DE2330123B2

DE2330123B2 - Verfahren zur Herstellung kaltgewalzter, hochfester Stahlbleche

Info

Publication number: DE2330123B2
Application number: DE2330123A
Authority: DE
Inventors: Masayasu Kobe Hyogo Kojima; Takashi Osaka Matsuoka
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1972-06-13
Filing date: 1973-06-13
Publication date: 1974-09-12
Also published as: IT985451B; DE2330123A1; CA999221A; FR2187922B1; FR2187922A1; GB1438385A; US3830669A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung kaltgewalzter, hochfester Stahlbleche mit einer Zugfestigkeit von 50 bis 100 kg/mm², die eine hohe Oberflächengüte und Stärkenmaßhaltigkeit besitzen und insbesondere für die Herstellung von Kraftfahraeugkarosserien geeignet sind.

Die in der Regel zur Herstellung von Personenkraftwagenkarosserien verwendeten Stahlbleche sind im allgemeinen höchstens 3,0 und insbesondere hochstenii 2,3 mm stark.

Dis ständig stärker werdende gesellschaftliche Bedürfnis, die Sicherheit von Kraftfahrzeugen zu ver- , bessern, verpflichtet die Kraftfahrzeughersteller dazu, die !Festigkeit der Fahrzeugkarosserien zu erhöhen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 801 283 ist die Verwendung eines hochzugfesten und gut verformbaren Stahls bekannt, der 0,03 bis 0,25% Kohlenstoff, bis 0,6% Silicium, 0,3 bis 1,8% Mangan, weniger als 0,01 % Schwefel, 0,005 bis 0,1% Aluminium, 0,005 bis 0,05% Niob und/oder Vanadium, Rest Eisen, enthält. Niob und Vanadium können durch eines der Elemente Chrom, Molybdän, Kupfer und Titan in Gehalten bis zu 1 "/0 ersetzt werden. Jedoch blieb dabei das Problem ungelöst, eine Erhöhung des Karosseriegewichts zu vermeiden und nach dem im Kraftfahrzeugbau allgemein anerkannten Konstruktionsprinzip die Karosserien möglichst leicht zu bauen.

Um die Sicherheit unter Verwendung von Stahlblechen mit einer unter den vorstehend angegebenen Grenzwerten liegenden Stärke verbessern zu können, müssen Stahlbleche verwendet werden, deren Festigkeit ausreicht, um einen hinlänglichen Unfallschutz zu gewährleisten. Es besteht daher ein dringender Bedarf an derartigen hochfesten Stahlblechen.

Es ist zwar bekannt, daß man hochfeste Stahlbleche durch Warmwalzen herstellen kann, jedoch bereitet die Herstellung dünnerer Bleche Schwierigkeiten im

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Hinblick auf die Walzwerkskapazität und die Form der zu walzenden Stahlbleche. Insbesondere macht die Herstellung besonders hochfester Stahlbleche durch Warmwalzen Schwierigkeiten. Aus diesen Gründen ist die Stärke hochfester Stahlbleche, die derzeit großtechnisch durch Warmwalzen hergestellt werden können, nach unten begrenzt, wobei die Mindeststärke von der gewünschten Zugfestigkeit abhängt. Sie beträgt beispielsweise 1,6 nun bei einer Zugfestigkeit von 50 kg/mm², 2,3 mm bei einer Zugfestigkeit von 60 kg/mm² und 3,2 mm bei einer Zugfestigkeit von 80 kg/mm².

