DE1237329B

DE1237329B - Kaltgewalztes Tiefziehblech oder -band mit bevorzugter Kornorientierung, bei dem die(111)-Ebene parallel zur Walzenebene liegt

Info

Publication number: DE1237329B
Application number: DEK51129A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yoshida
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1962-10-19
Filing date: 1963-10-18
Publication date: 1967-03-23
Also published as: LU44593A1; GB1057124A; SE302469B; US3262821A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C22c

Deutschem.: 40 b-39/54

Nummer: 1237 329

Aktenzeichen: K 51129 VI a/40 b

Anmeldetag: 18. Oktober 1963

Auslegetag: 23. März 1967

Die Erfindung betrifft ein kaltgewalztes Tiefziehblech oder -band aus unberuhigt vergossenem Stahl mit verbesserten Tiefzieheigenschaften, guter Alterungsbeständigkeit und bevorzugter Kornorientierung, bei der die (Ill)-Ebene parallel zur Walzebene liegt.

Bisher wurden mit Aluminium stabilisierte Stahlbleche verwendet, wenn Bleche kaltgewalzt werden sollten, die gut tiefziehbar sind und nicht altern. Die Ausbeute bei mit Aluminium stabilisierten Stahlblechen ist jedoch geringer als beim üblichen unberuhigten Stahl, so daß die Herstellungskosten höher liegen.

Es ist nun ein Stahl bekannt, der weniger als 0,08 ⁰I₀C, 0,18 bis 0,35% Mn, weniger als 0,08% P und weniger als 0,06 % S enthält. Dieser Stahl wird nach dem Thomas-Verfahren hergestellt, bei dem als Ausgangsmaterial ein Roheisen mit hohem Phosphorgehalt verwendet wird, so daß der entstehende Stahl relativ viel Phosphor enthält und daher als Tiefziehblech ungeeignet ist.

Es ist ferner bekannt, die Kaltverformbarkeit von Stählen durch Zugabe von Blei oder Wismut zu verbessern. Durch eine derartige Zugabe von Blei oder Wismut wird nun zwar eine Verbesserung der Kaltverformbarkeit z. B. beim Ziehen von Drähten oder auch beim Pressen oder Schlagen, nicht dagegen beim Tiefziehen von Stahlblechen erreicht.

Ziel der Erfindung ist daher ein kaltgewalztes Blech aus unberuhigtem Stahl mit guten Tiefzieheigenschaften und guter Alterungsbeständigkeit.

Die Tiefziehfähigkeit von Stahlblech wird durch eine bevorzugte Kornorientierung verbessert.

Diese Eigenschaft wird erfindungsgemäß bei einem kaltgewalzten Tiefziehblech erreicht, das aus weniger als 0,02% Kohlenstoff, 0,15 bis 0,6% Mangan, 0,01 bis 0,04% Phosphor, 0,003 bis 0,05% Antimon, Wismut, Niob und Blei einzeln oder zu mehreren, bis zu 0,0025% Stickstoff, Rest Eisen und zufälligen Verunreinigungen besteht.

Das erfindungsgemäße Stahlblech hat eine für gute Tiefzieharbeiten günstige Kristallorientierung und altert nicht, da auch bei langer Lagerung kein Härteanstieg auftritt. Die kristallographische Anordnung entspricht der (111) [110]-Orientierung, wobei die (Ill)-Ebene parallel zur Blechebene ist. In vielen metallurgischen Berichten ist angegeben, daß diese Orientierung für Tiefziehstahlblech vorteilhaft ist.

Die Alterung und die Tiefziehbarkeit werden bekanntlich durch Phosphor günstig beeinflußt. Wenn der Phosphorgehalt einen vorbestimmten Wert überschreitet, dann wird das Stahlblech hart, so daß seine

Kaltgewalztes Tiefziehblech oder -band mit
bevorzugter Kornorientierung, bei dem die
(Ill)-Ebene parallel zur Walzenebene liegt

Anmelder:

Kawasaki Steel Corporation, Hyogo-ken (Japan)

Vertreter:

Dr. F. Zumstein,

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. Ε. Assmarm
und DipL-Chem. Dr. R. Koenigsberger,
Patentanwälte, München 2, Bräuhausstr. 4

