DE2953072C1 - Verfahren zur Herstellung von hochfestem,kaltgewalztem Stahlblech mit verbesserter Pressformbarkeit - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von hochfestem,kaltgewalztem Stahlblech mit verbesserter Pressformbarkeit

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DE2953072C1 DE2953072A DE2953072A DE2953072C1 DE 2953072 C1 DE2953072 C1 DE 2953072C1 DE 2953072 A DE2953072 A DE 2953072A DE 2953072 A DE2953072 A DE 2953072A DE 2953072 C1 DE2953072 C1 DE 2953072C1
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Description

Aus der DE-OS 22 63 431 ist ein kaltgewalztes Stahlblech für Preßverformung, bekannt, das durch Unterwer- fung in eine kontinuierliche Glühbehandlung bei der Herstellung und einen Gehalt von weniger als 0,08 Gew.-% Kohlenstoff, 0,05 bis 0,4 Gew. % Mangan, 0,015 bis 0,10 Gew.-% Silicium, 0,01 bis 0,1 Gew.-% Stickstoff sowie einen Restgehalt von Eisen und unvermeidlichen Verunreinigungen gekennzeichnet ist.
In der DE-OS 21 08 788 ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Blcchstahls ungewöhnlich hoher Ziehbarkeit beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zusamensetzung der Stahlschmelze so eingestellt wird, daß die Schmelze in Gew.-% 0,005 bis 0,15% Mangan, 0,03 bis 0,1 % Kohlenstoff, 0,004 bis 0,03% Schwefel, weniger als 0,015% Sauerstoff, maximal 0,06% Silicium, maximal 0,02% Phosphor und Rest Risen mit den üblichen bei der Stahlerzeugung auftretenden Verunreinigungen enthält, daß eine aus dieser Schmelze hergestellte Bramme bei einer Temperatur warmgewalzt wird, die hoch genug ist, um die Bildung von proeutektoidem Ferrit zu verhindern, daß das sich ergebende Blech um 60 bis 80% kaltreduziert wird und daß das kaltreduzierte Blech bei einer Temperatur von 649 bis 732°C 12 bis 30 Stunden lang durchwärmt wird, um ihm eine kristallographische Textur mit vorherrschend (111) und (112) Ebenen in der Blechebene zu geben.
Das bekannte kaltgewalzte Stahlblech zum Tiefziehen weist eine Zugfestigkeit von 275 bis 324 N/mm2 auf und wird nach dem Verpressen für Kraftfahrzeugkarosserien verwendet. Im Zuge der Verringerung des Gewichts der Automobile zur Einsparung von Kraftstoff werden immer mehr Kraftfahrzeuge mit dünneren Karosserien versehen. Daher wünschen die Kraftfahrzeughersteller kaltgewalzte Stahlbleche, deren Verformbarkeit mit der bekannter Stahlbleche vergleichbar ist und deren Zugfestigkeit höher ist als bei letzteren.
Kraftfahrzeugkarosserien haben verschiedene Form in Abhängigkeit vom Modell und ihren Befestigungsstellen. Da die meisten Teile lediglich einer geringen Preßformung unterworfen werden, ist die Formbeständigkeit nach dem Pressen ein außerordentlich wichtiger Faktor.
Der bekannte Stahl hoher Zugfestigkeit weist eine hohe Streckgrenze auf und unterliegt einer erheblichen Rückfederung, so daß es schwierig ist, einen preßgeformten Gegenstand mit der gewünschten Konfiguration zu erhalten. Da ferner der Stahl nur eine zu geringe Dehnung gestattet, kann er bei der Preßformung leicht Risse bilden. Der kürzlich entwickelte Zweiphasenstahl weist eine niedrige Streckgrenze auf. Da jedoch seine Zugfestigkeit 490 bis 687 N/mm2 beträgt, unterliegt er einer zu raschen Kaltverfestigung und ergibt eine hohe Streckgrenze nach geringer Preßformung, so daß es schwierig ist, eine gewünschte, vom Rückfederungseffekt freie Konfiguration zu erzeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von hochfestem, kaltgewalztem Stahlblech mit verbesserter Preßformbarkeit zu schaffen, das eine günstige Abstimmung der Eigenschaften Zugfestigkeit, Streckgrenze und r-Wert aufweist.
Dieser Aufgabe liegt der Befund zugrunde, daß ein kaltgewalztes Stahlblech mit einer Zugfestigkeit von 343 bis 442 N/mm2, einem Streckverhältnis (Streckfestigkeit/Zugfestigkeit) von 0,4 bis 0,6 und mit einem r-Wert von über 1,2 für Kraftfahrzeugskarosserien am geeignetsten ist.
