DE1483247C3 - Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines hochzugfesten Weißbleches - Google Patents
Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines hochzugfesten WeißblechesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines hochzugfesten Weißblechs aus
unlegiertem Kohlenstoffstahl.
Bei der Herstellung von Weißblech höherer Festigkeit wird der Stahlstreifen nach dem Anlassen einer
zweiten Kaltverformung vor oder nach dem Verzinnen unterworfen.
Normalerweise liegt das Ausmaß dieser zweiten Kaltverformung in der Größe von 25—35%. Ein
derartiges Weißblech kann eine Dicke von 0,13 bis 0,38 mm und eine Zugfestigkeit von 56 bis etwa
77,34 kg/mm2 aufweisen, welche beträchtlich höher als die Festigkeit von herkömmlichem Weißblech ist.
Jedoch ist die Dehnbarkeit eines solchen Produktes schlecht; sie beträgt weniger als 1% bei 50 mm.
Zum Erzielen höherer Festigkeitswerte muß ein solches Weißblech in der Regel nitriert werden.
Die Anwendung der Kalthärtung durch Kaltverformung, um die gewünschte Festigkeit bei dünnen
Stahlblecherzeugnissen zu erzielen, hat insbesondere bei doppelt verformtem Weißblech beträchtliche
Nachteile. Zusätzlich zu der schlechten Dehnbarkeit oder Formbarkeit ist doppelt verformtes Weißblech
auch durch einen hohen Grad an Richtungsabhängigkeit oder Anisotropie gekennzeichnet, d. h., es weist
wesentlich unterschiedliche mechanische Eigenschaften in Längs- und in Querrichtung in Bezug auf die
Walzrichtung auf.
In der US-PS 20 13 249 wird eine Wärmebehandlung von Kohlenstoffstählen mit 0,05 bis 0,4% Kohlenstoff
und bis zu 0,5% Mangan beschrieben. Derartige als »cold rolled steel« bezeichneten Produkte werden auf
.eine Temperatur erhitzt, die von Rotglut bis zum
ίο Schmelzpunkt des Stahles reicht, wobei vorzugsweise
auf eine Temperatur zwischen 482 und 899° C erhitzt wird. Danach wird der erhitzte Werkstoff in einem
Abschreckmittel abgeschreckt. Die Zugfestigkeit soll mindestens doppelt so hoch sein wie bei dem
Ausgangswerkstoff.
In »Proceedings of the Royal Society of London«, Vol. 259 (1961) S. 45-58, insbesondere S. 52/53 sind im
Zusammenhang mit der Martensitumwandlung in Kohlenstoffstählen bei Kohlenstoffgehalten von 0,1 bis
0,2% beim Abschrecken auf Raumtemperatur Nadeln aus Anlaßmartensit festgestellt worden. Diese Untersuchung
erfolgte indessen bei einem Werkstoff,'der 0,69% Mn, 0,06% Cr und"O,69% Ni bei einem Kohlenstoffgehalt
von 0,12% aufweist.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines
hochzugfesten Weißbleches aus unlegiertem Kohlenstoffstahl anzugeben, welches es erlaubt, Blechbänder
mit überraschend guter Dehnbarkeit bei äußerst hohen Festigkeitswerten herzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein dünnes Blechband aus dem unlegierten
Kohlenstoffstahl mit 0,03 bis 0,25% Kohlenstoff und 0,20 bis 0,60% Mangan und einer Dicke von 0,005 bis
2,54 mm in kaltverfestigtem Zustand mit einem Kaltverformungsgrad von wenigstens 40% durch eine Heizzone
geführt wird, in welcher das Blechband auf eine Temperatur oberhalb des kritischen A3-Punktes des
Stahles erhitzt und vollständig austenitisiert wird, und daß das Blechband danach schnell und gleichmäßig mit
einer Geschwindigkeit abgeschreckt wird, die oberhalb der kritischen Abkühlungsgeschwindigkeit liegt mit der
Maßgabe, daß das erzielte Gefüge im wesentlichen aus Anlaßmartensit besteht und das Blechband eine
Zugfestigkeit von wenigstens 91,4 kg/mm2 und eine Dehnung bei 50 mm von wenigstens 1,5% aufweist.
Zweckmäßig beträgt der Kaltverformungsgrad wenigstens 60%.
Das Blechband weist vorteilhaft eine Zugfestigkeit von 105,5 bis 175,8 kg/mm2 und eine Dehnung bei 50 mm von 1,5 bis 10% auf.
Das Blechband weist vorteilhaft eine Zugfestigkeit von 105,5 bis 175,8 kg/mm2 und eine Dehnung bei 50 mm von 1,5 bis 10% auf.
