DE102022209626A1 - Process for producing low-carbon steel strips - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffarmen-Stahlflachprodukts, insbesondere eines interstitialfreien-Kaltbands, wobei zunächst i) eine schmelzflüssige Stahlzusammensetzung, deren Kohlenstoffgehalt maximal 300 ppm, deren Stickstoffgehalt maximal 40 ppm und deren Sauerstoffgehalt maximal 1000 ppm beträgt bereitgestellt wird; ii) die schmelzflüssige Stahlzusammensetzung sodann unter Vakuum mit einem Prozessdruck von maximal 0,5 mbar sekundärmetallurgisch behandelt wird, so dass eine schmelzflüssige Stahlzusammensetzung erhalten wird, deren Kohlenstoffgehalt maximal 10 ppm und deren Stickstoffgehalt maximal 25 ppm beträgt; und wobei während und/oder nach der sekundärmetallurgischen Behandlung der in der schmelzflüssigen Stahlzusammensetzung enthaltende Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) durch unterstöchiometrische Zugabe der Legierungselemente Titan und/oder Niob abgebunden wird; iii) die gemäß Schritt ii) erhaltene schmelzflüssige Stahlzusammensetzung sodann kontinuierlich zu einem Stranggut vergossen und zu einzelnen Brammen getrennt wird; iv) die Brammen anschließend zu einem Vorband warm vorgewalzt und bei einer Warmwalztemperatur im Bereich von 800 bis 1000 °C zu einem Warmband mit einer Dicke von 1,0 bis 6,0 mm fertiggewalzt sowie bei einer Haspeltemperatur von 600 bis 800 °C gehaspelt werden; und v) das gehaspelte Warmband gebeizt, anschließend zu einem Kaltband kaltgewalzt und sodann einem Glühprozess unterzogen und ggf. schmelztauchbeschichtet und/oder dressiert wird.The present application relates to a method for producing a low-carbon flat steel product, in particular an interstitial-free cold strip, wherein initially i) a molten steel composition is provided whose carbon content is a maximum of 300 ppm, whose nitrogen content is a maximum of 40 ppm and whose oxygen content is a maximum of 1000 ppm; ii) the molten steel composition is then secondary metallurgically treated under vacuum with a process pressure of a maximum of 0.5 mbar, so that a molten steel composition is obtained whose carbon content is a maximum of 10 ppm and whose nitrogen content is a maximum of 25 ppm; and wherein during and/or after the secondary metallurgical treatment, the carbon (C) and nitrogen (N) contained in the molten steel composition are set by substoichiometric addition of the alloying elements titanium and/or niobium; iii) the molten steel composition obtained according to step ii) is then continuously cast into a strand and separated into individual slabs; iv) the slabs are then hot-rolled into a pre-strip and finished rolled into a hot strip with a thickness of 1.0 to 6.0 mm at a hot rolling temperature in the range from 800 to 1000 °C and coiled at a coiling temperature of 600 to 800 °C ; and v) the coiled hot strip is pickled, then cold-rolled into a cold strip and then subjected to an annealing process and, if necessary, hot-dip coated and/or tempered.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffarmen-Stahlflachprodukts, insbesondere eines interstitialfreien-Kaltbands, sowie die Verwendung eines kohlenstoffarmen-Stahlflachprodukts, insbesondere eines interstitialfreien-Kaltbands, welches durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten wird zur Herstellung von Bauteilen für den Automobilbereich.The present invention relates to a method for producing a low-carbon steel flat product, in particular an interstitial-free cold strip, and the use of a low-carbon steel flat product, in particular an interstitial-free cold strip, which is obtained by the method according to the invention for producing components for the automotive sector.
Der Bedarf nach Stahlsorten mit sehr hohen plastischen Verformungseigenschaften steigt, insbesondere im Automobilsektor stetig. Erzielt werden solche mechanischen Eigenschaften durch die sog. IF-Stähle (interstitial-free), bei denen die geringe Anzahl der verbleibenden interstitiellen Elemente Kohlenstoff und Stickstoff durch Niob und/oder Titan nahezu quantitativ abgebunden wird. Die sodann in der Schmelze in Form von Niob- und/oder Titan-Karbiden sowie -Nitriden vorliegenden Partikel leisten zwar keinen Beitrag mehr zur Verfestigung bzw. Alterung, wirken sich dennoch nachteilig auf die gewünschten mechanischen Eigenschaften solcher Stähle aus.The demand for steel grades with very high plastic deformation properties is constantly increasing, especially in the automotive sector. Such mechanical properties are achieved by the so-called IF steels (interstitial-free), in which the small number of remaining interstitial elements carbon and nitrogen are almost quantitatively bound by niobium and/or titanium. The particles then present in the melt in the form of niobium and/or titanium carbides and nitrides no longer contribute to solidification or aging, but still have a disadvantageous effect on the desired mechanical properties of such steels.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffarmen-Stahlflachprodukts, insbesondere eines interstitialfreien-Kaltbands bereitzustellen.Against this background, the present invention is based on the object of providing a method for producing a low-carbon flat steel product, in particular an interstitial-free cold strip, which is improved over the prior art.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention the object is achieved by a method with the features of patent claim 1.