Im allgemeinen sind mit höherer Festigkeit des Stahls die Preßformbarkeit und die Formbeständigkeit geringer. Erfindungsgemäß kann jedoch ein kaltgewalztes Stahlblech angegeben werden, dessen Preßformbar- keit und Formbeständigkeit mit denen bei bekannten, kaltgewalzten Stahlblechen vergleichbar sind und das trotzdem eine hohe Festigkeit und Einbculungsbeständigkeit aufweist, die höher sind als bei dem bekannten Stahl, so daß ein erheblicher Beitrag zur Herstellung leichterer Kraftfahrzeuge geleistet wird. Der Ausdruck »Einbeulungsbeständigkeit« beschreibt die Eigenschaft eines kaltgewalzten Stahlblechs, das eine Einbeulung (dauerhafte Verformung) nicht beibehält, die von einer äußeren Kraft herrührt, die auf einen preßgeformten Gegenstand aus diesem Blech einwirkt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochfestem, kaltgewalztem Stahlblech mit verbesserter Preßformbarkeit durch Warmwalzen eines manganhaltigen Stahls mit einem Gehalt von 0,005 bis 0,080% C, bis zu 0,30% Si, 0,02 bis 0,08% säurelösliches Aluminium und 0,005 bis 0,020% N, Rest Eisen und übliche
Verunreinigungen, anschließendes Kaltwalzen des Stahlblechs mit einer Reduktion von über 30% und danach Glühen des kaltgewalzten Stahlblechs bei einer Temperatur von 660 bis 7500C, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Stahlblech mit einem Mangangehalt von 1,6 bis 3,5% verarbeitet wird und das kaltgewalzte Stahlblech mehr als 30 Minuten geglüht wird.
Bei Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein warmgewalzter Stahl vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb 6000C aufgewickelt. Das Dressieren wird nicht notwendigerweise durchgeführt, falls es jedoch aus einem bestimmten Grund vorgenommen wird, so beträgt ein bevorzugtes Dehnungsverhältnis maximal 0,5%.
Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht in der Optimierung des Gehalts an säurelöslichem Aluminium, des Gehalts an Stickstoff und gegebenenfalls der Wickeltemperatur nach dem Warmwalzen bei der Herstellung eines Stahlblechs mit niedrigem Streckverhältnis aus Stahl mit hohem Mn-Anteil, um die Anzahl der Rekristallisationskerne zum Ausbilden großer Körner beim Glühen nach dem Kaltwalzen zu begrenzen sowie das Wachstum durch Rekristallisation der Körner mit einer [111]-Orientierung parallel zur Plattenoberfläche zu unterstützen, so daß man ein kaltgewalztes Stahlblech mit einem Streckverhältnis von weniger als 0,60 und einem r-Wert über 1,2 erhält.
F i g. 1 ist eine Photographic (χ 500) einer MikroStruktur eines erfindungsgemäß hergestellten, kaltgewalzten Stahlblechs.
Fig. 2 ist eine Photographic (χ500) einer MikroStruktur eines nach dem Stand der Technik hergestellten, kaltgewalzten Stahlblechs,
F i g. 3 ist eine schematische Ansicht zur Frläuterung des Formbeständigkeitsversuchs, bei dem ein Stahlblech U-förmig gebogen wird, und
F i g. 4 ist eine perspektivische Ansicht der Restcinbeulungsmessung beim Einbeulungsbeständigkeitsversuch.
Die Fig. 1 und 2 sind Mikrophotographien (x500), die jeweils Mikrostrukturen des erfindungsgemäßen, kaltgewalzten Stahlbleches aus dem Stahl Nr. 1 bzw. des bekamen, hochfesten, kaltgewalzten Stahlblechs mit niedrigem Streckverhältnis aus dem Stahl Nr. 10 in Tabelle I zeigen. Die Korngröße des erfindungsgemäß hergestellten Stahlblechs gemäß Fig. 1 ist größer als die in Fig. 2. Dies beruht darauf, daß, wie vorstehend ausgeführt, die Bildung der Rekristallisationskerne durch Optimieren der Anteile an säurelöslichem Aluminium und Stickstoff sowie der Wickeltemperatur nach dem Warmwalzen beschränkt worden ist. Die niedrigere Streckgrenze und der höhere r-Wert, die erfindungsgemäß erhalten werden, beruhen auf der MikroStruktur gemäß F ig. 1.
Die Gründe für die Beschränkung der chemischen Zusammensetzung des Stahls, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, werden nachstehend näher erläutert.
