DE2050269A1 - Verfahren zur Herstellung von Stahl blech mit Tiefziehbarkeit bzw Verpress barkeit bei Normaltemperatur und Warmebe standigkeit bei hoher Temperatur - Google Patents

Description

(§) . Int. CL:

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND B 21 b, 1/22

DEUTSCHES

PATENTAMT Deutsche KL: 7 a, 1/22

Of f enlegungsschrif t 2 050 269

Ausstellungspriorität:

Aktenzeichen: P 20 50 269.6 Anmeldetag: 13. Oktober 1970

Offenlegungstag: 15. April 1971

Unionspriorität
Datum:
Land:
Aktenzeichen:

13. Oktober 1969

Japan

81399-69

Bezeichnung:

Zusatz zu:
Ausscheidung aus:
Anmelder:

Verfahren zur Herstellung von Stahlblech mit Tief zieh barkeit bzw. Verpreßbarkeit bei Normaltemperatur und Wärmebeständigkeit

bei hoher Temperatur Nippon Kokan K. K., Tokio

Vertreter:

Als Erfinder benannt

Henkel, G., Dr. phil.; Henkel, W.-D., Dr.; Kern, R. M., Dipl.-Ing. Patentanwälte, 7570 Baden-Baden und 8000 München

Kinoshita, Kazuhisa, Yokohama, Kanagawa; Yamaguchi, Tetsuo, Tokio (Japan)

Rechercheantrag gemäß § 28 a PatG ist gestellt

Für die Beurteilung der Patentfähigkeit in Betracht zu ziehende Druckschriften:

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Nippon Kokan Kabushiki Kaisha 1j5, 10. I97O

Tokio, Japan.

Verfahren zur Herstellung von Stahlblech mit Tiefziehbarkeit bzw. Verpressbarkeit bei Normalteinperatur und Wärmebeständigkeit bei hoher Temperatur

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von niedriglegiertem Stahlblech, das überlegene Wärmebeständigkeit bei mäßig hohen Temperaturen von nicht über 600°C zeigt und dennoch bei normaler Umgebungstemperatur verpressbar bzw. tiefziehbar ist.

Die niedriglegierten Stähle, wie 0,5$ Mo-Stahl, 0,5$ Cr + 0,5$ Mo-Stahl, 1$ Cr + 0,5$ Mo-Stahl, 1,25$ Cr + 0,5$ Mo-Stahl und 2,25$ Cr + 1$ Mo-Stahl, eignen sich bekanntlich für mäßig hohe Temperaturen von bis zu höchstens 600 C und lassen sich für den vorgesehenen Anwendungszweck einsetzen. Es ist speziell bekannt, daß die Zugabe von Cr die Wärmebeständigkeit bei höheren Temperaturen verbessert; je höher die Temperatur ist, welcher die Stähle ausgesetzt sind, desto höher sollte der Cr-Gehalt sein.

Da jedoch aus diesen herkömmlichen Stählen hergestelltes dünnes Stahlblech in seiner Verarbeitbarkeit bei Umgebungstemperatur mangelhaft ist und intensiven Kaltwalzvorgängen nicht standzuhalten vermag, ist es schwierig, Produkte komplizierter Form nach dem bekannten Tiefziehverfahren (press working method) herzustellen.

Beispielsweise werden ein Mantelgehäuse für einen Kessel, d.h. ein Mantel aus dünnem Stahlblech, welcher dazu dient, den hohen Temperaturen ausgesetzten Teil des Kessels luftdicht abzuschließen, oder eine Dehnfuge für eine Leitung oder einen Schacht oder dergleichen beide bei ziemlich

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hohen Temperaturen eingesetzt. Die zu solchen Bauteilen zu verformenden Stahlbleche müssen intensiven Kaltbearbeitungsvorgängen unterworfen werden, nämlich einem Tiefziehen oder einem Biegen bzw. Falzen des Stahlblechs längs bestimmter Krümmungsradien, Bei Stahlblechen, welche solchen Bearbeitungen nicht zu widerstehen vermögen, ist es daher erforderlich, jeden Bauteil unter Verwendung von für die erforderliche Bearbeitung geeigneten Stahlblechs getrennt auszubilden und die auf diese Weise hergestellten Teile nachträglich zusammenzubauen, womit jedoch zwangsläufig mit einer Kostenerhöhung verbunden ist.

