DE19719546A1 - Warmband aus Stahl und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Warmband aus Stahl und Verfahren zu seiner Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft ein höchstens 5 mm dickes Warmband aus Stahl hoher Festigkeit und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Unter "Warmband" versteht man warmgewalztes Band.
Nach heutigem Stand der Technik wird Warmband nur bis zu Festigkeiten von etwa 800 N/mm² hergestellt. Dabei handelt es sich um thermomechanisch gewalzte mikrolegierte Stähle. Bei Anwendungen, die darüber hinausgehende Festigkeiten erfordern, setzt man weiches Warmband ein und stellt die am Bauteil erforderliche Festigkeit durch eine anschließende Wärmebehandlung ein. Für den Dickenbereich unter 2,0 mm ist üblicherweise ein zusätzliches Kaltwalzen erforderlich, um die gewünschte Dicke einzustellen. Die erforderliche Festigkeit wird auch in diesem Fall durch eine geeignete Wärmebehandlung eingestellt.
Aus der US 4 406 713 ist ein hochfester und hochzäher Stahl mit guter Bearbeitbarkeit bekannt, der 0,005 bis 0,3% C, 0,3 bis 2,5% Mn, bis 1,5% Si und wenigstens einen Karbid- und Nitridbildner aus der Gruppe Nb, V, Ti und Zr in Mengen von bis 0,1%, bis 0,15%, bis 0,3% und 0,3% jeweils enthält. Dieser Stahl wird nach dem Austenitisieren derart abgeschreckt, daß er 5 bis 65% Ferrit, Rest Martensit enthält. Gedacht ist insbesondere an die Herstellung von Drähten und Stäben.
Aus der GB 2 195 658 Al sind Schmiedeteile aus einem Stahl mit 0,01 bis 0,20% C, bis 1,0% Si, 0,5 bis 2,25% Mn, bis 1,5% Cr, bis 0,05% Ti, bis 0,10% Nb, 0,005 bis 0,015% N und bis 0,06% Al bekannt. Die Abkühlung des Stahls aus dem Austenitgebiet soll so gesteuert werden, daß das Gefüge voll martensitisch ist. Offenbart werden allerdings nur Beispiele mit Kohlenstoffgehalten unter 0,10% und Siliziumgehalten über 0,17%. Die Schwefelgehalte sind mit über 0,01% relativ hoch.
Auch die aus der EP 0 072 867 A1 bekannten Stähle haben Kohlenstoffgehalte unter 0,10% und Siliziumgehalte über 0,15%. Das Warmband hat nach einer gebrochenen Abkühlung ein Dualphasen-Gefüge aus polygonalem Ferrit und einer Mischung aus Perlit und Bainit.
Auch das aus der DE 30 07 560 A1 bekannte Warmband wird nach dem Warmwalzen mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 1 K/s oder schneller abgekühlt, um ein Dualphasen- Gefüge aus Ferrit und Martensit zu erzeugen. Mit Rücksicht auf befriedigende Duktilitäts- und Schweißbarkeitseigenschaften werden Kohlenstoffgehalte im Bereich von 0,02 bis 0,09% empfohlen. Der bevorzugte Siliziumgehalt liegt mit 1,0% relativ hoch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Warmband mit Zugfestigkeitswerten über 800 N/mm² und gleichzeitig guter Kaltumformbarkeit im Dickenbereich 5 mm herzustellen. Dies würde eine Erweiterung des direkten Einsatzes von Warmband zu Kaltumformzwecken, wie Kaltpressen, mit deutlichen wirtschaftlichen Vorteilen, die sich aus dem Entfall des Kaltwalzens und einer Wärmebehandlung ergeben, bedeuten.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein warmband einer Dicke unter 5 mm, insbesondere unter 2 mm, vorgeschlagen, das eine Zugfestigkeit von 800 bis 1400 N/mm² hat, aus einem Stahl folgender Zusammensetzung (in Masse-%):
0,12 bis 0,25% Kohlenstoff,
1,20 bis 2,0% Mangan,
0,02 bis 0,05% Aluminium,
weniger als 0,07% Silizium,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen,
einschl. bis 0,015% Phosphor und bis 0,003% Schwefel, und martensitischem Gefüge mit weniger als 5% insgesamt an anderen Gefügebestandteilen.
