DE2933670C2

DE2933670C2 - Hochzugfeste Stahlbleche und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2933670C2
Application number: DE2933670A
Authority: DE
Inventors: Koichi Hashiguchi; Yoshio Nakazato; Naohiko Chiba Soeda; Tomoo Tanaka
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1978-08-22
Filing date: 1979-08-20
Publication date: 1985-10-17
Also published as: DE2933670A1; GB2028690A; IT7925210A0; FR2434208B1; GB2028690B; FR2434208A1; JPS5528375A; IT1122835B; US4292097A; JPS5832218B2

Description

Mnäqu. = Mn + 124 B + 3 Mo + -yCr + 3-Si + -j Ni + -y Cu 0)

von 027 bis 3%, bei welchem die Stahlbleche warmgewalzt dann kaltgewalzt und auf eine Temperatur zwischen dem Λ,-Punkt und dem A₃-Punkt erhitzt und von dieser Temperatur mit einer der folgenden Verknüpfungsgleichung (2) zwischen dem Manganäqidvalent und der Abkühlungsgeschwindigkeit

,5 2,5 >log CR > —1,11 Mnäqu. + 2,8

(2)

genügenden Abkühlungsgeschwindigkeit CR (Os.) abgekühlt werden, um eine Streckgrenze des Plcchcs von weniger als 196,2 N/mm² zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß beim der Wärmebehandlung vorangehenden Kaltwalzen den Blechen eine mittlere Oberflächenrauhigkeit von 0,4 bis 1.8 μπι bei mehr als 80 Rauhigkeitsspitzen von mehr ais Op μΐπ Höhe auf einer Meßstrcckc von 25,4 mm erteilt w-rd.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abkühlungsgeschwindigkeit von weniger als 300°C/s. benutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abkühlungsgeschwindigkeit von weniger

als 250°C/s. benutzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlbleche auf eine Temperatur zwischen

730 und 83O⁰C erhitzt werden.

5 Hochzugfeste Stahlbleche mit ausgezeichnetem Form-Anpassungsvermögen, gekennzeichnet durch

eine mittlere Oberflächenrauhigkeit von 0,4 bis 1,8 μπι, mehr als 80 Rauhigkeitsspitzen von mehr als 0,5 μπι

Höhe auf einer Meßstrecke von 25,4 mm und einer Streckgrenze von weniger als 1962 N/mm , wobei das

Gefüge ii. an sich bekannter Weise aus Ferritkörnern und einer Dispersionsphase in Form martensitischer

Inseln besteht.

Die Erfindung betrifft das Erzeugen von hochzugfesten Stahlblechen. Ein Verfahren zum Herstellen von hochzugfesten Stahlblechen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung ist bereits aus der DE-OS 29 24 167 bekannt.

Mit Hilfe dieses bekannten Verfahrens werden kaltgewalzte Stahlbleche mit einem Gefüge aus Ferritkornern. in welchem martensitische Inseln dispergiert sind, hergestellt, wobei die hergestellten Stahlbleche maximal 0,05% Kohlenstoff enthalten.

Die Stahlbleche weisen Zugfestigkeiten von mehr als 500 N/mm², ein Streckgrenzenverhältnis (Quotient aus Streckgrenze und Zugfestigkeit) von weniger als 60 und eine gute Dehnung auf.

Bei dem bekannten Verfahren umfaßt die Verformung zunächst eine Warmwalzung. der sich eine Kaltwalzung und eine Wärmebehandlung anschließt. Abschließend werden die Bleche einer Dressierwalze unterzogen, welche den Blechen die endgültige Oberflächenbeschaffenheit erteilt.

Die mittlere Oberflächenrauhigkeit der nach dem bekannten Verfahren hergestellten Stahlbleche ist äußerst

serine.

