DE102005031461A1

DE102005031461A1 - Verfahren zur Herstellung eines mikrolegierten Kaltbandes mit einem auf den Dickenverlauf abgestimmten Eigenschaftsprofil

Info

Publication number: DE102005031461A1
Application number: DE200510031461
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Naechster
Original assignee: Bilstein GmbH and Co KG
Current assignee: Bilstein GmbH and Co KG
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2007-01-11

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Kaltbandes mit einem auf den Dickenverlauf abgestimmten Eigenschaftsprofil zeichnet sich durch die folgenden Verfahrensschritte aus: DOLLAR A - erstes Walzen (37) eines Warmbandes (5) aus Stahl mit einer im Wesentlichen homogenen Dicke und Festigkeit zu einem Kaltband (39) mit einer im Wesentlichen konstanten Banddicke mit Abwalzgraden im Bereich zwischen 5% und 60%, insbesondere 30% und 55% der Dicke des Warmbandes (5), DOLLAR A - erste Glühbehandlung (43) des Kaltbandes (39) bei einer Temperatur zwischen 500 DEG C und 600 DEG C, DOLLAR A - flexibles zweites Walzen (45) des Kaltbandes (47) auf vordefinierte Dickenverläufe, derart, dass das flexibel gewalzte Kaltband (49) in Walzrichtung (35) zumindest einen Bereich höherer Dicke (27) und einen Bereich geringerer Dicke (29) aufweist, wobei die Abwalzgrade in den Bereichen höherer und geringerer Dicke (27, 29) zwischen 10% und 80% der Dicke des Kaltbandes (47) nach der ersten Glühbehandlung (43) liegen, und DOLLAR A - zweite Glühbehandlung (51) des fexibel gewalzten Kaltbandes (49) mit einer Temperatur, die um 12% bis 20% höher ist als die Temperatur der ersten Glühbehandlung (43).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mikrolegierten Kaltbandes mit unterschiedlich dick gewalzten Bereichen sowie ein Kaltband, welches nach dem Verfahren hergestellt wurde.
Im Bereich der Fertigung von Vormaterial zur Herstellung von Stanz-, Biege- und Ziehteilen sind Verfahren bekannt, bei denen im Allgemeinen als Platinen bezeichnete Blechzuschnitte mit unterschiedlichen Werkstoffkennwerten und unterschiedlichen Dicken über Schweißnähte zu sogenannten Tailor Welded Blanks miteinander verbunden werden. Um einen gleichmäßigen Dickenverlauf von einem Bereich höherer Dicke zu einem Bereich geringerer Dicke und damit einen ungestörten Kraftfluss zu erzielen, ist weiterhin das Verfahren des flexiblen Walzens zur Herstellung von sogenannten Tailor Rolled Blanks bekannt.
Bei einem solchen Kaltwalzverfahren zur Herstellung eines Kaltbandes wird ein im Coil gewickeltes Warmband, d.h. ein Stahlband, das im Wege der Warmumformung beispielsweise durch Walzen hergestellt wurde, in einem ersten Schritt vorgewalzt, wobei ein definierter Banddickenverlauf durch unterschiedlich hohe Abwalzgrade über die Bandlänge erreicht wird. Nach einer genügend hohen Abwalzung in einem Bereich höherer Dicke und nochmals höherer Abwalzung in einem Bereich geringerer Dicke wird in einem zweiten Verfahrensschritt das Kaltband in einem Haubenglühofen bei einer konstanter Temperatur geglüht. Aufgrund der durch die Glühbehandlung erfolgenden Rekristallisation des Kaltbandes sind in den Bereichen höherer und geringer Dicke nahezu identische mechanisch-technologische Werkstoffkennwerte hinsichtlich Streckgrenze R_e, Festigkeit R_m und Dehnung A vorhanden.
Durch das flexible Walzen und der von der Höhe der Abwalzgrade abhängigen Festigkeitssteigerung infolge Kaltverfestigung ist es in diesem Zusammenhang weiterhin möglich, im Anschluss an eine erste Glühbehandlung ein Kaltband herzustellen, das aufgrund der höheren Abwalzgrade in den Bereichen geringerer Dicke höhere mechanisch-technologische Werte aufweist als in den Bereichen höherer Dicke mit dementsprechend geringeren Abwalzgraden.
So ist es in diesem Zusammenhang beispielsweise möglich, einen Werkstoff der Güte DC04C290 gemäß DIN EN 10139 im Bereich höherer Dicke mit einem Werkstoff der Güte DC04C440 gemäß DIN EN 10139 im Bereich geringerer Dicke zu kombinieren, wobei bei der Herstellung die durch die Banddicke vorgegebene Kaltverfestigung im Bereich geringerer und höherer Dicke zu berücksichtigen ist.
Hierbei bieten die als Tailor Rolled Blanks hergestellten Kaltbänder gegenüber den als Tailor Welded Blanks hergestellten Platinen den Vorteil, dass der Dickenübergang von dem Bereich geringerer Dicke zu dem Bereich höherer Dicke gleichmäßig ist und der Kraftfluss nicht durch eine Schweißnaht gestört wird, wie dies bei Tailor Welded Blanks der Fall ist.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein nach diesem Verfahren hergestelltes Kaltband zu schaffen, das einen gleichmäßigen Dickenübergang von dem Bereich höherer Dicke zu dem Bereich geringerer Dicke aufweist, wobei der Bereich höherer Dicke gleiche oder höhere mechanisch-technologische Werkstoffkennwerte wie Streckgrenze R_e und Festigkeit R_m aufweist als der Bereich geringerer Dicke unter gleichzeitiger Einhaltung hoher Dehnungsanforderungen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale von Anspruch 1 und 7 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines dickengestuft gewalzten Kaltbandes mit Bereichen höherer und geringerer Dicke, wobei die Bereiche höherer Dicke gleiche oder höhere mechanisch-technologische Werkstoffkennwerte aufweisen als die Bereiche geringerer Dicke, in einem ersten Verfahrensschritt ein Warmband aus Stahl mit einer im Wesentlichen homogenen Dicke und Festigkeit auf eine im Wesentlichen konstante Banddicke vorgewalzt. Hierbei liegen die Abwalzgrade insbesondere zwischen 5% und 60% der Dicke des Warmbandes und sind von den zu erreichenden Werkstoffeigenschaften des herzustellenden Kaltbandes abhängig. Als Warmband wird hierbei allgemein ein warmgewalztes Stahlband bezeichnet, d.h. ein Stahlband, das im Warmwalzverfahren gefertigt wurde.

