DE1458422B2

DE1458422B2 - Werkstoff für Tiefziehstahlbleche

Info

Publication number: DE1458422B2
Application number: DE19621458422
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Chiba Yoshida (Japan)
Original assignee: Kawasaki Steel Corp., Wakihama, Fukiai, Kobe (Japan)
Priority date: 1961-09-16
Filing date: 1962-05-09
Publication date: 1970-10-15
Also published as: GB1001281A; LU41689A1; US3215567A; NL278350A; DE1458422A1; BE620805A; SE302313B

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines alterungsbeständigen Stahls, bestehend aus bis zu 0,15% Kohlenstoff, 0,15 bis 0,60% Mangan, 0,030 bis 0,120% Phosphor, bis zu 0,0020% Stickstoff, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, in kaltgewalztem Zustand als Werkstoff für Tiefziehbleche mit einer bevorzugten Kornorientierung, wobei die (111)-Ebene parallel zur Walzebene liegt.

Es ist bekannt, kaltgewalzte Bleche aus unberuhigtem Stahl oder kaltgewalzte Bleche aus Al-beruhigtem Stahl mit ungefähr 0,05% Aluminium für das Tiefziehen zu verwenden.

Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Stahls erhält man Stahlbleche, die in ihrer Tiefziehfähigkeit und Alterungsbeständigkeit anderen, nach herkömmlichen Verfahren hergestellten Stahlblechen weit überlegen sind.

Um die gewünschten Tiefzieheigenschaften zu erreichen, wird der im Ausgangsmaterial enthaltene Phosphor zunächst teilweise entfernt und danach der Schmelze Phosphor wieder zugesetzt.

Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel sowie an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt im Schnitt die Kegelnapfvorrichtung zur Bestimmung des C. C. K-Wertes;

F i g. 2 zeigt in der Vorrichtung von F i g. 1 gezogene Proben;

F i g. 3 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften der untersuchten Stahlbleche von dem Phosphorgehalt.

Zur Herstellung der Stahlbleche werden Schrott und Roheisen in einem basischen Siemens-Martin-Ofen geschmolzen, der ein Fassungsvermögen von 165 t hat. Das Stahlbad hat kurz vor dem Abstich folgende Zusammensetzung: 0,06% C, Spuren von Si. 0,07% Mn, 0,008% P, 0,016% S. Pro Tonne Stahl werden dann 2,5 kg Ferrophosphor zugesetzt, das 20% Phosphor enthält, so daß der Stahl folgende Zusammensetzung hat: 0,08% C, Spuren von Si, 0,35% Mn, 0,05% P, 0,015% S.

Der schmelzflüssige Stahl wird zu unberuhigten Blöcken von 10 t vergossen, die in einem Blockwärmeofen bei etwa 1300° C gelagert werden. Anschließend wurden die Blöcke zu Brammen von jeweils 9310 kg niedergewalzt, die zu Bändern von 2,8 mm Dicke und 1243 mm Breite ausgewalzt werden, wobei die Bänder dann 9030 kg wiegen. Das Warmwalzen beginnt bei einer Temperatur von etwa 1200⁰C und endet bei einer Temperatur von etwa 88O⁰C. Nach dem Abbeizen wird das warmgewalzte Band auf ein Kaliber von 0,8 mm niedergewalzt, wobei das Band dann 1240 mm breit ist und 8760 kg wiegt. Nach dem Kaltwalzen wird das Band in einem Glühofen für offene Bänder in einer Atmosphäre von 75 Volumprozent H₂ und 25 Volumprozent N₂ entkohlt und denitriert, wobei die Temperatur während 40 Stunden auf etwa 720⁰C gehalten wird. Danach wird das Stahlblech mit einer Reduktion von 0,5% dressiert.

In der nachstehenden Tabelle sind die chemischen Analysen sowie die mechanischen Eigenschaften von untersuchten Stahlblechen angegeben, wobei es sich bei den Stahlblechen mit der unterstrichenen Nummer um die erfindungsgemäßen handelt. Das Blech 14 ist nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt, die übrigen Bleche auf weitgehend ähnliche Weise.