Ein hochzugfestes Stahlblech mit besonderer Eignung für das Verpressen muß jedoch nicht nur hinreichend leicht verformbar sein, um dem Verformungsvorgang keinen zu großen Widerstand entgegenzusetzen, sondern muß auch in der Presse ein zufriedenstellendes Einleiten der Verformungskräfte ermöglichen und außerdem ein gutes Fließverhalten in der Presse gewährleisten.

Die mit Hilfe des bekannten Verfahrens erzeugten Stahlbleche weisen zwar recht gute Festigkeiten verbunden mit vergleichsweisen Streckgrenzen auf, erweisen sich jedoch beim Verpressen als nicht befriedigend. So weisen die herkömmlichen hochzugfesten Stahlbleche mit dem genannten Zweiphasen-Gefüge eine niedrige 0,2%-Dehngrenze und ein niedriges Streckgrenzenverhältnis auf, wobei jedoch die Streckgrenze im wesentlichen gleich der 0,2%-Dehngrenze ist.

Die vorstehend erwähnte Dressierwalzung ist eine Abwälzung um etwa 1%, welche bei den in Rede stehenden Stahlblechen mit Zweiphasen-Gefüge zur Folge hat, daß die obere Streckgrenze des Werkstoffes vermin-

60 dert wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der aus der DE-OS 29 24 167 bekannten Gattung so auszubilden, daß Stahlbleche mit noch verbesserter Eignung für das Verpressen hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird nach dem Wortlaut des Kennzeichens des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß beim der

Wärmebehandlung vorangehenden Kaltwalzen den Blechen eine mittlere Oberflächenrauhigkeit von 0.4 bis

1,8 μπι bei mehr als 80 Rauhigkeitsspitzen von mehr als 0,5 μαι Höhe auf einer Meßstrecke von 25.4 μπι erteilt

wird.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden hochzugfeste Stahlbleche mit besonders guter Eignung

für das Verpressen hergestellt Die erfindungsgemäß hergestellten hochzugfesten Stahlbleche zeichnen sich durch die im Anspruch 5 angegebene mittlere Oberflächenrauhigkeit aus. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 angegeben.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Einstellung der mittleren Oberflächenrauhigkeit während des Kaltwalzens, ohne daß, wie im Stand der Technik üblich, sich der Wärmebehandlung noch ein abschließender Dressierstich anschließt

Insbesondere wird beim erfindungsgemäßen Verfahren bei der Kaltwalzung dafür gesorgt, daß dem Blech die im Anspruch 1 angegebene mittlere Rauhigkeit erteilt werden. Dadurch, daß die Rauhigkeitseigenschaften dem kaltgewalzten Material vor der Abschlußwärmebehandlung erteilt werden, ohne daß ein abschließender Dressierstich erfolgt, ist sichergestellt, daß die angestrebten niedrigen Streckgrenzen erreicht werden, da ein unvermeidbarer mit einer Kaltverfestigung einhergehender abschließender Kaltverformungsvorgang, nämlich die im Stand der Technik übliche Dressierwalzung, entfällt

Die mittlere Oberflächenrauhigkeit wird anhand einer Rauhigkeitskurve ermittelt, auf welcher ein Längenabschnitt /ausgewählt wird.

Diese Länge wird auf die X-Achse eines Koordinatensystems aufgetragen, während die y-Achse dieses Koordinatensystems die Höhe der Oberflächenrauhigkeiten angibt Berücksichtigt wird jedoch nicht jede Oberflächenrauhigkeit sondern berücksichtigt werden nur solche Rauhigkeitsspitzen, die einen vorgegebenen Toleranzpegel auf einer Meßstrecke von 25,4 mm übersteigen. Vorliegend ist ein Toleranzpegel von 0,5 μπι berücksichtigt so daß nur diejenige Anzahl von Rauhigkeitsspitzen über die angegebene Meßstrecke berücksichtigt wird deren Höhe größer ist als 0,5 μην

Beim erfindungsgemäßen Verfahren und bei den erfindungsgemäßen hochzugfesten Stahlblechen i'-t vorgesehen, daß den Blechen eine mittlere Oberflächenrauhigkeit von 0,4 bis 1,8 μπι bei mehr als 80 Rauhigkeitsspitzen von mehr als 0,5 μπι Höhe auf einer Meßstrecke von 25,4 mm erteilt wird.