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung hochfester Stahlbleche zu schaffen, das Zugfestigkeitswerte über den in herkömmlichen Verfahren mit Stahlblechen begrenzter Dicke erreichbaren Werten ermöglicht. Die in einem Kaltwalzverfahren hergestellten hochfesten Stahlbleche sollen eine Zugfestigkeit von 50 bis 100 kg/m nr bei einer Stärke von 3 mm und insbesondere weniger als 2,3 mm besitzen und außerdem gute Oberflächenbeschaffenheit und gleichmäßige Dicke aufweisen. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung kaltgewalzter, hochfester Stahlbleche aus einem an sich bekannten Stahl, der aus 0,03 bi> 0,2% Kohlenstoff, 1,6 bis 3,0% Mangan, 0,03 bis 0,6" „ Silicium, bis zu 0,03% Phosphor, bis zu 0,03% Schwefel, bis zu 0,3% Kupfer, bis zu 0,3% Nickel, bis zu 0,5% Chrom, bis zu 0,5% Molybdän, bis zu 0,01 % Bor und gegebenenfalls 0,01 bis 0,25% Niob odei 0,01 bis 0,2% Titan oder einem Gesamtgehalt von 0,01 bis 0,3% Niob und Titan, Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das warmgewalzte Band /u einem höchstens 3,2 mm starken Stahlblech kaltgewalzt, bei einer Glühtemperatur zwischen 620'C und dem A₃-Umwandlungspunkt geglüht wird, mil der Maßgabe, daß Stahlbleche, die weder Niob noch Titan enthalten, bei mindestens 710°C geglüht werden, und danach langsam abgekühlt wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es. Stahlbleche herzustellen, die eine Zugfestigkeit von 50 bis 100 kg/mm² besitzen, obwohl sie höchstens 3 mm stark sind.

Die vorstehend angegebenen Grenzwerte bezüglich der Zusammensetzung des als Ausgangsmaterial verwendeten Stahls sind aus folgenden Gründen einzuhalten :

Ein Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,03% ergibt keine Zugfestigkeit von 50 kg/mm² oder darüber, während durch einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,20% die Zähigkeit und Schweißbarkeit des Stahls beeinträchtigt wird. Ein Mungangehalt von weniger als 1,6% ergibt keine Zugfestigkeit von mindestens 50 kg/mm² _; während ein Mangangehalt von über 3,0% die Stahlherstellung beträchtlich erschwert. Der Gehalt an Silicium, das als Desoxidationsmittel verwendet wird, läßt sich nur schwer auf weniger als 0,03% verringern, während ein Siliciumgehalt von mehr als 0,6% den Stahl versprödet und außerdem seine Schweißbarkeit beeinträchtigt.

Niob und Titan verbessern die Zugfestigkeit des Stahls, wenn er bei einer Temperatur von 620⁰C bis zum A₃-Umwandlungspunkt geglüht wird. Ein Niobgehalt von weniger als 0,01% ergibt diesen Effekt jedoch nicht, während ein Niobgehalt von mehr als 0,25% keine weitere Verbesserung bewirkt. Auch ein

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Titangehalt von weniger als 0,01% führt nicht zu dem gewünschten Effekt, während ein Titangehalt von über 0,2% die Barren- bzw. Knüppelherstellung erschwert

Niob und Titan können auch in Kombination zulegiert werden, wobei es erforderlich ist, den Gesamtgehalt an Niob und Ti*an in einem Bereich von 0,01 bis 0,3% zu halten.

Für die Zwecke der Erfindung verwendbare Stähle können in der Regel bis zu 0,03% Phosphor und höchstens 0,03% Schwefel als tolerierbare Verunreinigungen sowie bis zu 0,3% Kupfer, bis zu 0,3% Nickel bis ?n 0,5% Chrom, bis zu 0_;5% Molybdän und bis zu 0,01% Bor enthalten. Die vorstehend genannten Elemente beeinträchtigen die Zugfestigkeit in Mengen bis zu den genannten Höchstwerten nicht.

Beim Verfahren der Erfindung wird eine Stahlschmelze mit der vorstehend angegebenen Zusammer«- setzung ' :rgestellt und in herkömmlicher Weise zu Barren vc-^ossen, worauf der Stahl vorzugsweise mit Aluminium beruhigt wird. Der Barren wird dann durch Vorstrecken und Warmwalzen in herkömmlicher Weise zu einem warmgewalzten Band verarbeitet. Das Warmwalzen v.ird zweckmäßig bei einer Endtemperatur von mindestens 800⁰C durchgeführt. Das warmgewalzte Band wird dann abgebeizt und danach in herkömmlicher Weise zu einem Stahlblech der gewünschten Dicke kaltgewalzt, wobei das Stärkeverminderungsverhältnis vorzugsweise mindestens 30% betragen sollte.

