DE19547181C1 - Verfahren zur Herstellung eines kaltgewalzten, höherfesten Bandstahles mit guter Umformbarkeit bei isotropen Eigenschaften - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines kaltgewalzten, höherfesten Bandstahles mit guter Umformbarkeit bei isotropen EigenschaftenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bandstahles gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 wobei derartige Stähle und deren Zusammensetzung zum
Stand der Technik gehören.
Kaltgewalztes Stahlband wird vielfach zur Herstellung von kaltumgeformten Erzeugnissen
verwendet. Je nach Art des Umformverfahrens sind unterschiedliche Eigenschaften
(Kennwerte) erforderlich.
Die steigenden Anforderungen bezüglich der Anwendungs- und Gebrauchseigenschaften
erfordern zunehmend noch bessere mechanische, insbesondere Umformeigenschaften.
Eine gute Umformbarkeit ist gekennzeichnet durch möglichst hohe, die Tiefziehbarkeit
kennzeichnende r-Werte, hohe, die Streckziehbarkeit kennzeichnende n-Werte und hohe,
die plane strain-Eigenschaften kennzeichnende Dehnungswerte.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Umformeigenschaften in den verschiedenen
Richtungen, insbesondere in der Längs-, der Quer- und der Diagonalrichtung möglichst
gleich sind, d. h. weitgehend isotrop sind. Wenn diese Bedingung für den r-Wert zutrifft,
bedeutet dies außerdem, daß der sog. Δr-Wert sehr klein ist und nach dem Abpressen
von rotationssymmetrischen Teilen weitgehende Freiheit von Zipfeln erreicht wird. Die
Vorteile isotroper Eigenschaften drücken sich im wesentlichen in einer Gleichmäßigkeit
des Stoffflusses und einer Reduzierung des Blechverschnitts aus.
Die ebenfalls zunehmenden Anstrengungen im Leichtbau erfordern zur Erreichung von
Gewichtsreduzierungen den Einsatz von dünneren Blechen. Zum Ausgleich des durch die
Blechdickenreduzierung verursachten Festigkeitsverlustes muß die Festigkeit des Blechs
gesteigert werden.
Wegen des naturbedingten Abfalls der Umformbarkeit infolge einer Festigkeitserhöhung
ist ein vorherrschendes Ziel der Werkstoffentwicklung, bei der Verwirklichung höherer
Festigkeiten den Verlust an Umformbarkeit möglichst gering zu halten.
Nach dem Stand der Entwicklung sind zahlreiche höherfeste Stähle mit Eignung zur
Kaltumformbarkeit bekannt. Der erreichte Stand ist im wesentlichen in den Stahl-Eisen-
Werkstoffblättern 093 und 094 für mikrolegierte sowie P-legierte mit und ohne Bake
hardening (BH) wiedergegeben. BH-Eigenschaften lassen sich besonders gut nach einem
der neuartigen Durchlaufglühverfahren, z. T. gekoppelt mit einer Schmelztauchveredlung
erzielen. Die Bandsauberkeit sowie die Gleichmäßigkeit der Eigenschaften lassen sich in
diesen kontinuierlichen Bandverfahren sehr gut einstellen.
Auch gibt es seit längerer Zeit erfolgreiche Bemühungen zur Erzielung isotroper
Eigenschaften. Ein isotroper Werkstoff zeigt beim Abpressen rotationssymmetrischer Teile
keine Zipfelbildung. Beispiel hierfür ist die Anzeige "B-Faktor" von Fa. Brockhaus, "Der
Spiegel", Nr. 19/1966, Seite 125. Dieses Beispiel beinhaltet jedoch nicht ausdrücklich die
Herstellung höherfester Stähle und erfordert entweder sehr hohe Kaltwalzgrade oder
sogar eine normalisierende Glühung zur Einstellung der Zipfelfreiheit.