Eine derartige Oberflächenbeschaffenheit hat sich als notwendig erwiesen, um die angestrebte verbesserte Verformbarkeit d. h. in erster Linie das angestrebte gute Formanpa.'-iungsvermögen der Bleche zu erzielen.

Werden Stahlbleche preßverformt so wird das Vermögen der Bleche, sich der Form und Gestalt der Preßstempeloberfläche anzupassen, durch verschiedene Einflußgrößen beeinträchtigt

Weisen jedoch die Stahlblechoberflächen die vorstehend angegebene mittlere Oberflächenrauhigkeit auf, und liegt die Streckgrenze bei weniger als 196,2 N/mm², wobei ein Wert von weniger als 176,6 N/mm² bevorzugt ist, so erweist sich das Material als besonders gut preßverformbar.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von AusfüL.-ungsbeispielen und unter Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. la und 1 b den Einfluß der Streckgrenze auf das Form-Anpassungsvermögen von herkömmlichen Stählen bzw. von erfindungsgemäßen Stählen,

F i g. 2 ein graphisches Schaubild, in welchem die Streckgrenze und die 0,2%-Dehngrenze erfindungsgemäßer Stähle sowie eines herkömmlichen Stahles aufgetragen sind, und

F i g. 3 ein graphisches Schaubild der Abkühlungsgeschwindigkeit und des Manganäquivalentes.

Die Fig. la und Ib zeigen den Einfluß der Streckgrenze auf das Formbeibehaltungsvermögen als Folge eier Gestalt de£ eingepaßten Abschnittes, wobei ein querzylindrischer Stempel mit einem sphärischen Boden mit einem Radius von 1500 mm verwendet wurde. Fig. la gilt für einen herkömmlichen Stahl, bei welchem die Streckgrenze im wesentlichen gleich der 0,2%-Dehngrenze ist Fi g. Ib gilt für einen erfindungsgemäßen Stahl, also einen Stahl mit niedriger Streckgrenze.

Gemäß Fig. 1 a ist das Anpassungsvermögen an dem Stempel nur gering und deshalb bleiben Abschnitts 2, die außer Kontakt mit dem Stempel sind, an den vier Ecken übrig, so daß es unmöglich ist, komplizier* gestaltete Gegenstände zu formen. Demgegenüber zeigt F i g. 1 b ein im wesentlichen vollständiges Anpassungsvermögen des Materials an den Stempel und für den Fall, daß die obengenannten Oberflächenqualitäten erreicht werden, kann eine hinreichende Zugspannung auf jeden Abschnitt beim Pressen übertragen werden, so daß die angestrebte Gestaltung erreicht werden kann. Die Streckgrenze, welche zum Gewährleisten eines zufriedenstellenden Anpassungsvermögens erforderlich ist. beträgt 196,2 N/mm² und vorzugsweise weniger als 176,6 N/mm². Wenn diesen Bedingungen genügt wird, so ist das Anpassungsvermögen bzw. die Verformbarkeit sehr gut Es muß jedoch festgehalten werden, daß dann, wenn die Streckgrenze den Grenzwert übersteigt, das Anpassungsvermögen gering ist, selbst wenn die 0,2%-Dehngrenze relativ niedrig ist.

