DE112014004028T5

DE112014004028T5 - Warm-gewalztes Stahlblech mit ausgezeichneter Kalt-Verarbeitbarkeit und ausgezeichneten Oberflächen-Eigenschaften und Härte nach Umformen

Info

Publication number: DE112014004028T5
Application number: DE112014004028.2T
Authority: DE
Inventors: Katsura Kajihara; Takuya Kochi
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-07-28
Also published as: WO2015033933A1; JP2015048527A; CN105492645A; JP6058508B2; MX2016002690A; US20160201172A1

Abstract

Ein warm-gewalztes Stahlblech wird offenbart, welches eine Dicke von 3–20 mm aufweist und spezielle Mengen von C, Si, Mn, P, S, Al und N enthält, wobei der Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen ausmacht. Dieses warm-gewalzte Stahlblech enthält eine spezielle Menge von festem gelöstem N und der Gehalt an C und N genügt der Beziehung 100 + N ≤ 3,0. Dieses warm-gewalzte Stahlblech enthält bainitischen Ferrit bzw. Pearlit in einem Flächenverhältnis von 5% oder mehr und in einem Flächenverhältnis von weniger als 20%, bezogen auf die gesamte Struktur, wobei der Rest polygonaler Ferrit ist. Die mittlere Kristall-Korngröße des bainitischen Ferrits ist 3–50 μm.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein warm-gewalztes Stahlblech, das gute Kalt-Verarbeitbarkeit während des Umformens zeigt und das nach Umformen vorbestimmte Oberflächen-Eigenschaften (manchmal als ”Oberflächen-Qualität” bezeichnet) und Nach-Umformungs-Härte zeigt.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Seit einiger Zeit wird aus Sicht des Umweltschutzes zur Verwendung in verschiedenen Kraftfahrzeugteilen, zum Beispiel Getriebeteilen, wie Zahnrad bzw. Getriebe und Gehäuse, von Stahlmaterialien zunehmend leichteres Gewicht, d. h. höhere Festigkeit, zur Verbesserung der Kraftstoff-Effizienz von Kraftfahrzeugen gefordert. Um diesem Erfordernis für leichteres Gewicht und höhere Festigkeit zu genügen, wurde ein Stahlmaterial, hergestellt durch Warm-Schmieden eines Stahl-Barrens (warm-geschmiedetes Material), als üblicherweise angewendetes Stahlmaterial eingesetzt. Um zudem die CO₂-Emission bei dem Verfahren zum Herstellen von Teilen zu vermindern, rückt auch das Erfordernis zum Kalt-Schmieden von Teilen, wie ein Zahnrad bzw. Getriebe, welche bislang durch Warm-Schmieden bearbeitet wurden, immer mehr in den Vordergrund.
Kalt-Umformen (Kalt-Schmieden) ist dahingehend vorteilhaft, dass die Produktivität hoch ist, verglichen mit Warm-Umformen und darüber hinaus sind sowohl die Genauigkeit der Abmessungen als auch die Stahlmaterial-Ausbeute gut. Das in dem Fall des Herstellens von Teilen durch das Kalt-Umformen auftretende Problem besteht darin, dass unbedingt ein Stahlmaterial mit hoher Festigkeit, d. h. hoher Formbeständigkeit, verwendet werden muss, um zu sichern, dass die Festigkeit von kalt-bearbeiteten Teilen gleich oder mehr als ein vorbestimmter erwarteter Wert ist. Jedoch führt eine höhere Formbeständigkeit von einem verwendeten Stahlmaterial zu einer Verkürzung der Lebensdauer einer Metall-Form zum Kalt-Umformen.
Auf dem Gebiet von Getriebeteilen wurden Untersuchungen über die Herstellung von Teilen unter Verwendung eines Stahlblechs anstelle von einem geschmiedeten Produkt (Warm-Schmieden, Kalt-Schmieden usw.) von Stahl-Barren mit dem Ziel vorgenommen, das Gewicht und die Kosten der Teile zu vermindern, jedoch entsteht der Nachteil, dass in den Teilen nach Kalt-Umformen von einem Stahlblech ein Oberflächendefekt, genannt Fließfiguren bzw. Lüders-Band [stretcher strain mark] (hierin anschließend einfach als ”SS-Mark” bezeichnet), vorliegt, der leicht auf der Oberfläche erzeugt wird.
Deshalb wird manchmal üblicherweise ein Verfahren durchgeführt, bei dem ein Stahlmaterial zu einer vorbestimmten Form kalt-geschmiedet und dann einer Wärme-Behandlung, wie Vergüten, unterzogen wird, um ein hoch-festes Teil, das eine vorbestimmte Festigkeit (Härte) gewährleistet, herzustellen. Jedoch verursacht die Wärme-Behandlung nach Kalt-Schmieden zwangsläufig eine Änderung in den Abmessungen der Teile und deshalb muss durch Zerspanungstechnik, wie Fräsen, nachträglich korrigiert werden. Eine mögliche Lösung zum Weglassen des Schritts der Wärme-Behandlung oder dem anschließenden Umformen wird gefordert.
Um die vorstehenden Probleme zu lösen, wird zum Beispiel offenbart, dass wenn der Fortschritt von natürlichem Altern durch die Verwendung von gelöstem C in einem kohlenstoffarmen Stahl eingeschränkt ist, um eine vorbestimmte Menge an Alterungs-Härten auf Grund von Reckalterung zu sichern, ein Drahtstab/Stahl-Barren zum Kalt-Schmieden, der ausgezeichnet in der Reckalterungs-Eigenschaft ist, erhalten werden kann (siehe Patent-Dokument 1).
Jedoch wird bei dieser Technik die Reckalterung nur durch die Menge an gelöstem C gesteuert und ein Stahlmaterial mit ausreichender Kalt-Verarbeitbarkeit sowie vorbestimmter Oberflächen-Qualität und Härte/Festigkeit nach Umformen kann kaum erhalten werden.
Dann hatte der Anmelder der vorliegenden Anmeldung verschiedene Untersuchungen vorgenommen, indem man die Aufmerksamkeit auf den Unterschied der Wirkungen von gelöstem C und gelöstem N, die in einem Stahlmaterial enthalten sind, bezüglich der Formbeständigkeit und statischen Reckalterung richtete. Im Ergebnis wurde gefunden, dass wenn die Mengen von diesen gelösten Elementen geeignet gesteuert werden, ein Stahlmaterial für mechanische Konstruktionen, das gute Kalt-Verarbeitbarkeit während des Umformens erbringt und die vorbestimmte Härte (Festigkeit) nach Kalt-Umformen (Kalt-Schmieden) zeigt, erhalten werden kann. Der Anmelder hat bereits eine Patentanmeldung, die auf diesem Ergebnis basiert, eingereicht (siehe Patent-Dokument 2).
Dieses Stahlmaterial verwirklicht sowohl Kalt-Verarbeitbarkeit als auch höhere Härte (höhere Festigkeit) nach Umformen, ist aber ein warm-geschmiedetes Material, ähnlich zu dem in Patent-Dokument 1 beschriebenen Drahtstab/Stahl-Barren und die Produktions-Kosten sind unvorteilhaft hoch. Um die Produktions-Kosten weiter zu vermindern, wurden auch Untersuchungen ausgeführt, um Kraftfahrzeug-Teile durch Kalt-Umformen unter Verwendung eines warm-gewalzten Stahlblechs anstelle von dem üblichen warm-geschmiedeten Material herzustellen.
Zum Beispiel wurde ein warm-gewalztes Stahlblech zur Nitrierungs-Behandlung, das hohe Oberflächen-Härte und ausreichende Härtungstiefe nach Nitrierungs-Behandlung gewährleistet, vorgeschlagen (siehe Patent-Dokument 3).
Jedoch erfordert diese Technik weiterhin eine Nitrierungs-Behandlung nach Kalt-Umformen und hat ein Problem, indem eine ausreichende Kosten-Verminderung nicht realisiert werden kann.
Außerdem wurde ein warm-gewalztes Stahlblech mit einer Zusammensetzung, enthaltend C: 0,10% oder weniger, Si: weniger als 0,01%, Mn: 1,5% oder weniger, und Al: 0,20% oder weniger, enthaltend (Ti + Nb)/2: von 0,05 bis 0,50% und enthaltend S: 0,005% oder weniger, N: 0,005% oder weniger und O: 0,004% oder weniger, wobei die Summe von S, N und O 0,0100% oder weniger ist, wobei die Mikrostruktur im Wesentlichen eine Ferrit-Einzel-Phase von 95% oder mehr ist, vorgeschlagen. Dieses warm-gewalzte Stahlblech wird als ausgezeichnet in der Genauigkeit der Abmessungen einer fein-geschnittenen Oberfläche, um nach Umformen sehr hohe Oberflächen-Härte von der fein-geschnittenen Oberfläche zu sichern, angenommen und auch als ausgezeichnet in der Beständigkeit gegen rote Ablagerungs-Fehler angenommen (siehe Patent-Dokument 4).
