DE1433825C3 - Verfahren zum Glühen zur Verbesserung der Tiefzieheigenschaften von Bandstahl - Google Patents

Verfahren zum Glühen zur Verbesserung der Tiefzieheigenschaften von Bandstahl

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DE1433825C3
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesse- « rung der Tiefzieheigenschaften von kohlenstoff armem Bandstahl mit weniger als 0,10% Kohlenstoff, 0,20 bis 0,50% Mangan, 0,01 bis 0,08% säurelöslichem Aluminium, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen durch Abstimmung der Erhitzungs- 5« geschwindigkeit im Temperaturbereich zwischen 300 und 600° C auf den Gehalt an säurelöslichem Aluminium.
Bei der Verarbeitbarkeit durch Pressen unterscheidet man Tiefziehfähigkeit und Streckziehfähigkeit. Als wichtig für die Tiefziehfähigkeit ist eine plastische Anisotropie der Stahlbleche anzusehen. Für die Streckziehfähigkeit ist es nach allgemeiner Ansicht erforderlich, daß die Kristallkörner größer sein sollten (das Streckgrenzenverhältnis kleiner sein sollte), falls das Material dasselbe ist, und daß das Dehnungsverhältnis hoch sein sollte. Ein Erichsen-Wert dient zur Beurteilung einer solchen Dehnung. Ein Tiefziehversuch nach Fukui unter Verwendung eines konischen Näpfchens erlaubt eine Beurteilung der Tiefziehfähigkeit im allgemeinen und der Streckziehfähigkeit im besonderen.
Zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit durch Pressen müssen daher die Tiefziehfähigkeit und Streckziehfähigkeit verbessert werden. Diese Eigenschaften haben aber ganz verschiedene physikalische Ursachen. Es kann nicht immer erreicht werden, daß beide Eigenschaften gleichzeitig verbessert werden, da bei der Rekristallisation sich die Tiefziehfähigkeit auf die bevorzugte Kristallorientierung bezieht, während die Streckziehfähigkeit von dem Verhalten der inneren Energie durch die Änderung des Spannungszustandes abhängt; die Beziehung zwischen der bevorzugten Kristallorientierung und dem Verhalten der inneren Energie ist noch nicht genügend geklärt.
Es ist bekannt, daß sich die Rekristallisation von kaltgewalzten mit Aluminium beruhigten kohlenstoffarmen Stahlblechen von der kaltgewalzter unberuhigter kohlenstoffarmer Stahlbleche unterscheidet und daß die plastische Anisotropie von kaltgewalzten mit Aluminium beruhigten kohlenstoffarmen Stahlblechen größer ist als die der kaltgewalzten unberuhigten kohlenstoffarmen Stahlbleche.
In der Zeitschrift »Stahl und Eisen«, 1953, S. 885 bis 894, ist erläutert, daß beim Glühen von aluminiumberuhigtem Stahl bei Temperaturen zwischen 750 und 85O0C die Streckgrenze erhöht und eine Weichheit durch ein feinkörniges Gefüge hervorgerufen wird. Gegenüber einer Topfglühung zeigen im Durchziehofen geglühte Stähle eine geringere Erichsen-Tiefung und schlechtere Tiefzieheigenschaften. Dieses Verhalten wird auf die Bildung von AlN zurückgeführt. Diese Ausscheidung von AlN bewirkt im wesentlichen eine Ausscheidungshärtung, jedoch keine Verbesserung der Tiefziehfähigkeit und der Streckziehfähigkeit in dem erforderlichen Umfang.
In der Zeitschrift »Journal of Metals«, 1951, September, S. 721 bis 726, ist der Einfluß der Wärmebehandlung auf die Korngröße von aluminiumberuhigtem, kohlenstoffarmem Stahlblech beschrieben. Danach erfolgt eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur um 700° C. Nach diesen Untersuchungen bedingt eine schnellere Erhitzung eine feinere Korngröße und eine geringere Verlängerung des Korns.
