DE1910761B2

DE1910761B2 - Verfahren zur herstellung von kaltgewalzten stahlblechen hoher kaltverformbarkeit

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Publication number: DE1910761B2
Application number: DE19691910761
Authority: DE
Priority date: 1968-03-02
Filing date: 1969-03-03
Publication date: 1973-06-14
Also published as: FR2003110A1; DE1910761A1; GB1262145A; FR2003110B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kaltgewalzten Stahlblechen hoher Kaltverformbarkeit, bei dem eine Bramme aus einer in einem Konverter oder Siemens-Martin-Ofen hergestellten unberuhigten oder abgedeckten Stahlschmelze vergossen und die Rohbramme durch Warmwalzen, Kaltwalzen und Rekristallisationsglühen in einer nicht entkohlenden Atmosphäre zu Stahlblech verarbeitet wird.

Stahlbleche für Kaltverformungsvorgänge sollen einerseits eine gute Tiefziehbarkeit, andererseits aber auch eine gute Oberflächenqualität aufweisen. Beruhigte Stähle sind völlig deoxydiert und weisen in dieser Beziehung ausgezeichnete Eigenschaften auf, sind jedoch sehr teuer. Die unberuhigten Stähle enthalten in der Stahlschmelze viel Sauerstoff der sich mit dem gleichzeitig in der Stahlschmelze vorhandenen Kohlenstoff verbindet, wobei das entstehende CO-Gas eine Treibwirkung ausübt. Dieser Stahl ist jedoch billig und wird deshalb in großen Mengen verwendet.

Qualitativ zwischen beruhigtem und unberuhigtem und in der Nähe des unberuhigten Stahls liegt der sogenannte abgedeckte Stahl, bei dem ein Teil der Treibwirkung mechanisch oder chemisch gesteuert wird. Im Hinblick auf eine Anregung der Treibwirkung und eine fehlerlose Randschicht wird ein Kohlenstoffgehalt von 0,07 bis 0,10% als erwünscht betrachtet. Der Kohlenstoff ist jedoch im Hinblick auf die Kaltverformbarkeit nachteilig. Jedoch ist bei einem Kohlenstoffgehalt unter 0,07% die Treibwirkung so gering, daß in der Rohbramme viele kleine Blasen verbleiben, wie es in F i g. 2 für einen Stahl mit 0,055 % C, 0,3% Mn und 0,017% S gezeigt ist. Dadurch entstehen Fehlerstellen an der Oberfläche des gewalzten Produktes.

Aus dem »Werkstoffhandbuch Stahl und Eisen«, 4. Auflage, 1965, Blatt Q 45 — 1 bis 3 -- ist ein weicher Stahl für Feinbleche mit höchstens 0,10% C und 0.20 bis 0,45% Mn bekannt, der nach dem Windfrisch-, Siemens-Martin- oder einem Sauersloff-Aufblasverfahren hergestellt und unberuhigt vergossen wird. Dieser Stahl besitzt in unberuhigtem Zustand keinegü nstigen Tief zieh- und Oberflächeneigenschaf ten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines billigen Stahlbleches mit guten Obernächeneigenschaflen und guter Kaltverfonnbarkeit aufzuzeigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Stahlschmelze weniger als 0,10 % C, 0,08 bis 0,18% Mn, 0,008 bis 0,018 % Schwefel sowie Rest Eisen und Verunreinigungen, bei einem Verhältnis Mn/S > 10, enthält.

Im folgenden wird eine beispielsweise, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt die Einflüsse der Absolutmengen und der Kombination von verschiedenen Mangan- und Schwefelgehalten in einem unberuhigten Stahl und

ίο einem abgedeckten Stahl auf den r-Wert und den η-Wert des Endproduktes;

F i g. 2 zeigt die Probe eines Eckstückes einer Stahlbramme, die nach dem herkömmlichen Verfahren hergestellt ist, wobei in einem unberuhigten Stahl der Mangangehalt auf 0,30% gebracht ist;

F i g. 3 zeigt die Probe eines Eckstückes einer Bramme gemäß der vorliegenden Erfindung.

