DE1408932B2

DE1408932B2 - Verfahren zur verbesserung der tiefzieheigenschaften von mit einem metallueberzug versehenen stahlblech od/er band

Info

Publication number: DE1408932B2
Application number: DE19611408932
Authority: DE
Original assignee: Armco Steel Co LP
Current assignee: Armco Steel Co LP
Priority date: 1961-02-21
Filing date: 1961-09-30
Publication date: 1972-02-24
Also published as: US3111435A; BE608627A; DE1408932A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veibesscrung der Tiefziehfähigkeit von kohlensioffarmeni.

mit Zink. Zinklegierungen. Aluminium. Aluminiuinlegierungen oder Blei-Zinn-Lelierungen überzogenem Stahlblech oder -band.

Es ist bekannt, beispielsweise aus der deutschen Patentschrift «46 554. die Tiefz.ieheigenschaften von Metallen, insbesondere Aluminium, zu verbessern und deren Neigung zur Zipfelbildung beim Tiefziehen zu beseitigen, indem man das zu verbessernde Blech- oder Dandgut in einer ersten Stufe genügend lange bei einer

ίο Temperatur unterhalb der Rekristallisationstemperatur und im Bereich der Kristallerholung und hierauf in einer zweiten Stufe bei einer Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur wärmebehandelt.

Wurden jedoch die bekannten ! .ihren (bezüglich der ersten Stufe) auf mit einem Überzug der genannten Art versehenes Stahlblech oder -band übertragen, käme es infolge der für Eisen erforderlichen Rekristallisations- und KristallerholungstempenUuren von etwa 540 bzw. 500"C — unvermeidlich -- zu einer Legierungsbildung zwischen dem jeweiligen Überzug und Eisen. Dies gilt um so mehr für die zweite Stufe.

Es ist ferner bekannt, beispielsweise aus Ruhfus »Wärmebehandlung der Eisenwerkstoffe«. 1958, S. 91

as bis 93. daß sich die Rekristallisationstemperatur von Eisen bei 50°,'_oiger Verformung auf etwa 300 C erniedrigen läßt. Das erfindungsgemäß zu verbessernde Blech- oder Bandgut darf jedoch nach dem Aufbringen des Überzugs vor der folgenden Glühbehandlung praktisch nicht mehr verformt werden, damit es sich bei der erfindungsgemäßen Behandlung genügend erweichen läßt.

Erfindungsgemäß soll in erster Linie solches Stahlblech oder -band hinsichtlich seiner Tiefzieheigenschaften verbessert werden, das nach einem bekannten Verfahren mit einem Metallüberzug versehen wurde, bei welchem kaltgewalztes Stahlblech oder Stahlband gereinigt und zum Überziehen dadurch vorbereitet wird, daß man es unter oxydierenden und reduzierenden Bedingungen bei hoher Temperatur wärmebehandelt. Diese Wärmebehandlung dient zusätzlich dazu, das Trägermetall zu glühen oder zu normalisieren, wobei es aus dem beim Kaltwalzen eingenommenen, stark beanspruchten Zustand zu einem wesentlich weicheren Zustand rekristallisiert wird, wlcher während der anschließenden Aufbringung des Überzugs bestehenbleibt. Obwohl das erhaltene, überzogene Produkt verhältni,mäßig starke Ziehbeanspruchungen aushält, gibt es doch Fälle, in welchen es nicht genügend duktil und weich ist. um tiefgezogen werden zu können oder um beispielsweise zu Gegenständen mit starken Krümmungen u. dgl. verarbeitet werden zu können.

fs ist ferner bekannt, die Diiktilität von überzogenem Blech- oder Bandgut dadurch /u verbessern, daß

man den Stahl vor dem ( herziehen einer Kistenglüluing unterwirft.

Es wurde jedoch bisher nicht erkannt, daß eine zweite Kislcnglüluing nach Aufbringung des Überzugs eine leichte, jedoch bedeutsame Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Produkts ergibt.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei welchem ein Ausgangsmatcrial eingesetzt werden kann, das vor dem Überziehen «blaugeglüht« oiler »kistengegliiht« wurde.