Das Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffarmen-Stahlflachprodukts, insbesondere eines interstitialfreien-Kaltbands sieht erfindungsgemäß vor, dass zunächst i) eine schmelzflüssige Stahlzusammensetzung, deren Kohlenstoffgehalt maximal 300 ppm, deren Stickstoffgehalt maximal 40 ppm und deren Sauerstoffgehalt maximal 1000 ppm beträgt bereitgestellt wird; ii) die schmelzflüssige Stahlzusammensetzung sodann unter Vakuum mit einem Prozessdruck von maximal 0,5 mbar sekundärmetallurgisch behandelt wird, so dass eine schmelzflüssige Stahlzusammensetzung erhalten wird, deren Kohlenstoffgehalt maximal 10 ppm und deren Stickstoffgehalt maximal 30 ppm, bevorzugt 25 ppm beträgt; und wobei während und/oder nach der sekundärmetallurgischen Behandlung der in der schmelzflüssigen Stahlzusammensetzung enthaltende Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) durch unterstöchiometrische Zugabe der Legierungselemente Titan und/oder Niob abgebunden wird; iii) die gemäß Schritt ii) erhaltene schmelzflüssige Stahlzusammensetzung anschließend kontinuierlich zu einem Stranggut vergossen und zu einzelnen Brammen getrennt wird; iv) die Brammen weiterhin zu einem Vorband warm vorgewalzt und bei einer Warmwalztemperatur im Bereich von 800 bis 1000 °C zu einem Warmband mit einer Dicke von 1,0 bis 6,0 mm fertiggewalzt sowie bei einer Haspeltemperatur von 600 bis 800 °C gehaspelt werden; und v) das gehaspelte Warmband gebeizt, anschließend zu einem Kaltband kaltgewalzt und sodann einem Glühprozess unterzogen und ggf. schmelztauchbeschichtet und/oder dressiert wird.According to the invention, the method for producing a low-carbon steel flat product, in particular an interstitial-free cold strip, provides that initially i) a molten steel composition whose carbon content is a maximum of 300 ppm, whose nitrogen content is a maximum of 40 ppm and whose oxygen content is a maximum of 1000 ppm is provided; ii) the molten steel composition is then treated secondary metallurgically under vacuum with a process pressure of a maximum of 0.5 mbar, so that a molten steel composition is obtained whose carbon content is a maximum of 10 ppm and whose nitrogen content is a maximum of 30 ppm, preferably 25 ppm; and wherein during and/or after the secondary metallurgical treatment, the carbon (C) and nitrogen (N) contained in the molten steel composition are set by substoichiometric addition of the alloying elements titanium and/or niobium; iii) the molten steel composition obtained according to step ii) is then continuously cast into a strand and separated into individual slabs; iv) the slabs are further warm-rolled into a pre-strip and finished rolled into a hot strip with a thickness of 1.0 to 6.0 mm at a hot rolling temperature in the range of 800 to 1000 °C and coiled at a coiling temperature of 600 to 800 °C ; and v) the coiled hot strip is pickled, then cold-rolled into a cold strip and then subjected to an annealing process and, if necessary, hot-dip coated and/or tempered.
Bei der weiteren Entwicklung solcher besonders weichen und leicht umformbaren Stähle zeigte sich in erfinderischer Weise, dass, durch die zunächst in einem Konverter, alternativ in einem Elektrolichtbogenofen, wie einem EAF, durchgeführte intensivere Entkohlung der Schmelze und die, vorzugsweise direkt, anschließende tiefe Entkohlung während der sekundärmetallurgischen Behandlung unter Vakuum auf den maximalen Kohlenstoffgehalt von 10 ppm und den Stickstoffgehalt von maximal 30 ppm, bevorzugt von maximal 25 ppm, die notwendige Menge an Bindungselementen wie Niob und/oder Titan soweit vermindert werden kann, dass deutlich weniger Partikel in Form von Karbiden und/oder Nitriden in der schmelzflüssigen Stahlzusammensetzung verbleiben. Hierdurch hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die partikelindizierte Rekristallisationshemmung der Stahlmatrix während der Glühung des Kaltbands so weit herabgesetzt werden kann, dass das Kaltbandgefüge deutlich leichter und in einer kürzeren Zeit rekristallisiert. In vorteilhafterweise kann somit ein Kaltband mit besonders niedrigen Streckgrenzwerten von kleiner 160 MPa und zudem sehr hohen Dehngrenzwerten von größer 44 % erzeugt werden.During the further development of such particularly soft and easily formable steels, it was found in an inventive manner that the more intensive decarburization of the melt, which was initially carried out in a converter, alternatively in an electric arc furnace, such as an EAF, and the subsequent deep decarburization, preferably directly the secondary metallurgical treatment under vacuum to the maximum carbon content of 10 ppm and the nitrogen content of a maximum of 30 ppm, preferably a maximum of 25 ppm, the necessary amount of binding elements such as niobium and / or titanium can be reduced to such an extent that significantly fewer particles in the form of carbides and/or nitrides remain in the molten steel composition. This has surprisingly shown that the particle-indicated recrystallization inhibition of the steel matrix can be reduced to such an extent during the annealing of the cold strip that the cold strip structure recrystallizes significantly more easily and in a shorter time. Advantageously, a cold strip with particularly low yield strength values of less than 160 MPa and also very high yield strength values of greater than 44% can be produced.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims. The features listed individually in the dependent claims can be combined with one another in a technologically sensible manner and can define further embodiments of the invention. In addition, the features specified in the claims are specified and explained in more detail in the description, with further preferred embodiments of the invention being presented.