Für die Herstellung von Kaltbändern gleichmäßiger Güte hat sich hierbei ein Abwalzgrad von insbesondere 30% bis 55% als besonders vorteilhaft erwiesen.

Nach dem ersten Walzen wird das auf konstante Dicke vorgewalzte Kaltband in einem zweiten Verfahrensschritt bei konstanter Temperatur geglüht, um die mechanisch-technologischen Werkstoffkennwerte, die durch die beim Walzen erfolgte Kaltverfestigung verändert wurden, auf ein definiertes Niveau einzustellen. Für dieses Texturentspannungsglühen hat sich eine jeweils bestimmte Temperatur unterhalb der Ausrekristallisationstemperatur, insbesondere zwischen 500°C und 600°C, als besonders vorteilhaft für eine kalkulierbare Festigkeitsminderung und Dehnungssteigerung des Kaltbandes herausgestellt.

In einem dritten Verfahrensschritt wird das vorgewalzte und wärmebehandelte Kaltband mit Abwalzgraden zwischen vorzugsweise 10% und 80% der Dicke desselben in der Art auf vordefinierte Dickenverläufe flexibel gewalzt, dass das Kaltband in Walzrichtung zumindest einen Bereich höherer Dicke und einen Bereich geringerer Dicke aufweist.

Zur Einstellung der gewünschten mechanisch-technologischen Werkstoffkennwerte des durch das flexible zweite Walzen verfestigten Kaltbandes folgt in einem vierten Verfahrensschritt eine weitere zweite Glühbehandlung des Kaltbandes mit einer Temperatur, die um 12% bis 20% höher ist als die Temperatur bei der ersten Glühbehandlung. Diese zweite Glühbehandlung des als Coil aufgewickelten Kaltbandes erfolgt vorzugsweise bei einer im Wesentlichen konstanten Temperatur im Haubenglühverfahren in einer Inertgasatmosphäre, insbesondere unter Wasserstoff.

Wie die Anmelderin gefunden hat, werden durch das erste Walzen, die erste Glühbehandlung mit niedrigerer Temperatur, das flexible zweite Walzen und die zweite Glühbehandlung mit höherer Temperatur die durch das Walzen auf unterschiedliche Dicken erhaltenen unterschiedlichen Rekristallisationsträgheiten in den beiden Bereichen höherer und geringerer Dicke in der Weise ausgenutzt, dass der Bereich höherer Dicke in überraschender und exakt reproduzierbarer Weise höhere mechanisch-technologische Werkstoffkennwerte aufweist als der Bereich geringerer Dicke. Darüber hinaus wurde gefunden, dass die mechanisch-technologischen Werkstoffkennwerte im Bereich höherer Dicke auch in der Weise eingestellt werden können, dass diese im Wesentlichen den mechanisch-technologischen Werkstoffkennwerten im Bereich geringerer Dicke entsprechen, wobei die Streckgrenzen R_e oberhalb von 420 MPa liegen.

