DE1608006C2

DE1608006C2 - Verfahren zur Herstellung von rostfreien, ferritischen Stahlblechen

Info

Publication number: DE1608006C2
Application number: DE19681608006
Authority: DE
Inventors: Takayuki; Takemura Susumu; Arakawa Motohiko; Nishimura Hiroshi; Hikari Yamaguchi Ooka (Japan)
Original assignee: Yawata Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Yawata Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 1967-01-14
Filing date: 1968-01-15
Publication date: 1976-04-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von rostfreien, ferritischen Stahlblechen mit guter Tiefziehfähigkeit und verminderter Neigung zur Bildung von Aufwellungen aus einem Stahl, der weniger als 0,15% Kohlenstoff und 13 bis 25% Chrom enthält, bei dem das Blech nach dem Warmwalzen weniger als 10 Minuten bei 900 bis 1000⁰C zum ersten Mal geglüht und abgekühlt wird.

Wenn ein kaltgewalztes Blech oder Band aus einem rostfreien Stahl mit etwa 17% Chrom plastisch verformt wird, können parallel zur Walzrichtung Unebenheiten auftreten, die im allgemeinen als Aufwellungen bezeichnet werden. Die Tiefe dieser Aufwellungen kann mehrere lOOstel Millimeter betragen, so daß die Qualität des Stahlbleches erheblich vermindert wird.

Aus der USA.-Patentschrift 2 808 353 ist ein Verfahren zur Herstellung von nichtrostendem Tiefziehstahl mit maximal 0,25% Kohlenstoff und 14 bis 23% Chrom bekannt, bei dem das Blech nach dem Warmwalzen über 1 bis 10 Minuten bei etwa 920 bis 1150° C ieglüht und anschließend auf Raumtemperatur durch uft abgekühlt wird und bei dem das Blech sodann einer weiteren Glühung bei 760 bis 899°C unterworfen wird. Die zweite Glühung bei 760 bis 899° C wird als notwendig angesehen, damit die Bildung eines martensitischen Gefüges mit erhöhter Härte infolge der Luftabkühlung zur Verbesserung der Verformbarkeit rückgängig gemacht wird.

Die USA.-Patentschrift 2 772 992 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von rostfreiem Chromstahl für Tiefziehzwecke mit 15 bis 22% Chrom und bis zu 0,25% Kohlenstoff. Das warmgewalzte Band wird zur Vermeidung von Aufwellungen bei etwa 950 bis 1320⁰C geglüht, im Ofen abgekühlt, kalt verformt und anschließend bei etwa 790 bis 840⁰C geglüht.

In dem Aufsatz von A ρ ρ e 1 und Becker in der »Zeitschrift Tür Metallkunde«, Bd. 54, 1963, Heft 12, S. 724 bis 728, wird im vorliegenden Zusammenhang eine Abkühlung an Luft empfohlen, jedoch beziehen sich diese Ausführungen nur auf Langzeitglühungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das in der USA.-Patentschrift 2 808 353 beschriebene Verfahren so zu verbessern, daß die Bleche eine höhere Festigkeit aufweisen, ohne die Neigung zur Bildung von Wellenprofilen zu verstärken. Ihr liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Behandlungsverfahren zu schaffen, mit dem die Tiefzieheigenschaften von nichtrostendem Stahl von 13 bis 25% Chrom insofern verbessert werden, als die Bildung von Wellenprofilen bei einer plastischen Verformung unterbleibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Blech nach der ersten Glühung schneller als an Luft oder auch — wie bekannt — an Luft abgekühlt, ohne weitere Glühbehandlung kaltgewalzt, bei 750 bis 86O⁰C erneut geglüht und langsam auf 700 bis 500⁰C abgekühlt wird. Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß, wie Versuchsergebnisse zeigen, die Bildung eines Wellenprofils in engem Zusammenhang mit dem Vorhandensein einer gewalzten und geglühten Textur steht,

d. h., einer Textur, bei der {100} < 011 > um 45° um eine Achse gedreht ist, die mit <011> parallel zu der Walzrichtung liegt.