Die Erzeugung der schmelzflüssigen Stahlzusammensetzung, deren Kohlenstoffgehalt maximal 300 ppm, deren Stickstoffgehalt maximal 40 ppm und deren Sauerstoffgehalt maximal 1000 ppm beträgt, kann beispielsweise in einem sog. BOF-Konverter (Basic Oxygen Furnace) oder einem Elektrolichtbogenofen (Electric Arc Furnace) durchgeführt werden. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die schmelzflüssige Stahlzusammensetzung vor dem Abstechen intensiv umzurühren, um so eine Homogenisierung der Temperatur und der chemischen Zusammensetzung zu gewährleisten.The production of the molten steel composition, whose carbon content is a maximum of 300 ppm, whose nitrogen content is a maximum of 40 ppm and whose oxygen content is a maximum of 1000 ppm, can be carried out, for example, in a so-called BOF converter (Basic Oxygen Furnace) or an electric arc furnace (Electric Arc Furnace). Furthermore, it can be advantageous to stir the molten steel composition intensively before tapping in order to ensure homogenization of the temperature and the chemical composition.
Wie bereits erläutert, wird die schmelzflüssige Stahlzusammensetzung anschließend, vorzugsweise direkt, einem sekundärmetallurgischen Aggregat, beispielsweise über eine Pfanne, zugeführt und in diesem unter Vakuum mit einem Prozessdruck von maximal 0,5 mbar sekundärmetallurgisch behandelt. Das sekundärmetallurgische Aggregat kann vorteilhafterweise ein sog. Stahlgefäß mit feuerfester Ausmauerung sein, in dem die schmelzflüssige Stahlzusammensetzung über das Ruhrstahl-Heraeus-Verfahren sekundärmetallurgisch behandelt wird. Hierbei können vorteilhafterweise weitere Prozessparameter wie die Abpumpgeschwindigkeit der Vakuumpumpe, die Spülgasmenge, die Eintauchtiefe des Schnorchels derart gesteuert werden, dass der RH-Prozess in einem optimalen Zustand durchgeführt werden kann.As already explained, the molten steel composition is then fed, preferably directly, to a secondary metallurgical unit, for example via a ladle, and is treated secondary metallurgically in this under vacuum with a process pressure of a maximum of 0.5 mbar. The secondary metallurgical unit can advantageously be a so-called steel vessel with a fireproof lining, in which the molten steel composition is treated secondary metallurgically using the Ruhrstahl-Heraeus process. Here, additional process parameters such as the pumping speed of the vacuum pump, the amount of flushing gas, and the immersion depth of the snorkel can advantageously be controlled in such a way that the RH process can be carried out in an optimal state.
Während und/oder nach der sekundärmetallurgischen Behandlung wird erfindungsgemäß der in der schmelzflüssigen Stahlzusammensetzung enthaltende Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) durch unterstöchiometrische Zugabe der Legierungselemente Titan und/oder Niob abgebunden. Um eine gezielte Dosierung dieser Legierungselemente zu erzielen, kann das Titan und/oder das Niob vorzugsweise per Draht in das sekundärmetallurgische Aggregat eingespult werden. Nach der sekundärmetallurgischen Behandlung kann die schmelzflüssige Stahlzusammensetzung in einer bevorzugten Ausführungsvariante die nachfolgende Schmelzanalyse (in Gew.-%) aufweisen:
- C: ≤ 0,0010, vorzugsweise ≤ 0,0008,
- Si: ≤ 0,040, vorzugsweise ≤ 0,020,
- Mn: 0,0700 bis 0,1500, vorzugsweise 0,0850 bis 0,0950,
- P: ≤ 0,0100, vorzugsweise ≤ 0,0080,
- S: ≤ 0,0080, vorzugsweise ≤ 0,0050,
- Ti: 0,0150 bis 0,0450, vorzugsweise 0,0150 bis 0,0220, und/oder
- Nb: ≤ 0,0020, vorzugsweise ≤ 0,0010,
- Cu: ≤ 0,0800, vorzugsweise ≤ 0,0100,
- AI: 0,0200 bis 0,0400, vorzugsweise 0,0300 bis 0,0350,
- N: ≤ 0,0030, vorzugsweise ≤ 0,0025,
- V: ≤ 0,0020, vorzugsweise ≤ 0,0005,
- Cr: ≤ 0,0250, vorzugsweise ≤ 0,0150,
- Ni: ≤ 0,0250, vorzugsweise ≤ 0,0100,
- Mo: ≤ 0,0050, vorzugsweise ≤ 0,0035,
- B: ≤ 0,0005,
- ggf. Ca: 0,0010 bis 0,0060, 0,0010 bis 0,0020,
- ggf. Sn: ≤ 0,040, vorzugsweise ≤ 0,0040,
- ggf. As: ≤ 0,0040, vorzugsweise ≤ 0,0035,
- ggf. Pb: ≤ 0,0020, vorzugsweise ≤ 0,0010,
- C: ≤ 0.0010, preferably ≤ 0.0008,
- Si: ≤ 0.040, preferably ≤ 0.020,
- Mn: 0.0700 to 0.1500, preferably 0.0850 to 0.0950,
- P: ≤ 0.0100, preferably ≤ 0.0080,
- S: ≤ 0.0080, preferably ≤ 0.0050,
- Ti: 0.0150 to 0.0450, preferably 0.0150 to 0.0220, and/or
- Nb: ≤ 0.0020, preferably ≤ 0.0010,
- Cu: ≤ 0.0800, preferably ≤ 0.0100,
- AI: 0.0200 to 0.0400, preferably 0.0300 to 0.0350,
- N: ≤ 0.0030, preferably ≤ 0.0025,
- V: ≤ 0.0020, preferably ≤ 0.0005,
- Cr: ≤ 0.0250, preferably ≤ 0.0150,
- Ni: ≤ 0.0250, preferably ≤ 0.0100,
- Mo: ≤ 0.0050, preferably ≤ 0.0035,
- B: ≤0.0005,
- if necessary Ca: 0.0010 to 0.0060, 0.0010 to 0.0020,
- if necessary Sn: ≤ 0.040, preferably ≤ 0.0040,
- if necessary As: ≤ 0.0040, preferably ≤ 0.0035,
- if necessary Pb: ≤ 0.0020, preferably ≤ 0.0010,
Die Legierungselemente Kohlenstoff, Aluminium, Silizium, Mangan, Chrom und/oder Molybdän bzw. Kombinationen hiervon können vorteilhafterweise dazu eingesetzt werden, um gezielt die mechanischen Eigenschaften des kohlenstoffarmen Stahlflachprodukts einzustellen.The alloying elements carbon, aluminum, silicon, manganese, chromium and/or molybdenum or combinations thereof can advantageously be used to specifically adjust the mechanical properties of the low-carbon flat steel product.