Jedoch unterscheidet sich dieses warm-gewalzte Stahlblech, bei dem N auf einen sehr niedrigen Gehalt als ein schädliches Element begrenzt ist, in der technischen Idee völlig von dem warm-gewalzten Stahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem N positiv angewendet wird.
VERWANDTER STAND DER TECHNIK
PATENT-DOKUMENT

Patent-Dokument 1: JP-A-10-306345
Patent-Dokument 2: JP-A-2009-228125
Patent-Dokument 3: JP-A-2007-162138
Patent-Dokument 4: JP-A-2004-137607

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
Durch Beachten dieser Umstände wurde die vorliegende Erfindung ausgeführt und eine Aufgabe davon ist es, ein warm-gewalztes Stahlblech bereitzustellen, das während des Umformens gute Kalt-Verarbeitbarkeit zeigt und das vorbestimmte Oberflächen-Eigenschaften und Härte nach Umformen zeigt.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABEN
Die in Anspruch 1 beschriebene Erfindung ist ein warm-gewalztes Stahlblech, das in der Kalt-Verarbeitbarkeit sowie in den Oberflächen-Eigenschaften und der Härte nach Umformen ausgezeichnet ist, wobei:
die Blechdicke von 3 bis 20 mm beträgt;
die Komponenten-Zusammensetzung in Masse-% (das Gleiche gilt nachstehend für chemische Komponenten) umfasst
C: 0,3% oder weniger (0% ausgenommen),
Si: 0,5% oder weniger (0% ausgenommen),
Mn: von 0,2 bis 1%,
P: 0,05% oder weniger (0% ausgenommen),
S: 0,05% oder weniger (0% ausgenommen),
Al: von 0,01 bis 0,1%, und
N: von 0,008 bis 0,025%,
mit einem Rest, der Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen ist, wobei gelöster N: 0,007% oder mehr und
der Gehalt von C und N der Beziehung von 10C + N ≤ 3,0 genügt;
die Mikrostruktur, in Bezug auf das Flächenverhältnis, bezogen auf die gesamte Mikrostruktur,
bainitischen Ferrit: 5% oder mehr,
Pearlit: weniger als 20% und
Rest: polygonaler Ferrit, umfasst
und
eine mittlere Korngröße des bainitischen Ferrits im Bereich von 3 bis 50 μm liegt.
Die in Anspruch 2 beschriebene Erfindung ist ein warm-gewalztes Stahlblech nach Anspruch 1, wobei die Komponenten-Zusammensetzung weiterhin mindestens ein Mitglied von den nachstehenden (a) bis (e) umfasst:

(a) mindestens eines von Cr: 2% oder weniger (0% ausgenommen) und Mo: 2% oder weniger (0% ausgenommen),
(b) mindestens ein Mitglied, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ti: 0,2% oder weniger (0% ausgenommen), Nb: 0,2% oder weniger (0% ausgenommen) und V: 0,2% oder weniger (0% ausgenommen),
(c) B: 0,005% oder weniger (0% ausgenommen),
(d) mindestens ein Mitglied, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cu: 5% oder weniger (0% ausgenommen), Ni: 5% oder weniger (0% ausgenommen) und Co: 5% oder weniger (0% ausgenommen), und
(e) mindestens ein Mitglied, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ca: 0,05% oder weniger (0% ausgenommen), REM: 0,05% oder weniger (0% ausgenommen), Mg: 0,02% oder weniger (0% ausgenommen), Li: 0,02% oder weniger (0% ausgenommen), Pb: 0,5% oder weniger (0% ausgenommen), und Bi: 0,5% oder weniger (0% ausgenommen).

VORTEIL DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einer Mikrostruktur, hauptsächlich zusammengesetzt aus bainitischem Ferrit mit einer vorbestimmten mittleren Korngröße + polygonalem Ferrit, die gelöste Menge N gesichert und gleichzeitig genügen der C-Gehalt und der N-Gehalt einer vorbestimmten Beziehung, so dass ein warm-gewalztes Stahlblech, welches in der Formbeständigkeit während des Kalt-Umformens vermindert ist, dabei nicht nur die Lebensdauer einer Metall-Form verlängert, sondern auch kaum das Auftreten von Rissen in einem Stahlblech zulässt, und sichern kann, dass die Teile nach Umformen vorbestimmte Oberflächen-Eigenschaft erhalten und Nach-Umformungs-Härte bereitgestellt werden kann.
AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Das warm-gewalzte Stahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung (hierin anschließend manchmal als ”Stahlblech der vorliegenden Erfindung” oder einfach als ”Stahlblech” bezeichnet) wird nachstehend genauer beschrieben. Das Stahlblech der vorliegenden Erfindung ist mit dem in Patent-Dokument 2 beschriebenen warm-geschmiedeten Material dahingehend gemeinsam, indem die Menge an N, gelöst in Feststoff, gesichert ist und gleichzeitig der C-Gehalt und der N-Gehalt einer vorbestimmten Beziehung genügen, sie unterscheiden sich jedoch dahingehend, dass der C-Gehalt bis zu einem etwas höheren Bereich zugelassen wird, wobei die Mikrostruktur eine Mehr-Phasen-Mikrostruktur von bainitischem Ferrit-polygonalem Ferrit-Pearlit ist und gleichzeitig werden die bainitischen Ferrit-Teilchen verfeinert.
[Dicke von Stahlblech der vorliegenden Erfindung: von 3 bis 20 mm]
Zuerst wird ein Stahlblech mit einer Dicke von 3 bis 20 mm durch das Stahlblech der vorliegenden Erfindung als Ziel gesetzt. Wenn die Blechdicke weniger als 3 mm ist, kann die Steifigkeit als Konstruktion nicht gesichert werden. Wenn andererseits die Blechdicke 20 mm übersteigt, kann die in der vorliegenden Erfindung ausgewiesene Mikrostruktur kaum erzielt werden, und die gewünschten Wirkungen können nicht erhalten werden. Die Blechdicke ist vorzugsweise von 4 bis 19 mm.
Nun wird die Komponenten-Zusammensetzung, die das Stahlblech der vorliegenden Erfindung ausmacht, beschrieben. In dem Nachstehenden sind die Einheiten von chemischen Komponenten alle in Masse-% angegeben.
[Komponenten-Zusammensetzung von Stahlblech der vorliegenden Erfindung]
<C: 0,3% oder weniger (0% ausgenommen)>
C ist ein Element, das die Bildung der Mikrostruktur des Stahlblechs stark beeinflusst und obwohl die Mikrostruktur eine Mehr-Phasen-Mikrostruktur von bainitischem Ferrit-polygonalem Ferrit-Pearlit ist, um eine Mikrostruktur, die auf bainitischem Ferrit-polygonalem Ferrit basiert, mit möglichst wenig Pearlit zu bilden, muss der Gehalt von diesem Element begrenzt sein. Wenn zu viel C enthalten ist, ist die Pearlit-Fraktion in der Stahlblech-Mikrostruktur erhöht, was befürchten lässt, dass die Formbeständigkeit auf Grund von Umform-Härten von Pearlit zu hoch wird. Deshalb ist der C-Gehalt in dem Stahlblech auf 0,3% oder weniger, vorzugsweise 0,25% oder weniger, bevorzugter 0,2% oder weniger, und stärker bevorzugt 0,15% oder weniger begrenzt. Wenn der C-Gehalt jedoch zu klein ist, ist Desoxidation während des Schmelzens von Stahl kaum zu erreichen und gleichzeitig kann der Festigkeit und Härte nach Kalt-Umformen kaum genügt werden. Deshalb ist er vorzugsweise 0,0005% oder mehr, bevorzugter 0,0008% oder mehr und stärker bevorzugt 0,001% oder mehr.