Die aus den herkömmlichen warmfesten, niedriglegierten Stählen hergestellten Stahlbleche besitzen keine für die vorstehend genannten Arbeitsgänge geeignete Tiefziehbarkeit. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Stahlblech zu schaffen, das zugleich ausgezeichnete Warmfestigkeit und Tiefziehbarkeit bzw. Verpressbarkeit besitzt.

Im Hinblick auf die vorgenannten Umstände wurde die Erfindung zur Schaffung eines neuartigen Verfahrens zur Herstellung von Stahlblech entwickelt, das verschiedene von Stahl verlangte Eigenschaften besitzt, beispielsweise Tiefziehbarkeit bei Normaltemperatur und Warmfestigkeit bei hoher Temperatur. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahl mit (bezogen auf Gew-$) «**£ w weniger als 0,10$ C oder maximal 0,15$ im Fall eines sich an das Warmwalzen anschließenden Entkohlungsglühens, weniger als 0,15$ Si, weniger als 0,25$ Mn (vorausgesetzt, daß die Mn-Menge so groß ist, daß das Verhältnis von Mn zu Si mehr als 8:1 beträgt), 0,4 - 1,5$ Cr, weniger als 0,8$ Mo, weniger als 0,5$ Al, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen zunächst warmgewalzt, anschließend mit einem Reduktionsgrad von mehr als 30$ kaltgewalzt und schließlich bei einer Temperatur von über 700⁰C geglüht wird.

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Die chemische Zusammensetzung der für das erfindungsgemäße Verfahren vorbereiteten Stähle ist in Tabelle 1 aufgeführt.

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Ersichtlicherweise besitzen die Proben 6 und 7 eine chemische Zusammensetzung, die außerhalb der für die Erfindung angegebenen Bereiche liegt. Diese Proben wurden Iedigl^ich zur Bestimmung der zweckmäßigen Bereiche der chemischen Zusammensetzung hergestellt. Proben 8, 9 und 10 sind nur zu Vergleichszwecken aufgeführte herkömmliche Stähle.

Der Ausdruck "Warmfestigkeit" bezeichnet im allgemeinen die Oxydationsbeständitskeit und Festigkeit des Stahls bei hohen Temperaturen, wobei es bekannt ist, daß Cr, Al und Si im Stahl einen Einfluß auf die Oxydationsbeständikeit besitzen, während Cr und Mo, speziell Mo, die Festigkeit ^ bei hohen Temperaturen zu verbessern vermögen. Die Pro- Ψ hen 8 und 9 gemäß Tabelle 1 sind verbreitet verwendete warmfeste Stähle. Probe 8 ist ein Stahl STBA (oder STPA) 22 und Probe 9 ist ein Stahl STBA (oder STPA) 24 nach der Japanischen Industrienorm (Japanese Industrial Standard (JIS)). Diese warmfesten Stähle werden hauptsächlich im Temperaturbereich von 550 - 600°C verwendet. Die Probe 10 gemäß Tabelle 1 ist ein Stahl mit Cu und P neben Cr und ähnlichen Elementen; dieser Stahl besitzt bekanntlich überlegene Wetterbeständigkeit bei Normaltemperatur und außerdem gute Oxydationsbeständigkeit bei hoher Temperatur.

^ Der Bereich der chemischen Zusammensetzung der für das erfindungsgemäße Verfahren zu verwendenden Stähle wird aus den im folgenden umrissenen Gründen auf die vorstehend definierten Werte festgelegt.

Die obere Grenze des C-Gehalts wird (ohne anschließende Entkohlungsglühung) auf 0,10$ festgelegt, weil die Festigkeit des Stahls so groß wird, daß eine Preßbearbeitung schwierig wird, wenn der C-Gehalt diesen Grenzwert übersteigt. Falls im Bearbeitungsplan ein Entkohlungsglühen vorgesehen ist, ist es im Grunde unnötig, eine Grenze bezüglich des C-Gehalts aufzustellen, doch sind mehr als 0,15$ C im Stahl vom Standpunkt des wirtschaftlichen Wirkungsgrads weniger günstig.