Wie bereits erläutert, bildet Kohlenstoff (C) neben Stickstoff (N) eines der interstitiellen Elemente, die zu starken Alterungseffekten führen. Daher sollte der Anteil von Kohlenstoff einen Wert von 10 ppm, mehr bevorzugt einen Wert von 8 ppm und der Anteil von Stickstoff einen Wert von 30 ppm, bevorzugt einen Wert von 25 ppm in der sekundärmetallurgisch behandelten schmelzflüssigen Stahlzusammensetzung nicht übersteigen.As already explained, carbon (C), along with nitrogen (N), forms one of the interstitial elements that lead to strong aging effects. Therefore, the carbon content should not exceed 10 ppm, more preferably 8 ppm, and the nitrogen content should not exceed 30 ppm, preferably 25 ppm in the secondary metallurgically treated molten steel composition.
Ein zu hoher Mangangehalt kann zur Mischkristallverfestigung führen, welche vorliegend zu vermeiden ist. Daher sollte der Anteil von Mangan vorzugsweise einen Wert von 0,1500 Gew.-%, bevorzugt einen Wert von 0,095 Gew.-% nicht übersteigen.A manganese content that is too high can lead to solid solution solidification, which should be avoided in this case. Therefore, the proportion of manganese should preferably not exceed a value of 0.1500% by weight, preferably a value of 0.095% by weight.
Chrom bildet ein Begleitelement, welches über Erze und Schrott mitgeführt wird. Der Anteil von Chrom sollte vorteilhafterweise maximal 0,025 Gew.-%, mehr bevorzugt maximal 0,015 Gew.-% betragen.Chromium forms an accompanying element that is carried through ores and scrap. The proportion of chromium should advantageously be a maximum of 0.025% by weight, more preferably a maximum of 0.015% by weight.
Der Anteil an Bor sollte vorteilhafterweise einen Wert von 0,0005 Gew.-% nicht übersteigen, da Bor mit Stickstoff wie auch mit Kohlenstoff Nitride bzw. Carbide bilden kann. Die vorliegend angegebenen Werte beziehen sich auf den Borgehalt im gelösten Zustand.The proportion of boron should advantageously not exceed 0.0005% by weight, since boron can form nitrides or carbides with nitrogen as well as with carbon. The values given here refer to the boron content in the dissolved state.
Silizium wird nicht explizit zulegiert, sondern stammt aus der Konverterschlacke bzw. aus Desoxidations- und Legierungsträgern als Begleitelement. Der Siliziumgehalt sollte daher vorteilhafterweise einen Wert von 0,040 Gew.-%, bevorzugt einen Wert von 0,020 Gew.% nicht übersteigen.Silicon is not explicitly alloyed, but comes from the converter slag or from deoxidation and alloy carriers as an accompanying element. The silicon content should therefore advantageously not exceed a value of 0.040% by weight, preferably a value of 0.020% by weight.
Der Anteil von Aluminium beträgt vorteilhafterweise mindestens 0,0200 Gew.-%, mehr bevorzugt mindestens 0,0300 Gew.-%. Ein zu hoher Aluminiumgehalt führt allerdings zu Aluminiumoxiden und -nitriden, welche sich später negativ auf die Oberflächenqualität des Stahlflachprodukts auswirken können. Daher sollte der Anteil von Aluminium vorzugsweise einen Wert von 0,04 Gew.-%, vorzugsweise einen Wert von 0,035 Gew.-% nicht übersteigen.The proportion of aluminum is advantageously at least 0.0200% by weight, more preferably at least 0.0300% by weight. However, too high an aluminum content leads to aluminum oxides and nitrides, which can later have a negative effect on the surface quality of the flat steel product. Therefore, the proportion of aluminum should preferably not exceed a value of 0.04% by weight, preferably a value of 0.035% by weight.
Auch der Phosphor wird nicht explizit zulegiert, sondern bildet ein Begleitelement der Einsatzstoffe. Insofern sollte der Phosphorgehalt vorteilhafterweise einen Wert von 0,0100 Gew.-%, mehr bevorzugt einen Wert von 0,0080 Gew.-% nicht übersteigen.The phosphorus is not explicitly added, but forms an accompanying element of the raw materials. In this respect, the phosphorus content should advantageously not exceed a value of 0.0100% by weight, more preferably a value of 0.0080% by weight.