<Si: 0,5% oder weniger (0% ausgenommen)>
Si bildet eine feste Lösung in Stahl, um die Formbeständigkeit des Stahlblechs dabei zu erhöhen und ist somit ein Element, das möglichst stark vermindert werden muss. Um deshalb das Erhöhen in der Formbeständigkeit zu unterdrücken, ist der Si-Gehalt in dem Stahlblech auf 0,5% oder weniger, vorzugsweise 0,45% oder weniger, bevorzugter 0,4% oder weniger und stärker bevorzugt 0,3% oder weniger begrenzt. Wenn jedoch der Si-Gehalt zu klein ist, ist Desoxidation während des Schmelzens schwierig zu erreichen und gleichzeitig kann der Festigkeit und Härte nach Kalt-Umformen kaum genügt werden. Deshalb ist er vorzugsweise 0,005% oder mehr, bevorzugter 0,008% oder mehr und stärker bevorzugt 0,01% oder mehr.
<Mn: von 0,2 bis 1%>
Mn ist ein Element, das Desoxidations- und Entschwefelungs-Wirkungen bei dem Verfahren der Stahl-Herstellung ausübt. Wenn der N-Gehalt in dem Stahlmaterial erhöht ist, wird auf Grund von dynamischer Reckalterung durch Wärme-Erzeugung während des Umformens zudem leicht Rissbildung erzeugt, jedoch hat Mn andererseits bei dieser Gelegenheit eine Wirkung zum Erhöhen der Verarbeitbarkeit und Hemmen von Rissbildung. Um diese Wirkungen wirksam hervorzubringen, ist der Mn-Gehalt in dem Stahlblech 0,2% oder mehr, vorzugsweise 0,22% oder mehr und bevorzugter 0,25% oder mehr. Wenn jedoch der Mn-Gehalt zu groß ist, wird die Formbeständigkeit zu hoch und Segregation tritt auf, unter Erzeugen von Heterogenität in der Mikrostruktur. Deshalb ist er 1% oder weniger, vorzugsweise 0,98% oder weniger und bevorzugter 0,95% oder weniger.
<P: 0,05% oder weniger (0% ausgenommen)>
P ist ein Verunreinigungs-Element, das unvermeidbar in dem Stahl enthalten ist. Es ist ein Element, das, wenn in Ferrit enthalten, an einer Ferrit-Korngrenze segregiert, um die Kalt-Verarbeitbarkeit zu verschlechtern und trägt zum Feste-Lösungs-Härten von Ferrit bei und führt dabei zu einer Erhöhung in der Formbeständigkeit. Deshalb ist der P-Gehalt vorzugsweise im Hinblick auf die Kalt-Verarbeitbarkeit möglichst stark vermindert, wenn aber zu stark vermindert wird, erhöhen sich die Stahl-Herstellungs-Kosten. Deshalb ist in Anbetracht der Verfahrens-Fähigkeit der Gehalt 0,05% oder weniger und vorzugsweise 0,03% oder weniger.
<S: 0,05% oder weniger (0% ausgenommen)>
S ist auch eine unvermeidbare Verunreinigung, in ähnlicher Weise wie P, und ist ein Element, das als FeS an einer Korngrenze in Film-Form ausfällt, womit die die Verarbeitbarkeit verschlechtert wird. Zusätzlich hat dies auch eine Wirkung zur Verursachung von Warmsprödigkeit. In der vorliegenden Erfindung ist von dem Standpunkt des Erhöhens der Verformungs-Eigenschaften der S-Gehalt 0,05% oder weniger und vorzugsweise 0,03% oder weniger. Jedoch ist in der Industrie die Verminderung des S-Gehalts auf 0 schwierig. Da S eine Wirkung zum Erhöhen der Zerspanbarkeit aufweist, wird im Hinblick auf die Zerspanbarkeits-Verstärkung empfohlen, dass es in einer Menge von vorzugsweise 0,002% oder mehr und bevorzugter 0,006% oder mehr enthalten ist.
<Al: von 0,01 bis 0,1%>
Al ist ein wirksames Element für eine Desoxidation bei dem Verfahren der Stahl-Herstellung. Um diese Desoxidations-Wirkung zu erhalten, ist der Al-Gehalt in dem Stahlblech 0,01% oder mehr, vorzugsweise 0,015% oder mehr und bevorzugter 0,02% oder mehr. Wenn jedoch der Al-Gehalt zu groß ist, ist die Zähigkeit vermindert und Rissbildung findet leicht statt. Deshalb ist der Gehalt 0,1% oder weniger, vorzugsweise 0,09% oder weniger und bevorzugter 0,08% oder weniger.
<N: von 0,008 bis 0,025%>
N ist ein wichtiges Element zum Gewinnen von vorbestimmter Festigkeit durch statische Reckalterung nach Umformen. Deshalb ist der N-Gehalt in dem Stahlblech 0,008% oder mehr, vorzugsweise 0,0085% oder mehr und bevorzugter 0,009% oder mehr. Wenn jedoch der N-Gehalt zu groß ist, wird die Wirkung von dynamischer Reckalterung während des Umformens zusätzlich zu statischer Reckalterung wesentlich, und somit ist die Formbeständigkeit erhöht, was ungeeignet ist. Deshalb ist der Gehalt 0,025% oder weniger, vorzugsweise 0,023% oder weniger und bevorzugter 0,02% oder weniger.
<Gelöster N: 0,007% oder mehr>
Wenn eine vorbestimmte Menge an gelöstem N (hierin anschließend als ”gelöste N-Menge” bezeichnet) in dem Stahlblech gesichert ist, kann die statische Reckalterung gefördert werden, ohne die Formbeständigkeit sehr stark zu erhöhen. Um vorbestimmte Festigkeit nach Kalt-Umformen zu sichern, muss die Menge an gelöstem N 0,007% oder mehr sein. Wenn jedoch die Menge an gelöstem N zu groß ist, ist nicht nur die Kalt-Verarbeitbarkeit verschlechtert, sondern auch die Menge an gelöstem N, fixiert zur Umform-Beanspruchung, ist erhöht, und im Ergebnis wird eine SS-Mark leicht erzeugt und die Oberflächen-Eigenschaft ist ebenfalls verschlechtert. Deshalb ist sie vorzugsweise 0,03% oder weniger. In diesem Zusammenhang wird, da der N-Gehalt in dem Stahlmaterial 0,025% oder weniger ist, die gelöste Menge N im Wesentlichen davor bewahrt 0,025% oder mehr zu werden.
Hierin ist die Menge an gelöstem N in der vorliegenden Erfindung eine Menge, bestimmt durch Subtrahieren der Menge der Summe von N-Verbindungen von der Summe der Menge N in dem Stahlblech in Übereinstimmung mit JIS G 1228. Ein Beispiel des praktischen Verfahrens zum Messen der Menge an gelöstem N wird nachstehend beschrieben.
(a) Inert-Gas-Fusions-Verfahren-Wärme-Leitfähigkeits-Verfahren (Messung der Summe der Menge N)
Eine Probe, ausgeschnitten aus einem Test-Material, wird in einem Schmelztiegel angeordnet und in einem Inertgas-Strom geschmolzen, um N zu extrahieren, und der Extrakt wird zu einer Wärme-Leitfähigkeitszelle überführt und die Änderung in der Wärme-Leitfähigkeit gemessen, um die Summe der Menge N zu bestimmen.
(b) Ammoniak-destillative Trennung und Indophenol-Blau-Absorptiometrie (Messung der Menge der Summe von N-Verbindungen)
Eine Probe, ausgeschnitten aus einem Test-Material, wird in einer 10%-igen elektrolytischen Lösung vom AA-Typ gelöst und eine Konstant-Strom-Elektrolyse wird ausgeführt, um die Menge der Summe von N-Verbindungen in dem Stahl zu bestimmen. Die verwendete 10%ige elektrolytische Lösung vom AA-Typ ist eine nichtwässrige elektrolytische Lösung vom Lösungsmittel-Typ, zusammengesetzt aus 10% Aceton und 10% Tetramethylammoniumchlorid, wobei der Rest Methanol ist, und eine Lösung ist, die keinen passiven Film auf der Stahl-Oberfläche bildet.
Etwa 0,5 g der Probe des Test-Materials werden in der 10%-igen elektrolytischen Lösung vom AA-Typ gelöst und der erzeugte unlösliche Rückstand (N-Verbindungen) wird durch ein aus Polycarbonat hergestelltes Filter mit einer Porengröße von 0,1 μm filtriert. Der erhaltene unlösliche Rückstand wird durch Erhitzen in Schwefelsäure, Kaliumsulfat und aus reinem Kupfer hergestellten Schnitzeln zersetzt und das Zersetzungsprodukt wird mit dem Filtrat vereinigt. Die erhaltene Lösung wird mit Natriumhydroxid alkalisch gemacht und dann Dampfdestillation unterzogen und das destillierte Ammoniak wird durch verdünnte Schwefelsäure absorbiert. Weiterhin werden Phenol, Natriumhypochlorit und Natriumpentacyanonitrosylferrat(III) zugegeben, um einen blauen Komplex herzustellen, und die Absorption davon wird unter Verwendung eines Absorptiometers gemessen, um die Menge der Summe an N-Verbindungen zu bestimmen.