Beim Rekristallisationsglühen wirken insbesondere folgende.Größen zusammen: Lösung von Spannungen, Keimbildung, Korngrenzbewegung und Kornwachstum. Der Einfluß dieser Größen läßt sich im einzelnen quantitativ nicht übersehen. Außerdem ist es im Betrieb schwierig, Stahlbleche mit einem engen Bereich z. B. 0,03 bis 0,05% an säurelöslichem Aluminium zu erhalten, die sich für einen bestimmten Glühvorgang eignen. Für Gehalte an säurelöslichem Aluminium von 0,035% lassen sich aus der Zeitschrift »Stahl und Eisen«, Band 80, 1960, S. 1018 bis 1023, insbesondere Bild 4, als üblich bezeichnete Erhitzungsgeschwindigkeiten herleiten, die im Temperaturbereich zwischen 300 und 6000C zwischen 20 und 60° C/h liegen. Um die höchste Verarbeitbarkeit durch Pressen jeweils bei Blechen mit einem schwankenden Gehalt an säurelöslichem Aluminium zu erhalten, ist es erforderlich, die thermischen Bedingungen der Tiefziehfähigkeit und Streckziehfähigkeit in einem großen Gehaltsbereich an säurelöslichem Aluminium zu untersuchen.
Aufgabe der Erfindung ist die Angabe der besten Verfahrensgrößen für die Glühbehandlung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Aluminiumgehalt, damit im Betrieb für jeden Aluminiumgehalt eine optimale Wärmebehandlung möglich ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Stahl
kaltgewalzt, im Bereich von 300 bis 6000C mit einer auf den Gehalt an säurelöslichem Aluminium abgestimmten Erhitzungsgeschwindigkeit erwärmt, in an sich bekannter Weise bei Temperaturen zwischen 600° C und unter dem Ac3-Punkt geglüht und abgekühlt wird.
Die Abstimmung der Erhitzungsgeschwindigkeit auf den Gehalt an säurelöslichem Aluminium erfolgt in der Weise, daß die Erhitzungsgeschwindigkeit bei
0,01 bis 0,03% säurelöslichem Aluminium bis 20°C/h,
bei 0,04 bis 0,05 %> säurelöslichem Aluminium von 60 bis 200° C/h
und bei 0,05 bis 0,08 % säurelöslichem Aluminium zwischen 200 und 300° C/h beträgt.
Die Ausbildung einer guten Verarbeitbarkeit hängt damit nicht von der Glühdauer bei der Rekristallisationstemperatur, sonderen vielmehr von der Erhit-/ungsgeschwindigkeit ab, die in Beziehung zu dem Aluminiumgehalt steht. Durch die entsprechende Festlegung der Erhitzungsgeschwindigkeit bildet sich offenbar eine bevorzugte Kristallorientierung und eine bestimmte plastische Anisotropie aus, die die Tiefzieheigenschaften und die Streckzieheigenschaften des Bandstahls in vorteilhafter Weise beeinflußt.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
F i g. 1 zeigt den Einfluß der Erhitzungsgeschwindigkeit auf die plastische Anisotropie bei Stahlblechen mit verschiedenen Gehalten ansäurelöslichem Aluminium;
Fig. 2, 3, 4 und 5 stellen den Einfluß, der Erhitzungsgeschwindigkeit auf die Korngröße, das Streckgrenzenverhältnis, den Erichsen-Wert und den Tiefungswert nach Fukui bei Stahlblechen mit verschiedenen Gehalten an säurelöslichem Aluminium dar.
Fig. 6 zeigt den Unterschied zwischen dem Tiefungswert nach Fukui und dem Erichsen-Wert von Stahlblechen, bei denen die Erhitzungsgeschwindigkeit im Bereich von der Raumtemperatur bis zu 710° C (mit schwarzen Kreisen in der Zeichnung dargestellt) im Vergleich zu Stahlblechen geprüft wurde, deren Erhitzungsgeschwindigkeit nur im Bereich von 300 bis 550° C, aber bei einer Erhitzungs-
IO
' geschwindigkeit von 250° C/h in anderen Temperaturbereichen (mit weißen Kreisen in der Figur dargestellt) untersucht wurde, falls die Bleche von der Raumtemperatur bis zu 710° C geglüht wurden. Die Dauer des Ausgleichsglühens betrug 4 Stunden.