Bevorzugt erfolgt die zweite Glühbehandlung des Kaltbandes hierbei nach einer vorgegebenen Temperaturkurve. In einem ersten Abschnitt steigt die Temperatur des Kaltbandes im Wesentlichen linear an, wobei sich ein Temperaturanstieg des Kaltbandes mit einer Steigung von im Wesentlichen 70°C pro Stunde über eine Zeitdauer von 5 bis 7 Stunden als besonders vorteilhaft erwiesen hat. In einem zweiten Abschnitt der Glühbehandlung, der vorzugsweise zwischen 10 und 14 Stunden andauert, nähert sich die Temperaturkurve asymptotisch einer Solltemperatur an, die um 12% bis 20% höher ist als die Temperatur bei der ersten Glühbehandlung. Nach Erreichen der Solltemperatur fällt in einem dritten Abschnitt die Temperatur langsam auf Raumtemperatur ab, wobei sich die Abkühlung zur Vermeidung von Wärmeeigenspannungen und Verzug in vorteilhafter Weise über eine Zeitdauer von ca. 12 bis 25 Stunden erstreckt.

Während der zweiten Glühbehandlung ist die Temperaturkurve des Kaltbandes in der Art auf das verwendete Material und die Abwalzgrade abgestimmt, dass sich der mit höheren Abwalzgraden höher verfestigte Bereich geringerer Dicke gerade noch in einem Temperaturbereich befindet, in dem noch keine Ausrekristallisation des Gefüges stattfindet. Durch die vorteilhafte Ausnutzung der Rekristallisationsträgheit insbesondere von titandominanten mikrolegierten Feinkornstählen werden infolge der durch die Glühbehandlung erfolgten Entspannung die mechanisch-technologischen Werkstoffkennwerte in erfindungsgemäßer Weise eingestellt. Auf den Bereich höherer Dicke hat die zweite Glühbehandlung hingegen einen geringen Einfluss hinsichtlich der Veränderung der mechanisch-technologischen Werkstoffkennwerte, da aufgrund des geringeren Abwalzgrades und der somit auch geringeren eingebrachten Walzenergie der Bereich höherer Dicke auch nur gering durch das flexible zweite Walzen verfestigt wurde. Durch die gewählte Kombination aus Abwalzgraden und Temperatur wird hierbei erfindungsgemäß im Bereich höherer Dicke eine Ausrekristallisation des Gefüges ebenfalls vermieden.

Nach Abschluss der zweiten Glühbehandlung, welche auch als Schlussglühung bezeichnet werden kann, weist das Kaltband im Bereich höherer Dicke höhere mechanisch-technologische Werkstoffkennwerte, insbesondere hinsichtlich Streckgrenze R_e und Festigkeit R_m auf als im Bereich geringerer Dicke. In vorteilhafter Weise werden zudem nach der zweiten Glühbehandlung die Mindestdehnungsparameter, wie beispielsweise die Bruch- und Gleichmaßdehnungsforderungen der normgemäßen Nenngütevorgaben sowohl im Bereich höherer Dicke als auch im Bereich geringerer Dicke erreicht. Die normgemäßen Nenngütevorgaben werden hierbei für warm- und kaltgewalzte mikrolegierte Feinkornstähle insbesondere durch die DIN EN 10149-2, SEW 092, DIN EN 10268 und SEW 093 bestimmt.

Durch eine Abstimmung der von den Abwalzgraden abhängigen Festigkeitssteigerung mit der von dem Glühtemperaturverlauf abhängigen Festigkeitsminderung aufgrund von Texturentspannung sind die gewünschten Werkstoffkennwerte in dem Bereich höherer und geringerer Dicke in vorteilhaft konstant prozesssicherer Weise erreichbar.

Weiterhin ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren der Vorteil, dass durch die gezielte Veränderung der Abwalzgrade, der Glühtemperatur sowie der Dauer der Glühbehandlungen stufenlose Zwischenzustände und banddickenbezogene Werkstoffgüten prozesssicher erzielbar sind. Grundlage hierfür ist die Ausnutzung der Rekristallisationsträgheit von insbesondere titandominanten mikrolegierten Feinkornstählen.

Titandominant bedeutet hierbei, dass in der Mirkolegierung der Anteil an dem Legierungselement Titan in Gewichtsprozent höher ist als der Anteil an den Legierungselementen Niob und/oder Vanadium. So liegt beispielsweise bei einem Anteil des Legierungselements Titan im Bereich von 0,05 bis 0,15 Gew% der Anteil der Legierungselemente Niob und/oder Vanadium zwischen 0,045 und 0,06 Gew%.

Ein weiterer ausgesprochen vorteilhafter Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Einstellung konstanter, geringer Banddicken von beispielsweise 0,5 mm bis 1,0 mm bei definierten Mindeststreckgrenzen und Mindestzugfestigkeiten sowie gleichzeitiger Einhaltung der geforderten Mindestdehnungen gemäß hoch- und höchstfester, mikrolegierter Feinkornstähle nach den zuvor genannten normgemäßen Nenngütevorgaben.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist somit z. B. ein Kaltband mit definiertem Dickenverlauf und wenigstens einem Bereich höherer Dicke und einem Bereich geringer Dicke herstellbar. Der Bereich höherer Dicke weist – falls gefordert – in vorteilhafter Weise im Vergleich zu genormten, mikrolegierten Feinkornstählen höhere mechanisch-technologische Werkstoffkennwerte in Bezug auf die Dehnung, insbesondere hinsichtlich Streckgrenze R_e und Festigkeit R_m, auf als der Bereich geringerer Dicke.