Als Erfinder benannt:
Hiroshi Yoshida,

Nobuto-cho, Chiba-shi, Chiba-ken (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 19. Oktober 1962 (46 726)

Duktilität und seine Stoßfestigkeit nach der Bearbeitung ungünstig sind. Als obere Grenze für den Phosphorgehalt bevorzugt man daher 0,04%. Der aus dem Ausgangsmaterial stammende Phosphor hat jedoch keine günstige Wirkung auf die Alterung und Tiefziehbarkeit des Stahlbleches. Der Phosphor muß aus dem schmelzflüssigen Stahl so weit wie möglich während der Stahlherstellung entfernt werden, und anschließend sollte dem Stahl frischer Phosphor zugesetzt werden. Eine Begründung hierfür wurde noch nicht gefunden, jedoch konnte experimentell gezeigt werden, daß es notwendig ist, daß der Phosphorgehalt des schmelzflüssigen Stahls auf wenigstens 0,010% gesenkt wird.

Ein Zusatz von einem oder mehreren der Elemente, wie Antimon, Wismut, Niob oder Blei, ist zur Beseitigung der Alterung nicht so wirksam wie Phosphor, jedoch bewirkt der Zusatz einer sehr kleinen Menge dieser Metalle die Ausbildung einer bevorzugten kristallographischen Orientierung, die für die Tiefziehbarkeit des erfindungsgemäßen, kaltgewalzten Bleches vorteilhaft ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen erläutert:

709 520/337

Beispiel 1

Dieses Beispiel entspricht der Probe Nr. 6 der in den folgenden Tabellen angeführten Bleche.

Der erfindungsgemäße Stahl wird in bekannter Weise aus Schrott und Roheisen in einem bekannten basischen Siemens-Martin-Ofen unter nahezu vollständiger Entfernung von Phosphor mit folgender Zusammensetzung (%) erschmolzen:

C 0,06 P 0,008

Si Spur S 0,013

Mn 0,08

Anschließend werden dem schmelzflüssigen Stahl Ferrophosphor (20% Phosphor), metallisches Antimon und Ferromangan zugesetzt und der Stahl in eine Form gegossen, wobei man einen Gußblock aus unberuhigtem Stahl mit folgender Zusammensetzung (%) erhält:

C 0,08 P 0,032

Si Spur S 0,013

Mn 0,32 Sb 0,018

Anschließend wird der Stahlblock in bekannter Weise warm und kalt gewalzt, wobei man ein kaltgewalztes Stahlband in einer Dicke von 0,8 mm erhält. Die einzelnen Bunde werden dann einer dekarburierenden und denitrierenden Glühbehandlung in einer Atmosphäre ausgesetzt, die aus einem Mischgas aus Wasserstoff und Stickstoff, z. B. 75 % H₂ und 25 % N₂, wobei ein Zusatz von 10% Wasser vorgesehen ist, besteht. Die Bunde werden dann in einem Bund-Glühofen bei 700° C 40 Stunden lang geglüht. Schließlich wird das geglühte Blech in bekannter Weise dressiert, so daß man ein kaltgewalztes Blech erhält, das eine bessere Tiefziehbarkeit und Alterungsbeständigkeit besitzt.

entspricht dem des Beispiels 1. Die Stahlschmelze hat folgende Zusammensetzung (%):

C .
Si .
Mn

0,07
Spur
0,07

P 0,008

S 0,015

30

35

Beispiel 2

Dieses Stahlblech entspricht der Probe Nr. 16 der folgenden Tabellen. Das Stahlherstellungsverfahren

Tabelle I

Anschließend werden Ferrophosphor (20% Phosphor), metallisches Blei und Ferromangan zu dem schmelzflüssigen Stahl zugesetzt, wobei man einen Gußblock aus unberuhigtem Stahl mit folgender Zusammensetzung (%) erhält:

C 0,08 P 0,030

Si Spur S 0,014

Mn 0,34 Pb 0,035

Der Gußblock wird dann ebenso behandelt, wie im Beispiel 1. Auf diese Weise wird ein kaltgewalztes Stahlblech mit besserer Tiefziehfähigkeit und Alterungsbeständigkeit hergestellt.