Im folgenden werden beispielsweise, bevorzugte Ausführungsformen an Hand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine graphische Darstellung der Rauhigkeit (bei einem Aufwellungsindex von 0) der Oberfläche, nachdem ein durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestelltes Stahlblech einer Bearbeitung unter Zugbeanspruchung unterworfen worden ist;

F i g. 2 ist eine graphische Darstellung der Rauhigkeit (Aufwellungsindex 4) der Oberfläche eines auf herkömmliche Art hergestellten Stahlblechs nach einer Bearbeitung mit Zugbeanspruchung, bei dem sich eine besonders starke Aufwellung ergab;

F i g. 3 ist eine (200)-Polfigur des Bleches gemäß Fig. 1;

F i g. 4 ist eine (200)-Polfigur eines Bleches gemaß Fig. 2.

Der erfindungsgemäße Stahl ist ein ferritischer, nichtrostender Stahl mit weniger als 0,15% C und 13 bis 25%, insbesondere 16 bis 18% Cr, der beispielsweise unter der japanischen Normbezeichnung SUS 24 oder unter der USA.-Normbezeichnung AISI 430 bekannt ist.

Die F i g. 2 und 4 beziehen sich auf ein herkömmliches Stahlblech, d. h. auf ein warmgewalztes Stahlblech, das für 2 Stunden auf 815⁰C erwärmt, danach kaltgewalzt und durch ein bekanntes Verfahren gekühlt worden ist. Die chemische Zusammensetzung ist in der Tabelle I dargestellt.

Tabelle I

Probe	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr
a . b	0,06 0,05	0,60 0,54	0,52 0,52	0,024 0,019	0,007 0,008	0,17 0,12	16,75 16,20

a = Erfindungsgemäß behandeltes Stahlblech (Fig. 1 und 3). b = Auf herkömmliche Art behandeltes Stahlblech (F i g. 2 und 4).

Wie aus F i g. 2 hervorgeht, weist das auf herkömmliche Weise hergestellte Stahlblech eine starke Aufwellungsbildung nach der Bearbeitung unter Zug auf (Aufwellungsindex 4), während das in F i g. 1

gezeigte, erfindungsgemäß hergestellte Stahlblech mit etwa 17% Chrom keinerlei Aufwellungen zeigt (Aufwellungsindex 0).

Der Aufwellungsindex gibt eine Rauhigkeit der Oberfläche des Stahlblechs an, wie aus folgender Aufstellung hervorgeht:

	Linearer Abstand zwischen
	dem Scheitel- und Sohlenpunkt
Aufwellungsindex	einer Unebenheit (konkav
	oder konvex) auf der Außenseite
	eines Stahlblechs
0	<10 μπί
1	10 bis 20 μηι
2	20 bis 30 [xm
3	30 bis 40 μηι
4	40 bis 70 μπί
5	>70 μΠ7

Es hat sich gezeigt, daß die Bildung des Wellenprofils in enger Beziehung zu der Dichte eines < 011 > faserförmigen Gefüges in Walzrichtung in dem kaltgewalzten Stahlblech steht, wie Tabelle II zeigt.

	Tabelle II
Aufwellungsindex
0 3 4 4
Dichte der <01I>//WR (Intensitätsverhältnis mit einer Probe mit regelloser Orientierung) 3°
0,89 1,04 1,19 35 1,33

F i g. 3 ist eine (200)-Polfigur eines kaltgewalzten, erfindungsgemäßen Stahlblechs, bei dem kaum eine Aufwellungsbildung festgestellt werden kann. Dabei ist die Dichte der <011>//WR (Walzrichtung)-Orientierung, welche die unmittelbare Ursache der Aufwellungsbildung ist, gering, und außerdem ist die Häufung einer bestimmten Orientierung so gering, daß die Verteilung der Orientierung insgesamt regellos ist. Andererseits zeigt Fig. 4 eine (200)-Polfigur eines kaltgewalzten herkömmlichen Stahlblechs, bei dem eine erhebliche Aufwellungsbildung festzustellen ist. Dabei ist die <011 > // WR-Orientierung, die dem Gußgefüge zugeschrieben werden kann, stark ausgebildet, und die Anisotropie ist erheblich;

Das erfindungsgemäße, weiter unten beschriebene Verfahren hat sich als wirksam zur Beseitigung der <011>//WR-Orientierung, die durch das Wachstum von säulenförmigen Kristallen an der Oberfläche in Längsrichtung des Stahlblocks während des Gießens entsteht und die ungünstig im Hinblick auf die Aufwellungsbildung ist, erwiesen.

Weiterhin hat sich gezeigt, daß ein <011>-Fasergefüge ungünstig für die Biegefähigkeit des Stahls, insbesondere die Biegefähigkeit im rechten Winkel (im folgenden C-Biegefähigkeit genannt) ist. Die erfindungsgemäße Behandlung des Stahlblechs dient der Verringerung der Aufwellungsbildung und der Verbesserung der C-Biegsamkeit.

