DE2636553B2 - Alterungsbeständiger Tiefziehstahl mit sehr niedriger Streckgrenzenfestigkeit und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Alterungsbeständiger Tiefziehstahl mit sehr niedriger Streckgrenzenfestigkeit und Verfahren zu seiner Herstellung

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DE2636553B2 DE2636553A DE2636553A DE2636553B2 DE 2636553 B2 DE2636553 B2 DE 2636553B2 DE 2636553 A DE2636553 A DE 2636553A DE 2636553 A DE2636553 A DE 2636553A DE 2636553 B2 DE2636553 B2 DE 2636553B2
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Description

Die Erfindung betrifft einen alterungsbeständigen Tiefziehstahl mit sehr niedriger Streckgrenzenfestigkeit, der sich leicht zu Stahlblechen, Stahlplatten, Stangen, Stäben oder Drähten verarbeiten läßt und auch komplizierten und starken Verformungen unterworfen werden kann, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Bei der Herstellung von warmgewalzten Stahlblechen wird ein warmgewalztes bandartiges Stahlblech zu einem Bund aus dem Stahlblech gehaspelt. Dieser Bund wird direkt als »Bundmaterial« oder nach dem Verschneiden des Bundes zu Blechen einer bestimmten Länge als »geschnittenes Blechmaterial« auf den Markt gebracht. Der in dieser Form auf dem Markt erhältliche warmgewalzte Stahl wird weiter zugeschnitten oder verformt zur Herstellung von Formkörpern mit der für den gewünschten Verwendungszweck geeigneten Gestalt. Bei der Herstellung von Stahlstangen wird eine warmgewalzte Stange kaltgezogen und dann auf den Markt gebracht.
Die meisten dieser im Handel erhältlichen warmgewalzten Bleche und Stangen oder Stäbe werden zur Herstellung von Formkörpern, welche die für den gewünschten Verwendungszweck geeignete Gestalt haben, kaltverformt. Im Falle von warmgewalzten e>o Blechen umfaßt diese Kaltverformung ein Tiefziehen, Biegen, Ausweiten bzw. Stauchen und Schneiden sowie Kombinationen davon. Stangen werden gezogen. Die Kaltverformbarkeit hat bei solchen Stählen daher eine große Bedeutung. Typische Eigenschaften, welche die &5 Verformbarkeit von Stahlblechen charakterisieren, sind die Streckgrenzenfestigkeit, die Dehnung, der n-Wert (der Kaltverfestigungskomponent), der r-Wert (der Lank-Ford-Werl) und der Erichsen-Wert, und die obengenannten Stahlbeche müssen in bezug auf diese Eigenschaften gute bis ausgezeichnete Werte aufweisen. Stangen müssen ein gutes Bruchverhalten aufweisen, auch wenn beim Ziehen ihre Querschnittsverminderung hoch ist
Zur Verbesserung der Kaltverformbarkeit ode,* Kaltziehbarkeit wird im Falle von warmgewalzten Stahlblechen ebenso wie im Falle von kaltgewalzten Stahlblechen und Stangen oder Stäben ein mit Aluminium beruhigter Stahl mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt oder ein entkohlter, denitrierter beruhigter Stahl mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt verwendet Diese Stähle sind jedoch noch unbefriedigend in bezug auf ihre Streckgrenzenfestigkeit, die eine der charakteristischen Eigenschaften ist, welche ihre Verformbarkeit charakterisieren. Im Falle eines warmgewalzten Bleches aus einem mit Aluminium beruhigten Stahl mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt ist es sehr schwierig, auch nach der Verformung beim Dressieren die Streckgrenzenfestigkeit auf einen Wert unter 21 bis 22 kg/mm2 zu senken, und der untere Grenzwert der Streckgrenzenfestigkeit eines kaltgewalzten Bleches aus einem entkohlten, denitrierten beruhigten Stahl mit einem sehr niedrigen Kohlenstoffgehalt beträgt etwa 18 kg/mm2.
In der japanischen Patentanmeldung Nr. 129 074/72 ist ein alterungsbeständiges warmgewalztes Stahlblech zum Tiefziehen mit einer niedrigen Streckgrenzenfestigkeit beschrieben, das aus 0,003 bis 0,07% C, 0,01 bis 0,25% Si, 0,2 bis 0,5% Mn, 0,015 bis 0,07% Al und 0,03 bis 0,1% Zr ausschließlich des ein Oxid und ein Sulfid bildenden Zr sowie zum Rest aus Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht Bei diesem Stahlblech beträgt der untere Grenzwert der Streckgrenzenfestigkeit im warmgewalzten Zustand mindestens etwa 23 kg/mm2. Selbst wenn ein solches warmgewalztes Produkt 1 Stunde lang bei 9500C geglüht wird, beträgt der untere Grenzwert der Streckgrenzenfestigkeit immer noch etwa 20 kg/mm2.