F i g. 2 zeigt die Beziehung zwischen einer Streckgrenze (Sigma^ und der 0,2%-Dehngrenze (Sigmao.2) des erfindungsgemäßen Stahls (gekennzeichnet durch das Zeichen O) und eines herkömmlichen Stahls. Beim erfindungsgemäßen Stahl ist das Verhältnis aus Sigmao.2 und Sigmaf größer als beim herkömmlichen Stahl, in ά ;m das Verhältnis beim erfindungsgemäßen Stahl etwa 1,6 gegenüber einem Wert von 1,0 für den herkömmlichen Stahl beträgt

Um eine zufriedenstellende Verformbarkeit des Stahles zu erzielen, ist es erforderlich, daß die Stahlbleche über die oben beschriebenen Eigenschaften verfügen. Um den Blechen diese Eigenschaften zu erteilen, ist ein Zweiphasen-Gefüge vorteilhaft, in welchem feiner Martensit in einem Volumenanteil von 3 bis 10% in einer ferritischen Matrix dispergiert ist und in welchem keine durch eine Dressierwalzung hervorgetretenen Spannungen vorhanden sind. Im folgenden wird das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Stanles näher erläutert.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren, wie im folgenden noch näher erläu'.ert, wird vermieden, daß dem Stahlgefüge Spannungen erteilt werden, nachdem die obenerwähnte Zweiphasenstruktur erzielt worden ist. Zu diesem Zweck sollen \ r.rzugsweise bei der erfindungsgemäßen Stahlherstellung die wärmebehandelten Stahlbleche ausreichend eben sein.

Zum Gewährleisten einer solchen Ebenheit sind Abkühlgeschwindigkeiten von der kritischen Temperatur

zwischen A\ und Aj weniger als 300°C/s und vorzugsweise von weniger als 25O"C/s geeignet. Es wurde gefunden, daß zum Erzielen des Zweiphasen-Gefüges, bei welchem die harte Phase unter Einschluß einer martensitischen Phase in der ferritischen Phase dispergiert ist, bei solch einer Abkühlgeschwindigkeit des Manganäquivalent definiert durch die folgende Gleichung (1) größer als 0,27% sein muß.

Mnäqu. - Mn + 124 B + 3 Mo + -yCr + -j Si + y Ni + -j Cu (I)

Liegt das Manganäquivalent oberhalb dieses Wertes, so wird nach Erwärmen auf eine Temperatur gerade oberhalb des Ai-Punktes (beispielsweise 770⁰C) für einen Zeitraum von etwa 30 Sekunden und ein Abkühlen mit einer Geschwindigkeit von 300°C/s das Zweiphasen-Gefüge erzielt, in welchem Mariensitinseln in einer ferritischen Matrix dispergiert sind. Ein derartiges Gefüge ist typisch für einen erfindungsgemäßen Stahl.

Bei der Erfindung ist die Stahlzusammensetzung so gewählt, daß das angestrebte Gefüge beim Abkühlen von der zwischen Ai und Aj liegenden Temperatur erreicht werden kann und sofern die oben angegebene Formel erfüllt wird, ist der jeweilige Gehalt an den jeweiligen Komponenten nicht kritisch. Das Manganäquivalent muß jedoch unter 3,0% liegen, um die maximale Härte in punktgeschweißten Teilen herabzusetzen.

Zusätzlich zu den in der vorstehenden Formel angegebenen Gehaltskomponenten ist zu beachten, daß der Kohlenstoffgehalt auf 0,005 bis 0,15% beschränkt ist. Die untere Gehaltsgrenze stellt den notwendigen Kohlenstoffgehalt dar, um eine stabile Gamrna-Phase zu erzielen, während die obere Gehaltsgrenze diejenige Kohlcnstoffmenge definiert, die im Hinblick auf die maximale Härte beim Punktschweißen zu berücksichtigen ist. Demzufolge beträgt der maximale Kohlenstoffgehalt vorzugsweise 0,10%.

Abgesehen von den vorstehend genannten Gehaltskomponenten, besteht der Rest des Materials im wesentlichen aus Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen, wobei es sich um einen aluminiumberuhigten Stahl mit 0,02 bis 0,08% Aluminium handeln kann, was von der angestrebten Verwendung des Stahis abhängt. Vorzugsweise wird der Schwefelgehalt so niedrig wie möglich gehalten.