Wird der Mangangehalt in der Stahlschmelze auf einen derai I niedrigen Wert gebracht, wie er allgemein bei einem herkömmlichen kaltgewalzten Stahlblech undenkbar ist, d. h., der Mangangehall beträgt weniger als 0,2% bei einem Material, dessen Kohlenstoffgehalt in der Gießpfanne so niedrig ist, daß er weniger als 0,07% beträgt und deshalb im Hinblick auf die Kaltverformbarkeit des Erzeugnisses günstig, jedoch im Hinblick auf die Treibwirkung unzureichend und in den Oberflächeneigenschaften unterlegen ist, können die Blasen in der Nähe der Brammenhaut beträchtlich verringert werden, wie es bei der in F i g. 3 gezeigten Probe (0,051 % C, 0,12 % Mn und 0,010% S) der Fall ist. Das Problem der Oberflächenfehlerstellen in dem Produkt kann so gelöst und die Kaltverformbarkeit beträchtlich verbessert werden. Wenn der Mangan- und Schwefelgehalt so reguliert wird, daß er in dem später beschriebenen Bereich für ein Material liegt, dessen Kohlenstoffgehalt in der Gießpfanne eine Höhe von 0,07 bis 0,10% beträgt, ist dies für die Treibwirkutig ausreichend, und es ergeben sich hinsichtlich der Oberflächeneigenschaften keine Probleme.

Es ist jedoch schlecht für die Kaltverformbarkeit des Produktes. Die Kaltverformbarkeit kann jedoch so gestaltet werden, daß sie der eines heutzutage üblichen Produktes weit überlegen ist.

Die Verarbeitbarkeit beim Tiefziehen und Strangpressen eines kaltgewalzten Stahlbleches wird gewöhnlich als Maßeinheit durch einen r-Wert und einen η-Wert dargestellt.

Der r-Werl, der auch als plastisches Dehnungs- bzw. bleibendes Verformungsverhältnis bezeichnet wird, ist ein mechanisches Kennzeichen und wird durch das Verhältnis von Breilenverformung zu Dickenverformung eines Zugspannungsversiichsstückes dargestellt. Man weiß, daß dadurch eine sehr günstige Korrelation mit der Tiefziehfähigkeit eines Metallbleches gezeigt ist. Der r-Wert ist ein Mittelwert von in jeder Richtung der Blechebene bestimmten r-Werteii.

.Ie größer der r-Wert ist, desto höher ist die Tiefziehfähigkeit. Sie hat bei einem gewöhnlichen unberuhigten Stahl einen Wert von ungefähr 1,3.

Der sogenannte η-Wert wird auch als Verfestigungsexponent bezeichnet, und man weiß, daß er in einer guten Beziehung zu der Verarbeitbarkeit eines Metallbleches durch Strangpressen steht. Der η-Wert entspricht dem Exponenten 7/ in dem Falle, daß die tatsächliche Spannungs-(fT)-Dehnungs-(ft)Kurve, die man bei einem Zugversuch des Materials erhält, durch die Gleichung

σ =-- C F «

(worin C eine Konstante ist) näherungsweise wieder- Produkt erhalten. Gegenwärtig enthalten herkömmgegeben wird. Der Exponent η wird im allgemeinen liehe Stähle der gleichen Art Mangan und Schwefel in durch den mittleren Anstieg der log σ-log t-Kurve im den Anteilbereichen von 0,30 bis 0,40% bzw. 0,010 bis Dehnungsbereich von 10 bis 20% bestimmt. Je größer 0,025% und weisen r-Werte von 1,1 bis 1,4 und dieser Wert ist, desto besser ist die Verarbeitbarkeit 5 η-Werte von 0,20 bis 0,24 auf, was klar die Überlegenduich Strangpressen. Er beträgt bei einem üblichen heit des vorliegenden Verfahrens zeigt, wenn diese unberuhigten Stahl 0,22. Werte mit den oben angeführten Werten für Stahl

F i g. 1 zeigt die Beziehungen zwischen dem r-Wert gemäß der vorliegenden Erfindung verglichen wer-

und dem η-Wert bei Mangan- und Schwefelgehalten den.

von Produkten, die aus 43 Arten von Stahlbrammen io In der Metallurgie kennt man das sogenannte Rotaus unberuhigtem Stahl und abgedecktem Stahl her- bruchphänomen, bei welchem eine Versprödung des gestellt wurden. Die Stahlbrammen wirden mit Korn- Stahls hervorgerufen wird, wenn er warm gewalzt binationen des Mangangehalts und Schwefelgehalts wird. Man nimmt an, daß dies von der Tatsache herhergestellt, die in den Bereichen von 0,02 bis 0,40% vorgerufen wird, daß der Schwefel in dem Stahl netz- bzw. 0.003 bis 0,030% lagen und andere chemische 15 artig als FeS um einen Ursprungskristall gelagert ist. Bestandteile enthielten, die erfindungsgemäß nicht Als Gegenmaßnahme zur Verhinderung dieses Phävariicrt wurden. Die Herstellung der Brammen erfolgte nomens ist eine Praxis weit verbreitet, gemäß der Manderart. daß sie den folgenden Arbeitsstufen unter- gan in einer dem Schwefelgehalt angepaßten Menge worfcn wurden: Vorwalzen, Warmwalzen, Kaltwalzen zugesetzt wird.