In der folgenden Tabelle I sind die Herstellungsart und die chemische Zusammensetzung und in Tabelle II die technologischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen und der bekannten Stähle dargestellt. Dabei entspricht die Probe Nr. 1 in der Tabelle einem normale Blech aus unberuhigtem Stahl handelsüblicher Qualität, Nr. 2 einem normalen Blech aus unberuhigtem Stahl, der dekarburiert, denitriert und geglüht ist, und Nr. 3 einem Blech aus mit Aluminium stabilisiertem Stahl, das für Tiefzieharbeiten häufig verwendet wird. Die Proben 4 bis 16 entsprechen Blechen aus kaltgewalztem, unberuhigtem Stahl, die gemäß der Erfindung hergestellt sind.

An mechanischen Eigenschaften sind angegeben: Verhältnis bei bleibender Verformung (R), Kegelnapfwert (K.K.W.), Dehnung (D), Erichsen-Kegelnapfwert (Er.), Zugfestigkeit (Z.F.), Streckgrenze (Str. Gr.), waagerechter Fließbereich (W. F.), waagerechter Fließbereich nach 6 Monaten, Zunahme des waagerechten Fließbereiches während 6 Monaten und die Intensität des Beugungsmaximums der (Ill)-Ebene.

Probe Nr.

Stahl

Glühbehandlung Chemische Zusammensetzung (%)

^c	Mn	P	AI
0,055 0,006	0,32 0,33	0,010 0,010	Spur Spur
0,043 0,013	0,30 0,33	0,008 0,015	0,060 Spur
0,005	0,35	0,017	Spur
0,006	0,32	0,032	Spur
0,007	0,33	0,031	Spur
0,006	0,33	0,015	Spur
0,006	0,33	0,018	Spur
0,008	0,34	0,034	Spur

üblicher, unberuhigter Stahl
üblicher, unberuhigter Stahl

mit Aluminium stabilisierter Stahl

unberuhigter Stahl mit Zusatz von
P und Sb

unberuhigter Stahl mit Zusatz von
P und Bi

übliche Glühbehandlung

Entkohlung, Denitrierung, Glühbehandlung

übliche Glühbehandlung Entkohlung, Denitrierung, Glühbehandlung

Entkohlung, Denitrierung, Glühbehandlung

TabelleI (Fortsetzung)

Probe Nr.
11	unberuhigter P IinrI Tii
12	unberuhigter JP unci JN b
13	unberuhigter P und Nb
14	unberuhigter P und Nb
15	unberuhigter P und Pb
16	unberuhigter P und Pb

Stahl

Glühbehandlung

Chemische Zusammensetzung (°/o) C Mn P Al

Stahl mit Zusatz von Stahl mit Zusatz von Stahl mit Zusatz von Stahl mit Zusatz von Stahl mit Zusatz von Stahl mit Zusatz von

Entkohlung, Denitrierung, Glühbehandlung

0,006 0,012 0,005 0,006 0,006 0,006

0,35 0,31 0,32 0,32 0,31 0,34

0,031 0,015 0,018 0,035 0,028 0,030

Spur Spur Spur Spur Spur Spur

Tabelle I (Fortsetzung)

Probe		Chemische Zusammensetzung (%)
Nr.	Sb	Bi	Nb	Pb	N
1	Spur	Spur	Spur	Spur	0,0025
2	Spur	Spur	Spur	Spur	0,0008
3	Spur	Spur	Spur	Spur	0,0058
4	0,015	Spur	Spur	Spur	0,0014
5	0,030	Spur	Spur	Spur	0,0007
6	0,018	Spur	Spur	Spur	0,0010
7	0,015	Spur	Spur	Spur	0,0008
8	Spur	0,018	Spur	Spur	0,0009
9	Spur	0,025	Spur	Spur	0,0006
10	Spur	0,010	Spur	Spur	0,0006
11	Spur	0,015	Spur	Spur	0,0007
12	Spur	Spur	0,010	Spur	0,0013
13	Spur	Spur	0,015	Spur	0,0006
14	Spur	Spur	0,009	Spur	0,0008
15	Spur	Spur	Spur	0,026	0,0006
16	Spur	Spur	Spur	0,035	0,0006