In der japanischen Patentanmeldung Nr. 60 276/70 (japanische Patentpublikation Nr 17 013/75) ist ein ausscheidungshärtbares kaltgewalztes Stahlblech zum Tiefziehen beschrieben, das bis zu 0,01 % C, 0,08 bis 0,6% Cr, 0,05 bis 0,4% Mn, 0,009 bis 0,02% N enthält und frei von Aluminium als einer wirksamen Komponente ist, wobei der Rest aus Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht. Diesem Stahl kann durch eine Ausscheidungshärtungsbehandlung nach dem Verformen eine hohe Festigkeit verliehen werden, indem man das Stahlblech bei einer Temperatur von 7000C bis zu dem Ac3-Punkt glüht und das geglühte Stahlblech von etwa 500 bis etwa 6000C mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 100 bis 50O0C pro Stunde auf Raumtemperatur herunterkühlt. Auch bei diesem Stahl ist es nicht möglich, die Streckgrenzenfestigkeit in dem gewünschten Ausmaße zu senken, um seine Alterungsbeständigkeit und Tiefzieheigenschaften zu verbessern.
Aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 49 145/67 (japanische Patentpublikation Nr. 13/74) ist ein warmgewalztes Stahlblech mit guter Tiefziehbarkeit bekannt, das aus einem mit Aluminium beruhigten niedrig legierten Stahl besteht, der bis zu 0,12% C, 0,15 bis 0,60% Mn, 0,01 bis 0,15% lösliches Al und 0,0040 bis 0,0100% N enthält, wobei der Rest aus Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht. Bei der Herstellung dieses Stahls wird die Haspeltemperatur des warmgewalzten Stahlbleches auf eine solche
Temperatur eingestellt, daß der gemessenen Gehalt an löslichen Al innerhalb des Bereiches ABCD der in der Anlage beigefügten F i g. 5 liegt oder dadurch, daß der warmgewalzte Stahl nach dem Haspeln mindestens 1 Stunde lang bei 600 bis 700° C geglüht wird, wodurch das N in dem Stahlblech in Form von AlN ausgeschieden wird, wodurch die Ausscheidung von großen Carbiden verringert wird. Über die Streckgrenzenfestigkeit dieses Stahls finden sich darin zwar keine Angaben, aus der angegebenen niedrigsten Zugfestigkeit von 35 kg/mm2 iü läßt sich jedoch entnehmen, daß die Streckgrenzenfestigkeit dieses bekannten warmgewalzter Stahlbleches mit einer solchen Zugfestigkeit innerhalb des Bereiches von 23 bis 25 kg/mm2 liegen muß. Daraus ergibt sich, daß auch dieses bekannte warmgewalzte Stahlblech den Anforderungen nicht genügt, die an tiefziehbare Stahlbleche heute gestellt werden.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 24 33 512 ist eine Stahllegierung bekannt, die bis zu 03% C, bis zu 1 % Si, bis zu 4% Mn, bis zu 1 % AI und bis η 6% Cr und als Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen neben weiteren nicht zwingend vorgeschriebenen Wahlkomponenten enthält Diese Stahllegierung zielt aber auch hohe Festigkeitswerte ab, so daß es sich bei dem darin beschriebenen Stahl nicht um einen Tiefziehstahl mit sehr niedriger Streckgrenzenfestigkeit handelt Dies gilt auch für die in der französischen Offenlegungsschrift 22 18 394 beschriebene, gegen interkristalline Korrosion beständige Legierung, die höchstens 0,20% C, 0,05 bis 0,80% Si, 0,30 bis 1,5% Mn, jo 0,05 bis 0,25% gelöstes Al, 0,03 bis 0,20% Zr, 0,10 bis 030% Cr und/oder Ni und als Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen enthält. Die Streckgrenzenfestigkeitswerte dieser Stahllegierung liegen jedoch ebenfalls verhältnismäßig hoch, d. h. weit r> oberhalb der für einen alterungsbeständigen Tiefziehstahl erwünschten Werte.
In der Automobilindustrie, in der große Mengen von warmgewalzten Stahlblechen verarbeitet werden, werden nämlich heutzutage extrem komplizierte Formen gefordert Um diesen Anforderungen zu genügen, müssen die warmgewalzten Stahlbleche sehr niedrige Streckgrenzenfestigkeiten bei gleichzeitig hoher Gesamtdehnung und guter Alterungsbeständigkeit haben. Dabei kommt es insbesondere auf den r-Wert an, der eine der wichtigsten Eigenschaften charakterisiert, welche die Verformbarkeit, insbesondere die Tiefziehbarkeit des Stahlbleches angibt. Der r-Wert kann bisher nur in einem kaltgewalzten Stahlblech verbessert werden; zur Verbesserung des r-Wertes bei einem warmgewalzten Stahlblech ist bisher noch kein Verfahren bekannt. Neben dem r-Wert spielen aber auch noch die übrigen Eigenschaften des warmgewalzten Stahlbleches, wie z. B. die Streckgrenzerfestigkeit, die Dehnung und Alterungsbeständigkeit eine bedeutsame Rolle.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen warmgewalzten Tiefziehstahl anzugeben, der Alterungsbeständig ist und eine sehr niedrige Streckgrenzenfestigkeit aufweist so daß er komplizierten und/oder starken wt Verformungen ausgesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen alterungsbeständigen Tiefziehstahl in sehr niedriger Streckgrenzenfestigkeit, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er aus
bis zu 0,07% Kohlenstoff,
bis zu 0,5% Silicium.