Härtungselemente, wie Phosphor, Vanadium, Niob und dergleichen können in Abhängigkeit von der erforderlichen Zugfestigkeit enthalten sein, sofern die erfindungsgemäßen Kriterien nicht beeinträchtigt werden.

Die den obengenannten Zusammensetzungskriterien genügenden Stähle werden nach dem Warmwalzen kalt auf ihre Endabmessungen ausgewalzt. Die vorstehend genannte erforderliche Oberflächenrauhigkeit wird den Stahlblechen bei der Schlußkaltwalzung erteilt.

Die nach dem Stand der Technik im Anschluß an die Schlußkaltwalzung erhaltene Oberflächenrauhigkeit entsprach dem Satin Finish der dem Material erteilt wurde, um ein Anhaften bei Glühbehandlungen zu vermeiden, weil die Dressierwalzung nach dem Glühen ausgeführt worden ist.

Erfindungsgemäß werden die angestrebte Oberflächenbeschaffenheit nicht wie im Stand der Technik üblich bei der Dressierwalzung, sondern bei der Schlußkaltwalzung herbeigeführt.

Die derart erhaltenen kaltgewalzten Stahlbleche mit der angestrebten Oberfiäcnenbesehäiferineit werden einer Wärmebehandlung unterzogen, um das angestrebte reckspannungsfreie Gefüge zu erzielen.

Aus diesem Grunde liegt die Erwärmungstempera'ur zwischen Ai und Aj, aber um etwa 3 bis 10% Martensit im Material zu erhalten ist es erforderlich, die Austenit-Phase entsprechend dieser Menge auszubilden. In der Praxis wird eine Temperatur von 730 bis 830⁰C benutzt. Sodann werden die Stahlbleche abgekühlt, wobei die Abkühlungsgeschwindigkeit fCTtyentsprechend der Manganäquivalent-Relation bestimmt wird.

Fig.3 zeigt die Grenzbedingung, bei welcher das beim Erwärmen auf eine zwischen A\ und Aj gelegene Temperatur und anschließendem Abkühlen erzielte Stahlgefüge zu dem obenbeschriebenen angestrebten Gefüge wird, wobei in Fig. 3 das Manganäquivalent in Abhängigkeit von der Abkühlgeschwindigkeit (CR) dargestellt ist.

In Fig.3 ist eine mit 1 bezeichnete Zone des Gefüges dargestellt welche keinen Martensit aufweist und in welcher Reckspannungen auftreten. Demgegenüber besteht das in der Zone 2 dargestellte Gefüge aus in einer ferritischen Matrix dispergiertem feinem Martensit, wobei diese Gefüge kein Auftreten von Reckspannungen zeigt. Die mit 0 bezeichneten Meßpunkte beziehen sich auf Proben, die einen entsprechenden Martensitf-halt so aufweisen und bei denen Sigmaf kleiner als 196,2 N/mm² ist, d. h. um erfindungsgemäße Proben. Wird dieses mit der Abkühlgeschwindigkeit zum Erzielen der obenerwähnten Ebenheit kombiniert, so wird die folgende Forderung erhalten.

300 > CR> 10-'·" ^Mnäl'^u-^{+ M}

oder

2,5 > log CR > -1,11 Mnäqu. + 2,8

Die entsprechend diesen Bedingungen behandelten Stahlbleche werden unverzüglich aufgehaspelt, ohne daß eine zum Aufbringen von Spannungen Anlaß gebende Behandlung, wie eine Dressurwalzung erfolgt

Beispiel 1

Ein Stahl, bestehend aus 0,06% Kohlenstoff. 1,20% Mangan, 0,012% Phosphor, 0,009% Schwefel, 0,50% Chrom, 0,042% Aluminium, Rest im wesentlichen Eisen, wurde erschmolzen, kontinuierlich vergossen (Strangguß) und warm zu Warmband mit einer Dicke von 2,6 mm ausgewalzt, worauf das Bandmaterial kalt auf eine Dicke von 0,7 mm ausgewalzt und gleichzeitig durch sogenannte Satin-Walzen mit einer Oberflächenrauhigkeit

von 1,0 μΓη hindurchgeführt wurde.

