DE102004044021B3

DE102004044021B3 - Voll beruhigter, unlegierter oder niedriglegierter Stranggussstahl und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102004044021B3
Application number: DE200410044021
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. Freier
Original assignee: Salzgitter Flachstahl GmbH
Current assignee: Salzgitter Flachstahl GmbH
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: WO2006026983A1

Abstract

Ein erfindungsgemäßer voll beruhigter, unlegierter oder niedriglegierter Stranggussstahl mit einem Gehalt an Kohlenstoff 0,25 Gew.-%, wird aluminiumfrei, d. h. mit einem Aluminiumgehalt 0,005 Gew.-% und im fertig gewalzten Zustand als Mehrphasenstahl mit einem Anteil an Bainit und/oder Martensit und mit einer Korngröße ASTM >= 8 hergestellt.

Description

Die Erfindung betrifft einen voll beruhigten, unlegierten oder niedriglegierten Stranggusswalzstahl mit einem Gehalt an Kohlenstoff ≤ 0,25 Gew.% und an Aluminium ≤ 0,005 Gew.%.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Stranggussstahls.
Als unlegierte Stähle werden gemäß EN 10020 solche Stahlsorten bezeichnet, deren Zusammensetzung frei von Legierungselementen ist oder deren Anteil an Legierungselementen jeweils vorgegebene Grenzwerte nicht überschreitet.
Niedriglegierte Stähle sind im Rahmen dieser Definition unlegierte Stähle, die (unterhalb der Grenzwerte liegende) geringe Anteile an Legierungselementen enthalten.
Die Herstellung derartiger Stahlqualitäten, die durch Warm- oder Kaltverformung zu einem Halbfabrikat verarbeitet werden sollen, erfolgt praktisch nur noch in einem kontinuierlichen Gießverfahren, insbesondere dem Stranggießen. Eine Voraussetzung für die Herstellung eines Stranggussstahls ist die Beruhigung des Stahls, also seine Desoxidation, um eine Blasenbildung im flüssigen Stahl durch das Entstehen von gasförmigem CO und/oder CO₂ aufgrund von freiem Sauerstoff zu verhindern. Diese Beruhigung des Stahls kann mit geeigneten Legierungselementen durchgeführt werden, die eine hohe Affinität zu Sauerstoff aufweisen und den freien Sauerstoff somit abbinden. Als derartiges Mittel zur Beruhigung des Stahls hat sich Aluminium aus zahlreichen Gründen durchgesetzt. Die Beruhigung des Stahls setzt voraus, dass das Beruhigungsmittel in einem stöchiometrischen Überschuss zugegeben wird, sodass das die Beruhigung bewirkende Legierungselement in einem Überschussanteil im Stahl verbleibt, während das entsprechende gebundene Oxid (Tonerde im Fall von Aluminium) mit der Schlacke aus der Stahlschmelze entfernt wird.
Der im Stahl verbleibende Überschussanteil an Aluminium ist als vorteilhaft erkannt worden, weil Aluminium ein Feinkornbildner ist, der die Umformbarkeit des gebildeten Walzstahls begünstigt. Alle Normen und Normentwürfe für gebräuchliche Stranggusswalzstähle sehen daher einen Mindestgehalt an Aluminium im Stahl von 0,01 (bei Vorhandensein des Mikrolegierungselements Titan), 0,015 oder sogar 0,02 Gew.% vor.

Ein bevorzugtes Verwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Stranggusswalzstähle sind Flachstähle, die zum Kaltumformen geeignet sind und ggf. mit einer veredelten Oberfläche versehen werden. Für derartige Flachstähle sieht die pr EN 10268 für alle Stahlsorten einen Mindestgehalt an Aluminium von 0,015 Gew.% vor. Betroffen sind hier Flachstähle mit hoher Streckgrenze zum Kaltumformen aus unlegierten und mikrolegierten Stählen.

Für kontinuierlich schmelztauchveredeltes Band oder Blech aus Stählen mit hoher Streckgrenze zum Kaltumformen sieht die DIN EN 10292 ebenfalls Mindestgehalte an Aluminium vor, die für einige Stahlsorten 0,015 Gew.% und für andere Stahlsorten 0,02 Gew.% betragen. Die Mindestgehalte an Aluminium dienen insbesondere dazu, freien Stickstoff abzubinden und eine Kornfeinung zu erzielen.