Erfindungsgemäß wird das wie vorstehend angegeben hergestellte Stahlblech bei einer gleichbleibenden Temperatur geglüht. Diese Glühtemperatur ist in Abhängigkeit davon unterschiedlich zu wählen, ob der Stahl Niob und/oder Titan enthält oder nicht.

Das heißt, daß ein nur C, Mn und Si enthaltender Stahl bei einer Temperatur zwischen 710' C und dem A₃-Umwandlungspunkt, ein Stahl der zusätzlich Niob und/oder Titan enthält dagegen bei einer Temperatur zwischen 620⁰C und dem A₃-Umwandlungspunkt geglüht werden soll.

Die Anwendung einer Glühtemperatur unter 710° C im erstgenannten Fall führt zu einer Rekristallisation und Entfestigung des Stahls während des Glühens und zu einer feinen Verteilung der Carbide, wodurch es schwierig wird, die gewünschte Festigkeit zu erreichen.

Stahlbleche der letztgenannten Art, die Niob und/ oder Titan enthalten, können auf Grund der Wirkung von Niob oder Titan bei einer Temperatur im Bereich von 620 bis 710⁰C geglüht werden, ohne daß dies zu einer starken Erweichung führt, so daß man die gewünschte Festigkeit erzielen kann.

Wenn man bei einer Temperatur zwischen 710' C und dem A₃-Umwandlungspunkl glüht, bildet sich bei beiden genannten Stahlsorten teilweise an der Korngrenze eine Austenitphase, die sich beim Abkühlen des Stahlblechs nicht nur in Perlit, sondern auch in Martensit und Bainit umwandelt. Dadurch kann die Festigkeit des Stahlblechs beträchtlich erhöht und somit ein kaltgewalztes Stahlblech mit einer hohen Festigkeit von 50 kg/mm² oder mehr erhalten werden.

Martensit und Bainit können durch Anwendung besonders kleiner Abkühlungsgeschwindigkeiten erzeugt werden, wie sie beim satzweisen Glühen bzw. Kistenglühen der kaltgewalzten Stahlbleche auftreten.

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60 Es ist bekannt, daß Stählen der vorstehend angegebenen Zusammensetzung durch Normalglühen eine Martensit- und Bainitphase enthaltende Struktur verliehen werden kann. Das Verfahren der Erfindung ist jedoch dadurch gekennzeichnet, daß man die gewünschte Martensit- und Bainitphase durch Glühen statt durch Normalisieren des kaltgewalzten Stahlbleches erzeugen kann. Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Stahlbleche weisen außerdem gute Oberflächenbescbaffenheit bzw. befriedigende Oberflächengüte, eine hohe Stärkenmaßhaltigkeit sowie eine beträchtlich verbesserte Festigkeit auf.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Es werden Stähle mit der nachstehend in Tabelle I angegebenen chemischen Zusammensetzung hergestellt. Davon entsprechen die Stähle A, B und C der Erfindung, während die Stähle D und E zum Vergleich dienen.

Tabelle I

Stahl	C	Chemische	Zusammensetzung, (%	P	S
	0,09	Si	Mn	0,003	0,006
A	0,08	0,03	2,05	0,003	0,006
B	0,12	0,03	2,51	0,003	0,006
C	0,14	0,10	2,49	0,005	0,006
D	0,17	0,39	1,40	0,005	0,006
E	0,45	1,50

Die Stahlschmelzer; werden jeweils mit Aluminium beruhigt und zu Barren vergossen, die dann jeweils zu einem 2 mm starken Band warmgewalzt werden. Die Endtemperatur beim Warmwalzen beiträgt 850⁰C. Die warmgewalzten Stahlbänder werden abgebeizt und dann zu einem 0,8 mm starken Stahlblech kaltgewalzt.