Unter »Blauglühung« soll hier und im folgenden jede kontinuierliche Glühung verstanden werden, bei welcher die Glühtemperatur über der Rckristalli-

aiionsiemperaiiir de>. F.iienmaierials liegt; in vielen Jailer, kann diese Temperatur über dem bmwandlungs- |>crcich liegen. Das wesentliche Merkmal einer Milchen iilüluing betteln darin, daß du* Gut rasch auf die gewünschte Temperatur erhitzt und nach Erreichen diener Temperatur verhältnismäßig schnell entweder in Luft oder in einer Sehuuaimosphäre abgekühlt »ird. Eine solche Glüluing unterscheidet sieh von einer Kistenglühung darin, daß hei der letzteren verhältnisiiäßig langsam auf die gewünschte Temperatur erhitzt, m lingere Zeit auf dieser Temperatur gehalten und an- «chließend verhältnismäßig langsam abgekühlt urd.

Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß lieh die gestellte Aufgabe lösen läßt, wenn man bei eiedriger Temperatur mit einem Metallüberzug der genannten Art überzogenen Stahl vordem Grobwalzen oder Kaltwalzen unter leichter Dickeverminderung bei niedriger Temperatur kistenglüht.

Ciegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Verbesserung der Tiefziehfähigkeit von kohlenstoffarmem, mit Zink, /inklegierungen. Aluminium, Aluminiumlegierungen oder Blei-Zinn-Legierungen überzogenem Stahlblech oder -band, welches dadurch gekennzeichnet ist. daß das Blech oder Band nach der Herstellung des Überzuges einer 4 bis 24stündigen Glühung bei 204 bis 454 C. wobei die Glühtemperatur jeweils so gewählt wird, daß sich das C berzugsmetall nicht mit ..ίτι Eisen des Trägerblechs legiert, und anschließend einer Kaltwalz>'ng mit geringer Dickenabnahme unterzogen wird.

Durch das Verfahren gerr tß der Erfindung wird es möglich, das in der geschilderten Weise vorbehandelte und mit einem Metallüberzug versehene Blech- oder Bandgut duktiler und weicher zu machen, so daß es ohne weiteres durch Tiefziehen weiterverarbeitet werden kann. Ferner fällt erfindiingsgemäß ein desoxydierter oder beruhigter Stahl an, welcher seine Alterungsbeständigkeit entwickelt, nachdem er vor Aufbringung des Überzuges »blaugeglüht« wurde. Obwohl beruhigter Stahl, der abschließend kistengeglüht wurde, nicht altert, verhindert doch eine »Blauglühung« oder eine kurzzeitige Wärmebehandlung die volle Ausbildung dieser Alterungsbeständigkeit. Fs hat sich jedoch gezeigt, daß die Alterungsbeständigkeit beruhigter Stähle, die kurzzeitig erhitzt oder abgekühlt wurden, erfindiingsgemäß vollständig zur Entwicklung gebracht werden kann. Fs hat sich ferner gezeigt, daß bestimmte Sorten von unvollständig desoxydicrten; Stahl mit potentieller Alterungsbeständigkeit, die infolge verhältnismäßig kurzer Frhitzungs- und Abkühlungs/yklen nicht entwickelt wurde, erfindungsgemäß stabilisiert werden können.

Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren die Tieflieheigenschaften des Grundwerkstoffs erheblich verbessert, hat es sich gezeigt, daß mit Zink und Zink-Eiscn-Lcgierungcn überzogenes Stahlblech oder -band infolge der schlechten Haftfestigkeit des Überzugs für die beabsichtigten Verwendungszwecke unbefriedigend ist, da der Überzug dazu neigt, sich während des anschließenden Tiefziehens abzuschuppen und ab/ublättern. Fs wurde festgestellt, daß diese schlechte Haftfestigkeit des Zink- oder Zink-Eisen-Überzugs auf eine inierdendritische oder interkristalline Korrosion des Überzugs zurückzuführen ist. welche während der erfindiingsgemäß bei niedriger Temperatur durchgeführten Kistenglühung auftritt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung läßt sich eine derartige inierdendrilische oder interkristalline Korrosion von Zink- und Zink-Liseii-Legierungi-Üherzüg-Mi während der bei niedriger Temperatur durchgeführten Kistenglühung verhindern, wenn man die Kistenglühung in einer für Zink oder Zink-Eisen-Legierungen nicht oxydierenden Atmosphäre mi' nicht mehr als etwa 0.1 Volumprozent Wasserdampf, d. h. mit einem Taupunkt von unter —17.S C. durchführt.

Der Erfolg des Verfahrens gemäß der Erfindung ist wohl hauptsächlich darauf zurückzuführen, daß

(1) die Kisteiisilühung eine Überalterung verursacht und

(2) mindestens ein Teil der während des Aufbringens des Überzugs in dem Blech- oder Bandgut thermisch und mechanisch erzeugten Spannungen durch die bei niedriger Temperatur erfolgende Glühung aufgehoben wird.

Obwohl die Ursache für die Überalterung niemals zufriedenstellend festgestellt werden konnte, wird angenommen, daß die durch eine Alterung verursachten Härtungserscheinungen aufhören, wenn alle härtenden Elemente, die nach einer »Blauglühung« in Übersättigung vorhanden sind, ausgefüllt sind. So wurde z. B. beobachtet, daß die fortgesetzte Alterung von Stahl bei erhöhten Temperaturen eine Abnahme der Härte zur Folge hat. Dieses Phänomen wird erfindungsgemäß ausgenützt, indem die bei niedriger Temperatur erfolgende Glühung zur Forcierung der Überalterung angewendet wird. Damit jedoch die Glühung erfolgreich ist. müssen bestimmte Bedingungen eingehalten werden. Sowohl die Zeit als auch die Temperatur sind wichtig, ebenso wie der Spanniingsgrad des überzogenen Guts im Zeitpunkt der Kistenglühung. Auch muß in dem Glühkasten eine Schutzatmosphäre zur Anwendung kommen, wenn die Oberfläche glänzender Überzüge bewahrt werden soll.

Es sei betont, daß die niedrige Temperatur bei der erfindungsgemäßen Kistenglühung sich in einer anderen Größenordnung bewegt als die Temperatur der zur Aufhebung restlicher Spannungen, die bei der raschen Abkühlung während einer üblichen Normalisierungsbehandlung entstanden sind, angewendete Temperatur der »zweiten Ausglühung«. Eine solche »zweite Ausglühung« oder zur Aufhebung von Spannungen dienende Ausglühung erfolgt innerhalb eines Temperaturbereichs von 510 bis 649 C. während die erfindungsgemäße Kistenglühung bei viel niedrigerer Temperatur durcigeführt werden kann. Es sei auch bemerkt, daß zwar bereits vorgeschlagen wurde, die Behandlung zur Aufhebung von Spannungen bei niedrigen Temperaturen, die nur etwas über Raumtemperatur liegen, erfolgreich durchzuführen, wenn die Fließgrenze nicht herabgesetzt oder wenn sie sogar erhöht wird; es wurde bisher jedoch nicht erkannt, daß eine Kistenglühung bei niedriger Temperatur, wie sie erfindungsgemäß erfolgt, eine beträchtliche Herabsetzung der Märte, der Fließgrenze und der Zugfestigkeit sowie eine bedeutsame Erhöhung der Dehnung bei Zugbeanspruchung ergibt. So wurde z. B. gefunden, daß die Rockwell-Härte um 5 bis 10 Punkte, die Fließoder Streckgrenze und die Zugfestigkeit um 1.41 bis 3.52 kp/mm² herabgesetzt werden können und die Bruchdehnung um 2 bis 5°/o hei einer etwa 5,1 cm starken Prob: erhöht werden kann.