Wie die Anmelderin darüber hinaus gefunden hat, lassen sich bei hochfesten Stählen, d.h. Stählen mit einer Streckgrenze von mehr als 420 MPa, insbesondere 450 bis 650 MPa, durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens an den dicken und dünnen Bereichen auch gleichwertige mechanisch-technologische Werkstoffkennwerte einstellen, jedoch auf einem im Vergleich zum Stand der Technik insgesamt erheblich höheren Niveau. In gleicher Weise ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei den zuvor genannten hochfesten Stählen mit einer Streckgrenze von mehr als 420 MPa, insbesondere 450 bis 650 MPa, auf einem gegenüber dem Stand der Technik erheblich höheren Niveau gewünschten Falls in den Bereichen höherer Dicke niedrigere mechanisch-technologische Werkstoffkennwerte zu erhalten als in den Bereichen geringerer Dicke. Hierbei liegen die mechanisch-technologischen Werkstoffkennwerte in den Bereichen höherer Dicke beispielsweise um 10% bis 50% höher, als bei vergleichbaren Stählen des Standes der Technik gemäß DIN EN 10268 bzw. SEW 093.

Die jeweils erzielten Dehnungen A₈₀ in % liegen um bis zu 2 Gütestufen höher als bei vergleichbaren genormten Stählen, wobei eine Änderung der Dehnung um 2% einer normgemäßen Gütestufe entspricht. So konnte z.B. ein Kaltband mit einer Mindeststreckgrenze von 590 MPa und einer Bruchdehnung A₈₀ von größer gleich 15% sowie einer Gleichmaßdehnung von 10% unter Anwendung des erfindungemäßen Verfahrens hergestellt werden. Im Vergleich dazu weist beispielsweise ein normgemäßes Warmband der Güte S 600 MC ebenfalls eine Mindeststreckgrenze von 600 MPa auf, besitzt jedoch dabei aber nur eine Dehnung A₈₀ von ca. 10% bis 11%.

Das erfindungsgemäße Kaltband kombiniert somit die Vorteile eines herkömmlich flexibel gewalzten Stahlbandes mit den Vorteilen von als Tailor Welded Blanks hergestellten Platinen, da zum einen der Kraftfluss von den Bereichen geringerer Dicke zu den Bereichen höherer Dicke nicht durch Schweißnähte gestört wird und zum anderen die Bereiche höherer Dicke höhere mechanisch-technologische Werkstoffkennwerte aufweisen als die Bereiche geringerer Dicke, wie dies bisher nur bei der Verwendung von unterschiedlichen Werkstoffkombinationen bei Tailor Welded Blanks möglich war. Das erfindungsgemäße Kaltband kombiniert darüber hinaus den Vorteil gleitender Dickenübergänge mit gleitenden Übergängen der mechanisch-technologischen Werkstoffeigenschaften.

Zudem weist das erfindungsgemäße Kaltband im Gegensatz zu als Tailor Welded Blanks hergestellten Platinen weiterhin über seine gesamte Länge hinweg eine konstante chemische Zusammensetzung auf.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kaltbandes hat sich der Einsatz von mikrolegierten Werkstoffen als besonders vorteilhaft erwiesen, da durch Ausnutzung der Rekristallisationsträgheit von bestimmten mikrolegierten Feinkornstählen die durch das Walzen erreichte Kaltverfestigung mittels Texturentspannungsglühen prozesssicher festigkeitsmindernd rückgeführt werden kann, so dass das gewünschte banddickenbezogene Güteniveau des Kaltbandes über die Bandlänge eingehalten wird. Als mikrolegierter Werkstoff hat sich hierfür insbesondere ein auf Titan-Niob-Basis mikrolegiertes Warmband mit tendenzieller Titandominanz und mit Ausgangszugfestigkeiten von mindestens 700 MPa oder höher erwiesen. Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Kaltbandes lassen sich viele unterschiedliche Kaltbandzustände in jeweils unterschiedlichen Dicken prozesssicher und gezielt realisieren, so dass das erfindungsgemäße Kaltband den Anforderungen an mikrolegierte warm- und kaltgewalzte Flacherzeugnisse z. B. gemäß DIN EN 10149-2, SEW 092, DIN EN 10268 und auch SEW 093 hinsichtlich Mindeststreckgrenze, Mindestzugfestigkeit sowie Mindestdehnung bei gleichzeitig realisierten nochmals erhöhten Mindestdehnungswerten, wie zuvor beschrieben, entspricht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der mikrolegierte Werkstoff das Legierungselement Titan in einer Menge von 0,05 bis 0,15 Gew%.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der mikrolegierte Werkstoff auf Basis von Titan zusätzlich Niob und/oder Vanadium als Legierungselemente, wobei jedoch der Anteil an dem Legierungselement Titan stets größer als der Anteil an den Legierungselementen Niob und/oder Vanadium ist. Obgleich sowohl Niob als auch Vanadium als Legierungselemente enthalten sein können, besteht hierbei die Möglichkeit, entweder Niob oder Vanadium der Legierung beizufügen.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.