Die Menge an gelöstem N kann durch Subtrahieren der Menge der Summe an N-Verbindungen, bestimmt durch das Verfahren (b) von der Summe der Menge an N, bestimmt durch das Verfahren (a), bestimmt werden.
<Gehalt an C und N genügen der Beziehung von 10C + N ≤ 3,0>
In dem Stahlmaterial der vorliegenden Erfindung erhöht gelöstes C die Formbeständigkeit stark und trägt nicht so viel zur statischen Reckalterung bei und andererseits kann das gelöste N die statische Reckalterung fördern, ohne die Formbeständigkeit sehr stark zu erhöhen und hat deshalb eine Wirkung, dass sich Härte nach Umformen erhöhen kann. Deshalb müssen in dem Stahlmaterial der vorliegenden Erfindung, um die Härte nach Umformen ohne Steigern der Formbeständigkeit während des Umformens sehr stark zu erhöhen, der C-Gehalt und der N-Gehalt der Beziehung von 10C + N ≤ 3,0 genügen. Er ist bevorzugt 0,009 ≤ 10C + N ≤ 2,8, bevorzugter 0,01 ≤ 10C + N ≤ 2,5 und stärker bevorzugt 0,01 ≤ 10C + N ≤ 2,0. Von dem Standpunkt der Verfeinerung des Korns in dem warm-gewalzten Stahlblech und Sichern der Formbarkeit des Stahlblechs werden ein C-Gehalt und eine Menge an gelöstem C in gewissem Ausmaß benötigt, wenn aber 10C + N > 3,0, sind die Menge von C und/oder N zu groß, und die Formbeständigkeit wird zu stark. In der vorstehenden Ungleichung wird der Koeffizient von dem C-Gehalt, um das 10-fache des Koeffizienten von dem N-Gehalt eingestellt, unter Berücksichtigung der Tatsache, dass auch wenn der Gehalt gleich ist, der Erhöhungsgrad in der Festigkeit und Formbeständigkeit in dem warm-gewalzten Stahlblech der vorliegenden Erfindung, welcher dem gelösten C zuzuschreiben ist, etwa eine Ziffer (10-fach) größer als jene ist, die dem gelösten N zuzuschreiben ist.
Der Stahl der vorliegenden Erfindung enthält grundsätzlich die vorstehend-beschriebenen Komponenten, wobei der Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen sind, aber zusätzlich können die nachstehenden erlaubbaren Komponenten zugegeben werden, so lange wie die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt wird.
<Cr: 2% oder weniger (0% ausgenommen) und/oder Mo: 2% oder weniger (0% ausgenommen)>
Cr ist ein Element mit einer Wirkung zum Steigern der Korngrenzen-Festigkeit und dabei Verstärken der Verformungs-Eigenschaften des Stahls. Um eine solche Wirkung wirksam hervorzubringen, ist Cr vorzugsweise in einer Menge von 0,2% oder mehr enthalten, jedoch wenn Cr zu viel enthalten ist, kann die Formbeständigkeit erhöht werden, um die Kalt-Verarbeitbarkeit zu vermindern. Deshalb wird empfohlen, dass der Gehalt davon 2% oder weniger, weiterhin 1,5% oder weniger und insbesondere 1% oder weniger ist.
Mo ist ein Element mit einer Wirkung zum Steigern der Härte des Stahlmaterials nach Umformen und der Verformungs-Eigenschaften. Um eine solche Wirkung wirksam hervorzubringen, ist Mo vorzugsweise in einer Menge von 0,04% oder mehr, bevorzugter 0,08% oder mehr enthalten. Wenn jedoch zu viel Mo enthalten ist, kann die Kalt-Verarbeitbarkeit verschlechtert werden. Deshalb wird empfohlen, dass der Gehalt davon 2% oder weniger, weiterhin 1,5% oder weniger und insbesondere 1% oder weniger ist.
<Mindestens ein Mitglied, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ti: 0,2% oder weniger (0% ausgenommen), Nb: 0,2% oder weniger (0% ausgenommen) und V: 0,2% oder weniger (0% ausgenommen)>
Diese Elemente haben eine hohe Affinität für N und sind Elemente, die die Rolle zur Bildung von N-Verbindungen durch gemeinsames Vorliegen mit N, Verfeinerung des Korns von Stahl, Erhöhen der Zähigkeit von einem verarbeiteten, nach Kalt-Umformen erhaltenen Produkt und auch Erhöhen der Reiß-Beständigkeit erfüllen. Auch wenn jedes Element in einer Menge oder dem oberen Grenz-Wert enthalten ist, wird keine Wirkung zum Verbessern der Eigenschaften erhalten. Deshalb wird empfohlen, dass der Gehalt von jedem Element 0,2% oder weniger, weiterhin von 0,001 bis 0,15% und insbesondere von 0,002 bis 0,1% ist.
<B: 0,005% oder weniger (0% ausgenommen)>
In ähnlicher Weise zu vorstehendem Ti, Nb und V hat B eine hohe Affinität für N und ist ein Element, das die Rolle zur Bildung einer N-Verbindung durch gemeinsames Vorliegen mit N, Verfeinerung des Korns von Stahl, Erhöhen der Zähigkeit von einem verarbeiteten, nach Kalt-Umformen erhaltenen Produkt und auch Erhöhen der Reiß-Beständigkeit erfüllen. Deshalb kann in dem Fall, bei dem das Stahlblech der vorliegenden Erfindung B enthält, eine vorbestimmte Menge an gelöstem N gesichert werden, um die Festigkeit nach Kalt-Umformen zu erhöhen. Aus diesem Grund wird empfohlen, dass der Gehalt davon 0,005% oder weniger, weiterhin von 0,0001 bis 0,0035% und insbesondere von 0,0002 bis 0,002% ist.
<Mindestens ein Mitglied, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cu: 5% oder weniger (0% ausgenommen), Ni: 5% oder weniger (0% ausgenommen) und Co: 5% oder weniger (0% ausgenommen)>
Alle von diesen Elementen haben eine Wirkung zum Härten von Stahlmaterial durch Reckalterung und sind Elemente, die beim Verstärken der Nach-Umform-Festigkeit wirksam sind. Um eine solche Wirkung wirksam hervorzubringen, ist jedes von diesen Elementen vorzugsweise in einer Menge von 0,1% oder mehr und weiterhin 0,3% oder mehr enthalten. Wenn jedoch der Gehalt von jedem von diesen Elementen viel zu groß ist, kann die Wirkung des Härtens von Stahlmaterial durch Reckalterung und weiterhin die Wirkung des Erhöhens der Nach-Umform-Festigkeit gesättigt sein, oder die Rissbildung kann gefördert werden. Deshalb wird empfohlen, dass jedes von ihnen 5% oder weniger, weiterhin 4% oder weniger und insbesondere 3% oder weniger ist.
<Mindestens ein Mitglied, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ca: 0,05% oder weniger (0% ausgenommen), REM: 0,05% oder weniger (0% ausgenommen), Mg: 0,02% oder weniger (0% ausgenommen), Li: 0,02% oder weniger (0% ausgenommen), Pb: 0,5% oder weniger (0% ausgenommen) und Bi: 0,5% oder weniger (0% ausgenommen)>
Ca ist ein Element zum Kugelglühen eines Sulfid-Verbindungs-basierten Einschlusses, wie MnS, um dabei die Verformungs-Eigenschaften von Stahl zu erhöhen und gleichzeitig zur Verbesserung der Zerspanbarkeit beizutragen. Um eine solche Wirkung wirksam hervorzubringen, ist Ca vorzugsweise in einer Menge von 0,0005% oder mehr und weiterhin 0,001% oder mehr enthalten. Auch wenn zu viel enthalten ist, ist die Wirkung davon gesättigt und eine Wirkung, die mit dem Gehalt übereinstimmt, kann nicht erwartet werden. Deshalb werden 0,05% oder weniger, weiterhin 0,03% oder weniger und insbesondere 0,01% oder weniger empfohlen.