Die einzuhaltende Temperatur beträgt zweckmäßig in Abhängigkeit von dem Kohlenstoffgehalt 900 bis
11500C, wobei das Blechband eine Dicke von 0,05 bis
1,3 mm aufweisen kann.
Nach dem Abschrecken kann das Blechband dressiert werden, um es zu glätten.
Die überraschend gute Dehnbarkeit des hochzugfesten Blechbandes wird der Tatsache zugeschrieben, daß
der Martensit als Anlaßmartensit vorliegt und dieser Martensit eine feine Korngröße aufweist und daß das
Ausgangsmaterial in einem kaltverformten und dadurch kaltgehärteten Zustand vorlag. Hohe Festigkeiten
lassen sich bei Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt leicht erzielen, jedoch wird mit dem vorgeschlagenen
Verfahren ein dünnes Blechband mit den genannten wünschenswerten physikalischen Eigenschaften schon
bei geringem Kohlenstoffgehalt erhalten, wobei ein
derartiges Blech leicht zu beschichten, zu bestreichen und einfach zu schweißen ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels.
Der Ausdruck »kaltgehärtet«, der hier verwendet wird, bezieht sich auf ein Blechband, welches nach
Warmwalzen, Beizen und Kaltverformen mit einem Kaltverformungsgrad von mindestens 40%, vorzugsweise
wenigstens 60%, keinem Anlassen unterzogen worden ist. Das kaltgewalzte Blechband im kaltgehärteten
Zustand kann bei einer Breite von 45,7 bis 182 cm, eine Zugfestigkeit von etwa 70,3 kg/mm2 bei schlechter
Dehnbarkeit, d. h. weniger als 1 % Dehnung bei 50 mm aufweisen.
Das kaltverformte Blechband wird von einer Rolle durch eine Führung und einen Schlingenkanal zu einer
üblichen Reinigungs- und Spülvorrichtung geführt, in welcher die Reste des Walzöls entfernt werden. Das
gesäuberte Blechband läuft dann durch einen Ofen, wo es auf die Austenitisierungstemperatur gleichmäßig
erhitzt wird. ■ -
Unmittelbar nach dem Verlassen des Ofens läuft das *' Blechband in ein Abschrecksystem, wo es mit einer
Geschwindigkeit auf Umgebungs- oder Raumtemperatur abgeschreckt wird, die über der kritischen
Abkühlungsgeschwindigkeit liegt. Im allgemeinen erfordert dies ein Abschrecken von der Ofentemperatur bis
herab zur Temperatur des Beginns der Martensitbildung in 0,1 bis 0,4 see, und zwar in Abhängigkeit von der
Abschrecktemperatur. Die während des Abschreckens gebildete Oxydhaut wird durch Beizen in einem
Säurebad entfernt.
Die Gleichförmigkeit der Abschreckung ist nicht nur deshalb wichtig, um ein Blechband mit gleichförmigem
Gefüge und gleichförmigen mechanisch-technologischen Eigenschaften zu erhalten, sondern auch darum,
um ein Werfen und einen Verzug des Blechbandes zu vermeiden. Eine unregelmäßige Verdampfung des
Wassers oder eines anderen Abschreckmediums bei Berührung mit dem Blechband kann wesentliche
Unterschiede in den Wärmeübertragungsgeschwindigkeiten zwischen Abschnitten der Bandoberfläche, die
mit dem flüssigen Wasser in Berührung sind, und anderen Abschnitten zur Folge haben, die mit
Wasserdampf in Berührung sind. Diese Unterschiede bewirken unterschiedliche Geschwindigkeiten der Zusammenziehung
im Blechband und haben Abschreckspannungen sowie eine Verformung zur Folge. Die notwendig hohe Abkühlungsgeschwindigkeit und die
gewünschte Gleichförmigkeit der Abschreckung wird durch einen hohen Grad an Turbulenz und einer hohen
Volumengeschwindigkeit des Wasserflusses erzielt.
Obwohl Wasser das bevorzugte Abschreckmedium ist, können andere Medien, einschließlich Sole oder
andere wäßrige Salzlösungen, öl, flüssiger Stickstoff usw. verwendet werden. Unabhängig von dem verwendeten
flüssigen Abschreckmedium muß jedoch die Volumengeschwindigkeit des Abschreckflüssigkeitsflusses
hoch genug sein, um eine Abkühlgeschwindigkeit zu erzielen, die über der zur Umwandlung von Austenit in
Martensit erforderlichen kritischen Geschwindigkeit liegt, und die Turbulenz der Abschreckflüssigkeit relativ
zum Blechband muß groß genug sein, um die Ansammlung eines Dampffilmes zu verhindern, der zu
einem ungleichförmigen Abschrecken und infolgedessen zu einem Verzug des Streifens führen würde.