bis zu 0,5% Mangan,
0,005 bis 0,1 % Aluminium,
0,1 bis 13% Chrom,
Rest Eisen und
herstellungsbedingten Verunreinigungen
besteht wobei jedoch [C+^(Si +Mn)] < 0,22% ist und das Gefüge Chromcarbonitrid in Ferrit eingelagert aufweist
Der erfindungsgemäße Tiefziehstahl weist nicht nur eine hervorragende Alterungsbeständigkeit sondern auch eine sehr niedrige Streckgrenzenfestigkeit auf, so daß er in Form eines warmgewalzten Bleches komplizierten und/oder starken Verformungen unterworfen werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält der beanspruchte Tiefziehstahl zusätzlich noch 0,015 bis 0,15% Zirkonium und Carbonitride des Chroms und des Zirkoniums, die in Ferrit eingelagert sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung liegt der Chromgehalt im Bereich von 0,3 bis 0,7%.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines alterungsbeständigen Tiefziehstahls mit sehr niedriger Streckgrenzenfestigkeit des vorstehend beschriebenen Typs, das dadurch gekennzeichnet ist daß er nach dem Warmwalzen bei 900 bis 1100°C geglüht und langsam abgekühlt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird dieses Verfahren in der Weise durchgeführt daß die Abkühlungsgeschwindigkeit nicht mehr als 200° C/h beträgt
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
F i g. 1 und 2 in Form eines Diagramms die Beziehungen zwischen den mechanischen Eigenschaften von warmgewalzten Bunden, die bei 550° C gehaspelt worden sind, und dem Chromgehalt, wobei diese Beziehungen bei einem mit Aluminium beruhigten Stahl, in den Zr eingearbeitet wurde, oder bei einem mit Aluminium beruhigten Stahl, in den kein Zr eingearbeitet wurde, beobachtet wurden; die Fig. 1 zeigt die Festigkeitswerte in Längsrichtung, und die F i g. 2 zeigt die Festigkeitswerte in Querrichtung;
Fig.3 in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen der Verformung beim Dressieren und der Streckgrenzerfestigkeit in dem erfindungsgemäßen Stahl (Probe Nr. 5) und in den Vergleichsstählen (Proben Nr. 9 bis 11);
Fig.4 in Form eines Diagramms die Beziehung zwischen der Festigkeit und der Glühtemperatur bei erfindungsgemäßen Stählen (Proben Nr. 2 und 3) und bei Vergleichsstählen (Proben Nr. 9 und 11);
Fig.5 in Form eines Diagramms die Beziehung zwischen dem Gehalt an löslichem Al und der daraus resultierenden erforderlichen Haspeltemperatur gemäß dem Stand der Technik (japanische Patentpublikation Nr. 13/74).
Erfindungsgemäß wird der Si-Gehalt in einem mit Aluminium beruhigten Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt so weit wie möglich herabgesetzt, und Mn wird in einer solchen Menge zugegeben, daß die durch S hervorgerufene Warmbrüchigkeit in der Warmwalzstufe verhindert wird. Der unvermeidlich vorhandene P ist ein Element, das in Form einer festen Lösung in der Ferrit-Struktur des Stahls vorliegt und dessen Festigkeit erhöht. Deshalb werden die oberen Grenzwerte dieser Elemente bei Werten Behalten, die so niedrig wip
möglich sind. Dieser so aufgebauten Grundstahlzusammensetzung werden 0,10 bis 1,30% Cr, gegebenenfalls zusammen mit 0,015 bis 0,15% Zr, zulegiert, wodurch der »Mischkristall-Erweichungseffekt« von Cr manifestiert und die Streckgrenzenfestigkeit des Stahles *> herabgesetzt wird. Als Folge davon kann die Verformbarkeit deutlich verbessert werden.
Unter »Mischkristall-Erweichungseffekt« versteht man einen Effekt, der vermutlich dadurch hervorgerufen wird, daß bestimmte Legierungselemente sich in der ι ο Matrix des Grundmetalls Eisen lösen und dadurch die Legierung erweichen. Im allgemeinen wird die Festigkeit erhöht, wenn ein Grundmetall mit einem anderen Metall legiert wird. Wenn jedoch einer Eisenlegierung Si, Mn, Ni oder Cr zugesetzt wird, so nimmt man an, daß dann, wenn die Konzentration des Legierungselementes gering ist, die sogenannte »Mischkristall-Erweichung« innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches auftritt. Durch dieses Phänomen werden die Festigkeit von Eisen und die Streckgrenzenfestigkeit herabgesetzt. Im -'<> Falle Cr liegt die Temperatur, bei der die »Mischkristall-Erweichung« eintritt, bei Raumtemperatur. Diese Eigenschaft ist weder bei Si noch bei Mn noch Ni zu beobachten. Theoretisch ist der Mechanismus der »Mischkristall-Erweichung« noch nicht aufgeklärt wor- 2~> den, es wurde jedoch empirisch bestätigt, daß das Phänomen der »Mischkristall-Erweichung« durch die obengenannten Elemente hervorgerufen wird.