In jüngster Zeit ist das Beispiel eines höherfesten Feinblechstahls mit Ti-Legierung zur
Erzielung von Zipfelfreiheit aus der DE-PS 38 03 064 bekannt worden. Diese Entwicklung
ist jedoch auf das Haubenglühverfahren beschränkt und muß deshalb auf die genannten
Vorteile bei Anwendung des kontinuierlichen Glühens sowie der Oberflächenveredlung
nach einem Schmelztauchverfahren verzichten. Des weiteren bleibt die Möglichkeit einer
Steigerung der Festigkeitseigenschaften, z. B. der Streckgrenze, auf rd. 220 bis
280 N/mm² beschränkt. Ein weiterer Nachteil sind die ausschließlich niedrigen r-Werte um
1,0, wodurch die Herstellung von Tiefziehteilen beeinträchtigt ist. Zudem wird bei diesem
Konzept die höhere Festigkeit wesentlich durch den Verfestigungsmechanismus einer
Kornverfeinerung erzielt. Feinkorn bedingt vergleichsweise hohen Aufwand beim
Dressieren. Bei lediglich normaler Dressierung bestünde die Gefahr von
Fließfigurenbildung und damit von Versagen bei Außenhautteilen. Die im vorliegenden
Fall notwendigerweise hohen Dressiergrade verringern jedoch die Umformeigenschaften
gegenüber normaler Dressierung.
Die Beschränkung auf die nahezu ausschließliche Wirkung der Kornverfeinerung über
Titan machen außerdem eine genaue Abstimmung von Warm-, Kaltwalz- und
Glühbedingungen auf die jeweils gegebene chem. Zusammensetzung erforderlich,
wodurch hohe Anforderung an die Treffsicherheit bei den genannten Fertigungs
bedingungen gegeben sind. Ein weiterer Nachteil ist in der Beschränkung der
Walzendtemperatur auf Werte oberhalb von Ar3 zu sehen, wodurch vor allem das Walzen
von Bändern mit geringer Enddicke aufgrund des damit verbundenen höheren
Temperaturverlustes erschwert wird.
Hier setzt die vorliegende Erfindung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen an.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für die Einstellung von Streckgrenzen im Bereich
zwischen 200 und 420 N/mm² geeignet. Dabei sind die mechanischen Eigenschaften
isotrop. Zudem läßt das Verfahren in seinen einzelnen Varianten die Einstellung auch
höherer r-Werte zu und bietet die Möglichkeit zur Erzielung von Bake-hardening. Des
weiteren können die Vorteile des kontinuierlichen Glühens oder der
Schmelztauchveredlung mit einbezogen werden. Die erfindungsgemäßen Vorteile können
mit Ti, Nb, V oder Zr erreicht werden.
Nach dem bisher aus der DE-PS 38 03 064 vorliegenden Erkenntnisstand wird die
Herstellung unter Einhaltung einer Walzendtemperatur oberhalb von Ar3 vorgeschrieben.
Demnach war bislang nicht bekannt, unter welchen Bedingungen die Vorteile einer
abgesenkten Walzendtemperatur genutzt werden konnte.
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine niedrige Walzendtemperatur mit einer hohen
Haspeltemperatur kombiniert. Überraschend ergaben sich hierdurch Eigenschaften und
Merkmale, wie sie bislang für Stahl mit isotropem Verhalten unbekannt waren:
- - Verringerter Zunderanfall beim Warmwalzen
- - Verminderter Dressieraufwand am Feinblech.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt die Herstellung isotroper Bandstähle nicht nur
nach dem Hauben- sondern auch nach dem Durchlaufverfahren zu und erlaubt somit die
Erzielung von Bakehardening sowie die Veredlung im Schmelztauchverfahren.
Bei Anwendung einer Vakuumentkohlung im Stahlwerk und Durchlaufglühen des
Kaltbands kann neben Bakehardening überraschenderweise auch ein hoher r-Wert erzielt
werden.
Einige Beispiele sollen das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlichen.
In der Tabelle 1 ist die chemische Zusammensetzung der Stähle aufgeführt.
Die Stähle wurden mindestens mit der zur stöchiometrischen Stickstoffabbindung
erforderlichen Menge der Elemente Ti und/oder Nb oder V legiert. Zudem wurden die
Stähle 4 und 9 zur Festigkeitserhöhung mit Phosphor legiert.
Tabelle 2 zeigt die Fertigungsbedingungen der Stähle.
Sie weist die erfindungsgemäße Eigenschaftskombination niedriger Walzendtemperatur
unter Ar3 und hohe Haspeltemperatur (< 650°C) aus.
In der Tabelle 3 sind die mechanischen Gütewerte, der Dressiergrad und die Korngröße
der Stähle von 70% kaltgewalztem Band aufgeführt.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Warmbandfertigung konnte der Dressiergrad an den
Kaltbändern um rd. 1/3 niedriger eingestellt werden. Des weiteren wurden bei den
vakuumentkohlten Stählen 1-4 hohe rm Werte (1,4-1,65), bei niedrigen Δr Werten
(< ± 0,1) erreicht.