Die kaltgewalzten Stahlbleche werden jeweils 6 Stunden im Bereich von 670 bis 750⁰C geglüht und anschließend langsam mit einer Geschwindigkeit von 25° C/Stunde abgekühlt.

Die dabei erhaltenen Stahlbleche werden in Probestücke für Zugversuche zerschnitten. Die Ergebnisse dieser Versuche sind aus der Tabellen zu ersehen. Außerdem sind die Ergebnisse dieser Versuche in F i g. 1 graphisch dargestellt.

Tabelle II

Stahl	GlUh- temp., C	Streck grenze, kg, nvm²	Zugfestig keit, kg/mm²	Slrcck- grenze- Zugfestig- keitsver- hältnis	Bruch dehnung. %
A	670	34,2	44,2	0,774	35,0
	690	20,5	46,3	0,443	34,0
	710	21,6	50,1	0,431	32,5
	730	28,2	52,1	0,445	33,0
	750	36,0	54,0	0,667	30,0
B	670	23,9	45,8	0,522	34,5
	690	20,8	47,4	0,439	33,0
	710	24,1	55,6	0,433	28,0
	730	27,5	65,7	0,419	26,5
	750	32,3	68,9	0,469	25,0

Fortsetzung

	GlUh-	Streck	Zugfestig	Streck-	Bruch
	temp.,	grenze,	keit.	grenze-	dehnung,
Stahl	°C	k.g/mm²	kg/mm²	Zugfestig-	%
				keitsver-
	670	34,1	50,2	hältnis	31,0
C	690	21,0	56,8	0,679	28,5
	710	29,8	73,0	0,370	20,5
	730	33,3	88,1	0,408	18,5
	- 750	44,8	95,1	0,378	17,0
	670	38,1	53,0	0,471	25,5
D	690	—	—	0,706	—
	710	38,2	49,2	—	28,0
	730	—	—	0,776	—
	750	37,5	47,7	—	30,5
	670	39,3	54,5	0,790	23,8
E	690	—	—	0,722	—
	710	39,2	49,1	—	27,5
	730	—	—	0,798	—
	750	38,3	48,7	—	29,0
			0,787

Aus der Tabellen ist klar zu ersehen, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden und behandelten Stähle A, B und C nach dem Glühen bei einer Temperatur zwischen 710⁰C und dem A₃-Umwandlungspunkt jeweils eine verbesserte Zugfestigkeit von über 50 kg/mm² aufweisen. Insbesondere weist der Stahl A in bei 730⁰C geglühtem Zustand eine Zugfestigkeit von über 50 kg/mm² und darüber auf. Die Stähle B und C weisen bei 71O⁰C geglüht Zugfestigkeiten von

ίο über 50 kg/mm² auf, wobei insbesondere die Zugfestigkeit des Stahles C einen Wert von fast 100 kg/mm² erreicht.

Die vorstehenden unlegierten Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,03 bis 0,20% können außerdem bis zu 0,3% Kupfer, bis zu 0,3% Nickel, bis zu 0,5% Chrom, bis zu 0,5% Molybdän und/oder bis zu 0,01% Bor enthalten und dennoch ähnlich verbesserte Zugfestigkeiten infolge der Glühung aufweisen.

Beispiel 2

Es werden Stähle mit der aus der Tabelle III zu ersehenden Zusammensetzung unter Verwendung eines Hochfrequenzinduktionsofens hergestellt, wobei die Stähle F bis I der Erfindung entsprechen und die Stähle K bis N zum Vergleich dienen.