REM ist in ähnlicher Weise zu Ca ein Element zum Kugelglühen eines Sulfid-Verbindungs-basierten Einschlusses, wie MnS, um dabei die Verformungs-Eigenschaften von Stahl zu erhöhen und gleichzeitig zur Verbesserung der Zerspanbarkeit beizutragen. Um eine solche Wirkung wirksam hervorzubringen, ist REM vorzugsweise in einer Menge von 0,0005% oder mehr und weiterhin 0,001% oder mehr enthalten. Auch wenn zu viel enthalten ist, ist die Wirkung davon gesättigt und eine Wirkung, die mit dem Gehalt übereinstimmt, kann nicht erwartet werden. Deshalb werden 0,05% oder weniger, weiterhin 0,03% oder weniger und insbesondere 0,01% oder weniger empfohlen.
Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Begriff ”REM” bedeutet, dass Lanthanoid-Elemente (15 Elemente von La bis Lu) sowie Sc (Scandium) und Y (Yttrium) eingeschlossen sind. Unter diesen Elementen ist es bevorzugt, dass mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus La, Ce und Y, enthalten ist und es ist bevorzugter, dass La und/oder Ce enthalten ist.
Mg ist in ähnlicher Weise zu Ca ein Element zum Kugelglühen bzw. Spheroidizing eines Sulfid-Verbindungs-basierten Einschlusses, wie MnS, um dadurch die Verformungs-Eigenschaften von Stahl zu erhöhen und gleichzeitig zur Verbesserung der Zerspanbarkeit beizutragen. Um eine solche Wirkung wirksam hervorzubringen, ist Mg vorzugsweise in einer Menge von 0,0002% oder mehr und weiterhin 0,0005% oder mehr enthalten. Auch wenn zu viel enthalten ist, ist die Wirkung davon gesättigt und eine Wirkung, die mit dem Gehalt übereinstimmt, kann nicht erwartet werden. Deshalb werden 0,02% oder weniger, weiterhin 0,015% oder weniger und insbesondere 0,01% oder weniger empfohlen.
Li ist in ähnlicher Weise zu Ca ein Element zum Kugelglühen eines Sulfid-Verbindungs-basierten Einschlusses, wie MnS, um die Verstärkung der Verformungs-Eigenschaften von Stahl zu erlauben und zusätzlich zur Verbesserung der Zerspanbarkeit durch Senken des Schmelzpunktes von einem Al-basierten Oxid beizutragen und dabei dasselbe unschädlich zu machen. Um eine solche Wirkung wirksam hervorzubringen, ist Li vorzugsweise in einer Menge von 0,0002% oder mehr und weiterhin 0,0005% oder mehr enthalten. Auch wenn zu viel enthalten ist, ist die Wirkung davon gesättigt und eine Wirkung, die mit dem Gehalt übereinstimmt, kann nicht erwartet werden. Deshalb werden 0,02% oder weniger, weiterhin 0,015% oder weniger und insbesondere 0,01% oder weniger empfohlen.
Pb ist ein Element, das zum Verstärken der Zerspanbarkeit wirksam ist. Um eine solche Wirkung wirksam hervorzubringen, ist Pb vorzugsweise in einer Menge von 0,005% oder mehr und weiterhin 0,01% oder mehr enthalten. Wenn jedoch zu viel enthalten ist, entsteht dort ein Problem bei der Produktion, wie Bildung einer Walzmarkierung. Deshalb werden 0,5% oder weniger, weiterhin 0,4% oder weniger und insbesondere 0,3% oder weniger empfohlen.
Bi ist in ähnlicher Weise zu Pb ein Element, das zum Verstärken der Zerspanbarkeit wirksam ist. Um eine solche Wirkung wirksam hervorzubringen, ist Bi vorzugsweise in einer Menge von 0,005% oder mehr und weiterhin 0,01% oder mehr enthalten. Auch wenn zu viel enthalten ist, ist die Wirkung des Erhöhens der Zerspanbarkeit gesättigt. Deshalb werden 0,5% oder weniger, weiterhin 0,4% oder weniger und insbesondere 0,3% oder weniger empfohlen.
Die Mikrostruktur, die das Stahlblech der vorliegenden Erfindung charakterisiert, wird nachstehend beschrieben.
[Mikrostruktur von Stahlblech der vorliegenden Erfindung]
Wie vorstehend beschrieben, hat das Stahlblech der vorliegenden Erfindung einen Stahl mit einer Mehr-Phasen-Mikrostruktur von bainitischem Ferrit-polygonalem Ferrit-Pearlit als Grundlage und ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der bainitischen Ferrit-Teilchen zu einem speziellen Bereich gesteuert wird.
<Bainitischer Ferrit: 5% oder mehr, Pearlit: weniger als 20% und Rest: polygonaler Ferrit>
Die Mikrostruktur des Stahlblechs der vorliegenden Erfindung ist aus einer Mehr-Phasen-Mikrostruktur von bainitischem Ferrit, polygonalem Ferrit und Pearlit zusammengesetzt. Bainitischer Ferrit hat die Wirkung der Erhöhung der Verarbeitbarkeit während des Kalt-Umformens unter Steigern der Härte nach Umformen und gleichzeitig Unterdrücken der Erzeugung von einer Fließfigur. Um eine solche Wirkung wirksam hervorzubringen, ist der Gehalt davon in Bezug auf das Flächenverhältnis 5% oder mehr, vorzugsweise 10% oder mehr und bevorzugter 15% oder mehr. Wenn ein Überschuss von Pearlit vorliegt, verschlechtert sich die Formbarkeit des Stahlblechs. Deshalb ist Pearlit in Bezug auf das Flächenverhältnis weniger als 20%, vorzugsweise 19% oder weniger, bevorzugter 18% oder weniger und stärker bevorzugt 15% oder weniger. Der Rest ist polygonaler Ferrit.
Zusätzlich zu der vorstehend-beschriebenen Mikrostruktur liegt auch eine Zementit-Phase in der Mikrostruktur des Stahlblechs der vorliegenden Erfindung vor, jedoch ist seine Menge sehr klein, wie etwa 1% oder weniger allenfalls in Bezug auf das Flächenverhältnis. Deshalb werden in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung entsprechende Flächenverhältnisse von bainitischem Ferrit, polygonalem Ferrit und Pearlit als jene definiert, die derart ausgewiesen sind, dass die Summe vom Flächenverhältnis von diesen drei Phasen 100% ist.
<Mittlere Korngröße von bainitischem Ferrit: im Bereich von 3 bis 50 μm>
Die mittlere Korngröße von bainitischem Ferrit, der die bainitische Ferrit-Mikrostruktur ausmacht, muss im Bereich von 3 bis 50 μm liegen, um so die Verarbeitbarkeit des Stahlblechs zu verstärken und der Oberflächen-Eigenschaft nach Umformen zu genügen. Wenn die bainitischen Ferrit-Teilchen übermäßig fein sind, wird die Formbeständigkeit zu hoch. Deshalb ist die mittlere Korngröße davon 3 μm oder mehr, vorzugsweise 4 μm oder mehr und bevorzugter 5 μm oder mehr. Wenn andererseits der bainitische Ferrit zu stark vergröbert ist, ist die Oberflächen-Eigenschaft nach Umformen verschlechtert und zusätzlich sind die Zähigkeit, Ermüdungs-Eigenschaft usw. vermindert. Deshalb ist die mittlere Korngröße davon 50 μm oder weniger, vorzugsweise 45 μm oder weniger und bevorzugter 40 μm oder weniger.
[Verfahren zum Messen des Flächenverhältnisses von jeder Phase]
Wie für das Flächenverhältnis von jeder vorstehenden Phase wird jedes Test-Stahlblech Nital-Ätzen unterzogen, und fünf visuelle Felder werden durch ein Raster-Elektronenmikroskop (SEM, Vergrößerung: 1000-fach) fotografiert und im Ergebnis können entsprechende Prozentsätze von bainitischem Ferrit, polygonalem Ferrit und Pearlit durch ein Punkte-Zähl-Verfahren bestimmt werden.
Hierin wird der bainitische Ferrit als ein Ferrit-Teilchen definiert, das in der Bainit(insgesamt als oberer Bainit und unterer Bainit bezeichnet)-Mikrostruktur vorliegt, in welcher das Korn in einer axial länglichen Form ist (siehe Tadashi Furuhara, ”Current Opinion an Definition of Bainite Structure in Steels”, Netsu Shori, Bd. 50, Nr. 1, Februar 2010, S. 22–27) und das Aspektverhältnis (Hauptachsen/Nebenachsen-Verhältnis) 2 oder mehr ist. Zusätzlich wird der polygonale Ferrit als ein Ferrit-Teilchen definiert, in welchem das Korn in einer gleichachsigen Form ist und das Aspektverhältnis (Hauptachsen/Nebenachsen-Verhältnis) weniger als 2 ist.