Die Herstellung von Stahlerzeugnissen geschieht durch eine kontrollierte Temperaturführung, durch die gewünschte Gefügeausbildungen des Stahls möglich sind. Im Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm lassen sich die herzustellenden Gefügearten mit Hilfe von Existenzfeldern bei einer Abkühlung aus dem Austenitgebiet verdeutlichen. Die Zugabe von Aluminium zum Stahl führt zu einer Verschiebung der Existenzfelder zu kürzeren Zeiten hin, sodass für die Ausbildung gewünschter Gefügestrukturen sehr starke Abkühlungen des Stahls in kontrollierter Form erforderlich sind. Es werden daher ultraschnelle Kühlverfahren eingesetzt, mit denen die jeweils erforderlichen Kühlraten realisierbar sind. Die erforderliche starke Abkühlung beschränkt die Flexibilität in der Fertigung und verursacht Eigenspannungen im Stahl, die ggf. zu Qualitätsproblemen führen können.

Es ist allerdings bekannt, spezielle Vergütungsstähle mit einem niedrigen Aluminiumgehalt, also ohne Zugabe von Aluminium, herzustellen. Der Vergütungsstahl wird als Warmband so hergestellt, dass er nach dem anschließenden Kaltwalzen und Abkühlen bei der Vergütungsbehandlung, bei der er austenisiert wird, ein möglichst grobes Austenitkorn bildet. Das grobe Austenitkorn begünstigt die bei der Vergütungsbehandlung angestrebte Martensitumwandlung aus dem austenitischen Gefüge heraus. Die Zugabe von Aluminium würde durch die Bildung von feinem Alumniumnitrid, das sich bei den üblichen Austenitisierungstemperaturen der Vergütungsbehandlungen nicht löst, eine unerwünschte Kornfeinung bewirken. Die Temperaturführung für die Herstellung und Aufhaspelung des Warmbandes erfolgt für die Vergütungsstähle dabei so, dass ein nahezu rein ferriti sches oder ferritisch-perlitisches Gefüge entsteht. Darüber hinaus wird Aluminium für die so genannte „Weichfleckigkeit" des vergüteten Stahls verantwortlich gemacht. Unter „Weichfleckigkeit" versteht man die Ausbildung von inselförmigen, gegenüber der umgebenden Oberfläche relativ weichen Oberflächenbereichen, die sich bei der Vergütungsbehandlung ausbilden. Als Gegenmaßnahme wird für diese Stähle auf die Zugabe von Aluminium unter In-Kauf-Nahme von Nachteilen für die Beruhigung des Stahls verzichtet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stahl zu ermöglichen, der einfach herstellbar ist und verbesserte Eigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Stahl der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass der fertig gewalzte Stahl als Mehrphasenstahl mit einem Anteil an Bainit und/oder Martensit hergestellt ist und eine Korngröße ASTM ≥ 8 aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner mit einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass der Stahl als feinkörniger (Korngröße ASTM ≥ 8) Mehrphasenstahl mit einem Anteil an Bainit und/oder Martensit ausgewalzt wird.
Entgegen der einhelligen Auffassung der Fachwelt ist der erfindungsgemäße mehrphasige Stranggusswalzstahl praktisch aluminiumfrei, was sich in der niedrigen Obergrenze an Aluminium von 0,005 Gew.% verdeutlicht.
Die aluminiumfreie Herstellung eines voll beruhigten Stranggussstahls setzt voraus, dass für die volle Beruhigung des Stranggussstahls nicht Aluminium sondern ein anderes Desoxidationsmittel, vorzugsweise Silizium, verwendet wird. Der erfindungsgemäße Stranggussstahl weist daher einen Siliziumanteil von mindestens 0,10 Gew.%, vorzugsweise mindestens 0,15 Gew.%. auf.
Dabei ist es allerdings nicht erforderlich, dass die Beruhigung des Stahls ausschließlich mit Silizium erfolgt, da es ohne weiteres möglich ist, eine Teilberuhigung des Stahls vor dem Stranggießen mit einem bezogen auf den Gehalt an freiem Sauerstoff unterstöchiometrischen Anteil an Aluminium durchzuführen und lediglich für die volle Beruhigung das andere Desoxidationsmittel zu verwenden, das dann mit einem Überschussanteil eingesetzt werden muss. Eine alternative Teilberuhigung des Stahls vor dem Stranggießen ist auch durch eine Vakuumbehandlung des Stahls zur Desoxidation möglich.
Bei der bevorzugten Verwendung von Silizium als Desoxidationsmittel für die volle Beruhigung des Stahls wird beispielsweise ein Silizium-Überschuss von mindestens 0,10 Gew.% verwendet.
Die Funktion der Abbindung von Stickstoff kann dabei mit einem anderen stickstoffbindenden Legierungselement, beispielsweise Titan oder Zirkon erfolgen.
Überraschenderweise kann es aber auch sinnvoll sein, im Stranggussstahl einen Anteil an freiem, gelöstem Stickstoff von ≥ 0,001 Gew.% zu belassen. In diesem Fall kann beispielsweise ein höher fester Flachstahl hergestellt werden, der einen auf der Wirkung von freiem, gelöstem Stickstoff beruhenden Bake-Hardening-Effekt aufweist. Für den Bake-Hardening-Effekt, der auf freiem, gelöstem Stickstoff beruht, ist es vorteilhaft, wenn dem Stahl zusätzlich Phosphor mit einem Anteil ≥ 0,01 Gew.%, vorzugsweise ≥ 0,03 Gew.%, zugegeben wird.
Wenn ein Bake-Hardening-Effekt auf der Wirkung von freiem, gelöstem Stickstoff angestrebt wird, ist die Zugabe der Stickstoff abbindenden Legierungselemente Titan oder Zirkon zu vermeiden. Möglich ist jedoch die Zugabe von Niob als Legierungselement, da Niob eine nur geringe Affinität zu Stickstoff aufweist.
Für die Herstellung von Dualphasen-Stählen ist die Zugabe von Chrom und Phosphor als Legierungselement vorteilhaft.
Der erfindungsgemäße Stranggussstahl ist besonders geeignet für schmelztauchveredelte Oberflächen, aber auch für elektrolytisch verzinkte oder mit Kunststoff beschichtete Oberflächen.
Aufgrund des Fehlens von Aluminium in dem erfindungsgemäßen Stranggussstahl stehen für die kontrollierte Einstellung der Gefügephasen des Stranggussstahls längere Abkühlzeiten zur Verfügung, sodass schonendere Kühlungen durchgeführt werden können, die die Eigenspannung des Stranggussstahls herabsetzen und so eine erhöhte Qualitätssicherung ermöglichen.