Cr und Zr, die erfindungsgemäß wichtige Elemente darstellen, werden beim Glühen bei 900 bis 11000C in κι Form von Carbonitriden ausgeschieden. Sie binden also Kohlenstoff und Stickstoff, die die Streckgrenzenfestigkeit erhöhen, und verhindern also das Auftreten von Korngrenzenzementit. Außerdem hat Cr in der festen Lösung einen Mischkristall-Erweichungseffekt, der die r> Streckgrenzenfestigkeit herabsetzt und den Stahl alterungsbeständig macht.
Der Cr-Gehalt ändert sich in Abhängigkeit von dem Kohlenstoffgehalt. Im allgemeinen ist in dem Stahl Chromcarbid in Form von Cr?C3 enthalten. Dement- ■»» sprechend beträgt beispielsweise im Falle eines 0,01 % C enthaltenden Stahls die erforderliche Cr-Menge etwa 0,10% und wenn der C-Gehalt erhöht wird, muß auch der Cr-Gehalt erhöht werden. Damit das Cr das charakteristische Phänomen der »Mischkristall-Erwei- -4> chung« zeigt, muß es in einer Menge von mindestens 0,10% zugesetzt werden. Wenn jedoch der Cr-Gehalt 130% übersteigt, tritt statt dessen eine »Mischkristall-Härtung« auf. Daher wird der Cr-Gehalt auf einen Bereich von 0,10 bis 1,30% eingestellt. ίο
Die Gründe für die Beschränkung der Gehalte der jeweiligen Elemente in dem erfindungsgemäßen Stahl werden nachfolgend angegeben.
C ist ein Element das nicht nur die Streckgrenzenfestigkeit, sondern auch die Zugfestigkeit erhöht Das charakteristische Merkmal der Erfindung, nämlich die niedrige Streckgrenzenfestigkeit ist verbessert, wenn der C-Gehalt niedrig ist Im Hinblick auf die Beschränkungen des Stahlherstellungsverfahrens und der Herstellungskosten ist jedoch die obere Grenze des C-Gehaltes mit 0,07% angegeben.
Si ist ein Element das die Streckgrenzenfestigkeit durch Bildung einer festen Lösung erhöht Um eine niedrige Streckgrenzenfestigkeit zu erhalten, die das charakteristische Merkmal des erfindungsgemäßen Stahls ist wird vorzugsweise ein Si-Gehalt verwendet der so niedrig wie möglich ist Außerdem bildet Si in dem Stahl ein Oxid und einen Einschluß vom Α-Typ, wie er im JIS G-0555 angegeben ist, und dadurch setzt es di< Verformbarkeit herab. Daher ist die Obergrenze de; Si-Gehaltes mit 0,5% angegeben.
Mn ist ein Element, welches die Streckgrenzenfesligkeit erhöht, ebenso wie C und Si. Um eine niedrige Streckgrenzenfestigkeit zu erhalten, die das charakteristische Merkmal des erfindungsgemäßen Stahls ist sollte der bevorzugte Mn-Gehalt vorzugsweise se niedrig wie möglich sein. Mn ist jedoch ein Element, das zur Verhinderung der durch S hervorgerufener Warmbrüchigkeit in der Warmwalzstufe erforderlich ist. Dementsprechend ist die obere Grenze des Mn-Gehaltes mit 0,50% angegeben.
Cr ist ein höchst wichtiges Element unter den in dem erfindungsgemäßen Stahl zulegierten Elementen. Um ausreichende Effekte in bezug auf die Bindung des ir dem Stahl gelösten Kohlenstoffs und in bezug auf die Erzielung einer Mischkristall-Erweichung zu erhalten ist die untere Grenze des Cr-Gehaltes mit 0,10% angegeben. Wenn der Cr-Gehalt 1,30% übersteigt tritt das Phänomen der Mischkristall-Härtung auf, und es kann kein Stahl mit einer niedrigen Streckgrenzenfestigkeit, wie er erfindungsgemäß angestrebt wird erhalten werden. Daher ist die obere Grenze des Cr-Gehaltes mit 1,30% angegeben. Ferner verbinde! sich Cr mit dem in dem Stahl gelösten Stickstoff unter Bildung von Chromnitrid CrN, welches den Stahl alterungsbeständig macht Ein bevorzugter Cr-Gehall liegt innerhalb des Bereiches von 0,3 bis 0,7%.
Zr ist ein Element zum Binden des in dem Stahl gelösten Kohlenstoffs und Stickstoffs unter Bildung eines Carbonitrids von Zr, welches den Stahl alterungsbeständig macht. Um den aus der freien Luft eingedrungenen Stickstoff zu binden, sollte der Zr-Gehalt mindestens 0,015% betragen, und wenn dei Zr-Gehalt erhöht wird, wird dieser Effekt noch verbessert. Wenn jedoch der Zr-Gehalt 0,15% übersteigt, wird keine wesentliche Verbesserung dieses Effektes erzielt. Außerdem ist Zr teuer und durch Verwendung einer großen Zr-Menge steigt, der Preis füi den Stahl. Deshalb wird erfindungsgemäß der Zr-Gehalt so gewählt daß er innerhalb des Bereiches von 0,015 bis 0,15% liegt.