Tabelle II

						Mechanische Eigenschaften
)?robe Nr.		K.K.W.	D	Er.	Z.F.	Str.W.	W.F.
W.F.	W.F.	Intensität der
R	nach	Zunahme	(Ill)-Ebene								6 Monaten	während	Beugungs
(mm)	(%)	(mm)	(kg/mm²)	(kg/mm")	(7o)	(7o)	6 Monaten	maximum
1	1,07	38,20	45	10,20	32,8	26,5	1,2	3,0	1,8	3,5
2	1,40	37,25	51	10,84	28,3	18,0	0,1	1,0	0,9	8,0
3	1,55	37,30	47	10,40	30,5		0,0	0,2	0,2	9,0
4	1,65	36,28	49	11,7	31,2		0,0	0,2	0,2	9,7
5	1,64	36,00	48	11,6	30,5		0,0	0,3	0,3	9,2
6	1,76	durchgezogen	47	10,9	30,2		0,0	0,2	0,2	11,8
7	1,73	durchgezogen	46	10,9	30,5	15,7	0,1	0,3	0,2	11,5
8	1,69	36,18	48	11,6	32,0		0,0	0,2	0,2	9,8
9	1,71	35,31	47	11,4	30,5		0,0	0,3	0,3	10,2
10	1,70	durchgezogen	46	11,0	33,1		0,0	0,0	0	11,8
11	1,68	durchgezogen	46	10,8	31,0	16,5	0,1	0,1	0	11,2
12	1,61	36,70	49	11,8	31,5		0,0	0,2	0,2	9,0
13	1,66	36,00	46	10,5	31,5		0,0	0,2	0,2	9,5
14	1,70	35,50	47	10,8	32,0		0,0	0,0	0	10,2
15	1,65	36,10	49	11,8	30,2	16,5	0,1	0,1	0	10,5
16	1,71	durchgezogen	47	11,5	31,2		0,0	0,0	0	12,0