Typische Durchlaufgeschwindigkeiten bei dem kontinuierlichen Verfahren liegen im Bereich von 30,5 m bis
610 m je Minute in Abhängigkeit vom Maß des Blechbandes und vom Kohlenstoffgehalt. Trotz der
hohen Abkühlungsgeschwindigkeit findet ein Anlassen des Blechbandes während der kurzen Zeit statt, die zum
Abkühlen yon dem Martensitumwandlungstemperaturbereich bis zur ^Umgebungstemperatur oder zur
Wassertemperatur benötigt wird.
Der Dressierschritt, dem das abgeschreckte Blechband zur Glättung seiner Oberfläche unterworfen
werden kann, soll 5% nicht überschreiten.
Nach dem Glattwalzen des Blechbandes kann dieses dann auf herkömmliche elektrolytische Arbeitsweise
mit Zinn überzogen werden, wobei die Einzelheiten dieses Vorganges dem Fachmann bekannt sind. Nach
einer anderen Möglichkeit kann das Blechband galvanisiert oder mit Aluminium überzogen werden.
Ein Blechband aus reinem Kohlenstoffstahl, bestehend aus 0,14% C, 0,48% Mn, 0,009% P, 0,028% S,
0,003% Si, 0,03% Cu, 0,013% As, 0,02% Ni wurde auf 927°C erhitzt, d.h. über den kritischen A3-Punkt und
danach schnell und gleichmäßig erfindungsgemäß abgeschreckt. Die erzielte Zugfestigkeit betrug
139,5 kg/mm2 bei einer Dehnung (50 mm) von 3,5%.
Beispiel II
Eine Reihe kontinuierlicher Durchgänge wurde in einer handelsüblichen Vorrichtung durchgeführt, wobei
Seewasser als Abschreckmittel verwendet wurde. Das Ausgangsmaterial war in jedem Fall ein kaltgewalztes
Blechband voller Härte von 83,2 cm Breite mit einer so Zugfestigkeit von 70,3 kg/mm2 und einer Dehnung bei
50 mm von weniger als 1%. Die chemischen Analysen und Versuchsdaten sind in der folgenden Tabelle
dargestellt:
Durchgang | Maß | Chemische | Analyse (%) | P | S | Si | Cu | As |
Nr. | (mm) | C | Mn | 0,011 | 0,022 | 0,001 | 0,03 | 0,018 |
1 | 0,145 | 0,09 | 0,45 | 0,012 | 0,022 | 0,010 | 0,02 | 0,016 |
2 | 0,213 | 0,09 | 0,45 | 0,012 | 0,021 | 0,004 | 0,03 | 0,013 |
3 | 0,203 | 0,11 | 0,34 | 0,016 | 0,022 | 0,011 | 0,03 | 0,014 |
4 | 0,201 | 0,19 | 0,42 | |||||
Die Verfahrensdaten für die vier Durchgänge sind in Tabelle II wie folgt gezeigt:
Durchgang | Geschwindigkeit | Stahlabschreck | Wassertemperatur | "C | Wasserdurchfluß (Ltr./min) | Spritzdüsen |
temperatur*) | 2650 | |||||
Nr. | (m/min) | ("C) | Eintritt | Austritt | Einlaß | 2650 |
1 | 191-228 | 888-938 | 15,6-18,3 | 18,9-23,3 | 2740 | 2650 |
2 | 137-145 | 944-955 | 15,6-18,3 | 18,9-23,3 | 2740 | 2650 |
3 | 145-156 | 911-960 | 15,6-18,3 | 18,9-23,3 | 2740 | |
4 | 150-159 | 927 | 15,6-18,3 | 18,9-23,3 | 2740 | |
*) Temperatur des erwärmten Blechbandes direkt vor der Berührung mit dem Abschreckwasser.
Schliffbilder der Prüfproben des erfindungsgemäß abgeschreckten Blechbandes zeigten, daß das Gefüge in
jedem Fall vollständig aus Anlaßmartensit bestand.
Die Eigenschaften des Weißbleches nach einem
Dressierstich von weniger als 0,5% sind in der Tabelle III wiedergegeben, wobei der Kohlenstoffgehalt und die
Maße der Einfachheit halber wiederholt werden.