Wenn [C % + i (Si % + Mn %)] den Wert von 0,22%
übersteigt nimmt die Verformbarkeit des erfindungsgemäßen Stahls ab, und die Streckgrenzenfestigkeit steigi an. Daher ist der obere Grenzwert des ober angegebenen Wertes mit 0,22% angegeben.
Al ist ein Element mit einer desoxydierender Wirkung. Wenn der Al-Gehalt weniger als 0,005% beträgt ist ein solcher Effekt erfindungsgemäß nichi feststellbar. Deshalb ist die untere Grenze des Al-Gehaltes mit 0,005% angegeben. Wenn der Al-Ge halt 0,1% übersteigt wird das Al in Form eine) Einschlusses vom B-Typ, wie im JIS G-0555 angegeben als Folge der Desoxydation dispergiert Dadurch wire die Verformbarkeit des Stahls verschlechtert und diesel Einschluß wird auf der Oberfläche des Blockes verteil· und er verschlechtert den Oberflächenzustand, wem der Block zu einem Formkörper geformt wird Dementsprechend ist die obere Grenze des Al-Gehalte! mit 0,1 % angegeben.
Da die Stahlherstellungs- und Gießstufen untei Anwendung üblicher Verfahren durchgeführt werden ist N stets in dem Stahl vorhanden.
Auch P und S stellen unvermeidliche Elemente dar die in dem Stahl enthalten sind. N und P lösen sich ii
dem Stahl, wodurch die Streckgrenzenfestigheit ansteigt. Dementsprechend sollte der Gehalt an N und P so niedrig wie möglich sein. S führt zti einer Warmbrüchigkeit in der Warmwalzstufe. Daher muß dann, wenn der S-Gehalt hoch ist, der Gehalt an Mn erhöht werden, wodurch wiederum die Erreichung der erfindungsgemäß angestrebten niedrigen Streckgrenzenfestigkeit verhindert wird. Dementsprechend sollte der S-Gehalt vorzugsweise so niedrig wie möglich sein. Außerdem sollte zur Verminderung der Anisotropie, die allgemein in gewöhnlichen warmgewalzten Stahlblechen zu beobachten ist, der S-Gehalt vorzugsweise so weit wie möglich herabgesetzt werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die F i g. 4 der Zeichnung die Maßnahme der Erfindung beschrieben, nach der der warmgewalzte Stahl bei einer Temperatur von 900 bis 11000C geglüht wird.
In einem Stahl, der 0,55% Cr (Probe Nr. 2) enthält, und in einem Stahl, der 0,59% Cr und gleichzeitig 0,052% Zr (Probe Nr. 5) enthält, ist die Tendenz festzustellen, daß bei Erhöhung der Glühtemperatur die Streckgrenzenfestigkeit absinkt und das Absinken der Streckgrenzenfestigkeit wird auffallend, wenn die Glühtemperatur auf 800 bis 900° C erhöht wird, und dieses Absinken nähert sich im wesentlichen einem Sättigungswert, wenn die Temperatur 900 bis HOO0C erreicht Daher ist erfindungsgemäß als Glühtemperatur der Bereich von 900 bis 11000C angegeben.
■> Nach der Glühbehandlung wird der Stahl mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr als 200°C/min langsam abgekühlt. Bei einer höheren Abkühlungsgeschwindigkeit tritt eine Abschreckhärtung auf.
Die Erfindung wird durch die nachfolgend beschriebenen Beispiele und Vergleichsbeispiele näher erläutert.
In der folgenden Tabelle I ist die chemische
Zusammensetzung von erfindungsgemäßen Stählen (Proben Nr. 1 bis 8) und Vergleichsstählen (Proben Nr. 9 bis 11) angegeben. Stähle mit der dort angegebenen chemischen Zusammensetzung wurden an der freien Luft in einem LD-Konverter (240 Tonnen pro Schmelze) geschmolzen und unter Anwendung eines üblichen Gießverfahrens wurde ein Block hergestellt und dieser Block wurde zu 12 flachen Blöcken, die
2U jeweils ein Gewicht von 20 Tonnen hatten, verformt. In diesem Beispiel wurden die Blöcke unter Anwendung eines üblichen Gießverfahrens hergestellt. Es ist aber auch möglich, Blöcke zu verwenden, die durch kontinuierliches Gießen hergestellt worden sind.