F i g. 7 zeigt die Abhängigkeit des Tiefungswerts nach Fukui und des Erichsen-Werts von dem Temperaturbereich mit einer Erhitzungsgeschwindigkeit • von 40°. C/h beim Glühen von Stahlblechen mit einem Gehalt an säurelöslichem Aluminium von 0,038 °/o bei 710° C während 4 Stunden. In anderen Temperaturbereichen wurden sie mit 250° C/h erhitzt.
F i g. 8 stellt die Abhängigkeit der Korngröße, des Erichsen-Werts und des Tiefungswerts nach Fukui von der Glühtemperatur und der Zeit dar, wobei die Stahlbleche mit einem Gehalt an säurelöslichem Aluminium von 0,029 und 0,038% mit 40° C/h in dem Temperaturbereich von 400 bis 550° C und mit 250° C/h in anderen Temperaturbereichen erhitzt wurden.
Die Erfindung wird bei Stahlblechen angewandt, die durch Warm- und dann Kaltwalzen eines mit Aluminium beruhigten kohlenstoffarmen Stahls mit einem Gehalt von weniger als 0,10% C, 0,20 bis 0,50%Mn und 0,01 bis 0,03% bzw. 0,04 bis 0,08% säurelöslichem Aluminium, Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen hergestellt wurden. Dabei erhält man Tiefziehstahlbleche und ungeglühten Bandstahl, die auf die erforderliche Dicke durch Beizen von heißgewalzten Stahlbändern einer Ausgangsdicke und durch Kaltwalzen über der üblichen Querschnittsabnahme von 40% gebracht werden. Um aber die Vorteile nach dem Glühverfahren der Erfindung zu erzielen, ist eine Querschnittsabnahme beim Kaltwalzen von 55 bis 80% vorzusehen.
Bei der obigen chemischen Zusammensetzung des erfindungsgemäß verwendeten Materials steigt der Zementitgehalt an, falls mehr als 0,10% C zugegen sind, und die Vorteile der Erfindung werden nicht erreicht. Ist der Mangangehalt weniger als 0,20%, tritt beim Warmwalzen Sprödigkeit ein, ist er dagegen höher als 0,50%, so tritt eine Härtung auf.
Die Tabelle zeigt die chemische Zusammensetzung, die Herstellungsverfahren und die Behandlung von Stoffen in verschiedenen Beispielen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
C Si Chemische Zusammensetzung P S Cu Al End Wickel Querschnitts-
Prnhf»- 0,060 0,009 in Gewichtsprozent 0,010 0,017 0,066 0,002 temperatur temperatur abnähme
nuüc
Mr 		0,047 0,009 0,010 0,018 0,065 0,020 des des beim
INI· 0,039 0,014 Mn 0,013 0,019 0,077 0,029 Warmwalzens Warmwalzens Kaltwalzen
0,046 0,012 0,32 0,011 0,017 0,054 0,032 in 0C in°C in·/·
0 0,046 0,009 0,31 0,009 0,018 0,059 0,038 860 600 65
I 0,046 0,018 0,33 0,013 0,016 0,055 0,043 850 540 65
II 0,043 0,019 0,33 0,014 0,016 0,052 0,047 860 540 65
III 0,045 0,013 0,31 0,011 0,017 0,056 0,054 845 550 65
IV 0,040 0,011 0,33 0,010 0,015 0,056 0,066 845 540 65
V 0,050 0,013 0,36 0,011 0,016 0,054 0,072 850 555 65
VI 0,32 860 550 65
VII 0,32 850 550 65
VIII 0,32 848 550 65
IX 850 450 65
Die Vergleichsprobe Nr. 0 ist ein Blech aus unberuhigtem Stahl, bei dem der Gehalt an säurelöslichem Aluminium weniger als die untere Grenze von 0,01 °/o ist und bei dem daher das erfindungsgemäße Verfahren nicht mit Erfolg angewendet werden kann.
Die kaltgewalzten Wickel wurden bei einer Temperatur über 600° C, aber unter dem Ac.s-Umwandlungspunkt genügend lang in einer inerten Gasatmosphäre blankgeglüht. Bei diesem Beispiel wurde das Material bei einer Glühtemperatur von 710° C während einer Durchwärmezeit von 4 Stunden in einer inerten (HNX)-Gasatmosphäre von Wasserstoff und Stickstoff in einem Kistenglühofen geglüht und dann in dem Ofen abgekühlt. Als Glühofen können auch beliebige andere Glühofen angewandt werden. Die Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Glühen ist für die Durchführung der Erfindung belanglos.