4	5
wie 1	wie 1
wie 2	wie 2
0,011	0,005
Spur	Spur
0,30	0,30
0,010	0,010
0,020	0,020
Spur	Spur
0,0013	0,0010
37,51	37,42
19,9	18,0
27,4	26,8
51	52
2,0	1,0
1,38	1,41

Art des Stahlblechs

Art des Ausglühens

C

Si

Mn

P

S

Al

N

CCV.

Streckgrenze,
kg/mm²

Zugfestigkeit,
kg/mm²

Dehnung, % ...

Dehnung bei der
Streckgrenze
nach Alterung
von 1 Monat .

R- Wert

handelsübliches unberuhigtes Stahlblech · übliches
Ausglühen

0,055 Spur 0,30
0,010 0,020 Spur 0,0025 38,32

25,3

33,2
44

3,6

1,11

wie 1

Entkohlung,

Denitrierung,

Ausglühen

0,023

Spur

0,30

0,010

0,020

Spur

0,0018 37,80

23,0

29,5 47

2,7 1,32

wie 1
wie 2

0,018
Spur
0,30
0,010
0,020
Spur
0,0017
37,70 .

20,1

28,7
48

2,3
1,35

P-haltiges

unberuhigtes

Stahlblech

übliches
Ausglühen

0,050

Spur

0,32

0,070

0,018

Spur
. 0,0033
38,60

27.8 ■

38.9 /ν
38

1,07

Art des

Stahlbleches

Art des
Ausglühens

C

Si

Mn ...

P

S

Al

N.....
CCV.

Nr.

P-haltiges

unberuhigtes

Stahlblech

Entkohlung.

Denitrierung,

Ausglühen

0,008

Spur

0,38

0,289

0,022

Spur

0,0013 37,92

Streckgrenze,	28,9
kg/mm²
Zugfestigkeit,	40,3
kg/mm²	38
Dehnung, %
Dehnung bei der
Streckgrenze
nach Alterung	0,2
von 1 Monat ...	1,43
R- Wert

8	9	IO	wie 7 !	12	13
wie 7	wie.7	wie 7	wie 7	wie 7	wie 7
wie 7	wie 7	wie 7	0,005	wie 7	wie 7
0,013	0,005	0,009	Spur	0,010	0,008
Spur	Spur	Spur	0^9	Spur	Spur
0,42	0,33	0,32	0,070	0,36	0,27
0,190	0,115	0,080	0,016	0,066	0,065
0,017	0,017	0,022	Spur	0,016	0,019
Spur	Spur	Spur	0,0009	Spur	Spur
0,0015	0,0008	0,0012	Durch	0,0015	0,0010
37,39	36,80	36,10	gezogen	Durch	33,12
			— !	gezogen
25,4	—	—	34,1	20,0	—
37,9	36,8	35,5	44	33,6	33,5
40	40	34	0,0	44	45
0,7	0,0	0,0	1,96	0,2	0,0
1,50	1,79	1,88	1,97	1,92

Art des Stahlbleches

Art des Ausglühens

Si

Mn

P

S

Al

N

CCV.

Streckgrenze, kg/mm² Zugfestigkeit, kg/mm²

Dehnung, %

Dehnung bei der Streckgrenze nach ' Alterung von

1 Monat

Ä-Wert

Nr.

14

P-haltiges

unberuhigtes

Stahlblech

Entkohlung, Denitrierung, Ausglühen 0,012 Spur 0,36 0,050 0,014 Spur 0,0010 34,75 19,8 32,4 46

0,2 1,83

wie 14

0,014

Spur

0,046

0,028

Spur

0,0012

wie 14

0,011

Spur

0,29

0,020

0,015

Spur

0,0013

37,23

18,5

28,4

48

1,2 1,53

Al-beruhigtes

Tiefideh-

Stahlblech

übliches Ausglühen

0,035

Spur

0,33

0,008

0,015

Spur

0,0060

30,5 46

0,0 1,68

18

P-haltiges Al-beruhigtes Tiefzieh-Stahlblech wie

0,044 Spur 0,26 0,065 0,015 Spur 0,0049 37,20

34,4 42

0,0 1,60

20

22

24

Art des

Stahlbleches

Art des
Ausglühens

C

Si

Mn

P

S

Al

N

CCV.