Tabelle I
Probe Chemische Zusammensetzung (%)
Nr· C Si Mn P S
Al
Cr Zr
Bemerkungen
0,04 0,04 0,33 0,012 0,014 0,017 0,0065 0,29 0,101
2 0,04 0,03 0,30 0,012 0,014 0,023 0,0062 0,55 - 0,106
3 0,04 0,05 0,30 0,012 0,014 0,020 0,0055 0,88 - 0,110
4 0,04 0,02 0,30 0,012 0,014 0,028 0,0066 1,13 - 0,104
5 0,05 0,03 0,30 0,012 0,012 0,032 0,0068 0,59 0,052 0,116
6 0,05 0,05 0,30 0,012 0,014 0,034 0,0072 0,86 0,055 0,120
7 0,04 0,02 0,29 0,012 0,013 0,028 0,0112 1,12 0,065 0,102
8 0,04 0,03 0,29 0,011 0,013 0,037 0,0058 0,31 0,04 0,104
9 0,04 0,05 0,31 0,013 0,014 0,035 0,0063 - - 0,122
10 0,04 0,03 0,28 0,014 0,014 0,032 0,056 - - 0,102
11 0,04 0,02 0,25 0,012 0,014 0,022 0,0068 - 0,04 0,098
erfindungsgemäßer Stahl (mit Cr)
desgl.
desgl.
desgl.
erfindungsgemäßer Stahl (mit Cr und Zr)
desgl.
desgl.
desgl.
Vergleichsstahl (mit Aluminium beruhigter Stahl)
desgl.
Vergleichsstahl (mit Aluminium beruhigter Stahl mit Zr)
Die erfindungsgemäßen Stähle (Proben Nr. 1 bis 8) und die Yergleichsstähle (Proben Nr. 9 bis 11) wurden vorgewalzt und zu Brammen geformt Jede Bramme wurde 3 h lang bei 12500C durchwärmt, warmgewalzt und gehaspelt Dann wurde der Bund geglüht. Die warmgewalzten Bunde wurden mit Bunden verglichen, die der Glühbehandlung unterworfen worden waren, in bezug auf die Streckgrenzenfestigkeit und die mechanische Alterung (Reckalterung), wobei die in der folgenden Tabelle II angegebenen Ergebnisse erhalten wurden.
Insbesondere wurde aus jedem der Stähle (Proben Nr. 1 bis 11) ein Block hergestellt unter Anwendung eines üblichen Gießverfahrens. Der Block wurde 9,5 h lang bei 13000C durchgewärmt und vorgewärmt und gewalzt unter Bildung einer Bramme mit einer Dicke von 150 mm. Die Bramme wurde 3 h lang in einem Ofen bei 12500C durchgewärmt und warmgewalzt zur Herstellung eines warmgewalzten Stahlbleches einer Dicke von 6 mm. Das Blech wurde im Falle der Proben Nr. 1 bis 4 bei 550 und 680° C gehaspelt und im Falle der Proben Nr. 5 bis 11 wurde es nur bei 5500C gehaspelt Der dabei erhaltene warmgewalzte Bund wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und dann in einen Wärmebehandlungsofen eingerührt und 1 h lang bei 950° C geglüht Dann wurde der geglühte Bund in dem Ofen auf 300° C abgekühlt und aus dem Ofen herausgenommen und an der Luft abkühlengelassen.
In diesem Beispiel wurde der warmgewalzte Bund einer Glühbehandlung unterworfen, nachdem er auf
Raumtemperatur abgekühlt worden war. Im Hinblick auf die Wärmeverluste ist es jedoch vorteilhaft, den warmgewalzten Bund unmittelbar nach dem Haspeln
10
der Glühbehandlung zu unterwerfen. Dadurch werden die Wärmeverluste durch das Abkühlen des Bundes verhindert.
Tabelle II Warmgewalzter Bund Streck- mechanische Warmgewalzte Stahlbunde geglüht Glüh Streck (nach Bemerkungen
grenzen- Alterung dem Walzen) zeit grenzen-
Warmgewalzte Stahlbunde Haspel fesligkeil Glüh Fes tjgkeil mecha
Probe tempera (kg/mm2) (kg/mm2) tempera (h) (kg/mm2) nische
Nr. tur 23,0 0,6 (6,0)*) tur 1 13,3 Alterung
( <■■) 24,0 U (5,1)*) ( C) 1 13,0 (kg/mm2)
680 24,2 0,8 (3,8)*) 950 1 13,2 0,0 erf.-gem. Stahl (mit Cr)
680 24,6 0,7(1,8)*) 950 1 13,0 0,1 desgl.
680 21,0 0,3 950 1 10,6 0,3 desgl.
1 680 950 0,0 desgl.
2 550 21,0 0,1 950 1 11,0 0,2 erf.-gem. Stahl (mit Cr
3 20,8 0,2 1 10,8 und Zr)
4 550 21,3 0,3 950 1 10,6 0,1 desgl.
5 550 26,0 6,7 950 1 25,0 0,3 desgl.
550 950 0,0 desgl.
6 550 24,7 5,2 950 1 21,2 0,2 Vergl.-Stahl (mit Al
7 23,0 0,2 1 20,0 beruhigter Stahl)
8 550 950 0,3 desgl.
9 550 950 0,4 Vergl.-Stahl (mit Al
beruhigter Stahl mit Zr)
IO
11
*) Mechanische Alterung (Reckalterung) beim Haspeln bei 550 C.