Der Stahl kann wahlweise mindestens eines der folgenden Elemente in Masse-% zusätzlich enthalten:
bis 1,0% Chrom,
bis 0,1% Kupfer,
bis 0,5% Molybdän,
bis 0,1% Nickel,
bis 0,009% Stickstoff.
Kohlenstoff kann bevorzugt von 0,12 bis 0,15%, Mangan von 1,75 bis 1,90%, Chrom von 0,5 bis 0,6% und Stickstoff von 0,005 bis 0,009% enthalten sein.
Titan kann in einer zur stöchiometrischen Abbindung (Ti = 3,4% N) des im Stahl vorhandenen Stickstoffs ausreichenden Menge zugesetzt werden, um einen Zusatz von bis zu 0,0025% B vor der Bindung an N zu schützen, damit es zur Festigkeitssteigerung und Durchhärtbarkeit beitragen kann.
Eine Begrenzung des Siliziumgehaltes auf unter 0,04% trägt zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit bei.
Ein Verfahren zur Herstellung von Warmband einer Enddicke von weniger als 5 mm, insbesondere weniger als 2 mm, aus einem Stahl der beanspruchten Zusammensetzung mit Zugfestigkeitswerten über 800 N/mm² umfaßt folgende Maßnahmen:
eine Bramme wird auf 1000 bis 1300°C erwärmt, im Temperaturbereich von 950 bis 1150°C vorgewalzt und bei einer Endwalztemperatur oberhalb Ar3 fertiggewalzt, das so erzeugte Warmband wird auf eine Haspeltemperatur im Bereich von 20°C bis unterhalb der Martensitstart­ temperatur zur Umwandlung in martensitisches Gefüge mit einem Gesamtgehalt anderer Gefügebestandteile von weniger als 5% abgekühlt und gehaspelt.
Vorzugsweise soll die Abkühlung von Endwalztemperatur auf die Haspeltemperatur mit t 8/5 von kleiner 10 s erfolgen. (t 8/5 = Abkühlungszeit von 800°C auf 500°C).
Die Ar3-Temperatur kann durch folgende Gleichung abgeschätzt werden:
Ar3=910-310x(%C)-80x(%Mn)-20x(%Cu)-15x(%Cr)-55x(%Ni)-80x(%Mo)
Die Martensitstart-Temperatur Ms kann durch folgende Gleichung abgeschätzt werden:
Ms=500-300x(%C)-33x(%Mn)-22x(%Cr)-17x(%Ni)-11x(%Si)-11x(%Mo)
Bevorzugt wird durch entsprechende Wahl der Haspeltemperatur innerhalb des vorerwähnten Temperaturbereichs die Zugfestigkeit des Warmbandes auf einen Wert im Bereich von 800 bis 1400 N/mm² eingestellt.
Das Warmband kann feuerverzinkt werden, um korrosionsbeständiger zu werden. Gut kaltverformbare hochfeste verzinkte Bleche werden bevorzugt für mechanisch hochbelastete Bauteile im Automobilbau eingesetzt, z. B. für Seitenaufprallträger und Stoßfänger.
Der erfindungsgemäße Stahl erreicht hohe Festigkeit ohne teure Legierungselemente und ohne Glühbehandlung wie dies bei bekannten Stählen der Fall ist.
Anhand der folgenden Beispiele wird die Erfindung erläutert.
Beispiel 1
Ein Stahl mit 0,15% C, 0,01% Si, 1,77% Mn, 0,014% P, 0,003% S, 0,028% Al, 0,0043% N, 0,526% Cr, 0,017% Cu, 0,003% Mo, 0,027% Ni, Rest Fe wurde zu einer Bramme vergossen. Die Bramme wurde auf rd. 1250°C aufgewärmt, bei rd. 1120°C vorgewalzt und mit 840°C Endtemperatur auf eine Enddicke von 2 mm gewalzt, danach abgekühlt und mit 50°C gehaspelt. Dabei entsteht ein Gefüge mit mehr als 95% Martensit.
Die Streckgrenze erreichte Werte von 1120 N/mm² und die Zugfestigkeit Werte von 1350 N/mm² bei Dehnwerten A₈₀ bis 11,1%.