Diese Satin-Walzen waren dem letzten Walzgerüst zugeordnet und der Druck betrug 9000 N/nun², so daß ein ebenes kaltgewalztes Bandmaterial mit einer mittleren Oberflächenrauhigkeit von 1,0 μηι bei 80 Rauhigkeitsspitzen von mehr als 03 mm Höhe auf einer Meßstrcckc von 25,4 mm erzielt wurde.

Sodann wurde das Bandmaterial 30 Sekunden auf einer Temperatur von 800⁰C in einer kontinuierlichen Glühung gehalten und sodann mit einer Geschwindigkeit von 30°C/s abgekühlt.

AL· Ergebnis besaß das erhaltene Stahlblech eine Streckgrenze von 137,3 N/mm², eine 0,2%-Dehngrenze von 225,6 N/mm² und eine Zugfestigkeit von 520 N/mm² bei einer Gesamtdehnung von 34%. Das Material zeigte ein ausgezeichnetes Formanpassungsvermögen und war somit als Werkstoff für Automobil-Karosseriebleche geeignet.

Beispiel 2

Ein Stahl bestehend aus 0,01% Kohlenstoff, 1,70% Mangan, 0,013% Phosphor, 0,006% Schwefel, 0.035% Aluminium, Rest im wesentlichen Eisen, wurde erschmolzen, kontinuierlich vergossen und warm zu einem Blech mit einer Dicke von 2,6 mm ausgewalzt.

Das warmgewalzte Blech wurde sodann kalt auf eine Dicke von 0,7 mm ausgewalzt und gleichzeitig durch Siäiän-Walzen mit einer Rauhigkeit vor¹. 3,0 ^m hindurchgeführt. riie dem letzten Walzgerüst zugeordnet waren.

Das Walzen erfolgte unter einem Druck von etwa 11 000 N/mm², um ein ebenes kaltgewalztes Bandmaterial mit einer Oberflächenrauhigkeit von 1,1 μπι bei 105 Rauhigkeitsspitzen von mehr als 0,5 μπι auf einer Meßstrekke von 25,4 mm zu erhalten. Das aufgehaspelte Material wurde 30 Sekunden lang in einer kontinuierlichen Glüheinrichtung auf 85O°C erwärmt und sodann mit einer Geschwindigkeit von 30°C/s abgekühlt. Das erzeugte Stahlblech besaß eine Streckgrenze von 117,7 N/mm², eine 0,2%-Dehngrenze von 196,2 N/mm², eine Zugfestigkeit von 402,2 N/mm² und eine Gesamtdehnung von 39%, sowie ein ausgezeichnetes Formanpassungsvermögen und somit eine ausgezeichnete Eignung für Automobil-Karosseriebleche.

Wie bereits erwähnt, verfügen die erfindungsgemäßen Stahlbleche über ein besonders gutes Formanpassungsvermögen, so daß sie sich an die Preßstempel hervorragend anpassen.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich diese Stahlbleche zuverlässig herstellen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

10

20

I *

Patentansprüche:

1 Verfahren zum Herstellen hochzugfester Stahlbleche mit einem Gefüge aus Ferritkörnern, in welchem martensitische Inseln dispergiert sind, mit 0,005 bis 0.15% Kohlenstoff, Mangan und gegebenenfal s Bor. Molybdän, Chrom, Silicium, Nickel und Kupfer und einem Manganäquivalent, definiert durch die folgende Gleichung(l)