Tabelle III

	Stahl	C	Si	Chemische Zusammensetzung. (%)	P	S	Nb	Ti
		0,07	0,10	Mn	0,006	0,012	0,11
Erfu. dungsgemäß	F	0,07	0,12	2.61	0,008	0,007	0,19	—
	G	0,09	0,10	2,52	0,003	0.008	—	0,09
	H	0,09	0,09	2,83	0,006	0,009	—	0,19
	J	0,07	0,08	2,77	0,005	0.008	0,05	0,04
	1	0,06	0,05	2,14	0,012	0,015	—
Vergleich	K	0,17	0,45	1,98	0,005	0,006	—
	L	0,17	0,10	1,50	0,013	0,013	0,03	—
	M		1,45

Aus den vorstehend aufgeführten Stählen werden jeweils analog Beispiel 1 0,8 mm starke kaltgewalzte Stahlbleche hergestellt. Jedes der so erhaltenen Stahlbleche wird auf die aus der Tabelle IV zu ersehenden Glühtemperaturen erhitzt, 2 Stunden auf der betreffenden Temperatur gehalten und dann im Ofen mit einer Geschwindigkeit von 75° C/Stunde abgekühlt.

Die so wärmebehandelten Stahlbleche werden dann jeweils in Teststreifen gemäß der japanischen Normvorschirft JIS Nr. 5 zerschnitten, und auf die Zugfestigkeit in Walzrichtung geprüft. Die in Tabelle IV zusammengestellten Ergebnisse zeigen, daß durch Glühen bei einer unter 710⁰C! liegenden Temperatur keine Zugfestigkeit über 50 kg/mm² erreicht werden kann und die Zugfestigkeit im Abhängigkeit von der Glühtemperatur erheblich schwankt. Die der Erfindung entsprechenden Stähle erreichen dagegen durch Glühen bei einer in einem Temperaturbereich von einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur bis zum A₃-

Umwandlungspunkt durchweg eine Zugfestigkeit von über 50 kg/mm², deren Wert nicht stark schwankt.

Tabelle IV

	Stahl	Glüh-	ZUE-	Streck	Bruch
		temp..		grenze,	dehnung,
	E	C	kg mm'	kg/mm*	/0
Erfindung		650	61,5	43,5	22,0
		700	64,0	36.6	22.0
	750	67,7	38,5	22,5

Fortsetzung

	Stahl	Glüh-
		temp..
	F	C
Erfindung		650
		700
	G	950
		650
		700
	H	750
		650
		700
	I	750
		700
	J	750
Vergleich	K	700
	L	700
	M	710
		650
	700

Zug-

festig-

keil,

kg mm²

76,5 68,5 65,5 72,7 70,4 72,4 90,0 81,8 80,0 51,3 52,6

39.2 49,1 49,2 42,8 49,6 Streckgrenze, kg/mm²

64,2 41,6 36,5 53,4 42,3 37,3 76,7 55,0 43,3 24,3 22,3

20,2 39,2 41,0 38,0 21,2

Bruchdehnung,

12,5 17,5 21,0 18,0 21,5 20,5 12,5 14,0 16,0 30,0 29,0

37,5 27,5 29,0 36,0 32.5

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

2 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung kaltgewalzter, hochfester Stahlbleche aus einem Stahl, der aus 0,03 bis 0,2% Kohlenstoff, 1,6 bis 3,0% Mangan, 0,03 bis 0,6% Silicium, bis zu 0,03% Phosphor, bis zu 0,03% Schwefel, bis zu 0,3% Kupfer, bis zu 0,3% Nickel, bis zu 0,5% Chrom, bis zu 0,5% Molybdän, Ins zu 0,01% Bor und gegebenenfalls 0,01 bis 0,25% Niob oder 0,01 bis 0,2% Titan oder einem Gesamtgehalt von 0,01 bis 0,3% Niob und Titan, Rest Eisen und hersteilungsbedingteii Verunreinigungen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das warmgewalzte Band zu einem höchstens 3,2 mm starken Stahlblech kaltgewalzt, bei einer Glühtemperatur zwischen 620⁰C und dem A₃-iUmwandlungspunkt geglüht wird, mit ' der Maßgabe, daß Stahlbleche, die weder Niob noch Titan enthalten, bei mindestens 710° C geglüht werden, und danach langsam abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glühzeit von mindestens 2 Stunden angewandt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech nach dem Glühen mit einer Geschwindigkeit von weniger als 100°C/Stunde abgekühlt wird.