[Verfahren zum Messen der mittleren Korngröße]
Die mittlere Korngröße des vorstehend genannten bainitischen Ferrits kann wie nachstehend gemessen werden. Das heißt, die Korngrößen von bainitischem Ferrit liegen in drei Teilen vor, d. h. ein äußerster Schichtteil, ein Teil bei 1/4 der Blechdicke und ein mittiger Teil in der Blechdicken-Richtung, werden gemessen. Wie zu der Korngröße von einem bainitischen Ferrit-Teilchen wird der Seiten-Oberflächenteil in der Walzrichtung bei jedem Mess-Teilbereich Nital-Ätzen unterzogen, fünf visuelle Felder der entsprechenden Region werden durch ein Raster-Elektronenmikroskop (SEM; Vergrößerung: 1000-fach) fotografiert, und der Durchmesser, der den Schwerpunkt von dem bainitischen Ferrit-Korn einschließt, wird durch Bildanalyse bestimmt und als die mittlere Korngröße definiert.
Ein bevorzugtes Herstellungs-Verfahren zum Gewinnen des vorstehend-beschriebenen Stahlblechs der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben.
[Bevorzugtes Verfahren zum Herstellen von Stahlblech der vorliegenden Erfindung]
Die Herstellung des Stahlblechs der vorliegenden Erfindung kann gemäß beliebigen Verfahren durchgeführt werden solange es ein Verfahren ist, das einen Rohmaterial-Stahl mit der vorstehend-beschriebenen chemischen Zusammensetzung in einer gewünschten Dicke bilden kann. Zum Beispiel kann es mit einem Verfahren durchgeführt werden, in welchem unter nachstehenden Bedingungen ein geschmolzener Stahl mit der vorstehend-beschriebenen Komponenten-Zusammensetzung in einem Konverter hergestellt, Ingot-Herstellung oder kontinuierlichem Gießen unterzogen wird, um eine Bramme zu bilden, und dann zu einem warm-gewalzten Stahlblech mit einer gewünschten Dicke gewalzt wird.
[Herstellung von geschmolzenem Stahl]
Der N-Gehalt in dem geschmolzenen Stahl kann durch Zugeben eines N-Verbindung-enthaltenden Rohmaterials zu dem geschmolzenen Stahl und/oder Steuern der Atmosphäre des Konverters zu einer N₂-Atmosphäre während des Schmelzens in dem Konverter eingestellt werden.
[Erhitzen]
Erhitzen vor dem Warm-Walzen wird bei 1100 bis 1300°C ausgeführt. Bei diesem Erhitzen ist eine Hoch-Temperatur-Heiz-Bedingung notwendig, um keine N-Verbindung herzustellen und möglichst viel N im Feststoff zu lösen. Wie für die Heiz-Temperatur ist die untere Grenze vorzugsweise 1100°C und bevorzugter ist die untere Grenze 1150°C. Andererseits ist eine Temperatur höher als 1300°C betriebsbedingt schwierig.
[Warm-Walzen]
Warm-Walzen wird derart ausgeführt, dass die Glatt-Walz-Temperatur 880°C oder höher ist. Wenn die Glatt-Walz-Temperatur zu gering ist, findet Ferrit-Umwandlung bei einer hohen Temperatur statt, was zum Vergröbern des ausgefällten Carbids in Ferrit führt (gemeinsam bezugnehmend auf bainitischen Ferrit und polygonalen Ferrit), und die Ermüdungs-Festigkeit verschlechtert ist. Deshalb ist eine Glatt-Walz-Temperatur notwendig, die nicht geringer als ein bestimmtes Niveau ist. Die Glatt-Walz-Temperatur ist bevorzugter 900°C oder mehr, um so die Austenit-Teilchen zu vergröbern und dabei die Korngröße von bainitischem Ferrit zu einem bestimmten Ausmaß zu erhöhen. Die obere Grenze der Glatt-Walz-Temperatur ist 1000°C, weil Temperatur-Sicherstellung schwierig ist.
Die Dicke des warm-gewalzten Stahlblechs der vorliegenden Erfindung ist von 3 bis 20 mm. Um das bainitische Ferrit-Korn zu verfeinern und dabei die mittlere Korngröße davon so zu steuern, dass sie in einen vorbestimmten Korngrößenbereich fällt, muss nicht nur die Walz-Temperatur wie vorstehend gesteuert werden, sondern auch die letzte Walz-Verminderung durch Tandem-Walzen in dem Glattwalzen muss gesteuert werden, damit sie 15% oder mehr ist. Gewöhnlich werden bei dem Glattwalzen Tandem-Walzungen von 5 bis 7 Durchgängen durchgeführt, wobei der Durchgangs-Plan von dem Standpunkt der Bekämpfung von Walzstau des Blechs eingestellt wird und die Fertigwalz-Verminderung bis zu ungefähr von 12 bis 13% ist. Die Fertigwalz-Verminderung ist vorzugsweise 16% oder mehr und bevorzugter 17% oder mehr. Wenn die Fertigwalz-Verminderung höher ist, z. B. 20% oder 30%, wird die Wirkung von mehr Verfeinerung des Korns erhalten, jedoch im Hinblick auf die Walz-Steuerung ist die obere Grenze mit etwa 30% ausgewiesen.
[Schnelles Kühlen nach Warm-Walzen]
Nach der Beendigung des Glattwalzens wird das Blech mit einer Kühlrate (erste Kühlrate) von 20°C/s oder mehr innerhalb 5 Sekunden schnell gekühlt und das schnelle Kühlen wird bei einer Temperatur (Schnell-Kühl-Stopp-Temperatur) von 550°C oder mehr und weniger als 650°C gestoppt. Dies wird ausgeführt, um eine Mehr-Phasen-Mikrostruktur von bainitischem Ferrit-polygonalem Ferrit-Pearlit mit vorbestimmten Phasen-Fraktionen zu erhalten. Wenn die Kühlrate (schnelle Kühlrate) weniger als 20°C/s ist, wird Pearlit-Umwandlung gefördert und wenn die Schnell-Kühl-Stop-Temperatur weniger als 550°C ist, wird Bainit-Umwandlung unterdrückt. In beiden Fällen kann ein bainitischer Ferrit-polygonaler Ferrit-Pearlit-Stahl mit vorbestimmten Phasen-Fraktionen kaum erhalten werden und die Kalt-Verarbeitbarkeit oder Oberflächen-Qualität nach Umformen ist verschlechtert. Wenn andererseits die Schnell-Kühl-Stop-Temperatur 650°C oder mehr ist, ist das ausgefällte Carbid in Ferrit vergröbert und die Ermüdungs-Festigkeit ist vermindert. Die Schnell-Kühl-Stop-Temperatur ist vorzugsweise von 560 bis 640°C und bevorzugter von 580 bis 620°C.
[Langsames Kühlen nach Stoppen von Schnell-Kühlen]
Nach Stoppen des Schnell-Kühlens wird das Blech durch Stehenlassen zum Kühlen oder Luft-Kühlen bei einer Kühlrate (langsame Kühlrate) von 10°C/s oder weniger für 5 bis 20 Sekunden langsam gekühlt. Folglich wird das ausgefällte Carbid im Ferrit geeignet verfeinert, sodass die polygonale Ferrit-Bildung ausreichend ablaufen kann. Wenn die Kühlrate 10°C/s übersteigt oder die langsame Kühlzeit weniger als 5 Sekunden ist, wird die Menge von polygonalem Ferrit unzureichend gebildet, während wenn die langsame Kühlzeit 20 Sekunden übersteigt, ist das ausgefällte Carbid nicht vergröbert und die Ermüdungs-Festigkeit ist verschlechtert.