In den Zeichnungen zeigen:

1 eine prinzipielle Darstellung eines Verfahren zur Herstellung eines flexibel gewalzten Kaltbandes nach dem Stand der Technik,

2 eine als Tailor Welded Blank hergestellte Platine und ein als Tailor Rolled Blank hergestelltes Kaltband mit einem Bereich höherer Dicke und einem Bereich geringerer Dicke,

3 eine prinzipielle Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kaltbandes mit einem Bereich geringerer Dicke und einem Bereich höherer Dicke gleicher oder erhöhter Festigkeit, und

4 eine beispielhafte Darstellung des Temperaturverlaufs bei der zweiten Haubenglühbehandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt das aus dem Stand der Technik bekannte Prinzip des flexiblen Walzens zur Herstellung eines flexibel gewalzten Kaltbandes 3 mit einem Bereich höherer Dicke und einem Bereich geringerer Dicke aus einem Warmband 5, das im Wesentlichen eine homogene Dicke und Festigkeit aufweist. Hierbei wird beim flexiblen Walzen 1, das auf einem Coil 7 aufgewickelte Warmband 5 zu einem Kaltband 3 mit einem Bereich höherer Dicke und einem Bereich geringerer Dicke gewalzt, wobei die Dicke des Kaltbandes 3 von den Abwalzgraden abhängig ist.
Das flexibel gewalzte Kaltband 3 wird zusammen mit anderen ebenfalls auf Coils 9 aufgewickelten Kaltbändern übereinander angeordnet im Haubenglühofen 13 über mehrere Stunden bei konstanter Temperatur rekristallisierend geglüht. Vor dem Verfahrensschritt des Richtens und Vereinzelns 19 des Kaltbandes erfolgt direkt nach der Haubenglühbehandlung 11 noch eine Durchlaufverzinkung 15 des Kaltbandes 3, wobei das auf einen Coil 9 aufgewickelte Kaltband 3 ein Zinkbad 17 durchläuft.
Das nach dem Richten und Vereinzeln 19 zu Platinen 21 verarbeitete flexibel gewalzte Kaltband 3 kann in einem weiteren Schritt beispielsweise durch Tiefziehen 23 zu einem Ziehteil 25 mit unterschiedlichen Wanddicken und ohne Banddickensprünge umgeformt werden.
Bei dem in 1 skizzierten Verfahren handelt es sich mit Ausnahme des definierten Banddickenverlaufs um einen Standard-Kaltwalzprozess mit Walzen auf definierte Banddicke und einer rekristallisierenden Haubenglühbehandlung 11 im Haubenglühofen 13 als wesentliche Prozessschritte.
Ein auf diese Weise durch flexibles Walzen hergestelltes Kaltband 3 ist in 2 gezeigt, wobei das Kaltband 3 einen Bereich höherer Dicke 27 und einen Bereich geringerer Dicke 29 umfasst. Bei genügend hohen Abwalzgraden in den Bereichen höherer Dicke 27 des Kaltbandes 3 und den sich daraus ergebenden, nochmals höheren Abwalzgraden in den Bereichen geringerer Dicke 29 können mit Hilfe der Haubenglühbehandlung 11 bei konstanter Temperatur bzw. konstantem Temperaturvolumen nahezu identische, mechanisch-technologische Werkstoffkennwerte hinsichtlich der Streckgrenze R_e, Festigkeit R_m und Dehnung A sowohl in den Bereichen höherer Dicke 27 als auch in den Bereichen geringerer Dicke 29 des Kaltbandes 3 eingestellt werden.
Das in dieser Weise durch flexibles Walzen hergestellte Kaltband 3 besitzt Streckgrenzen R_e im Bereich von ca. 180 bis 200 MPa bei einer Dehnung A₈₀ von ca. 40%.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, einen bandförmingen Werkstoff mit einer im Wesentlichen homogenen Dicke und Festigkeit im Anschluss an das rekristallisierende Haubenglühverfahren 11 mittels des flexiblen Walzens 1 durch Kaltverfestigung so einzustellen, dass die Bereiche geringerer Dicke 29 höhere mechanisch-technologische Werkstoffkennwerte aufweisen als die Bereiche höherer Dicke 27. Obgleich dies auch bei den in 2 dargestellen Tailor Welded Blanks 31 mit einem Bereich höherer Dicke 27 und einem Bereich geringerer Dicke 29 möglich ist, wird bei Tailor Welded Blanks 31 der Kraftfluss von dem Bereich geringerer Dicke 29 zu dem Bereich höherer Dicke 27 durch die Schweißnaht 33 gestört, die die Bereiche höherer Dicke 27 und geringerer Dicke 29 miteinander verbindet.
Durch die Anwendung des in 3 skizzierten erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer speziellen Walz-Glühkombination lässt sich beispielsweise ein erfindungsgemäßes Kaltband herstellen, welches im Bereich höherer Dicke 27 eine Banddicke d₁ von 1,0 mm sowie mechanisch-technologische Werkstoffkennwerte entsprechend der Werkstoffgüte eines Warmbandes gemäß S 550 MC nach DIN EN 10149-2 aufweist, und welches im Bereich geringerer Dicke 29 eine Banddicke d₂ von 0,6 mm sowie mechanisch-technologische Werkstoffkennwerte der Werkstoffgüte ZStE 420 gemäß SEW 093 besitzt. Als Ausgangswerkstück kommt hierbei beispielsweise ein auf Titan- und Niob-Basis mikrolegiertes Warmband 5 mit einer im Wesentlichen homogenen Banddicke von 2,0 mm zum Einsatz, welches bei einem ersten Walzen 37 auf eine konstante Banddicke von 1,20 mm – dies entspricht einem Abwalzgrad von 40% der Dicke des Warmbandes 5 – abgewalzt wird. Der Anteil an den Legierungselementen liegt hierbei für Titan im Bereich von 0,05 bis 0,15 Gew% und für Niob im Bereich zwischen 0,045 und 0,06 Gew%.
Nach dem ersten Walzen 37 wird das vorgewalzte Kaltband 39 in einer ersten Haubenglühbehandlung 43 bei einer vorzugsweise konstanten Temperatur zwischen 500°C und 600°C, die unterhalb der Ausrekristallisationstemperatur liegt, und einer Haltezeit von 4 Stunden auf Solltemperatur texturentspannend und somit festigkeitsmindernd geglüht, wobei das vorgewalzte Kaltband 39 auf einen Coil 41 aufgewickelt ist und sich mehrere übereinander angeordneten Coils 41 im Haubenglühofen 13 befinden können.