Im folgenden sollen die einzelnen Merkmale der Erfindung näher erläutert werden.

Erfindungsgemäß wird das warmgewalzte und bei 900 bis 1000° C, also in einem Bereich, in dem Austenit und Ferrit nebeneinander vorhanden sind, weniger als 10 Minuten lang geglühte Blech schneller als an Luft oder auch an Luft abgekühlt, damit das Mischgefüge aus Ferrit und Martensit erhalten bleibt, daraufhin ohne weitere Glühbehandlung kaltgewalzt, bei 750 bis 860°C erneut geglüht und anschließend langsam auf 700 bis 500° C abgekühlt. Vorzugsweise wird das Stahlblech vor der ersten Glühbehandlung um weniger als 30% kaltverformt.

Wenn die Glühtemperatur unterhalb des angegebenen Bereichs liegt, wird die Austenitausscheidung so gering, daß sie keine Wirkung mehr hat. Wird bei einer höheren Temperatur geglüht, so scheidet sich der Austenit zellenförmig aus, was zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften, d. h. der Duktilität und der Bearbeitbarkeit, Führt, da die Streckgrenze und die Zugfestigkeit erhöht und die Dehnung verringert werden.

Anschließend an die Glühbehandlung wird das Ferrit-Austenitgefüge mit einer möglichst hohen Kühlgeschwindigkeit, beispielsweise schneller als mit Luftkühlung, auf Raumtemperatur abgekühlt. Dadurch erhält man ein Ferritgefüge mit verteilter Martensitphase hoher Einlagerungsdichte. Das Band wird daraufhin mit einer Reduktion von mehr als 30% kaltgewalzt. Auf diese Weise verschwindet die <011 >//WR-Orientierung, und das geglühte Gefüge erhält eine regellose Kristallanordnung, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist. Daher werden gute Eigenschaften im erfindungsgemäßen Sinne erreicht.

Wenn das warmgewalzte Band nicht im Zweiphasenbereich geglüht, anschließend abgeschreckt und sodann mit starker Verformung kaltgewalzt wird, wie es erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, sondern wenn beispielsweise lediglich im Ferritbereich geglüht wird, wie es bei der Probe b in Tabelle III der Fall ist, oder schließlich wenn sich an das erfindungsgemäße Glühen ein Glühen nach b anschließt, wie es bei der Probe c der Fall ist, so ist das entstehende Blech dem erfindungsgemäßen Blech a deutlich unterlegen, wie Tabelle III. zeigt.

Tabelle III

Nr.	Wärmebehandlung vor dem Kaltwalzen	Auf wellungs index	Streck grenze (kg/mm²)	Gesamt dehnung (%)	y-Wert*)
a	bei 960° C für 5 Min. und danach luft gekühlt	0 2 bis 4	45,0 41,2	27,0 31,2	0,90 1,29
b	bei 820⁰C Tür 2 Std. und danach allmäh lich gekühlt

Fortsetzung

Nr.	Wärmebehandlung vor dem Kaltwalzen	Auf- wellungs- index	Streck grenze (kg/mm²)	Gesamt dehnung (%)	y-Wert*)
C	bei 960° C für 5 Min. und danach luft gekühlt .		41,4	31,5	1,09
bei 820⁰C Tür 2 Std. und danach allmäh lich gekühlt	4

*) Rankford-Wertung γ =
log t_o/t

<W₀,W\ f₀, t = Breite und Stärke des parallelen Teils der Probe nach dem Zug.)

Tabelle III zeigt, daß das erfindungsgemäß behandelte Blech (a) dem herkömmlichen Blech (b) in bezug auf die Aufwellungsbildung überlegen, in bezug auf die mechanischen Eigenschaften jedoch etwas unterlegen ist. Diese Unterlegenheit läßt sich durch folgende erfindungsgemäße Schlußbehandlung ausgleichen :

Beim Kühlen nach dem Rekristallisationsglühen des kaltgewalzten Stahlblechs, das während einiger Minuten im Temperaturbereich von 750 bis 86O⁰C erfolgt, wird das Stahlblech allmählich auf etwa 500 bis 700⁰C abgekühlt. Dabei sind die in fester Lösung abgelagerten Kohlenstoff- und Stickstoffmengen am geringsten. In Tabelle IV zeigt (a) das Ergebnis dieser Behandlung. Aus dieser Tabelle ist zu entnehmen, daß es möglich ist, ein rostfreies Stahlblech mit etwa 17% Chrom herzustellen, das praktisch keine Aufwellungen aufweist und außerdem in bezug auf Duk- - _ γθ° + y4S° + y90^c

^Y ~ 4

Indizes = Winkel zur Walzrichtung.

tilität und sonstige Bearbeitbarkeit bemerkenswert verbessert ist. Zum Vergleich ist in Tabelle IV unter (b) ein Blech angegeben, das nicht allmählich abgekühlt worden ist. In diesem Falle läßt sich keine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften beobachten.