[Schnelles Kühlen und Aufwickeln nach langsamem Kühlen]
Nach dem langsamen Kühlen wird das Blech bei einer Kühlrate (zweite schnelle Kühlrate) von 20°C/s oder mehr erneut schnell gekühlt und bei 500 bis 600°C aufgewickelt. Dies wird ausgeführt, damit eine bainitischer Ferrit+Ferrit-basierte-Mikrostruktur gebildet wird und somit Kalt-Verarbeitbarkeit gewährleistet ist. Wenn die Kühlrate (zweite schnelle Kühlrate) weniger als 20°C/s ist oder die Aufwickeltemperatur 600°C übersteigt, ist die Kalt-Verarbeitbarkeit auf Grund der Bildung einer großen Menge Pearlit verschlechtert, während wenn sie weniger als 500°C ist, ist die Menge von gebildetem bainitischem Ferrit unzureichend und die Oberflächen-Qualität nach Umformen ist verschlechtert.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend genauer durch Bezugnehmen auf Beispiele beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die nachstehenden Beispiele begrenzt und kann durch geeignetes Vornehmen von Änderungen ausgeführt werden so lange wie sie in Übereinstimmung mit dem hierin vorstehend und hierin nachstehend beschriebenen Gedanken sind, wobei alle davon in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind.
BEISPIELE
Stahl mit einer in nachstehender Tabelle 1 gezeigten Komponenten-Zusammensetzung wurde durch ein Vakuum-Schmelz-Verfahren geschmolzen und zu einem Ingot mit einer Dicke von 120 mm gegossen, welcher Warm-Walzen unter in nachstehender Tabelle 2 gezeigten Bedingungen unterzogen wurde, um ein warm-gewalztes Stahlblech herzustellen. Bei jedem Test war die Kühlrate bis zum Stoppen von schnellem Kühlen nach der Beendigung von Glattwalzen 20°C/s oder mehr, und das Kühlen nach Stoppen des schnellen Kühlens hatte die Bedingungen, in welchen ein langsames Kühlen bei einer Kühlrate von 10°C/s oder weniger für 5 bis 20 s ausgeführt wird.
Die so erhaltenen warm-gewalzten Stahlbleche wurden hinsichtlich des gelösten N-Gehalts, des Flächenverhältnisses von jeder Phase in der Stahlblech-Mikrostruktur und der mittleren Korngröße von bainitischem Ferrit durch entsprechende Mess-Verfahren, die vorstehend in ”AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG” beschrieben wurden, untersucht.
Zusätzlich wurden jene warm-gewalzten Stahlbleche wie nachstehend auf die Kalt-Verarbeitbarkeit sowie die Oberflächen-Qualität und Härte nach Umformen bewertet.
(Bewertung von Kalt-Verarbeitbarkeit)
Die Kalt-Verarbeitbarkeit wurde, basierend auf dem Grad an Kaltumformung, definiert durch den Unterschied in der Härte bei dem Proben-Mittelteil zwischen vor und nach Umformen, bewertet. Zuerst wurde das warm-gewalzte Stahlblech einem Umformtest unter Verwendung eines Umform-Reproduzierungstesters (hergestellt von Fuji Electronic Industrial Co., Ltd, Thermecmaster Z) unter den Bedingungen von Umformtemperatur: Raumtemperatur, Walz-Verminderung: 70% und Umformgeschwindigkeit: 10/s unterzogen. Die Form von dem Umform-Prüfstück wurde gemäß der Blechdicke eingestellt, so dass das Durchmesser/Höhe-Verhältnis im Wesentlichen konstant wurde, z. B. ϕ8 mm × 12 mm, ϕ6 mm × 10 mm oder ϕ4 mm × 6 mm. Bei der Messung der Härte wurde die Vickers-Härte (Hv) von jedem Umform-Prüfstück vor und nach dem vorstehenden Umformtest unter Verwendung eines Vickers-Härtetesters und Einstellen der Mess-Position bei 1/4 Anteil (Position in der Mitte zwischen dem Zentrum und dem äußeren Umfang) in der Kreis-Durchmesser-Richtung bei dem mittigen Teil in der Kompressions-Richtung von dem Umform-Prüfstück, unter den Bedingungen von Last: 500 g und Anzahl von Messungen: 5, gemessen und entsprechende Durchschnitte wurden als Vor-Umformungs-Härte und Nach-Umformungs-Härte bezeichnet.
Dann wurde die Kalt-Verarbeitbarkeit, wie vorstehend beschrieben, basierend auf der Menge von durch ”Nach-Umformungs-Härte – Vor-Umformungs-Härte” definierte Kaltumformung, bewertet. Ein hoher Grad an Kaltumformung bedeutet bessere Verarbeitbarkeit und 80 Hv oder mehr wurde als bestanden eingeschätzt.
(Bewertung von Härte nach Umformen)
Als die Bewertung von Härte nach Umformen wurde die Bewertung, basierend auf der vorstehend-beschriebenen Nach-Umformungs-Härte, gemessen nach dem Umformtest, ausgeführt und Proben-Prüfstücke von 250 Hv oder mehr wurden als bestanden eingeschätzt.
(Bewertung von Oberflächen-Qualität nach Umformen)
Die Oberflächen-Qualität nach Umformen wurde durch das Vorliegen oder die Abwesenheit von SS-Mark-Erzeugung nach einem Zugversuch bewertet. Für diesen Zweck wurde ein Prüfstück Nr. 5 (25 mm × 50 mm × [von Blech-Oberfläche bis Mitte in der Blechdicken-Richtung (die Blechdicke wurde unter Berücksichtigung der Kapazität des Zugtesters eingestellt)]) von JIS Z 2201 in einer Richtung rechtwinklig zu der Walz-Richtung beurteilt und einem Zugtest, basierend auf JIS Z 2241 (1980) (Verfahren für einen Zugversuch eines Metallmaterials) unter den Bedingungen von Raumtemperatur von 20°C und einer Anfangs-Kreuzkopfgeschwindigkeit von 600 mm/min bis die Belastungshöhe 15% erreichte, unterzogen. Das Vorliegen oder die Abwesenheit einer SS-Mark-Erzeugung auf der Oberfläche des Prüfstücks nach dem Zugversuch wurde ausgeführt, um durch Schleifen der Prüfstück-Oberfläche mit einem Schleifstein sichtbar gemacht und mit dem Auge bewertet. Das Proben-Prüfstück wurde als bestanden eingeschätzt, wenn keine SS-Mark erzeugt wurde, und als durchgefallen eingeschätzt, wenn eine SS-Mark erzeugt wurde.
Diese Mess-Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt. [Tabelle 1]
(-: nicht zugegeben, unterstrichen: außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung) [Tabelle 2]
(unterstrichen: außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, *: außerhalb des empfohlenen Bereichs) [Tabelle 31
(unterstrichen: außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, *: außerhalb des empfohlenen Bereichs,
BF: bainitischer Ferrit, PF: polygonaler Ferrit, P: Pearlit,
-: nicht gemessen, weil während des Umformtests vor dem Erreichen der vorbestimmten Walz-Verminderung Rissbildung erzeugt wurde,
Stahl der Erfindung: [keine SS-Mark-Erzeugung] und [Nach-Umformungs-Härte nach Umformen ≥ 250 Hv] und [Grad an Kaltumformung ≥ 80 Hv],
Vergleichs-Stahl: wenn den vorstehend-beschriebenen Bedingungen des Stahls der Erfindung nicht genügt wird) (Tabelle 3 fortgesetzt)
(unterstrichen: außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, *: außerhalb des empfohlenen Bereichs,
BF: bainitischer Ferrit, PF: polygonaler Ferrit, P: Pearlit,
-: nicht gemessen, weil während des Umformtests vor dem Erreichen der vorbestimmten Walz-Verminderung Rissbildung erzeugt wurde,
Stahl der Erfindung: [keine SS-Mark-Erzeugung] und [Nach-Umformungs-Härte nach Umformen ≥ 250 Hv] und [Grad an Kaltumformung ≥ 80 Hv],
Vergleichs-Stahl: wenn den vorstehend-beschriebenen Bedingungen des Stahls der Erfindung nicht genügt wird)
Wie in Tabelle 3 gezeigt, wurde jeder von Stahl Nrn. 1 bis 3, 7 bis 14 und 25 bis 28 unter Verwendung einer Stahl-Art hergestellt, die den für die Komponenten-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung unter den empfohlenen Warm-Walz-Bedingungen ausgewiesenen Erfordernissen genügte, und im Ergebnis konnte bestätigt werden, dass dieser ein Stahl der Erfindung, der die für die Mikrostruktur der vorliegenden Erfindung ausgewiesenen Erfordernisse erfüllt, sind, wobei alle von der Oberflächen-Eigenschaft nach Umformen, der Nach-Umformungs-Härte und dem Grad an Kaltumformung die Qualitäts-Vorschriften erfüllen und ein warm-gewalztes Stahlblech, das während Umformen gute Kalt-Verarbeitbarkeit zeigt und das vorbestimmte Oberflächen-Qualität und Härte (Festigkeit) nach Umformen zeigt, erhalten werden kann.