Im Anschluss an die erste Haubenglühbehandlung 43 erfolgt ein flexibles zweites Walzen 45 des vorzugsweise zu einem Coil 41 aufgewickelten, vorgewalzten und wärmebehandelten Kaltbandes 47 konstanter Dicke. Das vorgewalzte wärmebehandelte Kaltband 47 wird hierbei zur Herstellung eines Bereiches höherer Dicke 27 mit einem Abwalzgrad von 16,7% auf eine Banddicke von 1,0 mm und zur Herstellung eines Bereiches geringerer Dicke 29 mit einem Abwalzgrad von 50% auf eine Dicke von 0,6 mm abgewalzt. Aufgrund des höheren Abwalzgrades und der damit verbundenen höheren Kaltverfestigung beim flexiblen Walzen 45 weist der Bereich geringer Dicke 29 höhere Festigkeitswerte auf als der Bereich höherer Dicke 27, der durch das flexible Walzen 45 mit weniger Walzenergie beaufschlagt wurde. Die Walzrichtung verläuft hierbei in Richtung des in 2 gezeigten Pfeils 35 von dem Bereich geringerer Dicke 29 zu dem Bereich höherer Dicke 27.
Zur erfindungsgemäßen Einstellung der geforderten Werkstoffkennwerte, im vorliegenden Fall mit höheren Kennwerten im dickeren Bereich 27 und niedrigeren Kennwerten im dünneren Bereich 29, wird das flexibel gewalzte Kaltband 49 in einer zweiten Haubenglühbehandlung 51 in einer Inertgasatmosphäre, insbesondere Wasserstoff, festigkeitsmindernd geglüht, wobei die Temperatur bei der zweiten Haubenglühbehandlung 51 um 12% bis 20% höher ist als die Temperatur bei der ersten Haubenglühbehandlung 43. Wie auch schon in der ersten Haubenglühbehandlung 43 mit einer geringeren Temperatur ist das flexibel gewalzte Kaltband 49 hierzu auf Coils 53 aufgewickelt, die sich übereinander angeordnet im Haubenglühofen 13 befinden.
4 zeigt den skizzierten Verlauf der Temperatur T über die Zeit bei der zweiten Haubenglühbehandlung 51, wobei über die vertikale Achse 57 des Diagramms die Temperatur T und über die horizontale Achse 59 die Zeit aufgetragen ist.
Wie der 4 zu entnehmen ist, steigt bei der zweiten Haubenglühbehandlung 51 die Temperaturkurve 61 des flexibel gewalzten Kaltbandes 49 in einer ersten Glühphase 63 mit einer konstanten Steigung über ungefähr 6,5 Stunden auf eine erste vorgegebene Temperatur an und nähert sich in einer sich anschließenden zweiten Glühphase 65 über eine Zeitdauer von ungefähr 12,5 Stunden asymptotisch einer Solltemperatur 69 an, die um 12% bis 20% höher ist als die Temperatur bei der ersten Haubenglühbehandlung 43, wobei bevorzugt keine zu sätzliche Haltezeit bei der Solltemperatur 69 oder alternativ in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine zusätzliche Haltezeit von bis zu 4 Stunden bei der Solltemperatur 69 vorgesehen ist. Nach Erreichen der Solltemperatur 69 sinkt in einer Abkühlphase 67 die Temperatur des flexibel gewalzten Kaltbandes 49 über eine Zeitdauer von ca. 12 bis 25 Stunden langsam auf Raumtemperatur 71 ab.
Während der zweiten Haubenglühbehandlung 51 befindet sich der Bereich geringerer Dicke 29 des flexibel gewalzten Kaltbandes 49 in erfindungsgemäßer Weise gerade noch in einem Temperaturbereich unterhalb des Ausrekristallisationsbeginns des Materials, so dass durch die erfindungsgemäße zweite Haubenglühbehandlung 51 die mechanisch-technologischen Werkstoffkennwerte des Bereiches geringerer Dicke 29 auf die erfindungsgemäß definierten Werte eingestellt werden. Die Werkstoffkennwerte des Bereiches höherer Dicke 27, bei welchem aufgrund des geringeren Abwalzgrades und damit auch der geringeren Zufuhr von Walzenergie eine geringere Verfestigung zu beobachten ist, spricht auf die zweite Haubenglühbehandlung 51 hinsichtlich Festigkeitsminderung nur geringfügig und hinsichtlich Dehnungssteigerung wesentlich an. Anders ausgedrückt wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine beachtliche Erhöhung der Dehnung des erfindungsgemäßen Kaltbandes bei vorgegebener hoher Streckgrenze und Zugfestigkeit erhalten, wodurch sich die Umformbarkeit des Materials im Vergleich zu Kaltbändern, die nach einem Verfahren des Standes der Technik hergestellt wurden, erheblich verbessert.
Wie die Anmelderin weiterhin gefunden hat, wird hierdurch in überraschender Weise die Möglichkeit geschaffen, Kaltbänder für Umformzwecke mit einer Dicke im Bereich von beispielsweise 0,6 mm und einer Streckgrenze von mehr als 500 MPa sowie einer Zugfestigkeit von mehr als 550 MPa überhaupt erst herzustellen.
Die nach Erreichen der Solltemperatur 69 folgende langsame Abkühlung des flexibel gewalzten Kaltbandes 49 in der Abkühlphase 67 verhindert in vorteilhafter Weise einen Verzug und die Bildung von Wärmeeigenspannungen im Kaltband 49.
Um den in 4 skizzierten Temperaturverlauf des flexibel gewalzten Kaltbandes 49 während der zweiten Haubenglühbehandlung 51 zu erzielen, wird der Haubenglühofen 13 von Beginn an mit einer der Ofensolltemperatur 79 entsprechenden Temperatur beheizt, wobei in der Aufwärmphase 75 die Temperaturkurve 73 des Haubenglühofens 13 über eine Dauer von ungefähr 8 Stunden von Raumtemperatur 71 auf eine Ofensolltemperatur 79 ansteigt und anschließend in der Haltphase 77 über ungefähr 11 Stunden gehalten wird. Die Ofensolltemperatur 79 ist hierbei um wenige Grad Celsius höher als die Solltemperatur 69 des Kaltbandes 49. Wenn nach ungefähr 19 Stunden das flexibel gewalzte Kaltband 49 die Solltemperatur 69 erreicht hat, wird der Haubenglühofen 13 nicht weiter beheizt, so dass die Temperaturkurve 61 des flexibel gewalzten Stahlbandes 49 langsam auf Raumtemperatur 71 absinken kann.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte erfindungsgemäße Kaltband weist somit im Bereich höherer Dicke 27 von 1,0 mm und im Bereich geringerer Dicke 29 von 0,6 mm die in der folgenden tabellarischen Übersicht angegebenen mechanisch-technologischen Werkstoffkennwerte auf:
Das erfindungsgemäß hergestellte Kaltband entspricht somit im Bereich höherer Dicke 27 der Werkstoffgüte eines Warmbandes gemäß S 550 MC nach DIN EN 10149-2 und im Bereich geringerer Dicke 29 einem Werkstoff der Güte ZStE 420 G nach SEW 093.