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Im Hinblick auf eine gute Verarbeitbarkeit sollte der Si-Gehalt möglichst niedrig sein. Andererseits vermag Silicium in sehr kleiner Menge den Stahl bei der Herstellung zu stabilisieren, so daß die obere Grenze für den Si-Gehalt auf 0,15$ festgelegt wird.

Es hat sich gezeigt, daß der Mn-Zuschlag sowohl die Tiefziehfählgkfeit als auch die Festigkeit des Stahls beeinflußt. Obgleich der erfindungsgemäß verwendete Stahl bis zu 0,25$ Mn enthalten kann, liegt der bevorzugte Bereich bei 0,10 - 0,20$.

Die oberen Grenzwerte für die Cr-, Mo- und Al-Zuschläge zur Verbesserung der Warmfestigkeit liegen bei 1,5#* 0,8$ bzw. 0,5$, da ein Stahl, welcher mehr als die angegebenen Mengen dieser Elemente enthält, eine größere Festigkeit und eine entsprechend unzureichende Tiefziehbarkeit und Streckbarkeit besitzt, so daß er für den vorgesehenen Zweck unbrauchbar ist.

Die Festigkeit eines Stahls bei hoher Temperatur wird üblicherweise in Form der Zugfestigkeit ausgedrückt. Bei den für die genannten Zwecke vorgesehenen Stählen ist Jedoch der Ermüdungswiderstand bei hohen Temperaturen maßgeblicher. Die Zugabe von Chrom zeigt einen merklichen Einfluß in dieser Hinsicht, der durch das Vorhandensein von Molybdän noch verstärkt wird.

Als eines der Anzeichen, welche diese Eigenschaften des Stahls angeben, kann der von der Stahl-Oberfläche ausgehende Oxydationsgrad an den Korngrenzen gemessen werden. Bei langzeitiger Erwärmung des Stahls auf hohe Temperatur in der Atmosphäre entwickelt sich die Oxydation von der Stahl-Oberfläche In die Korngrenze und wird zum Ausgangspunkt für Risse, wodurch die Ermüdungsfestigkeit beträchtlich herabgesetzt wird.

In Tabelle 2 sind die Ergebnisse der Untersuchung auf Oxydation in der Korngrenze bei den in Tabelle 1 aufge-

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205Ü269

führten Proben, nachdem sie 168 Stunden lang auf 600°C erwärmt wurden, aufgeführt.

Tabelle 2

Oxydation in der Korngrenze nach Erwärmung (600°C, 168 Stunden)

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1-9 , Oxydation in Korngrenzejfeststellbar

10 Oxydation in Korngrenze fe] feststellbar

Es wird angenommen, daß die Oxydationsbeständigkeit der Probe 10 nur wegen der Cu- und P-Zuschläge so ausgezeichnet ist, während der Ermüdungswiderstand bei hoher Temperatur jedoch niedrig ist.

Die Proben wurden in der Atmosphäre 500 Stunden lang auf 500°C^uerwarmt, um die Gesamt-Oxydationsmenge zur weiteren Bezugnahme zu messen. Die Größe der Oxydationszunahme je Flächeneinheit jeder Probe ist in Tabelle 3 aufgeführt.

Tabelle 3

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Probe	Menge der Oxydat'i ons zunähme (mg/cm )	7,01
1	50O0C 600°C	6,67
2	1,05	7,20
3	1,03	7,13
4	1,10	2,97
5	1,08	3,33
6	0,84	2,85
7	0,89	6,77
8	0,60	3,28
9	1,03	6,99 13,04
10 Al-beruhigter Stahl	0,86
0,92 1,48

Die Tabelle zeigt zum Vergleich die Ergebnisse von besonders weichem Al-beruhigtem Stahl, der als Tiefziehstahl verbreitet verwendet wird. Die Tabelle läßt den Schluß zu, daß alle Cr enthaltenden Proben bezüglich der Oxydationsbeständigkeit dem herkömmlichen, besonders weichen Al-beruhigten Stahl weit überlegen sind.