Wie Phosphor bildet auch der Schwefel ein Begleitelement der Einsatzstoffe, wie Koks, Kohle und/oder Schrott. Der Schwefelgehalt sollte vorteilhafterweise einen Wert von 0,0080 Gew.-%, mehr bevorzugt einen Wert von 0,0050 Gew.-% nicht übersteigen.Like phosphorus, sulfur also forms an accompanying element in the starting materials, such as coke, coal and/or scrap. The sulfur content should advantageously not exceed a value of 0.0080% by weight, more preferably a value of 0.0050% by weight.
Das Molybdän bildet ein Begleitelement des eingesetzten Schrotts. Ein zu hoher Molybdängehalt führt allerdings zu Mischkristallverfestigung. Daher sollte der Anteil von Molybdän vorteilhafterweise einen Wert von 0,0050 Gew.-%, mehr bevorzugt einen Wert von 0,0035 Gew.-% nicht übersteigen.The molybdenum forms an accompanying element of the scrap used. However, too high a molybdenum content leads to solid solution solidification. Therefore, the proportion of molybdenum should advantageously not exceed a value of 0.0050% by weight, more preferably a value of 0.0035% by weight.
Titan und/oder Niob bilden bei hohen Temperaturen sehr stabile Carbide und Nitride aus, die sich nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften der vorliegend kohlenstoffarmen-Stahlflachprodukte auswirken. Durch die unterstöchiometrische Abbindung wird vorteilhafterweise ein Titangehalt von 0,0150 bis 0,0450 Gew.-%, mehr bevorzugt ein Titangehalt von 0,0150 bis 0,0220 Gew.-% und/oder ein Niobgehalt von ≤ 0,0020 Gew.%, mehr bevorzugt ein Niobgehalt von ≤ 0,0010 Gew.-% erzielt.Titanium and/or niobium form very stable carbides and nitrides at high temperatures, which have a detrimental effect on the mechanical properties of the present low-carbon steel flat products. The substoichiometric setting advantageously results in a titanium content of 0.0150 to 0.0450% by weight, more preferably a titanium content of 0.0150 to 0.0220% by weight and/or a niobium content of ≤ 0.0020% by weight. , more preferably a niobium content of ≤ 0.0010% by weight is achieved.
Das unterstöchiometrische Abbinden des Kohlenstoffs (C) und des Stickstoffs (N) erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens durch Zugabe von Titan und ggf. Niob in einem Verhältnis von maximal 7, mehr bevorzugt in einem Verhältnis von maximal 6,4 jeweils bezogen auf die in der schmelzflüssigen Stahlzusammensetzung enthaltenden stofflichen Mengen von Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N).The substoichiometric setting of the carbon (C) and the nitrogen (N) takes place in a preferred embodiment of the process by adding titanium and, if necessary, niobium in a ratio of a maximum of 7, more preferably in a ratio of a maximum of 6.4, each based on the material amounts of carbon (C) and nitrogen (N) contained in the molten steel composition.
Das Vanadium bildet einen Bestandteil von Schlacke- und/oder Legierungsträgern und wird nicht explizit zulegiert. Der Anteil von Vanadium sollte vorteilhafterweise einen Wert von 0,0020 Gew.-%, mehr bevorzugt einen Wert von 0,0005 Gew.-% nicht übersteigen.The vanadium forms a component of slag and/or alloy carriers and is not explicitly added to the alloy. The proportion of vanadium should advantageously not exceed a value of 0.0020% by weight, more preferably a value of 0.0005% by weight.
Die gemäß Schritt ii) erhaltene schmelzflüssige Stahlzusammensetzung wird erfindungsgemäß anschließend kontinuierlich zu einem Stranggut, beispielsweise mittels eines kontinuierlichen Stranggießmaschine (CCM) vergossen und zu einzelnen Brammen getrennt. Die Produktion im Stahlwerk erfolgt üblicherweise in Gieß-Sequenzen von unterschiedlichen Stahlzusammensetzungen, so dass es zwangsläufig zu einer Kontamination des gegossenen Strangguts mit der Zielzusammensetzung kommt. Üblicherweise werden daher nur die sogenannten Filetbrammen verwendet.According to the invention, the molten steel composition obtained in step ii) is then continuously cast into a strand, for example by means of a continuous casting machine (CCM), and separated into individual slabs. Production in the steelworks usually takes place in casting sequences of different steel compositions, so that contamination of the cast extrudates with the target composition inevitably occurs. Usually only the so-called fillet slabs are used.
Die sodann erhaltenen Brammen werden erfindungsgemäß weiterhin zu einem Vorband warm vorgewalzt und bei einer Warmwalztemperatur im Bereich von 800 bis 1000 °C zu einem Warmband mit einer Dicke von 1,0 bis 6,0 mm fertiggewalzt sowie bei einer Haspeltemperatur von 600 bis 800 °C gehaspelt. Hierbei ist es unerheblich, welche Brammendicke verwendet wird. So können zum einen Dickbrammen mit einer Dicke im Bereich von 200 bis 350 mm oder aber auch Mittelbrammen mit einer Dicke von 80 bis 180 mm verwendet werden. Zudem können aber auch Dünnbrammen mit einer Dicke von 40 bis 80 mm verwendet werden.According to the invention, the slabs then obtained are further warm-rolled into a pre-strip and finished rolled at a hot rolling temperature in the range from 800 to 1000 ° C to a hot strip with a thickness of 1.0 to 6.0 mm and at a coiling temperature of 600 to 800 ° C reeled. It is irrelevant which slab thickness is used. On the one hand, thick slabs with a thickness in the range of 200 to 350 mm or medium slabs with a thickness of 80 to 180 mm can be used. In addition, thin slabs with a thickness of 40 to 80 mm can also be used.