1: flexibles Walzen
3: flexibel gewalztes Kaltband
5: Warmband
7: Coil Warmband
9: Coil mit flexibel gewalztem Kaltband
11: Haubenglühbehandlung
13: Haubenglühofen
15: Durchlaufverzinkung
17: Zinkbad
19: Richten und Vereinzeln
21: Platine
23: Tiefziehen
25: Ziehteil
27: Bereich höherer Dicke
29: Bereich geringerer Dicke
31: Tailor Welded Blank
33: Schweißnaht
35: Walzrichtung
37: erstes Walzen
39: vorgewalztes Kaltband
41: Coil mit vorgewalzten Kaltband
43: erste Haubenglühbehandlung
45: flexibles zweites Walzen
47: vorgewalztes wärmebehandeltes Kaltband
49: flexibel gewalztes Kaltband
51: zweite Haubenglühbehandlung
53: Coil mit flexibel gewalztem Kaltband
55: Temperaturdiagramm
57: Temperaturachse
59: Zeitachse
61: Temperaturkurve des flexibel gewalzten Kaltbandes
63: erste Glühphase
65: zweite Glühphase
67: Abkühlphase
69: Solltemperatur
71: Raumtemperatur
73: Temperaturkurve des Ofens
75: Aufwärmphase
77: Haltephase
79: Ofensolltemperatur