Der Kohlenstoff bewirkt eine dispergierte Martensitphase in dem kaltgewalzten Stahlblech zur Erzielung eines niedrigen Streckverhältnisses in Gegenwart von Mangan mit einem Anteil von über 1,6%. Ein Kohlenstoffgehalt von unter 0,005% genügt nicht zur Erzielung eines ausreichend niedrigen Streckverhältnisses. Andererseits erhöht ein Kohlcnstoffanteil von über 0,080% die Zugfestigkeit übermäßig und beeinträchtigt die Punktschweißfähigkeit. Der Kohlenstoffgehalt ist auf 0,005% bis 0,080% eingeschränkt.
Silicium kann als Desoxidationsmittel verwendet werden und bewirkt eine leichtere Martensitausbildung. Ein großer Si-Gehalt erhöht jedoch die Streckgrenze und die Zugfestigkeit, was die Verformbarkeit und die Planheit der Oberfläche des kaltgewalzten Stahlblechs beeinträchtigt. Daher ist der Si-Gehalt auf weniger als 0,30% eingeschränkt. Si ist nicht erforderlich, falls die Zugabe von Al eine vollständige Desoxidation bewirkt.
Mangan bewirkt die Ausbildung einer dispergierten Martensitphase in Gegenwart von Kohlenstoff. Ein Mangangehalt von unter 1,6% genügt nicht zur Erzielung eines niedrigsten Streckverhältnises. Ein Mangangehalt von über 3,5% ist nicht wünschenswert, da eine derartige große Manganmenge die Zugfestigkeit erheblich erhöht.
Das säurelösliche Aluminium bewirkt eine Verringerung des Streckverhältnisses, eine Optimierung des Kristallkorns sowie eine Verbesserung der Rekristallisationstextur, d. h. eine Erhöhung des r-Werts in Gegenwart von Stickstoff mit einem Anteil von über 0,005%. Der Gehalt an säurelöslichem Aluminium von 0,02 bis 0,08% ist zur Erzielung der gewünschten mechanischen Eigenschaften wünschenswert.
Stickstoff ist zur Optimierung des Kristallkorns und zur Verbesserung der Rekristallisationstextur in Gegenwart einer geeigneten Menge an säurelöslichem Aluminium erforderlich. Zu diesem Zweck ist ein Stickstoffgehalt von 0,005 bis 0,20% erforderlich. Ein Stickstoffgehalt von unter 0,005% ist für diesen Zweck nicht ausreichend.
Der Rest des Stahls besteht aus Fe mit üblichen Verunreinigungen, wobei P und S jeweils in Mengen von unter 0,05% vorliegen können.
Der nachstehende Stahl wird im Rahmen der Erfindung bevorzugt:
60 65
C 0,008-0,05%
Si 0-0,2%,
Mn 1,8-2,5%,
Säurelösliches Al 0,02-0,08%,
N 0,005-0,010%,
P bis zu 0,05%,
S bis zu 0,05%,
Fe als Rest
Die Wickeltcmperatur nach dem Warmwalzen bestimmt die Struktur und die Anordnung des AIN und beeinflußt den r-Wert des erhaltenen Stahlblechs, das säurelösliches Al, N und Mn in den vorstehend angegebe-
nen Mengen enthält. Um ein Stahlblech mit einem r-Wert von etwa 1,2 zu erhalten, kann die Wickeltemperatur oberhalb 600°C liegen. Um jedoch einen r-Wert von über 1,2 konstant zu erhalten, muß ein warmgewalztes Stahlblech bei einer Temperatur unterhalb 6000C aufgewickelt werden. Das Glühen nach dem Kaltwalzen ist erforderlich, um ein kaltgewalztes Stahlblech zu erhalten, das aufgrund der Aufhebung der während des Kaltwalzens eingeführten Spannung erweicht wird und das eine dualc Phase von Ferrit + Martensit aufweist, so daß man eine Zugfestigkeit von 343 bis 442 N/mm2, ein Streckverhältnis von 0,4 bis 0,6 sowie einen /--Wert von über 1,2 erhält Für diesen Zweck liegt die Glühtemperatur vorzugsweise im Bereich von 660 bis 75O0C.
Die Durchwärmedauer während des Glühens ist ebenfalls bedeutsam. Eine Durchwärmedauer von über 30 Minuten ist erforderlich, um eine Konzentration von C und Mn in dem Stahl zu bewirken und um während der to Kühlperiode beim Glühen Martensit auszubilden. Eine Durchwärmdauer von unter 30 Minuten ist zur Ausbildung von Martensit manchmal unzureichend.