Das gehaspelte Warmband wird erfindungsgemäß sodann gebeizt, anschließend zu einem Kaltband kaltgewalzt und sodann einem Glühprozess unterzogen. Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, dass das Warmband bei einem gesamten Umformgrad von mindestens 85 % zu dem Kaltband kaltgewalzt wird, da eine, während der Kaltumformung erreichte Dickenreduzierung unterhalb von 85 % zu räumlichen Inhomogenitäten der Stahlmatrix führen würde. Ebenso wäre die von der Stahlmatrix ausgehende treibende Kraft zur Rekristallisation zu Beginn des nachfolgenden Glühprozesses zu gering, um eine schnelle und homogen gleichbleibende Rekristallisation hervorzubringen. Das Rekristallisationsglühen (Glühprozess) erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 750 bis 850 °C, mehr bevorzugt im Bereich von 800 bis 820 °C.According to the invention, the coiled hot strip is then pickled, then cold-rolled into a cold strip and then subjected to an annealing process. It is preferably provided here that the hot strip is cold-rolled into the cold strip with a total degree of deformation of at least 85%, since a reduction in thickness below 85% achieved during cold forming would lead to spatial inhomogeneities in the steel matrix. Likewise, the driving force for recrystallization emanating from the steel matrix at the beginning of the subsequent annealing process would be too low to produce rapid and homogeneously consistent recrystallization. The recrystallization annealing (annealing process) preferably takes place at a temperature in the range from 750 to 850 °C, more preferably in the range from 800 to 820 °C.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante des Verfahrens wird das Kaltband auf die Glühtemperatur von 750 bis 850 °C induktiv mit einer Aufheizrate von mindestens 200 K/s aufgeheizt. Durch das induktive Aufheizen wird im Vergleich zu einer konventionellen Glühlinie bei gleicher Anlagengeschwindigkeit die Rekristallisationstemperatur zwar etwas angehoben, aber dennoch deutlich früher erreicht. Durch das rasche Aufheizen wird die Keimbildung unterstützt, welches ein feinkörniges Gefüge zur Folge hat. Dieses Gefüge weist sodann höhere Festigkeitswerte und niedrigere Dehnungswerte auf. Im Anschluss an das Aufheizen folgt das Halten der Rekristallisationstemperatur. Bei einer gegebenen Ofenlänge (Ofenlänge = Verweilzeit) und einem früheren Zeitpunkt des Erreichens der Rekristallisationstemperatur verweilt das Material durch das induktive Aufheizen deutlich länger in diesem Temperaturgebiet. Als Folge daraus setzt ein Kornwachstum ein und aus dem einst feinkörnigen Gefüge wird ein grobkörniges Gefüge. Daher ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Kaltband bei einer maximalen Verweildauer von maximal 30 Sekunden, mehr bevorzugt bei einer maximalen Verweildauer von maximal 20 Sekunden, und am meisten bevorzugt bei einer maximalen Verweildauer von maximal 10 Sekunden rekristallisierend geglüht wird. Dies führt im Ergebnis zu einer besonders homogenen Korngrößenverteilung des fertigrekristallisierten Kaltbandgefüges, wodurch ein Kaltband mit besonders niedrigen Streckgrenzwerten von kleiner 160 MPa und zudem sehr hohen Dehngrenzwerten von größer 44 % erzeugt werden kann.In a particularly advantageous embodiment variant of the method, the cold strip is heated inductively to the annealing temperature of 750 to 850 ° C at a heating rate of at least 200 K/s. Thanks to inductive heating, the recrystallization temperature is raised slightly compared to a conventional annealing line at the same system speed, but is still reached significantly earlier. The rapid heating supports nucleation, which results in a fine-grained structure. This structure then has higher strength values and lower elongation values. After heating, the recrystallization temperature is maintained. For a given furnace length (furnace length = residence time) and an earlier point in time when the recrystallization temperature is reached, the material remains in this temperature range significantly longer due to inductive heating. As a result, grain growth begins and the once fine-grained structure becomes a coarse-grained structure. It is therefore advantageously provided that the cold strip is recrystallized at a maximum residence time of a maximum of 30 seconds, more preferably at a maximum residence time of a maximum of 20 seconds, and most preferably at a maximum residence time of a maximum of 10 seconds. As a result, this leads to a particularly homogeneous grain size distribution of the finished recrystallized cold strip structure, whereby a cold strip with particularly low yield strength values of less than 160 MPa and also very high yield strength values of greater than 44% can be produced.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des Verfahrens kann das Kaltband im Anschluss an den Glühprozess schmelztauchbeschichtet und/oder dressiert werden.In a further advantageous embodiment variant of the method, the cold strip can be hot-dip coated and/or tempered following the annealing process.