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kaltbandes mit einem auf den Dickenverlauf abgestimmten Eigenschaftsprofil, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: – erstes Walzen (37) eines Warmbandes (5) aus Stahl mit einer im Wesentlichen homogenen Dicke und Festigkeit zu einem Kaltband (39) mit einer im Wesentlichen konstanten Banddicke mit Abwalzgraden im Bereich zwischen 5% und 60%, insbesondere 30% und 55% der Dicke des Warmbandes (5), – erste Glühbehandlung (43) des Kaltbandes (39) bei einer Temperatur zwischen 500°C und 600°C, – flexibles zweites Walzen (45) des Kaltbandes (47) auf vordefinierte Dickenverläufe derart, dass das flexibel gewalzte Kaltband (49) in Walzrichtung (35) zumindest einen Bereich höherer Dicke (27) und einen Bereich geringerer Dicke (29) aufweist, wobei die Abwalzgrade in den Bereichen höherer und geringerer Dicke (27, 29) zwischen 10% und 80% der Dicke des Kaltbandes (47) nach der ersten Glühbehandlung (43) liegen, und – zweite Glühbehandlung (51) des flexibel gewalzten Kaltbandes (49) mit einer Temperatur, die um 12% bis 20% höher ist als die Temperatur der ersten Glühbehandlung (43).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der zweiten Glühbehandlung (51) das Kaltband in dem Bereich höherer Dicke (27) höhere mechanisch-technologische Werte, insbesondere hinsichtlich Streckgrenze R_e und Festigkeit R_m, aufweist, als im Bereich geringerer Dicke (29).
Verfahren nach einem Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der zweiten Glühbehandlung (51) die Mindestdehnungen A₈₀ der Werkstoffe gemäß der entsprechenden Normen für Warm- und Kaltbänder, insbesondere gemäß SEW 093, DIN EN 10268, SEW 092 oder DIN EN 10149-2, im Bereich höherer Dicke (27) und im Bereich geringerer Dicke (29) eingehalten werden oder diese um bis zu zwei normgemäße Gütestufen übertreffen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Glühbehandlung (51) des Kaltbandes (49) nach einer auf die vorhergehenden Prozessschritte abgestimmten Temperaturkurve (61) erfolgt, wobei in einem ersten Bereich (63) die Temperaturkurve (61) des Kaltbandes (49) im Wesentlichen linear ansteigt, in einem zweiten Bereich (65) sich die Temperaturkurve (61) asymptotisch einer Temperatur (69) annähert, die um 12% bis 20% höher ist als die Temperatur der ersten Glühbehandlung (43) und in einem dritten Bereich (67) die Temperaturkurve (61) langsam auf Raumtemperatur (71) abfällt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwalzgrade des Kaltbandes (39) vor der ersten Glühbehandlung (43), die Temperatur der ersten Glühbehandlung (43), die Abwalzgrade des Kaltbandes (47) nach der ersten Glühbehandlung (43) und die Temperatur der zweiten Glühbehandlung (51) in der Weise gewählt werden, dass das Kaltband nach der zweiten Glühbehandlung (51) über seine gesamte Länge hinweg eine Streckgrenze von mehr als 450 MPa besitzt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Glühbehandlung (51) bei einer im Wesentlichen konstanten Temperatur im Haubenglühverfahren erfolgt, wobei das Kaltband (49) als Coil (53) aufgewickelt ist.
Kaltband hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kaltband nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen vordefinierten Dickenverlauf mit einem Bereich höherer Dicke (27) und einem Bereich geringerer Dicke (29) umfasst, wobei der Übergang von dem Bereich höherer Dicke (27) zu dem Bereich geringerer Dicke (29) im Wesentlichen kontinuierlich verläuft.
Kaltband nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich höherer Dicke (27) höhere mechanisch-technologische Werte, insbesondere hinsichtlich Streckgrenze R_e und Festigkeit R_m, aufweist, als der Bereich geringerer Dicke (29), und der Übergang der mechanisch-technologischen Werkstoffkennwerte im Wesentlichen kontinuierlich verläuft.
Kaltband nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Zusammensetzung des Kaltbandes über seine gesamte Länge hinweg konstant ist.
Kaltband nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltband aus einem mikrolegierten Werkstoff besteht.
Kaltband nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mikrolegierte Werkstoff das Legierungselement Titan in einer Menge von 0,05 bis 0,15 Gew% enthält.
Kaltband nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mikrolegierte Werkstoff zusätzlich die Legierungselemente Niob und/oder Vanadium enthält, wobei der Anteil an dem Legierungselement Titan größer als der Anteil an den Legierungselementen Niob und/oder Vanadium ist.