Die F i g. 1 und 2 der Zeichnungen erläutern die Beziehungen zwischen den Zugfestigkeitswerten und dem Cr-Gehalt bei warmgewalzten Stählen, die bei 5500C gehaspelt worden waren. In diesen Figuren werden mit Aluminium beruhigte Stähle, denen nur Cr zulegiert wurde, mit mit Aluminium beruhigten Stählen verglichen, die gleichzeitig mit Cr und Zr legiert wurden. Wenn man den Einfluß des Cr auf die Streckgrenzenfestigkeit gemäß diesen Figuren untersucht, so ergibt sich, daß bei Cr-haltigen Stählen die Streckgrenzenfestigkeit um etwa 1,5 bis etwa 24 kg/mm2 entweder in der Längsrichtung oder in der Querrichtung abnimmt im Vergleich zu den Cr-freien Stählen, und daß bei Cr- und Zr-haltigen Stählen die Streckgrenzenfestigkeit weiter abnimmt im Vergleich zu den Zr-freien Stählen, und die minimale Streckgrenzenfestigkeit beträgt 21 kg/mm2. Im allgemeinen ist bei warmgewalzten Stählen eine Anisotropie zwischen der Längsrichtung und der Querrichtung in bezug auf die mechanischen Eigenschaften, wie z. B. die Dehnung, zu beobachten. In einem Stahl, der eine ausgezeichnete Verformbarkeit haben soll wie z.B. der erfindungsgemäße Stahl, ist diese Anisotropie unerwünscht Aus diesen Figuren ist auch zu ersehen, daß durch Zulegieren von Zr die Dehnung deutlich verbessert werden kann und daß der Unterschied in bezug auf die mechanischen Eigenschaften zwischen der Längsrichtung und der Querrichtung deutlich vermindert werden kann.
Die F i g. 3 der Zeichnungen erläutert die Beziehung zwischen der Verformung beim Dressieren und der Streckgrenzenfestigkeit, wenn die erfindungsgemäße Probe Nr. 8 (die 0,31 % Cr und 0,04% Zr enthält) und die Vergleichsproben Nr. 9 und 10 einer Verformung durch Dressieren unterworfen wurden. Aus der F i g. 3 ist zu ersehen, daß die Streckgrenzenfestigkeit am niedrigsten ist bei einer Verformung beim Dressieren von etwa 0,7% und daß die Streckgrenzenfestigkeit um etwa 6 kg/mm2 niedriger ist als bei dem gewalzten Bund und etwa 16 kg/mm2 beträgt Wenn die Verformung beim Dressieren über diesen kritischen Punkt hinaus erhöht wird, nimmt die Streckgrenzenfestigkeit wieder zu. Es wird angenommen, daß diese Phänomen auf die Kaltverfestigung zurückzuführen sein kann. Wenn das Korn der Ferritstruktur des Stahls nach dem Verfahren des JISG-0552 (Ferritkorn-Meßverfahren) untersucht wird, ist die Korngröße eine solche von etwa Nr. 9,0. Eine derart feine Kornstruktur, die eine niedrige Streckgrenzenfestigkeit beibehält, ist bei keinem der
Vergleichsstähle zu beobachten.
Die Fig.4 der Zeichnungen erläutert die Beziehung zwischen der Festigkeit und der Dehnung von Bunden im warmgewalzten und geglühten Zustand aus erfindungsgemäßem Stahl, der 045% Cr enthält (Probe Nr. 2), und erfindungsgemäßem Stahl, der 049% Cr und gleichzeitig 042% Zr enthält (Probe Nr. 5). Aus der Fig.4 ist zu ersehen, daß in der erfindungsgemäßen Probe Nr. 2 die Streckgrenzenfestigkeit deutlich verringert wurde durch Glühbehandlung bei einer
Temperatur oberhalb 9000C Die Streckgrenzenfestigkeit beträgt nämlich im FaUe der Probe Nr. 2 13,0 kg/mm2. Im Falle der Probe Nr. 5 ist die Streckgrenzenfestigkeit auf 10,6 kg/mm2 gesunken. An-
dererseits betragen die Streckgrenzenfestigkeiten der Vergleichsproben Nr. 11, 9 und 10 20,0, 25,0 bzw. 21,2 kg/mm2, auch nach der Glühbehandlung. Jeder der erfindungsgemäßen Stähle (Proben Nr. 2 und 5) weist eine sehr niedrige Streckgrenzenfestigkeit auf, und r, insbesondere in der Probe Nr. 5 wird die Streckgrenzenfestigkeit deutlich gesenkt durch gleichzeitige Zugabe von Zr und Cr.