Eine der wesentlichsten Eigenschaften der erfindungsgemäß behandelten Stahlbleche besteht jedoch darin, daß sie zugleich auch gute Tiefziehbarkeit bei Normaltemperatur besitzen. Die mechanischen Liegenschaften der Proben gemäß Tabelle 1 sind in Tabelle 4 aufgeführt. Die Proben wurden auf eine Blechdicke von 5*0 mm warm gewalzt, mit einem Reduktionsgrad von 68$ auf eine Dicke von 1,6 mm kaltgewalzt und dann bei 75O°G geglüht; dieses Verfahren ist das gleiche, wie es für die Herstellung von gewöhnlichem kaltgewalzten Stahlblech für Ziehzwecke angewandt wird. Die Proben 6, 8 und 9 wurden nach dem Warmwalzen bei 750⁰C geglüht, um ihre Härte herabzusetzen.

In Tabelle 5 sind die durchschnittliche Plastizitäts-Anisotropie (-5), der Ericksen-Wert und der Kegelnapf-Wert aufgeführt, die als Indikatoren für die Tiefziehbarkeit und Streckbarkeit angesehen werden.

Diese beiden Tabellen zeigen, daß die erfindungsgemäß hergestellten Stähle ungeachtet des Vorhandenseins von Cr, Mo, Al und ähnlichen, zur Lieferung von Warmfestigkeit zugesetzten Elementen hohe Festigkeit bei Normaltemperatur und ausgezeichnete Verpressbarkeit bzw. Tiefziehbarkeit besitzen. Außerdem liegen die r-, Ericksen- und Kegelnapf-Werte in derselben Größenordnung wie bei gewöhnlichen kaltgewalzten Stahlblechen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt.

Wie erwähnt, besitzt ein erfindungsgemäß hergestelltes Stahlblech aus einem Stahl der erfindungsgemäß^en chemischen

das
Zusammensetzung_/ durch Warmwalzen, Kaltwalzen bei einem Reduktionsgrad von mehr als 30$ und anschließendes Glühen

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bei einer Temperatur von Über 70O⁰C hergestellt wurde,
auereichende Tiefziehbarkeit, so daß es sich zum Vorpressen in komplizierte Formen eignet. Außerdem besitzt es gute Warmfestigkeit, so daß es sioh zur Verwendung bei mäßig hohen Temperaturen von nioht über 600°C eignet.

Tabelle 4

Probe	Streckgrenze (kg/am5)	Zugfestigkeit (kg/maT)	Bruchdehnung W	Sbreckgren- <w* zenverhältnis^
1	22,5	35,6	49,3	63
2	23,7	35,9	48,5	66
3	21,3	32,3	49,7	66
4	23,5	33,8	51,2	69
5	31,1	41,8	38,2	74
6	43,3	55,4	36,8	78
	42,0	54,7	37,3	77
8	38,9	' 52,2	34,0	74
9	48,6	60,6	33,5	80
10	28,8	41,2	38,3	70

Tabelle 5

Probe	r	Erioksen-Wert	Kegelnapfwert
1 1,34	(mm)	0*0
2 1,22	11,9	60,5
3 1,20	11,6	60,4
4 1,25	11,7	60,2
5 1,35	11,8	60,7
6 1,15	10,4	61,2
7 1,10	10,0	61,8
8 1,05	. 9,6	61,5
9 1,16	9,4	62,3
10 1,18	9,6	62,3
10,6	61,5

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   Ί.^Verfahren zur Herstellung von Stahlblech mit Tiefziehbarkeit bei Normaltemperatur und. Wärmebeständigkeit bei hoher

   der Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahl, höchstens

   -Ji C, höchstens 0,15 Gew-# Si, höchstens 0,25 Gew-# Mn, 0,4 - 1,5 Gew-# Cr, höchstens 0,8 Gew-# Mo, höchstens 0,5 8ew-# Al, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, zunächst warmgewalzt, danach mit einem Reduktionsgrad von mehr als j50# kaltgewalzt und schließlich zwecks Rekristallisation bei einer Temperatur von über 700° C geglühfc wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl entkohlungsgeglüht wird, wobei der Ausgangskohlenstoffgehalt weniger als 0,15 Gew-# beträgt.

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