Beispiel 2
Ein Stahl mit derselben Analyse wie im Beispiel 1 wurde zu 3,5 mm dickem Warmband verarbeitet. Die Daten sind in Tabelle 1 mitgeteilt. Die Festigkeitswerte sind deutlich höher, wenn statt über 400°C bis 95°C gehaspelt wird.
Tabelle 1
Das Warmband kann vor dem Kaltverformen in die Endform feuerverzinkt werden. Durch den Wärmebehandlungszyklus beim Verzinken wird der Martensit angelassen. Ausgehend von einem Warmband mit Zugfestigkeiten im Bereich von 1200 - 1400 N/mm² stellen sich je nach Wärmebehandlungszyklus beim Verzinken Zugfestigkeiten zwischen 800 und 1100 N/mm² ein.
Beispiel 3
Ein 2,0 und 1,6 mm dickes Warmband wurden verzinkt. Die folgende Tabelle 2 stellt die Eigenschaften im Walzzustand und nach dem Verzinken gegenüber:
Tabelle 2
Beispiel 4
1,6 und 1,8 mm dickes Warmband wurde in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise erzeugt. Die Herstellungsparameter und die ermittelten Festigkeitseigenschaften sind in Tabelle 3 mitgeteilt, die auch die chemische Zusammensetzung des untersuchten Werkstoffes enthält.
Beispiel 5
In Tabelle 4 sind die entsprechenden Daten für 1,4 mm dickes Warmband mitgeteilt.

Claims (10)

1. Warmband mit einer Dicke unter 5 mm, insbesondere unter 2 mm, das eine Zugfestigkeit von 800 bis 1400 N/mm² besitzt, aus einem Stahl mit (in Masse-%) 0,12 bis 0,25% Kohlenstoff,
1,20 bis 2,0% Mangan,
0,02 bis 0,05% Aluminium,
weniger als 0,07% Silizium,Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, einschl. bis 0,015% Phosphor und bis 0,003% Schwefel, und martensitischem Gefüge mit weniger als 5% insgesamt an anderen Gefügebestandteilen.
2. Warmband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl zusätzlich mindestens eines der folgenden Elemente (in Masse-%) enthält: bis 1,0% Chrom,
bis 0,1% Kupfer,
bis 0,5% Molybdän,
bis 0,1% Nickel,
bis 0,009% Stickstoff.
3. Warmband aus einem Stahl nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Gehalte an Kohlenstoff von 0,12 bis 0,15%, an Mangan von 1,75 bis 1,90%, Chrom von 0,5 bis 0,6% und Stickstoff von 0,005 bis 0,009%.
4. Warmband aus einem Stahl nach Ansprüche 2, dadurch gekennzeichnet, daß Titan in einer zur stöchiometrischen Abbindung des im Stahl vorhandenen Stickstoffs ausreichenden Menge (Ti = 3,4% N) und bis zu 0,0025% B enthält.
5. Warmband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumgehalt auf weniger als 0,04% begrenzt ist.
6. Verfahren zur Herstellung von Warmband einer Enddicke von weniger als 5 mm, insbesondere weniger als 2 mm, aus einem Stahl der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit Zugfestigkeitswerten über 800 N/mm², gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen:
  • - eine Bramme wird auf 1000 bis 1300°C erwärmt,
  • - im Temperaturbereich von 950 bis 1150°C vorgewalzt,
  • - bei einer Endwalztemperatur oberhalb Ar3 fertiggewalzt,
  • - das so erzeugte Warmband wird auf eine Haspeltemperatur im Bereich von 20°C bis unterhalb der Martensitstart- Temperatur abgekühlt und gehaspelt, wodurch ein Gefüge mit mehr als 95% Martensit erzielt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung von Endwalztemperatur auf die Haspeltemperatur mit t 8/5 von kleiner 10 s erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Wahl der Haspeltemperatur innerhalb des im Anspruch 6 erwähnten Temperaturbereichs die Zugfestigkeit des Warmbandes auf einen Wert im Bereich von 800 bis 1400 N/mm² eingestellt wird.
9. Warmband nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es feuerverzinkt ist.
10. Verwendung von feuerverzinktem Warmband aus einem Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und hergestellt nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 6 bis 8 für mechanisch hochbelastete Bauteile im Automobilbau, z. B. Seitenaufprallträger und Stoßfänger.
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