Es wurde hinsichtlich der plastischen Anisotropie gefunden, daß je niedriger die Erhitzungsgeschwindigkeit ist, desto höher die plastische Anisotropie unabhängig von dem Gehalt an säurelöslichem Aluminium ist, wie dies aus (a), (b) und (c) und (d) der F i g. 1 hervorgeht, wo zu den verschiedenen Kurven jeweils die Probenummer angegeben ist.
Der Grund hierfür ist zwar nicht ganz klar. Es wird aber angenommen, daß durch das Herabsetzen der Erhitzungsgeschwindigkeit bei der Rekristallisation die Bildung der bevorzugten, für die plastische Anisotropie günstigen Kristallorientierungen beschleunigt wird.
Wie die Kurven I und II in der F i g. 2 (a) zeigen, ist erst bei einem Gehalt an säurelöslichem Aluminium von 0,01 bis 0,03% die Korngröße um so größer, je kleiner die Erhitzungsgeschwindigkeit ist. Aber bei diesem Gehalt an säurelöslichem Aluminium wurden die Kristallkörner bei einer höheren Erhitzungsgeschwindigkeit als 20° C/h wieder kleiner,. und die Streckziehfähigkeit war nicht so hoch. Bei einem Gehalt an säurelöslichem Aluminium von 0,002% wie in 0 der Fig. 2(a) und geringer als 0,01% konnte keine merkliche Änderung der Korngröße durch die Erhitzungsgeschwindigkeit festgestellt werden. Bei einem Gehalt an säurelöslichem Aluminium von 0,03 bis 0,04% wie in Fig. 2(b) und einer Erhitzungsgeschwindigkeit von 40° C/h waren die Kristallkörner am größten. Bei einem Gehalt an säurelöslichem Aluminium von 0,04 bis 0,05% wie in F i g. 2 (c) und einer Erhitzungsgeschwindigkeit von 150° C/h und bei einem Gehalt an säurelöslichem Aluminium von mehr als 0,05 % wie in F i g. 2 (d) und einer Erhitzungsgeschwindigkeit von 250° C/h waren die Kristallkörner am größten. Der Grund hierfür ist auch nicht ganz klar. Es wird in der unterschiedlichen Behinderung der Korngrenzenbewegung gesehen. Die Beziehung der Erhitzungsgeschwindigkeit zu dem Streckgrenzenverhältnis und dem Erichsen-Wert steht bis zu einem gewissen Grad mit der Korngröße in Wechselbeziehung und zeigt denselben Verlauf wie zwischen dem Gehalt an säurelöslichem Aluminium und der Erhitzungsgeschwindigkeit hinsichtlich der Korngröße aus F i g. 3 und 4.
Aus dem Obigen sowie aus der Beziehung zwischen dem Tiefungswert nach Fukui (konisches Näpfchenziehverfahren) und der Erhitzungsgeschwindigkeit entsprechend F i g. 5 folgt, daß für die Verbesserung der Verarbeitbarkeit durch Pressen die Erhitzungsgeschwindigkeit dem Gehalt an säurelöslichem Aluminium angepaßt werden muß.
Im einzelnen kann die geeignete Erhitzungsgeschwindigkeit aus den Tabellen entnommen werden. Für die Erhitzungsgeschwindigkeit muß eine obere und auch eine untere Grenze für jeden AIu-. miniumgehalt eingehalten werden, damit die Tiefziehfähigkeit und die Streckziehfähigkeit jeweils optimale Werte haben. Die Abhängigkeit der Kenngrößen von der Erhitzungsgeschwindigkeit ist verschieden stark ausgeprägt, sie ist beispielsweise für einen Aluminiumgehalt von mehr als 0,05% nicht sehr groß, so daß dort die Erhitzungsgeschwindigkeit weniger kritisch ist. .