Claims

Voll beruhigter, unlegierter oder niedriglegierter Stranggusswalzstahl mit einem Gehalt an Kohlenstoff ≤ 0,25 Gew.% und an Aluminium ≤ 0,005 Gew.%, dadurch gekennzeichnet, dass der fertig gewalzte Stahl als Mehrphasenstahl mit einem Anteil an Bainit und/oder Martensit hergestellt ist und eine Korngröße ASTM ≥ 8 aufweist.
Stranggussstahl nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Siliziumanteil von mindestens 0,10 Gew.%.
Stranggussstahl nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Siliziumanteil von mindestens 0,15 Gew.%.
Stranggussstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Gehalt an freiem, gelöstem Stickstoff von ≥ 0,001 Gew.%.
Stranggussstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine schmelztauchveredelte Oberfläche.
Stranggussstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine elektrolytisch verzinkte Oberfläche.
Stranggussstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine kunststoffbeschichtete Oberfläche.
Verfahren zur Herstellung eines voll beruhigten, unlegierten oder niedriglegierten Stranggusswalzstahls mit einem Gehalt an Kohlenstoff ≤ 0,25 Gew.% und an Aluminium ≤ 0,005 Gew.%, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl als feinkörniger (Korngröße ASTM ≥ 8) Mehrphasenstahl mit einem Anteil an Bainit und/oder Martensit ausgewalzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beruhigung des Stahls Silizium verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die volle Beruhigung des Stahls ein Silizium-Überschuss von mindestens 0,1 Gew.% verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Teilberuhigung des Stahls vor dem Stranggießen ein bezogen auf den Gehalt an freiem Sauerstoff unterstöchiometrischer Anteil an Aluminium verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Teilberuhigung des Stahls vor dem Stranggießen eine Vakuumbehandlung zur Sauerstoffeliminierung durchgeführt wird.