Damit die bei niedriger Temperatur erfolgende Kistenglühuig wirksam ist, muß erfindungsgemäß das Eisen oder der Stahl lange genug auf der Temperatur gehalten werden, daß die Überalterung eintreten

5 M ⁶

|ann. Infolgedessen is! die bevorzugte Temperatur für glühung besonders anfällig machen, wenn man eine

|ie Kistenglühung eine Funktion der Verweil/eil hei Atmosphäre, z. B. ein handelsübliches Schul/gas, Iv-

der Temperatur. So er/ielt man z. B. keinen oder nur stehend aus etwa 0 Volumprozent Kohlenmonoxid,

finen geringen Vorteil hei einer Temperatur von 6 Volumprozent Kohlendioxid. 12 Volumprozent

J76.7 C. es sei denn, die Verweilzeil wird auf etwa 5 Wasserstoff und zum Rest aus Slicksl· ff. mil hohem

4M Stunden ausgedehnt, was jedoch unwirtschaftlich Taupunkt verwendet. Wenn jedoch das Aluminium

jst. Es wurde jedoch gefunden, daß die Verweilzeit auf in dem Zink nur als Verunreinigung, z. B. in Mengen

(ler gewählten Temperatur für Aluminium-. Alumi- unter etwa 0,01 .";'„. vorliegt, wird der Zink- oder Zink-

liiumlegierungs- oder Blei-Zinn-Überzüge auf etwa Eisen-Legierungs-Überzug nicht merklich angegrilfen.

4 Stunden herabgesetzt werden kann, wenn diese io wenn die Glühung in einer feuchten Atmosphäre mil

Temperatur auf über 204 C erhöht wird. einem Taupunkt von 27 C durchgeführt wird. Ferner

Wenn ein Zinküberzug auf Stahlblech oder -band wurde gefunden, daß wenn der Aluminiumgehalt des liufgebracht werden soll, so wird vorzugsweise etwa Zinküberzugs etwa 0.7"',, übersteigt, der Überzug J4 Stunden bei etwa 232 C oder etwa S Stunden bei ebenfalls nicht angegriffen wird, wenn die Glühung in Temperaturen bis zu 2SH C geglüht. In diesem Falle 15 einer feuchten Atmosphäre vor sich geht. Obwohl anwird die Rockwell-B-Härte 3es überzogenen Blech- zunehmen ist. daß die Korrosion von Zink-oder Zinkoder Bandguts von 50 auf etwa 40 erniedrigt, was eine Eisen-Legierungs-Überzügen direkt von dem Alustarke Erweichung anzeigt. Temperaturen über 288 C miniumgehak der Überzuge abhängt, machen doch sollen vermieden werden, da bei Temperaturen ober- die bekannten Vorte.. ■ eines Aluminiumgehalts des halb 288 C eine Legierungsbi'.iung zwischen Zink 20 Zinks von 0.1 bis 0,2% uen Nachteil der geringeren und Eisen erfolgt und dadurch die technischen Vor- Korrosionsbeständigkeit wett. Bei Anwendung de^r teile des Produkts für viele Anwendungszwecke ver- erfindungsgemäßen Schutzatmo^piiäre können nun die lorengehen. Wenn sich das Zink unbeabsichtigt mit Eigenschaften des Trägermetalls wesentlich verbessert dem Trägermetall während des Aufbringens des Über- werden, ohne daß darunter die Eigenschaften des Zinkzugs legiert hat, wird die Kistenglühung vorzugsweise 25 Überzugs leiden. Infolgedessen umfassen die hier ver-ZYvisehen 288 und 399 C durchgeführt. wendeten Ausdrücke »Zink und Zink-Eisen-Legierung«

Wenn das als Grundwerkstoff dienende metallische das für gewöhnlich bei Heißtauchverfahren verwendete

Eisen mit Aluminium oder einer Aluminium-Silicium- Zink, welches mehr als etwa 0,01 ° ₀ und nicht mehr als

Legierung überzogen ist, liegt bei einer Mindestver- etwa 0,7 % Aluminium enthält,
weilzett von etwa 4 Stunden zur Erzielung gleich- 3° Die erfindungsgemäß erfolgreich zu verwendenden

mäßiger Eigenschaften in allen Blechen oder Wickeln. Gase sind vielfältig. Ein besonders gut geeignetes

die bevorzugte Temperatur zwischen 288 und 343 C. handelsübliches Gas besteht aus 4 bis 8°/o Wasserstoff.