Weiterhin läßt sich zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften erfindungsgemäß wie folgt vorgehen:

Zunächst wird das warmgewalzte Band mit einer Reduktion von weniger als 30% vorgewalzt, und sodann wird das zuvor erwähnte Verfahren angewendet. Tabelle V zeigt das Ergebnis dieser Abwandlung. Die mechanischen Eigenschaften der — vorgewalzten — Probe (a-2) sind gegenüber der einfach gewalzten Probe a-1 verbessert. Als besonders günstig hat sich in diesem Zusammenhang ein zweistufiges Kaltwalzen erwiesen (Probe a-3).

	Tabelle IV	Wärmebehandlungnachdem Kaltwalzen	Auf- wellungs- index	Streck grenze (kg/mm²)	Zugfestig keit (kg/mm²)	Gesamt dehnung (%)
Nr.	bei 840⁰C für 10 Min. und danach all mählich auf 500 bis 700⁰C abgekühlt .. bei 84O⁰C für 10 Min. und danach luft gekühlt	0 0	37,4 43,0	57,6 61,6	30,0 27,0
a b

Tabelle V
(Bedingung für das abschließende Glühen: bei 840⁰C für 10 Minuten und danach luftgekühlt)

Nr.	Aufwel- lungs- index	Streck grenze (kg/mm²)	Zugfestig keit (kg/mm²)	Gesamt dehnung (%)	y-Wert
a-1 in 1 Stufe kaltgewalzt a-2 vorgewalzt	0 0 0	45,0 42,1 39,8	61,6 57,2 55,0	27,0 30,0 31,0	0,50 0,88 1,10
a-3 in 2 Stufen kaltgewalzt

Beispiel 1

Ein warmgewalztes Band mit einer Dicke von 3,8 mm aus einem handelsüblichen, rostfreien und durch ein übliches Verfahren gefrischten Stahl mit 17% Cr, der eine chemische Zusammensetzung aufweist, wie sie in Tabelle VI wiedergegeben ist, wird kontinuierlich bei 96O⁰C für 2 Minuten geglüht, danach schnell abgekühlt (mit einer Kühlgeschwindigkeit von 300 bis 400 grd/Min.), gebeizt bzw. ent-

zundert und danach in zwei Stufen kaltgewalzt und geglüht, so daß man ein Blecherzeugnis von 0,7 mm Dicke gemäß der vorliegenden Erfindung erhält. Beim abschließenden Glühen des kaltgewalzten Stahlblechs von 0,7 mm Dicke wird es rekristallisiert und bei 800 bis 840⁰C in einer kontinuierlichen Glühstufe geglüht. Danach wird es allmählich auf 600° C während 2 Minuten abgekühlt und für die Fertigstellung gebeizt.

Die mechanischen Eigenschaften des auf diese Weise erhaltenen Blecherzeugnisses sind in Tabelle VII angegeben. Es kann praktisch keine Aufwellungsbildung festgestellt werden, und die mechanischen Eigenschaften sind hervorragend.

■5

Tabelle VI

Si

Mn

Ni

Cr

Mo

(Gewichtsprozent)

0,75

0,49

0,026

0,007

0,14

16,12

0,10

Tabelle VII

0,2-%-	Zug- festig	Ge-	Gleich	/-Wert	CCV*)	Erich-	Aufwel-
Dehn- grenze	keit	samt- deh-	mäßige Deh-			sen- Wert	lungs- index
bzw. Streck		nung	¹ nung
grenze	(kg/				(mm)
(kg/	mm²)	(%)	(%)	110	28,60	(mm)
mm²)	55,0	30,0	17,8			8,96	0
32,9

30

35

*) CCV = conical cup value zur Bestimmung der Tiefzieh- und Verformungseigenschaften von Stahlblech.