bei einer Reduktion von 70% und schließlich eine 20 In Anbetracht der Ausscheidung von Schwefel in

Rekristallisationsglühbehandlung in einer neutralen einer Bramme hat man bisher empirisch Mangan in

Atmosphäre bei 700⁰C über einen Zeitraum von einer Menge von Mn/S S 10 bei einem unberuhigten

4 Stunden. oder abgedeckten Stahl zugesetzt. Wenn diese Be-

Aus dem Diagramm ist klar zu erkennen, daß der ziehung jedoch auf den Optimalbereich in F i g. 1 anr-Wert und der η-Wert sowohl von dem Mangan als 25 gewendet wird, bleibt schließlich der mit schrägen auch von dem Schwefel beeinflußt werden. In dem Strichen schraffierte Teil. Tatsächlich ergibt sich aus Diagramm sind die r-Werte bzw. die η-Werte durch dem Diagramm, daß irgendeine Probe, deren Mangan-Kreise bzw. Quadrate für das gleiche Material dar- und Schwefelgehalt in diesem schraffierten Bereich gestellt. In diesem Diagramm bezeichnen die Kreise liegt, eine sehr günstige Kaltverformbarkeit hat. Der Jeweils die richtige Position. Die Quadrate sind da- 30 mit schrägen Strichen schraffierte Bereich wird nachneben gezeichnet. stehend als markierter Bereich der F i g. 1 bezeichnet.

Wenn andererseits, wie später beschrieben, Mangan Der Kohlenstoffgehalt wird auf einen Anteil von nicht in einer Menge enthalten ist, die mehr als das C ^ 0,10% gebracht und in der Gießpfannenzusam-Zehnfache des Schwefels beträgt, bricht oder reißt das mensetzung eines üblichen unberuhigten oder abMaterial auf Grund der Erscheinung der Rotbrüchig- 35 gedeckten Stahls bestimmt. Es wurde schon verkeit während des Wannwalzens. schiedenllich versucht, die Kaltverformbarkeit zu vcr-

Der r-Wert des Materialsauf der in F i g. 1 gezeigten bessern, indem einem üblichen unberuhigten Stahl Seite mit niedrigem Mangangehalt ist der Wert, der ein besonderes Element zugesetzt wurde. Die Vervon einem Meßwert an einem Endprodukt umgeformt suche im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben ist, das durch Behandlung eines beim Warmwalzen 40 jedoch gezeigt, daß, wenn nicht eine besondere Proteilweise gerissenen Materials als Muttermaterial er- duktionsstufe genommen wird, der Zusatz von V und B zielt wird. Den Meßwert erhält man durch qiianli- den r-Wert ziemlich verringern muß. Für den Fall, daß tatives Messen der Kristalloberfläche parallel zu der der Stahl der vorliegenden Erfindung nicht alternd Blechebene des Endproduktes mit Röntgenstrahlen. gemacht werden soll, brauchen deshalb diese Elemente Da die für die Röntgenstrahlmessung \erwendete 45 nicht zugesetzt werden. Um weiterhin die Berrbeil-Probe kleiner sein kann als die für den mechanischen barkeit m verbessern, wird oft die Durchführung einer Versuch, kann sogar ein teilweise rissiges Material als Rekrislallisationsglühbehandlung in einer entkohlcn-Probe verwendet werden, wobei der rissige Teil vcr- den Atmosphäre praktiziert. Bei dem erfindungsmieden wird. In dem »Japan Metal Society Journal«, gemäßen Stahl kann jedoch eine sehr gute Bearbeit-VoI. 29, Nr. 4, 1965, ist im einzelnen beschrieben, daß 50 barkeit erzielt werden, ohne daß eine derartige Spezialdie Beziehung zwischen dem n.it Röntgenstrahlen behandlung durchgeführt wird. Dies ist im Hinblick gemessenen Wert und dem aus dem mechanischen Ver- auf die Produktionskosten sehr vorteilhaft,
such gemessenen r-Werl sehr gut ist. Da jedoch der Im folgenden wird das erfindungsgemäße Arbeitsn-Wert nach einem derartigen Verfahren nicht ge- verfahren beschrieben. Eine in einem Konverter oder messen werden kann, ist er bei einer durch Rot- 55 Siemens-Martin-Ofen erzeugte Stahlschmelze mit einer brüchigkeil gebrochenen Probe nicht erwähnt. Gießpfannenzusammensetzung von C S 0,10%, und