Streckgrenze,

kg/mm²

Zugfestigkeit,

kg/mm²

Dehnung, % ...

Dehnung bei der
Streckgrenze
nach Alterung
von 1 Monat .

R- Wert

P-haltiges

mechanisch

gedeckelt

vergossenes

Stahlblech

übliches

Ausglühen

0,085
Spur
0,34
0,068
0,019
Spur
0,0018 38,88

26,2

37,4
41

3,0
1.08

wie 19

Entkohlung Denitrierung, Ausglühen

0,012

Spur

0,35

0,067

0,019

Spur

0,0009 36,54

33,8 44

0,0 1,82

P-haltiges

mechanisch

gedeckelt

vergossenes

Stahlblech

übliches

Ausglühen

0,073
0,03
0,34
0,069
0,019
Spur
0,0020
38,43

3,2
1,23

übliches Ausglühen

wie 21

Entkohlung,
Denitrierung,
Ausglühen

0,010

0,03

0,34

0,070

0,018

Spur

0,0012
36,48

33,9
45

0,0
1,89

P-haltiges
halbberuhigtes
Stahlblech

übliches
Ausglühen

0,066
0,05
0,33
0,068
0,019
Spur
0,0028
38,70

25,5

37,0
40

3,3
1,22

wie 23

Entkohlung, Denitrierung,
Ausglühen

0,011

0,05

0,33

0,068
.0,019

Spur

0,0013
Durchbruch

34,3
44

0,0
1,94

Darunter ist ein Glühen in einer nicht oxydierenden Atmosphäre, die nicht entkohlend und nicht denitrierend wirkt, zu verstehen. Dies wird dadurch nachgewiesen, daß der Kohlenstoff- bzw. Stickstoffgehalt im Stahl vor und nach dem Glühen unverändert ist.

Probenabmessungen

Bei der Bestimmung der Zugspannung, der Streckgrenze und der Dehnung sowie des R-Wertes verwendet man Proben von rechteckigem Querschnitt mit folgenden Abmessungen: Gesamtlänge 190 mm, über der Länge gleichbleibende Stärke 0,8 mm, Länge der Einspannteile 57 mm, Ubergangsradius vom Griffteil zum Meßlängenteil 15 mm, Länge des Meßlängenteils 60 mm, Meßlänge 50 mm, Breite im Meßlängenteil 25 mm, Breite der Einspannstücke 30 mm.

Bestimmung des C. C. V.-Wertes

Der C. C. K-Wert bzw. Kegelnapfwert ist ein Maß für die Tiefziehfähigkeit der untersuchten Probe. Die Proben bestehen aus Stahlscheiben mit 50 mm Durchmesser und 0,8 mm Dicke. Bei der in F i g. 1 gezeigten Prüfapparatur beträgt der öffnungswinkel der Matrize Θ 60°, der Durchmesser der Matrizenöffnung d₂ 19,95 mm, der Schulterradius der Matrize r_d 4,0 mm, der Stempeldurchmesser d, 17,46 mm, der Radius der Stahlkugel r_p 8,73 mm. Die Probe wird, wie durch gestrichelte Linien in Fig. 1 gezeigt, aufgelegt und durch den Stempel entlang der Matrize verformt, bis sie reißt. Der Außendurchmesser O des Napfes an der Anrißstelle bei beginnendem Anriß wird als C. C K-Wert bezeichnet, d. h. je kleiner dieser Wert ist, desto stärker kann das Stahlblech tiefgezogen werden. Die in F i g. 2 gezeigten Proben entsprechen von links nach rechts den Stählen 6, 1, 5, 17, 10, 13 und 11.

Anisotropie wert R .'■■■■■■.