Claims

Das Verhältnis der bleibenden Verformung R ist ein Wert, der die Tiefziehbarkeit und die bevorzugte Orientierung anzeigt, die für die Tiefziehbarkeit des Stahlbleches maßgebend ist, und dieser Wert ergibt sich aus der folgenden Formel: log W0 wobei W0 = Breite des für die Prüfung der Zugfestigkeit bestimmten Probestücks vor Beanspruchung; W = Breite des für die Zugfestigkeitsprüfung bestimmten Probestücks nach der Zugbeanspruchung; t0 = Dicke des Probestücks vor der Zugbeanspruchung; t = Dicke des Probestücks nach der Zugbeanspruchung. Je größer der i?-Wert ist, um so weniger tritt eine Einschnürung in Dickenrichtung bei bleibender Verformung auf und um so stärker ist die Verformung in Breitenrichtung. Daraus ergibt sich, daß ein Stahlblech mit großem .R-Wert gut tiefziehbar ist, da der Bruch beim Tiefziehen durch eine Halsbildung verursacht wird, die auf einer Verminderung der Blechdicke beruht. Da der J?-Wert im allgemeinen von der Richtung abhängt, so erfolgt die Messung in Walzrichtung (Rl), 45° gegen die Walzrichtung geneigt (Ri5) und 90° gegen die Walzrichtung geneigt (Rc), wobei sich der Mittelwert R aus der folgenden Formel ergibt: (Rl) + (Rc) + 2 (Ri5) R = 4 . Die Kegelnapfprüfung nach der japanischen Industrienorm Z-2249 wird mit Werkzeugen durchgeführt, deren Anordnung in der Zeichnung dargestellt ist, wobei F i g. 1 einen Schnitt durch die Werkzeuganordnung für die Kegelnapfprobe zeigt und d0 der Proben-, dx der Stempel-, J2 der Matrizendurchmesser, rp der. Kugel-, ra der Matrizenprofilradius und Θ der Kegel- winkel ist; F i g. 2 stellt perspektivisch eine Form einer bei der Prüfung eingerissenen Probe dar; F i g. 3 zeigt perspektivisch eine andere Form einer eingerissenen Probe; . F i g. 4 zeigt perspektivisch eine vollständig ohne Einriß tiefgezogene Probe. Der Kegelnapfwert (K.K.W.) wird in Millimeter angegeben, wobei dieser Wert den durchschnittlichen Durchmesser des Randes der konischen Schale bedeutet, wenn der Bruch auftritt, wie dies in den F i g. 2 und 3 gezeigt ist. Der Kegelnapfwert gemäß F i g. 3, der niedriger ist als der gemäß F i g. 2, wird bei einem Stahlblech erhalten, das besser tiefziehbar ist als das der F i g. 2. Die Form der vollständig und ohne Bruch gezogenen Schale, wie sie in F i g. 4 gezeigt ist, ist mit einem Stahlblech mit sehr großer Tiefziehbarkeit erreichbar, und in diesem Fall erhält man bei der Kegelnapfprüfung keinen Wert, was in der Tabelle mit »durchgezogen« angegeben ist. Der Tiefziehversuch wurde mit einem Stößel durchgeführt, dessen Kopf einen Radius von 10 mm hatte. Wie sich aus den i?-Werten und den Beugungsmaxima für die (Ill)-Ebene bei der Röntgenuntersuchung ergibt, die in der Tabelle zusammengestellt sind, unterscheidet sich die kristallographische Orientierung des erfindungsgemäßen Bleches aus unberuhigtem Stahl, nämlich die der Proben Nr. 4 bis 16, von denen der Bleche aus üblichem, unberuhigtem Stahl. Die Intensität des Beugungsmaximums der (111)-Ebene ist bei üblichem, unberuhigtem Stahlblech klein, während die bei Stahlblech aus üblichem, unberuhigtem Stahl, der einer Glühbehandlung zum Dekarburieren und Denitrieren unterworfen wurde, ebenfalls verhältnismäßig klein ist. Die Intensität der Beugungsmaxima für die (111)-Ebene ist bei dem mit Aluminium stabilisierten Stahl stärker als bei einem üblichen, unberuhigten Stahl, jedoch schwächer als bei dem erfindungsgemäßen Stahlblech. Die obenerwähnte Beziehung ist noch deutlicher aus den R-Werten der Tabelle zu ersehen. Der i?-Wert des üblichen, unberuhigten Stahls ist am geringsten, der des dekarburierten und denitrierten, unberuhigten Stahls ist größer und der des mit Aluminium stabilisierten Stahls am größten. Der Ji-Wert des erfindungsgemäßen Stahlblechs ist gleich oder größer als der des mit Aluminium stabilisierten Stahls. Wenn die (Ill)-Ebene parallel zur Walzoberfläche liegt, dann kann die Tatsache, daß der i?-Wert groß wird, theoretisch folgendermaßen erklärt werden: Wenn die Gleitungsrichtung während der Deformation nur die (Ill)-Richtung ist und wenn die (Ill)-Ebene parallel zur Walzoberfläche hegt, dann kann mathematisch gezeigt werden, daß die Beanspruchung in der Ebene des Blechs größer wird als die in der Dickenrichtung. Als Prüfwert für das Alterungsverhalten des Stahlbleches wurde die Änderung des waagerechten Fließbereichs eines 6 Monate gelagerten Prüfbleches genommen. Aus der Tabelle ersieht man, daß diese beim erfindungsgemäßen Stahlblech kaum festzustellen oder so gering ist, daß das Alterungsverhalten ebenso ausgezeichnet ist wie bei einem mit Aluminium stabilisierten Stahlblech, von dem bekannt ist, daß es nicht altert. Patentansprüche:

1. Kaltgewalztes Tiefziehblech oder -band aus unberuhigt vergossenem Stahl mit verbesserten Tiefzieheigenschaften, guter Alterungsbeständig-

______ keit und bevorzugter Kornorientierung, bei der die (Ill)-Ebene parallel zur Walzebene liegt, bestehend aus 0,15 bis 0,60% Mangan, weniger als 0,020% Kohlenstoff, 0,010 bis 0,040% Phosphor, 0,003 bis 0,050% Antimon, Wismut, Niob und Blei einzeln oder zu mehreren, bis zu 0,0025% Stickstoff, Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen.

2. Kaltgewalztes Stahlblech oder -band nach Anspruch 1, wobei jedoch der Kohlenstoffgehalt unter 0,010% liegt.

3. Kaltgewalztes Stahlblech oder -band nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedoch der Stickstoffgehalt unter 0,0010% liegt.

4. Verfahren zum Herstellen eines Tiefziehstahlbleches oder -bandes mit bevorzugter Orientierung, bei der die (Ill)-Ebene parallel zur Walzebene Hegt mit der Zusammensetzung nach