Aus den in F i g. 1 gezeigten Ergebnissen eraibt sich, einem Mangan- und Schwel'elgehalt in dem markierten

daß für den Mangangchalt ein Bereich νοιΓο,ΟΚ bis Bereich der F i g. 1 wird fallend oder steigend als un-

0,18% und für den Schwefelgehalt ein Bereich von beruhigter Stahl vergossen. In diesem Fall kann ein

0J008 bis 0.018% ausgewählt werden sollte, wenn ein 60 abgedeckter Stahl erzeugt werden, in dem die Trcib-

r-Wcrt über 1,3, was eine angenäherte mittlere Höhe wirkung mechanisch und chemisch gesteuert wird. Aus

des r-Wertes eines iinhcruhigten Stahls oder eines der so hergestellten Bramme wird durch die jeweiligen

abgedeckten Stahls ist. und ein n-Werl von mehr als nach einem herkömmlichen Prozeß ablaufenden

0 22 was eine angenäherte mittlere Höhe des 11-Weiics Arbeitsstufen des Vorwalzens, Warmwalzens, KaIt-

dcs gleichen Stahls ist, als zu erreichendes Ziel fest- 65 walzens und der Rekrislallisationsglühbehandlung ein

gesetzt werden. Wenn Mangan und Schwefel in diesen kaltgewalztes Stahlblech hergestellt. Das Warmwalzen

Anleilbereichen einhalten sind, wird ein r-Wert von wird bei einet Temperatur über dem Ar_;,-Punkt, das

1.3 bis 2.0 und ein n-Werl von 0,26 bis 0,32 hei einem Kaltwalzen bei einer Reduktion im Bereich von 50 bis

9O°/o und die Glühbehandlung zu Rekristallisation in einer nicht entkohlenden Atmosphäre durchgeführt.

Beispiel

13 t einer Stahlschmelze mit 0,07% C, 0,12% Mn und 0,009% S, die in einem Konverter aufbereitet wurde, werden fallend in eine sich nach unten ausdehnende flache Form gegossen, um eine Bramme aus unberuhigtem oder abgedecktem Stahl zu erzeugen. Diese Bramme wild warm gewalzt, darauf um 70% kalt gewalzt und in einer neutralen Atmosphäre bei 700⁰C 4 Stunden lang glühbehandelt, so daß man ein kaltgewalztes Stahlblech von 0,8 mm Stärke erhält. Die chemische Zusammensetzung des unberuhigten Stahls besteht aus 0,04% C, 0,11% Mn, 0,007% Si, 0,009% S und 0,013% P, Rest Fc und unvermeidbare Verunreinigungen. Der abgedeckte Stahl hat einen Kohlenstoffgehalt von 0,051 % C, während die anderen Bestandteile im wesentlichen die gleichen wie bei dem unberuhigten Stahl sind. Die Ergebnisse der Oberflächenuntersuchung und die Kaltverformbarkeit dieses Stahls sind in der Tabelle im Vergleich mit einem nach herkömmlichen Verfahren hergestellten Stahl gezeigt. Unter herkömmlichen Verfahren wird die Behandlung einer Bramme aus unberuhigtem Stahl nach dem gleichen, obenerwähnten Prozeß verstanden, wobei der Stahl 0,07% C, 0,33% Mn und 0,018% S enthält. Aus dem nachstehenden Vergleich wird die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens klar ersichtlich.

Verfahren

Herkömmlich

Erfindungsgemäß

Ergebnisse der
Oberflächenuntersuchung

Walzsplitter

4,2%

1,9%
1,7%

Gußhautfehler

0,9%

0,8%
0,6%

Kaltverformbarkeit

Wert

1,2

1,8
1,9

Bei dem erfindungsgemäßem Verfahren beziehen sich die Ergebnisse in der oberen Zeile auf einen beruhigten Stahl und in der Zeile darunter auf einen abgedeckten Stahl.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von kaltgewalzten Stahlblechen hoher Kaltverformbarkeit, bei dem eine Bramme aus einer in einem Konverter oder Siemens-Martin-Ofen hergestellten unberuhigten oder abgedeckten Stahlschmelze vergossen wird und die Rohbramme durch Warmwalzen, Kaltwalzen und Rekristallisationsglühen in einer nicht entkohlenden Atmosphäre zu Stahlblech verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschmelze weniger als 0,1% Kohlenstoff, 0,08 bis 0,18% Mangan, 0,008 bis 0,018% Schwefel sowie Rest Eisen und Verunreinigungen, bei einem Verhältnis von Mn/S > 10, enthält.