Ein Beispiel für die übliche Erhitzungsgeschwindigkeit beim Rekristallisationsweichglühen über 600° C, aber unter dem Αα,-Punkt ist etwa 710° C/h. Falls der Gehalt an säurelöslichem Aluminium in dem Stahl nach der Erfindung weniger als 0,01% beträgt, wird, wie aus den obigen Beispielen hervorgeht, kein merklicher Unterschied in den Eigenschaften des Stahlblechs durch die Erhitzungsgeschwindigkeit beobachtet, und ein Vergüten kann nicht erzielt werden. Die Zugabe von mehr als 0,08 % säurelöslichem Aluminium hat keinen merklichen Einfluß auf die Vergütung und Tiefziehfähigkeit, hat aber den Nachteil, daß die Kristallkörner feinkörnig werden. Der Gehalt an säurelöslichem Aluminium wird daher auf 0,01 bis 0,08% beschränkt.
Wenn der Temperaturbereich für das Erhitzen mit einer spezifischen Erhitzungsgeschwindigkeit auf 300 bis 600° C beschränkt ist und das Erhitzen in anderen Temperaturbereichen mit "beliebiger Erhitzungsgeschwindigkeit durchgeführt wird,- so lassen sich, wie dies aus F i g. 6 und 7 ersichtlich ist, die Vorteile der Erfindung erzielen. Dieser Umstand erlaubt die Erhitzungsdauer herabzusetzen und erfordert keine außerordentlich langen Glühvorgänge bei einer spezifischen Erhitzungsgeschwindigkeit.
Falls die Erhitzungsgeschwindigkeit korrekt ist, haben Glühtemperatur und -zeit nur einen geringen Einfluß auf das Stahlblech, wie aus F i g. 8 hervorgeht. Ist aber die Glühtemperatur unter 600° C, so . erfordert die Rekristallisation Zeit, und die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften ist nicht ausreichend. Über dem Ac3-Punkt bildet sich Austenit, und die plastische Anisotropie geht verloren.
Das rekristallisierte Korn der unter den obigen Bedingungen geglühten Stahlbleche hat ein Achsenverhältnis von 2,3 bis 3,2 und eine sogenannte Pfann-■ kuchenform oder eine gestreckte Form.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Glühen zur Verbesserung der Tiefzieheigenschaften von kohlenstoffarmem Bandstahl mit weniger als 0,10% Kohlenstoff, 0,20 bis 0,50% Mangan, 0,01 bis 0,03% säurelöslichem Aluminium, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl kaltgewalzt, im Bereich von 300 bis 600° C mit einer Erhitzungsgeschwindigkeit von bis 20° C/h erwärmt, in. an sich bekannter Weise bei Temperaturen zwischen 600° C und unter dem Ac3-Punkt geglüht und abgekühlt wird.
2. Verfahren zum Glühen zur Verbesserung der Tiefzieheigenschaften von .kohlenstoffarmem Bandstahl mit weniger als 0,10% Kohlenstoff, 0,20 bis 0,50% Mangan, 0,04 bis 0,05% säurelöslichem Aluminium, Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl kaltgewalzt, im Bereich von 300 bis 600° C mit einer Erhitzungsgeschwindigkeit von 60 bis 200° C/h erwärmt, in an sich bekannter Weise bei Temperaturen zwischen 600° C und unter dem Ac3-Punkt geglüht und abgekühlt wird. ■
3. Verfahren zum Glühen zur Verbesserung der Tiefzieheigenschaften von kohlenstoffarmem Bandstahl mit weniger als 0,10% Kohlenstoff, 0,20 bis 0,50% Mangan, 0,05 bis 0,08% säurelöslichem Aluminium, Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl kaltgewalzt, im Bereich von 300 bis 6000C mit einer Erhitzungsgeschwindigkeit von 200 bis 300° C/h erwärmt,
in an sich bekannter Weise bei Temperaturen zwischen 600° C und unter dem Ac3-Punkt geglüht und abgekühlt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die KaItwalzung bis zu einer Querschnittsabnahme von mehr als 40%, vorzugsweise 55 bis 80%, durchgeführt wird.
DE1433825A 1963-08-26 1964-08-21 Verfahren zum Glühen zur Verbesserung der Tiefzieheigenschaften von Bandstahl Expired DE1433825C3 (de)

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