Durchgang Nr. 1
Kohlenstoff | 0,09 | 0,09 | 0,11 | 0,19 |
Maß, mm | 0,145 | 0,213 | 0,203 | 0,201 |
Zugfestigkeit, kg/mm2 | 122,3 | 121 | 133 | 156 |
Dehnung, % bei 50mm | 1,5-2,0 | 2,5-3,0 | 2,0-2,5 | 2,0-2,5 |
Olsen-Dehnbarkeit, mm | 3,91 | 4 | 3,83 | 3,83 |
Rockwell-Härte, 30-N | 53 | 53 | 58 | 63 |
B eizverzögerung*) | 5 | 6 | 4 | 3 |
ATC*) | 0,02 | 0,04 | 0,03 | 0,03 |
*) Die Beizverzögeruhgsprüfung und die ATC-Prüfung werden in »Tinplate Testing« (Mai 1960) vom
Tin Research-Institute, Anhang XII bzw. Anhang XIV beschrieben.
Aus den oben angegebenen Daten ist zu ersehen, daß das Produkt eine außergewöhnlich hohe Festigkeit
selbst bei sehr dünnen Maßen aufwies. Darüber hinaus war die Dehnbarkeit des Produktes gleichförmig gut,
selbst beim höchsten Kohlenstoffgehalt im Durchgang 4.' Der Korrosionswiderstand, wie er durch die
Beizverzögerungsprüfung und die ATC-Prüfung gemessen wird, war ganz ausgezeichnet. Obwohl es in Tabelle
45 III nicht gezeigt wird, war der Unterschied zwischen den Längs- und Quermessungen der Zugfestigkeit
gering, so daß das Produkt im wesentlichen isotropisch war.
Zusätzlich dazu wurden Rockwell-Härtemessungen (30-N) jeweils in 25 mm Abstand quer über die Breite
jedes Blechbandes mit den folgenden Ergebnissen vorgenommen:
Durchgang
Nr.
Nr.
Zentralwert und
Abweichung
Abweichung
1 | 53±3 |
2 | 54,5±2,5 |
3 | 58±1 |
4 | 63 + 1 |
Es geht demnach aus der gleichförmigen Härte des Blechbandes hervor, daß eine gleichförmige Abschrekkung
durchgeführt wurde und daß ein sehr gleichförmiges Gefüge aus Anlaßmartensit erzielt wurde.
Die Prüfergebnisse zeigen, daß durch die erfindungsgemäße Behandlung ein kaltgewalztes Blechband voller
Härte mit einer Zugfestigkeit von etwa 70,3 kg/mm und sehr schlechter Dehnbarkeit (weniger als 1 % Dehnung
bei 50 mm) in ein Blechband umgeformt wird, welches eine bessere Zugfestigkeit und stark verbesserte
Dehnbarkeit aufweist.
Ein weiterer wichtiger Vorteil des gemäß der Erfindung hergestellten Weißbleches liegt in seiner
merklichen Bruchfestigkeit im Vergleich zu den bislang in kontinuierlichen Verfahren hergestellten Bändern.
Das erfindungsgemäß behandelte Blechband ist weit weniger empfindlich, da Kantenrisse nicht dazu neigen,
sich so leicht auszudehnen, so daß das Blechband weit weniger reißt. Dieser Vorteil ist bei abnehmender Dicke
des Blechbandes von steigender Bedeutung.
Claims (6)
1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines hochzugfesten Weißbleches aus unlegiertem
Kohlenstoffstahl, dadurch gekennzeichnet, daß ein dünnes Blechband aus dem unlegierten
Kohlenstoffstahl mit 0,03 bis 0,25% Kohlenstoff und 0,20 bis 0,60% Mangan und einer Dicke von 0,005 bis
2,54 mm in kaltverfestigtem Zustand mit- einem Kaltverformungsgrad von wenigstens 40% durch
eine Heizzone geführt wird, in welcher das Blechband auf eine Temperatur oberhalb des
kritischen A3-Punktes des Stahles erhitzt und vollständig austenitisiert wird, und daß das Blechband
danach schnell und gleichmäßig mit einer Geschwindigkeit abgeschreckt wird, die oberhalb
der kritischen Abkühlungsgeschwindigkeit liegt, mit der Maßgabe, daß das erzielte Gefüge im wesentlichen
aus Anlaßmartensit besteht und das Blechband eine Zugfestigkeit von wenigstens 91,4 kg/mm2 und
eine Dehnung bei 50 mm von wenigstens 1,5% aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch "1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltverformungsgrad wenigstens
60% beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechband eine Zugfestigkeit von
105,5 bis 175,8 kg/mm2 und eine Dehnung bei 50 mm
von 1,5 bis 10% aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperatur von 900 bis 11500C in
Abhängigkeit von dem Kohlenstoffgehalt eingehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechband eine Dicke von 0,05 bis
1,3 mm aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeschreckte Blechband dressiert
wird.
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