Andererseits sind Stahl Nrn. 4 bis 6, 15 bis 24 und 29 Vergleichs-Stähle, die in mindestens einem der für die Komponenten-Zusammensetzung und die Mikrostruktur in der vorliegenden Erfindung ausgewiesenen Erfordernisse nicht genügen, wobei mindestens eines von der Oberflächen-Eigenschaft nach Umformen, der Nach-Umformungs-Härte und deshalb dem Grad an Kaltumformung nicht die Qualitäts-Vorschrift erfüllen.
Zum Beispiel genügt Stahl Nr. 4 den Erfordernissen für die Komponenten-Zusammensetzung, da jedoch die Heiz-Temperatur vor Warm-Walzen außerhalb des empfohlenen Bereichs liegt und zu niedrig ist, ist die Menge an gelöstem N unzureichend und deshalb die Nach-Umformungs-Härte schlechter.
Stahl Nr. 5 genügt den Erfordernissen für die Komponenten-Zusammensetzung, da jedoch die Blechdicke nach Warm-Walzen außerhalb des ausgewiesenen Bereichs ist und zu groß ist, fehlt der bainitische Ferrit, ist jedoch andererseits vergröbert, und deshalb sind die Nach-Umformungs-Härte und der Grad an Kaltumformung schlecht.
Stahl Nr. 6 genügt den Erfordernissen für die Komponenten-Zusammensetzung, da jedoch die Fertigwalz-Verminderung während des Warm-Walzens außerhalb des empfohlenen Bereichs liegt und zu klein ist, ist zu wenig bainitischer Ferrit, der aber andererseits vergröbert ist, und deshalb sind sowohl die Nach-Umformungs-Härte als auch der Grad an Kaltumformung schlecht.
In Stahl Nr. 15 (Stahl-Art j), bei dem die Warm-Walz-Bedingungen in dem empfohlenen Bereich liegen, aber der N-Gehalt zu gering ist, sind sowohl die Nach-Umformungs-Härte als auch der Grad an Kaltumformung schlecht.
Andererseits in Stahl Nr. 16 (Stahl-Art k), bei dem die Warm-Walz-Bedingungen in dem empfohlenen Bereich liegen, aber der N-Gehalt zu hoch ist, ist nicht nur die Kalt-Verarbeitbarkeit, sondern auch die Oberflächen-Eigenschaft nach Umformen schlecht.
In Stahl Nr. 17 (Stahl-Art l), bei dem die Warm-Walz-Bedingungen in dem empfohlenen Bereich liegen, aber der C-Gehalt zu hoch ist und dem Erfordernis von 10C + N ≤ 3,0 nicht genügt wird, wird Pearlit übermäßig gebildet und ist nicht nur die Kalt-Verarbeitbarkeit, sondern die Oberflächen-Eigenschaft nach Umformen schlecht.
In Stahl Nr. 18 (Stahl-Art m), bei dem die Warm-Walz-Bedingungen in dem empfohlenen Bereich liegen, aber der Si-Gehalt zu hoch ist, ist mindestens die Kalt-Verarbeitbarkeit schlecht.
In Stahl Nr. 19 (Stahl-Art n), bei dem die Warm-Walz-Bedingungen in dem empfohlenen Bereich liegen, aber der Mn-Gehalt zu gering ist, sind sowohl die Nach-Umformungs-Härte als auch der Grad an Kaltumformung schlecht.
Andererseits in Stahl Nr. 20 (Stahl-Art o), bei dem die Warm-Walz-Bedingungen in dem empfohlenen Bereich liegen, aber der Mn-Gehalt zu hoch ist, ist mindestens die Kalt-Verarbeitbarkeit schlecht.
In Stahl Nr. 21 (Stahl-Art p), bei dem die Warm-Walz-Bedingungen in dem empfohlenen Bereich liegt, aber der P-Gehalt zu hoch ist, ist mindestens die Kalt-Verarbeitbarkeit schlecht.
In Stahl Nr. 22 (Stahl-Art q), bei dem die Warm-Walz-Bedingungen in dem empfohlenen Bereich liegen, aber der S-Gehalt zu hoch ist, ist mindestens die Kalt-Verarbeitbarkeit schlecht.
In Stahl Nr. 23 (Stahl-Art r), bei dem die Warm-Walz-Bedingungen in dem empfohlenen Bereich liegen, aber der Al-Gehalt zu gering ist, ist mindestens die Kalt-Verarbeitbarkeit schlecht.
In Stahl Nr. 24 (Stahl-Art s), bei dem die Warm-Walz-Bedingungen, ausgenommen für die Fertigwalz-Verminderung in dem empfohlenen Bereich liegen, aber der Al-Gehalt zu hoch ist, ist mindestens die Kalt-Verarbeitbarkeit schlecht.
Andererseits in Stahl Nr. 29 (Stahl-Art x), bei dem die Warm-Walz-Bedingungen in dem empfohlenen Bereich liegen, aber dem Erfordernis von 10C + N ≤ 3,0 nicht genügt, sind nicht nur die Kalt-Verarbeitbarkeit, sondern auch die Oberflächen-Eigenschaften nach dem Umformen schlecht.
Aus dem Vorstehenden konnte die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung bestätigt werden.
Während die Erfindung genauer und mit Bezug auf die ausgewiesenen Ausführungsformen davon beschrieben wurde, wird es dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen darin vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Diese Anmeldung basiert auf der Japanischen Patent-Anmeldung (Patent-Anmeldung Nr. 2013-183091) , eingereicht am 4. September 2013, deren Inhalt hierin durch diesen Hinweis einbezogen ist.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Das warm-gewalzte Stahlmaterial der vorliegenden Erfindung ist z. B. für verschiedene Teile von Kraftfahrzeugen (zum Beispiel Umlenkteile, wie Zahnrad bzw. Getriebe, und Gehäuse) verwendbar und kann ein leichteres Gewicht und höhere Festigkeit realisieren.

Claims

Warm-gewalztes Stahlblech, das in der Kalt-Verarbeitbarkeit sowie in der Oberflächen-Eigenschaft und Härte nach Umformen ausgezeichnet ist, wobei: die Blechdicke von 3 bis 20 mm ist; die Komponenten-Zusammensetzung in Masse-% (hierin gilt das Gleiche für chemische Komponenten) umfasst C: 0,3% oder weniger (0% ausgenommen), Si: 0,5% oder weniger (0% ausgenommen), Mn: von 0,2 bis 1%, P: 0,05% oder weniger (0% ausgenommen), S: 0,05% oder weniger (0% ausgenommen), Al: von 0,01 bis 0,1%, und N: von 0,008 bis 0,025%, mit einem Rest, der Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen ist, wobei gelöster N: 0,007% oder mehr und der Gehalt an C und N der Beziehung von 10C + N ≤ 3,0 genügt; eine Mikrostruktur, in Bezug auf das Flächenverhältnis, bezogen auf die gesamte Mikrostruktur, bainitischen Ferrit: 5% oder mehr, Pearlit: weniger als 20% und Rest: polygonaler Ferrit, umfasst, und die mittlere Korngröße des bainitischen Ferrits im Bereich von 3 bis 50 μm liegt.
Warm-gewalztes Stahlblech nach Anspruch 1, wobei die Komponenten-Zusammensetzung weiterhin mindestens ein Mitglied der nachstehenden (a) bis (e) umfasst: (a) mindestens eines von Cr: 2% oder weniger (0% ausgenommen) und Mo: 2% oder weniger (0% ausgenommen), (b) mindestens ein Mitglied, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ti: 0,2% oder weniger (0% ausgenommen), Nb: 0,2% oder weniger (0% ausgenommen) und V: 0,2% oder weniger (0% ausgenommen), (c) B: 0,005% oder weniger (0% ausgenommen), (d) mindestens ein Mitglied, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cu: 5% oder weniger (0% ausgenommen), Ni: 5% oder weniger (0% ausgenommen) und Co: 5% oder weniger (0% ausgenommen), und (e) mindestens ein Mitglied, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ca: 0,05% oder weniger (0% ausgenommen), REM: 0,05% oder weniger (0% ausgenommen), Mg: 0,02% oder weniger (0% ausgenommen), Li: 0,02% oder weniger (0% ausgenommen), Pb: 0,5% oder weniger (0% ausgenommen) und Bi: 0,5% oder weniger (0% ausgenommen).