Beispiel 2

Warmgewalzte Bänder mit Dicken von 5,0, 4,5 und 3,8 mm aus handelsüblichen, rostfreien und durch übliche Verfahren gefrischten Stählen mit etwa 17% Cr, deren chemische Zusammensetzungen in Tabelle VIII angegeben sind, werden in den in Tabelle K angegebenen Stufen zu Endprodukten von Stärken mit 2,0, 1,5 und 1,2 mm behandelt. Das Glühen wird in einer Glühstufe des warmgewalzten Bandes oder einer zwischengeschalteten Glühstufe durchgeführt, wie in Tabelle IX angegeben. Es wurde eine Temperatur von 800 bis 85O⁰C und eine geeignete Kühlgeschwindigkeit für alle Glühungen angewendet, soweit keine anderen Angaben vorhanden sind.

Die sehr guten mechanischen Eigenschaften dieser Blecherzeugnisse sind in Tabelle X wiedergegeben.

55

60

Tabelle VIII

Probe	C	Si	Mn	ρ	0,028	S	Cr
Nr.			Gewichtsprozent	0,027
J 1	0,05	0,47	0,57	0,026	0,007	16,51
2	0,04	0,42	0,38	0,027	0,007	17,23
3	0,05	0,46	0,41	0,025	0,008	16,12
0 4	0,06	0,47	0,44	0,027	0,008	17,54
5	0,07	0,51	0,44	0,027	0,006	16,40
6	0,05	0,45	0,49	0,008	16,75
7	0,05	0,46	0,50	0,008	17,78

Tabelle IX

Behandlungsstufen (Die Ziffern geben die Blechstärke in Millimeter an)

Probe Nr.	Warm gewalz tes Band	Glüh behand	Kalt walzen	Glüh behand	Kalt walzen	Glühen
		lung		lung
	(mm)		(mm)		(mm)
1	3,8	a*)	2,0	b
2	3,8	a	1,5	b
3	3,8	a	1,2	b
4	5,0	a	3,2	b	2,0	Glühen
5	5,0	a	3,0	b	1,5	Glühen
6	5,0	a	2,5	b	1,2	Glühen
7	4,5	b	3,0	a	1,5	Glühen

a = Glühen bei 950⁰C + 5-Minuten-LuftkühIung. b = Glühen bei 820⁰C + 10-Minuten-Luftkühlung.

Tabelle X

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Probe	0,2-%-Dehn- grenze bzw.	Zug festig	Deh- nung	Vickers-	C-Biege- radius	Aufwel-
Nr.	Streckgrenze	keit		Härte	(um	lungs- index
		(kg/			180°)
	(kg/mm²)	mm )	(%)
1	32,0	53,4	36,0	155	Oi*)	0
2	33,5	55,6	34,2	157	Oi	0
3	34,5	56,7	33,1	159	Ot	0
4	30,8	51,2	35,8	154	Oi	0
5	31,5	52,3	34,8	155	Oi	0
6	32,5	54,4	32,5	160	Oi	0
7	34,5	56,6	33,8	161	Oi	1

·) Die Angabe »Öl« in der Spalte für den C-Biegeradius bedeutet, daß diese Angabe einem Biegeradius r = 0 entspricht, wobei dieser Biegeradius r auf der Innenseite des um 180⁰C abgebogenen Probestückes C, das aus einer Stahlplatte in der Richtung herausgeschnitten wurde, die zur Walzrichtung der Stahlplatte rechtwinklig liegt, gemessen und durch die Blechstärke »t« ausgedrückt wird. Die Angabe »Or« bringt somit zum Ausdruck, daß die abgebogenen Schenkel eines Probestückes eng aneinander liegen, ohne daß dabei Risse an der Biegestelle auftreten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 409 512Ί38

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von rostfreien, ferritischen Stahlblechen mit guter Tiefziehfähigkeit und verminderter Neigung zur Bildung von Aufwellungen aus einem Stahl, der weniger als 0,15% Kohlenstoff und 13 bis 25% Chrom enthält, bei dem das Blech nach dem Warmwalzen weniger als 10 Minuten bei 900 bis 1000⁰C zum ersten Mal geglüht und abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech nach der ersten Glühung schneller als an Luft oder in an sich bekannter Weise an Luft abgekühlt, ohne weitere Glühbehandlung kaltgewalzt, bei 750 bis 86O⁰C erneut geglüht und langsam auf 700 bis 500° C abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das warmgewalzte Stahlblech vor der ersten Glühbehandlung um weniger als 30% kaltverformt wird.