Das Dressieren erfolgt vorteilhafterweise bei einem Dressiergrad im Bereich von 0,8 % bis 1,2 %, mehr bevorzugt bei einem Dressiergrad von 1,0 %, um hinreichend gute Oberflächeneigenschaften zu erzeugen, ohne dabei die mechanischen Eigenschaften des Stahls negativ zu beeinflussen. Der Dressiergrad bzw. die Walzkraft ist vorteilhafterweise derart zu wählen, dass ein Anstieg der Streckgrenze durch eine zu hohe Verformung durch das Dressierwalzen vermieden wird. Gleichzeitig sollte die Einhaltung der Zielrauheit durch Einsatz geeigneter Dressierwalzen mit entsprechender Rauheit und Spitzenzahl gewährleisten werden.The tempering is advantageously carried out at a tempering degree in the range from 0.8% to 1.2%, more preferably at a tempering degree of 1.0%, in order to produce sufficiently good surface properties without negatively influencing the mechanical properties of the steel. The degree of skin pass or the rolling force should advantageously be chosen such that an increase in the yield point due to excessive deformation caused by the skin pass rolling is avoided. At the same time, compliance with the target roughness should be ensured by using suitable temper rolls with the appropriate roughness and number of points.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung zudem die Verwendung eines kohlenstoffarmen-Stahlflachprodukts, insbesondere eines interstitialfreien-Kaltbands erhalten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für den Automobilbereich.In a further aspect, the present invention also relates to the use of a low-carbon steel flat product, in particular an interstitial-free cold strip obtained by the method according to the invention for producing a component for the automotive sector.
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen kohlenstoffarmen-Stahlflachprodukts wurde zunächst die nachfolgende Stahlzusammensetzung enthaltend (in Gew.-%)
0,0007 C; 0,0341 Si; 0,0942 Mn; 0,0075 P; 0,0044 S; 0,0022 N; 0,0335 Al; 0,0104 Cr; 0,0033 Mo; 0,0189 Ti; 0,0004 Nb; 0,0003 V; 0,00005 B; 0,0012 Ca; 0,008 Cu; 0,0093% Ni; 0,003 Sn; 0,0035 As; 0,0009 Pb;
in einem BOF-Konverter erschmolzen, wobei ein Kohlenstoffgehalt von maximal 300 ppm, ein Stickstoffgehalt von maximal 40 ppm und ein Sauerstoffgehalt von maximal 1000 ppm in konventioneller Weise eingestellt worden ist. Die schmelzflüssige Stahlzusammensetzung wurde sodann direkt in eine RH-Anlage überführt und unter Vakuum mit einem Prozessdruck von maximal 0,5 mbar sekundärmetallurgisch behandelt. Nach dem Erreichen eines Kohlenstoffgehalt von maximal 10 ppm und eines Stickstoffgehalt von maximal 25 ppm wurde der Schmelze Niob und Titan in einem stöchiometrischen Verhältnis von (Ti+Nb)/(C+N) = 6,4 zulegiert. Die sodann erhaltene Schmelze wurde in konventioneller Weise zu einem Stranggut mit einer Dicke von 250 mm vergossen. Die daraus hergestellten Dickbrammen wurden vor dem Warmwalzen in der Vorstraße zu einem Vorband von 45 mm reversierend mit einer prozentualen Abnahme von 85,7% gewalzt und anschließend in der Warmbreitbandstraße bei einer Endwalzsolltemperatur von 909 °C mit einer Abnahme von 92 % warmgewalzt und bei einer Haspelsolltemperatur von 712 °C mit einer Warmbanddicke von 3,50 mm gehaspelt und nach dem Beizen auf 0,50 mm kaltgewalzt (Kaltabwalzgrad ≥ 85%). Das Rekristallisationsglühen des Kaltbands erfolgte im Zweiphasengebiet zwischen 780 - 820 °C über eine Dauer von 25 s Haltezeit in den einzelnen Zonen eines konventionellen Ofens, wobei das Kaltband induktiv mit einer Aufheizrate von 250 K/s auf das Zweiphasengebiet aufgeheizt worden ist, sodass eine Verlängerung der Haltezeit für die angestrebte Kornvergröberung ausgenutzt werden konnte. Im Anschluss an die Glühbehandlung erfolgte die Abkühlung in konventioneller Weise. Das Kaltband wurde anschließend bei einem Dressiergrad 1,0 % dressiert.To produce the low-carbon steel flat product according to the invention, the following steel composition was first containing (in wt.%)
0.0007C; 0.0341Si; 0.0942 Mn; 0.0075P; 0.0044S; 0.0022N; 0.0335 Al; 0.0104 Cr; 0.0033 Mo; 0.0189Ti; 0.0004Nb; 0.0003V; 0.00005B; 0.0012 Ca; 0.008Cu; 0.0093% Ni; 0.003 Sn; 0.0035 As; 0.0009 Pb;
melted in a BOF converter, with a carbon content of a maximum of 300 ppm, a nitrogen content of a maximum of 40 ppm and an oxygen content of a maximum of 1000 ppm in a conventional manner has been provided. The molten steel composition was then transferred directly to an RH system and subjected to secondary metallurgical treatment under vacuum with a maximum process pressure of 0.5 mbar. After reaching a maximum carbon content of 10 ppm and a maximum nitrogen content of 25 ppm, niobium and titanium were added to the melt in a stoichiometric ratio of (Ti+Nb)/(C+N) = 6.4. The melt then obtained was cast in a conventional manner into a strand with a thickness of 250 mm. The thick slabs produced from this were rolled in reverse before hot rolling in the roughing train to a roughing strip of 45 mm with a percentage decrease of 85.7% and then hot rolled in the hot wide strip mill at a target final rolling temperature of 909 ° C with a decrease of 92% and at a Coil target temperature of 712 °C with a hot strip thickness of 3.50 mm and cold rolled to 0.50 mm after pickling (cold rolling degree ≥ 85%). The recrystallization annealing of the cold strip took place in the two-phase area between 780 - 820 ° C over a holding time of 25 s in the individual zones of a conventional furnace, whereby the cold strip was heated inductively to the two-phase area at a heating rate of 250 K/s, so that an extension the holding time could be used for the desired grain coarsening. Following the annealing treatment, cooling took place in a conventional manner. The cold strip was then skin-passed at a skin-pass level of 1.0%.