Gewöhnlich erfolgt die Dressierung eines kaltgewalzten Stahlblechs mit einer Reduktion von über etwa 1%, um die Ausbildung von Fließfiguren zu vermeiden und die Planheit des Stahlblechs zu verbessern. Erfindungsgemäß ist jedoch das Dressieren nicht notwendigerweise erforderlich. Dies beruht darauf, daß das erfindungsgemaß hergestellte Stahlblech an der Streckgrenze im geglühten Zustand keine Dehnung zeigt. Daher muß keine Dressierung zur Vermeidung der Ausbildung von Fließfiguren vorgenommen werden. Jedoch kann selbst im Rahmen der Erfindung das kaltgewalzte Stahlblech dressiert werden, um die Planheit der Oberfläche zu verbessern. Da jedoch das Dressieren mit einer Reduktion von über 0,5% zu einer Erhöhung der Streckgrenze mit einer Verschlechterung der Verformbarkeit führt, wenn die Dressierung vorgenommen wird, so wird vorzugsweise die Reduktion beim Dressieren auf höchstens 0,5% beschränkt.
Die Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiele
Es wurden Stähle mit der chemischen Zusammensetzung gemäß Tabelle I mit einem Konverter mit einem kontinuierlichen Gießverfahren unter Bildung von 230 mm dicken Brammen hergestellt. Der Schwefel- und Phosphorgehalt in jedem Stahl wurde auf 0,006 bis 0,020% P und 0,002 bis 0,020% S beschränkt. Diese Brammen wurden auf eine Temperatur von 1150 bis 1270°C erwärmt und dann zu 2,8 mm dicken Stahlblechen warmgewalzt. Die Endbearbeitungstemperatur betrug 800 bis 870°C. Die warmgewalzten Stahlbleche wurden bei einer Temperatur von 520 bis 580°C aufgewickelt. Die so erhaltenen, warmgewalzten Stahlbleche wurden nach dem Entzundern mit einer Reduktion von etwa 70% kaltgewalzt, so daß man 0,8 mm dicke, kaltgewalzte Stahlbleche erhielt Zur Fertigstellung der Bleche wurden die kalten Stahlbleche geglüht. Einige der fertigen Stahlbleche wurden dann dressiert. Die Bedingungen beim Glühen und Dressieren sind in Tabelle Il zusammengefaßt.
Tabelle I Chemische Zusammensetzung (%)
Stahl-Nr. to 1 C Si Mn säurelösliches N
2 Al
3 0,050 0,010 2,44 0,040 0,0074
15 4 0,070 0,020 1,80 0,035 0,0097
5 0,008 0,010 2,35 0,026 0.0063
6 0,045 0,250 1,65 0,065 0,0085
7 0,050 0,010 2,10 0,040 0,0068
8 0,030 0,040 2,45 0,033 0,0078
50 9 0,050 0,010 2,10 0.040 0,0068
10 0,050 0,010 2,10 0,040 0,0068
11 0,050 0,010 2,10 0,040 0,0068
12 0,045 0,020 2,15 0,010 0,0074
13 0,050 0,010 1,40 0,070 0,0045
55 14 0,070 0,010 1,80 0,055 0,0035
15 0,065 0,010 3,00 0,043 0,0040
0,060 0,500 1,80 0,042 0,0072
0,055 0,010 0,25 0,052 0,0045
Tabelle II
Glüh- und Dressierbedingungen
Stahl-Nr. Glühen Durchwärmdauer Dressieren
Durch wärmtempera tür (h) (Reduktionsverhältnis)
Ci) 4
1 690 4 nein
2 710 1 nein
3 740 4 nein
4 720 4 nein
5 690 4 (0.4)
6 670 4 (0.3)
7 620 0,2 nein
8 690 4 nein
9 690 4 (1.5)
10 670 4 nein
11 700 4 nein
12 710 4 nein
13 670 4 nein
14 700 4 nein
15 690 (0.8)
Ein Teststück gemäß JIS Nr. 5 wurde von jeder der so erzeugten Stahlproben abgeschnitten und bei einem Zugversuch verwendet, wobei es in Walzrichtung gedehnt wurde. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle III aufgeführt, aus der sich ergibt, daß die kaltgewalzten Stahlbleche mit einem Streckverhältnis von unter 0,60, einem r-Wert von über 1,2 und mit einer Zugfestigkeit von 343 bis 442 N/mm2 nur mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden konnten. Aus der Tabelle ergibt sich ferner, daß ein übermäßiges Dressieren zu einer erhöhten Streckgrenze führt.