Die Alterungsbeständigkeit, die ein weiteres charakteristisches Merkmal des erfindungsgemäßen Stahls ic darstellt, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die in der Tabelle II angegebenen Ergebnisse näher erläutert
Die Bramme wurde warmgewalzt, und das warmgewalzte Blech wurde bei 550 oder 6800C gehaspelt Aus der Prüfung der mechanisch gealterten (reckgealterten), ι s bei 550° C gehaspelten Stahlbleche aus erfindungsgemäßen Stählen mit Cr-Zusatz (Proben Nr. 1 bis 4) und aus erfindungsgemäßen Stählen mit zulegiertem Cr und Zr (Proben Nr. 5 bis 8) und aus Vergleichsstählen (Proben Nr. 9 bis 11) im gewalzten Zustand ist zu ersehen, daß die Proben Nr. 1 bis 4 eine mechanische Alterung innerhalb des Bereiches von 1,8 bis 6,0 kg/mm2, die Proben Nr. 5 bis 8 eine mechanische Alterung innerhalb des Bereiches von 0,1 bis 0,3 kg/mm2 und die Proben Nr. 9 bis 11 eine mechanische Alterung von 0,2 bis 6,7 kg/mm2 aufweisen. Dementsprechend weisen die Proben Nr. 5 bis 8, die sowohl Cr als auch Zr enthalten, eine ausgezeichnete Alterungsbeständigkeit auf, und die Proben Nr. 1 bis 4 sind ebenfalls ausgezeichnet Daraus ergibt sich, daß dann, wenn die Haspeltemperatur bei w 5500C liegt die mechanische Alterung (Reckalterung) stark beeinflußt wird durch die Zusatzkomponenten Cr und Zr. Es wird angenommen, daß durch kombinierte Zugabe von Cr und Zr (Proben Nr. 5 bis 8) die Abbindung von Kohlenstoff und Stickstoff in dem Stahl stärker gefördert wird als in dem Falle, in dem nur Cr zulegiert wird, und somit wird die mechanische Alterung weiter herabgesetzt und die Alterungsbeständigkeit verbessert wenn Cr und Zr gleichzeitig zugesetzt werden.
Bei der Untersuchung der Beziehung zwischen der Haspeltemperatur und der mechanischen Alterung (Reckalterung) ist zu erkennen, daß dann, wenn das Blech bei 68O0C gehaspalt wird, die mechanische Alterung 0,7 bis 1,1 kg/mm2 (Proben Nr. 1 bis 4) und dann, wenn das Blech bei 5500C gehaspelt wird, die mechanische Alterung 0,1 bis 6,7 kg/mm2 beträgt (Proben Nr. 5 bis 11). Daraus ergibt sich, daß die Neigung besteht, daß dann, wenn die Haspaltemperatur hoch ist die mechanische Alterung abnimmt Unter Bezugnahme auf die Proben Nr. 1 bis 4 (aus Stählen mit eingearbeitetem Cr) wird als Grund der folgende angenommen:
Selbst während des Haspeins des warmgewalzten Bleches werden in dem Stahl Kohlenstoff und Stickstoff durch Cr abgebunden. Die Menge des ausgeschiedenen Carbonitrids nimmt zu, wenn die Temperatur des warmgewalzten Stahlbleches hoch ist, insbesondere wenn die Haspeltemperatur hoch ist
In den erfindungsgemäßen Cr- und Zr-haltigen Stählen (Proben Nr. 5 bis 8) nimmt die mechanische Alterung ab, auch wenn die Haspeltemperatur niedrig ist (5500C). Da Zr eine viel höhere Affinität gegenüber Kohlenstoff und Stickstoff besitzt bildet sich ZrN schon im durchgewärmten Zustand und deshalb wird die mechanische Alterung (Reckalterung) vollständig ausgeschaltet auch wenn das Blech bei einer tiefen Temperatur von nur 5500C gehaspelt wird.
Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht sollte erfindungsgemäß als Grundzusammensetzung ein mit Aluminium beruhigter Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt verwendet werden, in dem die Gehalte an Si, Mn und unvermeidlichen Elementen, wie P, N und S, so weit wie möglich herabgesetzt sind. Die Streckgrenzenfestigkeit dieses Stahles wird deutlich herabgesetzt durch Zulegieren von Cr oder von Cr und Zr. Wenn der erfindungsgemäße Stahl einer Glühbehandlung bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von 900 bis 110O0C unterworfen wird, erhält man außerdem eine ausgezeichnete Verformbarkeit und eine ausgezeichnete Alterungsbeständigkeit Das warmgewalzte Stahlblech kann nur dann starken Verformungen, wie z. B. durch Tiefziehen, unterworfen werden, wenn die Streckgrenzenfestigkeit so weit wie möglich herabgesetzt und eine gute Alterungsbeständigkeit erhalten wird.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

IO Patentansprüche:
1. Alterungsbeständiger Tiefziehstahl mit sehr niedriger Streckgrenzenfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß er aus
bis zu 0,07% Kohlenstoff,
bis zu 0,5% Silicium,
bis zu 0,5% Mangan,
0,005 bis 0,1% Aluminium,
0,1 bis 13% Chrom,
Rest Eisen und
herstellungsbedingten Verunreinigungen
besteht, wobei jedoch [C+^(Si + Mn)]<0,22% ist und das Gefüge Chromcarbonitrid in Ferrit eingelagert aufweist
2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich 0,015 bis 0,15% Zirkonium aufweist und Carbonitride des Chroms und des Zirkoniums im Ferrit eingelagert sind.
3. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Chrom-Gehalt im Bereich von 03 bis 0,7% liegt
4. Verfahren zur Herstellung eines Stahles nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er nach dem Warmwalzen bei 900 bis HOO0C geglüht und langsam abgekühlt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- jo zeichnet daß die Abkühlungsgeschwindigkeit nicht mehr als 200° C/h beträgt
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