Wenn sich der Aluminium- oder Aluminiumlegie- Rest Stickstoff. Dieses Gas besitzt, so wie es für ge

rungs-Überzug während Aufbringens des Überzugs wohnlich verwendet wird, einen Taupunkt von -40'C

unbeabsichtigt mit dem Grundwerkstoff Eisen legiert 35 und ist gegenüber Zink und Zink-Eisen-Legierungen

hat. kann von 288 C bis zu einer Temperatur von nahezu inert.

ί.Ά C geglüht werden, ohne daß dadurch ein un- Außer dem vorstehend erwähnten Gas können günstiger Einfluß auf den Überzug ausgeübt wird. Bei andere im wesentlichen trockene und für Zink nicht-Blei-2'inn-Überzügen beträgt die bevorzugte Glüh- oxydierende Gase verwendet werden. So kann dissozitemperatur 204 bis 260 C bei Verweilzeiten von 4 bis 40 iertes Ammoniak (75 ⁰A, H₂, 25% N₂) erfolgreich ver-24 Stunden. Obwohl die Tiefzieheigenschaften des wendet werden, vorausgesetzt, daß sein Taupunkt bei Grundwerkstoffs bei höheren Temperaturen etwas —17.8 "C liegt. Der Fachmann hat keine Schwierigbesser werden, wird doch der Blei-Zinn-Überzug bei keiten, andere erfindungsgemäß verwendbare Schutztiber etwa 260 C zerstört, weshalb auf die Einhaltung atmosphären ausfindig zu machen. So kann beispielsder vorgeschriebenen Grenzen geachtet werden muß. 45 weise auch das genannte aus etwa 9 Volumprozent

Neben einer genauen Beachtung der genannten Kohlenmonoxyd, 6 Volumprozent Kohlendioxyd, Glühparameier muß ferner dafür Sorge getragen 12 Volumprozent Wasserstoff und zum Rest aus Stickwerden, daß nach dem Aufbringen des Überzugs und stoff bestehende Schutzgas verwendet werden, sofern Vor der Glühbehandlung zu starke Beanspruchungen es zuerst zur Herabsetzung seines Feuchtigkeitsvermieden werden; wenn daher mehr als eine leichte 50 gehaltes in dem vorgeschriebenen Bereich getrocknet 'Walzennivellierung oder eine Kaltwalzung mit ge- wird. Selbst getrocknete, gasförmige Kohlenwasserringer Dickenabnahme erforderlich ist. so müssen stoffe bilden jedoch bei den erfindungsgemäß bei der diese nach der Glühbehandlung des überzogenen Kistenglühung zur Anwendung kommenden Tempe-Grundwcrkstoffs durchgefühlt werden. raturen durch die Wassergasreaktion Wasser, weshalb

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß das für 55 die Atmosphäre laufend ersetzt werden muß. um ein

gewöhnlich zum Aufbringen von Überzügen aus einem Ansteigen des Feuchtigkeitsgehalts über das zulässige

lieißen Tauchbad auf Stahl verwendete Zink kleinere Maximum zu verhindern.