Die Preßformbarkeit jeder Stahlprobe wurde mit Hilfe des üblichen Erichsen-Tests und des Lochvergrößerungstests bestimmt. Die Formbeständigkeit wurde unter Verwendung eines 90 mm breiten und 400 mm langen Teststücks bestimmt, das von jeder Stahlprobe abgeschnitten und einer U-Verformung gemäß F i g. 3 unterworfen wurde, gefolgt von einer Messung der Rückfederungsgröße (JL = L—50). Ein Teststück zur Bestimmung der Einbeulungsbeständigkeit in Form einer Scheibe 2 mit 700 mm Durchmesser wurde von jeder Stahlprobe abgeschnitten und zu einer Haube 3 mit 400mm Durchmesser und 45mm maximaler Tiefe gemäß Fig.4 formgezogen. Ein Schlaufcntester 1 wurde gegen die Mitte des haubenförmigen Teststücks mit 196 N Belastung gedrückt und die Rcstauslenkung J nach der Entlastung gemessen. Eine größere Restauslenkung δ ist nicht erwünscht, da dies bei der Außcnverkleidung eines Kraftfahrzeugs leicht zu einer Einbeulung führt, wenn diese mit einem Finger gedruckt oder von einem aufschlagenden Stein getroffen wird.
Hieraus ergibt sich, daß die erfindungsgemäß hergestellten, kaltgewalzten Stahlbleche hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, der Verformbarkeit, der Formbeständigkeit und der Einbeulungswiderstandsfähigkeit zufriedenstellend sind.
Tabelle III Zugversuch Zugfe Streck Deh r-Wert Verformungsversuch weitungs- Formbeständig- Einbeulungs-
Streck stig verhält nung. Erichsen- Loch- vcrhältnis,
%		 keilsvcrsuch- beständigkcit
5 Versuchsergebnisse grenze, keit,
N/mm2 		nis % Wert, 88 Rückfeclening, Restauslcnkung
Stahl- N/mm2 429 0,44 34.0 1,30 mm 80 AL (mm) rf(mm)
Nr. 194 397 0,48 38,5 1,35 11.2 85 0,1 0,02
191 361 0,52 45,2 1,35 11.0 68 0,1 0,02
10 189 427 0,48 35,5 1,35 11,5 77 0,2 0
1 206 385 0,52 40,5 1.30 10,8 65 0,1 0,02
2 201 437 0,44 37.5 1.30 11.2 65 0,1 0
3 194 435 0,73 32,0 1.30 10.8 80 0,2 0
IS 4 319 400 0,75 40,0 1.25 10,2 77 0,5 0,02
5 300 397 0,71 32.0 1,25 10,5 52 0,5 0
6 283 465 0.52 30.5 0,85 10,5 66 0,4 0
7 243 381 0,77 40,0 1,05 9,8 44 0,4 0,02
8 291 474 0,51 31,5 0,95 10.5 40 0,6 0
20 9 239 523 0,40 31.0 0,80 9,6 53 0,5 0
10 250 469 0,55 34.5 0,95 9,4 110 0.6 0,02
11 259 314 0,59 47,5 1,80 10,2 Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 0,4 0
12 185 12,3 0,2 0,16
13
25 14
15

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von hochfestem, kaltgewalztem Stahlblech mit verbesserter Preßformbarkeit durch Warmwalzen eines manganhaltigen Stahls mit einem Gehalt von 0,005 bis 0,080% C, bis zu 0,30% Si, 0,02 bis 0,08% säurelösliches Aluminium und 0,005 bis 0,020% N, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, anschließendes Kaltwalzen des Stahlblechs mit einer Reduktion von über 30% und danach Glühen des kaltgewalzten Stahlblechs bei einer Temperatur von 660 bis 75O°C, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahlblech mit einem Mangangehalt von 1,6 bis 3,5% verarbeitet wird und das kaltgewalzte Stahlblech mehr als 30 Minuten geglüht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das warmgewalzte Stahlblech nach dem Warmwalzen bei einer Temperatur unterhalb 600°C aufwickelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das geglühte, kaltgewalzte Stahlblech nach dem Glühen dressiert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion beim Dressieren weniger als 0,5% beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahlblech verarbeitet wird, das als Bestandteile 0,008 bis 0,05% C, 0 bis 0,2% Si, 1,8 bis 2,5% Mn, 0,02 bis 0,08% säurelösliches Aluminium, 0,005 bis 0,010% N, weniger als 0,05% P, weniger als 0,05% S und als Rest im wesentlichen Eisen enthält.
DE2953072A 1978-08-26 1979-08-25 Verfahren zur Herstellung von hochfestem,kaltgewalztem Stahlblech mit verbesserter Pressformbarkeit Expired DE2953072C1 (de)

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