DE2330123B2 - Verfahren zur Herstellung kaltgewalzter, hochfester Stahlbleche - Google Patents
Verfahren zur Herstellung kaltgewalzter, hochfester StahlblecheInfo
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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.
35
55
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
4320
Claims (3)
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.
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