Das Streckgrenzenverhältnis Re/Rm in Querrichtung lag bei 53 %.The yield strength ratio Re/Rm in the transverse direction was 53%.
Beispiel 2Example 2
Analog zum Beispiel 1 wurde zunächst die nachfolgende Stahlzusammensetzung enthaltend (in Gew.-%)
0,0007 C; 0,0341 Si; 0,0942 Mn; 0,0075 P; 0,0044 S; 0,0022 N; 0,0335 Al; 0,0104 Cr; 0,0033 Mo; 0,0189 Ti; 0,0004 Nb; 0,0003 V; 0,00005 B; 0,0012 Ca; 0,0082 Cu; 0,0093% Ni; 0,0034 Sn; 0,0035 As; 0,0009 Pb;
in einem BOF-Konverter (alternativ in einem EAF) erschmolzen, wobei ein Kohlenstoffgehalt von maximal 300 ppm, ein Stickstoffgehalt von maximal 40 ppm und ein Sauerstoffgehalt von maximal 1000 ppm in konventioneller Weise eingestellt worden ist. Die schmelzflüssige Stahlzusammensetzung wurde sodann direkt in eine RH-Anlage überführt und unter Vakuum mit einem Prozessdruck von maximal 0,5 mbar sekundärmetallurgisch behandelt. Nach dem Erreichen eines Kohlenstoffgehalt von maximal 10 ppm und eines Stickstoffgehalt von maximal 25 ppm wurde der Schmelze Niob und Titan in einem stöchiometrischen Verhältnis von (Ti+Nb)/(C+N) = 6,4 zulegiert. Die sodann erhaltene Schmelze wurde in konventioneller Weise zu einem Stranggut mit einer Dicke von 250 mm vergossen. Die daraus hergestellten Dickbrammen wurden vor dem Warmwalzen in der Vorstraße zu einem Vorband von 45 mm reversierend mit einer prozentualen Abnahme von 86 % gewalzt und anschließend in der Warmbreitbandstraße bei einer Endwalzsolltemperatur von 911 °C mit einer Abnahme von 92 % warmgewalzt und bei einer Haspelsolltemperatur von 708 °C mit einer Warmbanddicke von 3,50 mm gehaspelt und nach dem Beizen auf 0,50 mm kaltgewalzt (Kaltabwalzgrad ≥ 85%). Das Rekristallisationsglühen des Kaltbands erfolgte im Zweiphasengebiet zwischen 800 - 820 °C über eine Dauer von 28 s Haltezeit in den einzelnen Zonen eines konventionellen Ofens, wobei das Kaltband induktiv mit einer Aufheizrate von 250 K/s auf das Zweiphasengebiet aufgeheizt worden ist, sodass eine Verlängerung der Haltezeit für eine Kornvergröberung ausgenutzt werden konnte. Im Anschluss an die Glühbehandlung erfolgt die Abkühlung in konventioneller Weise. Das Kaltband wurde anschließend bei einem Dressiergrad 1,0 % dressiert.Analogous to Example 1, the following steel composition was first containing (in wt.%)
0.0007C; 0.0341Si; 0.0942 Mn; 0.0075P; 0.0044S; 0.0022N; 0.0335 Al; 0.0104 Cr; 0.0033 Mo; 0.0189Ti; 0.0004Nb; 0.0003V; 0.00005B; 0.0012 Ca; 0.0082Cu; 0.0093% Ni; 0.0034 Sn; 0.0035 As; 0.0009 Pb;
melted in a BOF converter (alternatively in an EAF), with a carbon content of a maximum of 300 ppm, a nitrogen content of a maximum of 40 ppm and an oxygen content of a maximum of 1000 ppm being set in a conventional manner. The molten steel composition was then transferred directly to an RH system and subjected to secondary metallurgical treatment under vacuum with a maximum process pressure of 0.5 mbar. After reaching a maximum carbon content of 10 ppm and a maximum nitrogen content of 25 ppm, niobium and titanium were added to the melt in a stoichiometric ratio of (Ti+Nb)/(C+N) = 6.4. The melt then obtained was cast in a conventional manner into a strand with a thickness of 250 mm. Before hot rolling, the thick slabs produced from this were reverse rolled in the roughing mill to a roughing strip of 45 mm with a percentage decrease of 86% and then hot rolled in the hot wide strip mill at a target final rolling temperature of 911 ° C with a reduction of 92% and at a target coiler temperature of 708 °C with a hot strip thickness of 3.50 mm and cold rolled to 0.50 mm after pickling (cold rolling degree ≥ 85%). The recrystallization annealing of the cold strip took place in the two-phase area between 800 - 820 ° C over a holding time of 28 s in the individual zones of a conventional furnace, whereby the cold strip was heated inductively to the two-phase area at a heating rate of 250 K/s, so that an extension the holding time could be used to coarsen the grain. After the annealing treatment, cooling takes place in a conventional manner. The cold strip was then skin-passed at a skin-pass level of 1.0%.
Das Streckgrenzenverhältnis Re/Rm in Querrichtung lag bei 54 % Tab. 1:
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| DE102022209626.6A DE102022209626A1 (en) | 2022-09-14 | 2022-09-14 | Process for producing low-carbon steel strips |
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