Mengen Blei, Aluminium und andere Elemente enthält. Wenn ein mit Zink oder einer Zink-Legierung iiber-So wurde z. B. vor einigen Jahren festgestellt, daß die zogenes Eisenmaterial unier den vorstehend angege-Zugabe von 0,1 bis 0,2'V_n Aluminium zu dem Zink- 60 benen Bedingungen einer Kistenglühung ausgesetzt überzugsmetall eine unerwünschte Lcgierungsbildung wird i,nd wenn diese bei niedriger Temperatur erfolzwischen dem Trägermetall und dem Überzug be- gende Kistenglühung in einer im wesentlichen trocketrächtlich Ik^rabsetzt, weshalb die heutzutage bekannten nen Atmosphäre vor sich geht, können die erhaltenen Zinküberzüge in der Regel Aluminium in den an- mit Zink oder Zink-Legierungen überzogenen Progegebenen Mengen enthalten. Bei Durchführung der Er- 65 dukte einem Tiefziehprozeß unterworfen werden findung hat oich gezeigt, daß diese kleinen Aluminium- und zu Gegenständen mit starken Krümmungen vermengen den Zinküberzug für eine Korrosion während arbeitet werden, ohne daß der Zinküberzug Sprünge der bei niedriger Temperatur erfolgenden Kisten- bekommt, abblättert oder sich abschuppt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der Tiefziehfähigkeit von kohlensioffarmeni. mit Zink, Zinklegierungen. Aluminium. Aliiminiiimlegieriingen oder Blei-Zinn-Legierungen überzogenem Stahlblech oder -band, dadurch g e k e η η ζ e i c h n e t. daß das Blech oder Band nach der Herstellung des Überzuges einer 4- bis 24stündigen Glüluing hei 204 bis 454"C. wobei die Glühtemperatur jeweils so gewählt wird, daß sich das Überzugsmeiall nicht mit dem Eisen des Trägerblechs legiert, und anschließend einer Kaltwalzung mit geringer Dickenabnahme unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß Überzüge aus Zink zwischen 232 und 288 C und Zinklegiemngen zwischen 288 und 399 C. jeweils 8 bis 24 Stunden lang. Aluminium und Aluminiumlegierungen 4 bis 24 Stunden lang zwischen 288 und 343 C. andere Aluminiumlegierungen 4 bis 24 Stunden lang zwischen 2S8 und 454 C und Blei-Zinn-Legierungen 4 bis 24 Stunden lang zwischen 204 und 260 C geglüht werden, wenn bei der vorausgegangenen Herstellung keine Diffusionsschicht zwischen dem Grundwerkstoff und dem Überzug entstanden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühtemperatur bei überzügen aus Zink 288 C. Zinklegierungen 399 C. Aluminium 343 C. anderen Aluminiumlegierungen 454 C und Blei-Zinn-Legierungen 260 C beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Gliihtemperatur bei Überzügen aus Zink zwischen 288 und 399 C. Aluminium zwischen 288 und 454 C liegt, wenn bei der vorausgegangenen Herstellung eine Diffusionsschicht zwischen Grundwerkstoff und Überzug entstanden ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühung in einer nicht oxydierenden Atmosphäre durchgeführt wird, deien Taupunkt unter 17.8 C liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichne' daß die Glühung in einer Atmosphäre vorgenommen wird, die zu 4 bis S°/₀ aus Wasserstoff, /um Rest aus Stickstoff besteht lind einen Taupunkt \on 40 C besitzt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Glühung in einer Atmosphäre vorgenommen wird, die /u 75" ₀ aus Wasserstoff und zu 25% aus Stickstoff besteht und einen Taupunkt von 17.8 C* besitzt.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überzügen aus einer Zink-Aliimmium-l.egicrung mit 0.1 bis 0.2° „ Aluminium in Gegenwart einer Schutzgasatmosphäre mit einem hohen Taupunkt geglüht wird, die zu etwa 9 Volumprozent aus Kohlenmonoxid, zu 6 Volumprozent aus Kohlemlioxyd. zu 12 Volumprozent aus Wasserstoff und zum Rest aus Stickstoff besteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß bei Überzügen aus /ink oder /ink-Eiscnlegicrungcn mit weniger als etwa 0.01 % Aluminium in einer feuchten Atmosphäre mit einem Taupunkt von 27 C geglüht wird.