In der Fig. 1 ist die Zipfelhöhe über dem Kaltwalzgrad für die durchlaufgeglühten Stähle
und in Fig. 2 die für die haubengeglühten Stähle grafisch aufgetragen.
Die Aufzeichnungen zeigen, daß sowohl bei den durchlaufgeglühten als auch bei den
haubengeglühten Stählen bei Kaltwalzgraden zwischen 50 und 85% zipfelarme
Kaltbänder erzeugt wurden. Dabei war bei dem für die Kaltbandfertigung üblichen
Kaltwalzgrad von rd. 70% die Zipfelhöhe aller Beispiele zipfelfrei.
Zudem ist der Fig. 2 zu entnehmen, daß eine abweichend von der Erfindung niedrige
Haspeltemperatur (Stahl 7.2.1, 600°C) eine hohe Zipfligkeit bewirkt. Dieses unterstreicht
das Erfordernis der erfindungsgemäßen Kombination von hoher Haspeltemperatur bei
niedriger Walzendtemperatur.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung eines kaltgewalzten, höherfesten Bandstahles mit guter
Umformbarkeit bei isotropen Eigenschaften aus Stahl mit folgender
Zusammensetzung in Gewichtsprozenten:
max.: 0,08% G
max.: 1,0% Si
max.: 1,8% Mn
0,010-0,10% P
max.: 0,02% S
max.: 0,08% Al
max.: 0,008% Nund einem oder mehreren der Elemente Titan, Vanadium, Niob, Zirkon, Rest Eisen durch Warmwalzen, Kaltwalzen, rekristallisierendes Glühen und nachfolgendes Dressieren, wobei entweder der Gehalt an Ti oder V mind. dem Dreifachen des Gehalts an N oder der Gehalt an Nb oder Zr mind. dem Sechsfachen des Gehalts an N entspricht, und wobei der Stahl zu Brammen abgegossen, vor dem Warmwalzen auf eine Temperatur von mind. 1000°C erwärmt zu Warmband ausgewalzt wird, wobei die Endwalztemperatur unter Ar3 und die Haspeltemperatur oberhalb 650°C liegt, und der Stahl nach der Warmwalzung mit einem Abwalzgrad zwischen 55 und 85% kalt ausgewalzt, dann rekristallisierend geglüht und abschließend dressiert wird, und die Streckgrenze des Stahls nach zusätzlicher simulierter Lackeinbrenn behandlung mindestens 200 N/mm² beträgt, wobei diese Behandlung mindestens 20 Min. bei mindestens 170°C durchgeführt wird.
max.: 1,0% Si
max.: 1,8% Mn
0,010-0,10% P
max.: 0,02% S
max.: 0,08% Al
max.: 0,008% Nund einem oder mehreren der Elemente Titan, Vanadium, Niob, Zirkon, Rest Eisen durch Warmwalzen, Kaltwalzen, rekristallisierendes Glühen und nachfolgendes Dressieren, wobei entweder der Gehalt an Ti oder V mind. dem Dreifachen des Gehalts an N oder der Gehalt an Nb oder Zr mind. dem Sechsfachen des Gehalts an N entspricht, und wobei der Stahl zu Brammen abgegossen, vor dem Warmwalzen auf eine Temperatur von mind. 1000°C erwärmt zu Warmband ausgewalzt wird, wobei die Endwalztemperatur unter Ar3 und die Haspeltemperatur oberhalb 650°C liegt, und der Stahl nach der Warmwalzung mit einem Abwalzgrad zwischen 55 und 85% kalt ausgewalzt, dann rekristallisierend geglüht und abschließend dressiert wird, und die Streckgrenze des Stahls nach zusätzlicher simulierter Lackeinbrenn behandlung mindestens 200 N/mm² beträgt, wobei diese Behandlung mindestens 20 Min. bei mindestens 170°C durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl nach dem
Kaltwalzen in einem Haubenofen rekristallisierend geglüht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl nach dem
Kaltwalzen in einem Durchlaufofen rekristallisierend geglüht wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl
nach dem Kaltwalzen und Glühen anschließend schmelztauchveredelt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Phosphorgehalt 0,035 bis 0,10% beträgt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Endwalztemperatur beim Warmwalzen kleiner gleich
850°C ist.
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