Der i?-Wert ist ein Maß für die plastische Anisotropie und ist auch als plastisches Spannungsverhältnis oder Lankford-Wert bekannt. Er wird folgendermaßen ermittelt: Eine Probe mit den an Hand der mechanischen Eigenschaften beschriebenen ■Abmessungen wird einer Zugspannung ausgesetzt;^ daß"die erreichte Dehnung 15% beträgt. Der Ι&ψεϊΧ ergibt

sich aus folgender Formel: : ■ :. .·■■'

Dabei bedeutet W₀ die Meßlängenbreite der Probe vor dem Zugversuch, W die Meßlängenbreite der Probe nach dem Zugversuch, /₀ die Meßlänge vor dem Zugversuch und / die Meßlänge nach dem Zugversuch. Unterschiede der K-Werte, die durch die Walzrichtung verursacht v/erden, werden durch den Mittelwert R ausgeglichen, der folgendermaßen berechnet wird:

R =

R₀ + 2 i?45 + R₁

90

Dabei bedeuten die Indizes die Winkel, die die Proben zur Walzrichtung haben.

i 4bö 422

Ein großer Ä-Wert bei einem Stahlblech zeigt an, daß die Dickenänderung der Probe geringer ist als ihre Breitenänderung bei der Zugverformung und daß damit das Stahlblech ausgezeichnete Tiefzieheigenschaften hat.

Alterung

Beim Alterungsversuch wird die Streckgrenzendehnung nach einer einmonatigen Alterung gemessen; je kleber der gemessene Wert ist, um so besser ist die Alterungsbeständigkeit des Stahlblechs.

Das Stahlblech 1 ist ein übliches kaltgewalztes Stahlblech aus unberuhigtem Stahl. Bleche 2 bis 5 entsprechen dem Blech 1, das in verschiedenen Graden entkohlungs- und denitrierungsgeglüht ist. Man sieht, daß der C. C. K-Wert um so kleiner und der i?-Wert um so größer ist, je niedriger der Gehalt an Kohlenstoff und Stickstoff in dem Stahlblech ist. Wenn jedoch der Kohlenstoffgehalt auf 0,005% und der Stickstoffgehalt auf 0,001% herabgesetzt wird, so wird der C. C. K-Wert auf 37,42 und der K-Wert auf 1,41 verbessert. Eine weitere Ausscheidung von Kohlenstoff und Stickstoff führt zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften.

Die Bleche 7 bis 16 sind kaltgewalzte Stahlbleche, die Phosphor in einem Bereich von 0,28 bis 0,02% enthalten und entkohlungs- und denitrierungsgeglüht sind, um den Kohlenstoffgehalt auf einen Wert unter 0,015% und den Stickstoffgehalt unter 0,002% zu drücken. Ein Vergleich der erfindungsgemäßen Bleche 9 bis 15 mit den herkömmlichen Blechen 1 bis 5 zeigt, daß die erfindungsgemäßen Bleche eine erheblich bessere Ziehfähigkeit und Alterungsbeständigkeit haben.

Versuchsproben aus Stahlblechen gemäß Nr. 11 und 12 mit einem Phosphorgehalt von ungefähr 0,07% haben eine so hervorragende Ziehfähigkeit, daß sie ganz durchgezogen werden, so daß der C. C. K-Wert dieser Bleche nicht bestimmt werden kann. Der entsprechende^Napf ist am linken Ende der F i g. 2 dargestellt. Der K-Wert dieser Proben erreicht eine Höhe von ungefähr 2,0.

Die Werte der mechanischen Eigenschaften der Bleche 7 bis 16 sind abhängig vom Phosphorgehalt in F i g. 3 aufgetragen, wobei die Kurven 1 die Streckgrenze, 2 die Zugfestigkeit, 3 den C. C- K- und 4 den R-Wert darstellen.

Man sieht, daß die Streckgrenze und die Zugfestigkeit proportional mit dem zunehmenden Phosphorgehalt ansteigen. Bei einem Phosphorgehalt von ungefähr 0,07% hat die C. C. K-Kurve ein Minimum und die jR-Kurve ein Maximum. F i g. 3 zeigt, daß ein Phosphorgehalt von 0,03 bis 0,12%, vorzugsweise 0,05 bis 0,09%, die Tiefziehbarkeit besonders begünstigt.

