eingesetzter Feuerfestmaterialien, Inertisierung der Schmelze und Auswahl der Gießparameter für diese speziellen Stahllegierungen mit extrem hohen Mangangehalten (- 30 Gew.-% Mn) angepasst. So war es möglich einen stabilen Prozess zur Erzeugung von hochmanganhaltigen Stählen einzustellen. In weiteren Untersuchungen wurde das Gussband aus der Gießhitze zu porenfreiem Warmband mit einer Dicke im Bereich von etwa 2 mm inline-gewalzt. Dies konnte anschließend zu rekristallisiertem Kaltband weiterverarbeitet werden, aus dem dann Proben für die Werkstoffcharakterisierung und Blechprüfung gefertigt wurden. Die chemische Analyse des Gussbandes zeigte, dass die Zielzusammensetzung gut getroffen wurde und das Gussband durch eine feindendritische Erstarrungsstruktur mit kurzwelligen Mikroseigerungen und guter Reinheit gekennzeichnet ist. Aufgrund der entfallenden Warmarbeitsschritte kann die Zunderproblematik minimiert werden und es treten keine Oberflächenfehler oder Randentkohlungen auf. Durch Variation der Gießparameter konnte nicht nur ein geeignetes Fenster für einen stabilen Gießprozess gefunden werden, sondern es war auch möglich, den Einfluss auf die Mikrostruktur hinsichtlich des Vorhandenseins einer globularen Mittenzone und der Ausprägung der sekundären Dendritenarmabstände zu analysieren. Die Werkstoffcharakterisierung zeigte, dass bereits das ungewalzte Gussband sehr gute mechanische Kennwerte in Zug- und Stauchversuchen erreicht. Trotz des unbehandelten Erstarrungsgefüges mit Mikroseigerungen und inhomogener Kornstruktur mit sehr großen, lang gestreckten Körnern wurden bereits gute mechaniche Eigenschaften mit Zugfestigkeiten Rm > 600 MPa bei einer Gleichmaßdehnung Ag > 60 % im Gussband erzielt. Die umformtechnische Weiterverarbeitung war ein weiterer Teilaspekt der durchgeführten Arbeiten. Durch eine gezielte thermomechanische Nachbehandlungsstrategie war es möglich, die Mikroseigerungen zu reduzieren und eine homogene Kornstruktur mit einem mittleren Korndurchmesser von 10 µm einzustellen. Die mechanischen Eigenschaften des rekristallisierten Kaltbandes der Laborgießroute erreichten im Produkt aus Zugfestigkeit und Bruchdehnung Werte über 40000 MPa*% und liegen somit im Bereich der Extra-Advanced High Strength Steels. In ersten Tiefziehversuchen wurde das Werkstoffverhalten unter mehrachsiger Belastung untersucht und auch hier zeigten sich sehr gute Eigenschaften des hochmanganhaltgen Kaltbandes ex Bandguss.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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„Cold rolling of high-manganese TWIP steel produced by strip casting and by an adapted hot forming route”, Proceedings of 9th International & 6th European ROLLING 2013 Conference, 10 th – 12 th 2013, Venice, Italy
M. Daamen, O. Güvenc, M. Bambach, G. Hirt
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„Strip casting of a high-manganese steel (FeMn22C0.6) compared with a process chain consisting of ingot casting and hot forming”, Steel research international, Vol. 82 (2011), No. 1, pages 70-75
M. Daamen, B. Wietbrock, S. Richter, G. Hirt
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„Microstructure analysis of high-manganese TWIP steels produced via strip casting”, Key Engineering Materials, Vols. 554-557 (2013), pages 553-561
M. Daamen, S. Richter, G. Hirt