Bei den Blechen 9 bis 15 fallen die Dehnungen bei den Streckgrenzen in den Bereich von 0 bis 0,5%. Diese Bleche haben eine beträchtlich bessere Alterungsbeständigkeit als die Bleche 1 bis 5. Das Blech 6 ist aus einem kaltgewalzten Stahlblech aus unberuhigtem Stahl mit einem Phosphorgehalt von 0,07% nach einem herkömmlichen Glühverfahren hergestellt. Durch das Glühverfahren werden die Streckgrenze und die Zugfestigkeit dieses Bleches im Vergleich mit dem _Blech 1 erhöht, während der C. C. K-Wert und der i?-Wert praktisch unverändert bleiben und die Alterungsbeständigkeit überhaupt nicht verbessert wird.

Dadurch ist gezeigt, daß die erfindungsgemäße Wirkung weder durch die Entkohlung und Denitrierung des kaltgewalzten Stahlbleches allein, noch allein durch die Zugabe von Phosphor zu dem Stahl erreicht werden kann.

Das Blech 17 ist ein handelsübliches, aluminiumberuhigtes gut tiefziehbares Stahlblech, das jedoch höhere Gestehungskosten hat.

Das Stahlblech 18 ist wie das Stahlblech 17, jedoch mit einer Zugabe von 0,065% Phosphor hergestellt.

Die Bleche 19, 21, 23 sind aus handelsüblichem, gedeckelt vergossenem Stahl und halbberuhigtem Stahl unter Zugabe von Phosphor hergestellt und in üblicher Weise geglüht. Die Tiefziehfähigkeit und die Alterungsbeständigkeit dieser Bleche sind unbefriedigend. Werden diese Bleche jedoch entkohlungs- und denitrierungsgeglüht, wie es bei den Blechen 20, 22 und 24 der Fall ist, so zeigen sie insofern erhebliche bessere Eigenschaften, daß ein größerer R-Wert, eine verminderte Dehnung bei der Streckgrenze und ein kleinerer C. C. K-Wert erreicht werden.

Das Zusammenwirken von Phosphorgehalt und Entkohlungs- und Denitrierungsglühung ist noch nicht völlig geklärt. Gewöhnlich ist die Kornstruktur eines kaltgewalzten und dann in üblicher Weise geglühten Stahlbleches willkürlich und hat keine bevorzugte Orientierung. Das erfindungsgemäße Stahlblech hat eine für das Tiefziehen günstige Kornstruktur, in der die (111)-Ebene parallel zur Oberfläche des Bleches liegt. Bei einer angehäuften Kornstruktur nach dem Millerindex, die die Bezeichnung (111) [h ■ k ■ /] hat. wurde die allgemein orientierte Struktur als (IH)[IlO] und (111) [112] beobachtet. Diese Struktur hat ein extrem höheres Sjpannungsverhältnis, was gleichbedeutend mit dem R-Wert ist, wie die willkürlich angehäufte Struktur (Sheet Metal Industries, Mai 1961, S. 349 bis 358).

Da die gitterlöslichen Atome durch den Kohlenstoff und Stickstoff während der Entkohlungs- und Denitrierungsglühung vermindert werden, nimmt man an, daß eine geeignete, im Stahlblech vorhandene Phosphormenge die Konfiguration der angehäuften (lll)-Struktur hervorrufen oder beschleunigen kann.

Deshalb wird die erfindungsgemäße Wirkung nicht

erreicht, wenn ein Stahlblech, das einen ungeeigneten Phosphorgehalt hat (Bleche 2 bis 5, Tabelle), nur entkohlungs- und denitrierungsgeglüht wird, und auch dann nicht, wenn dieses Stahlblech, dem zusätzlich Phosphor zugegeben wurde (Bleche 6, 18, 19, 21 und 23) in üblicher Weise geglüht wird.

Claims

Patentanspruch:

Verwendung eines alterungsbeständigen Stahls, bestehend aus bis zu 0,15% Kohlenstoff, 0,15 bis 0,60% Mangan, 0,030 bis 0,120% Phosphor, bis zu 0,0020% Stickstoff, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, in kaltgewalztem Zustand als Werkstoff für Tiefziehbleche mit einer bevorzugten Kornorientierung, wobei die (111)-Ebene parallel zur Walzebene liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

009 542/206