DE3007906A1

DE3007906A1 - Verfahren zur herstellung von beschichtetem stahlband

Info

Publication number: DE3007906A1
Application number: DE19803007906
Authority: DE
Inventors: Philippe Paulus
Original assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Current assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Priority date: 1979-03-02
Filing date: 1980-03-01
Publication date: 1980-09-11
Also published as: SE8501669D0; JPS6157374B2; DE3007906C2; SE8001565L; SE445470B; SE8501669L; JPS55145160A

Description

Verfahren zur Herstellung von beschichtetem Stahlband
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von beschichtetem Stahlband mit hohen Zieh- bzw. Verarbeitungseigenschaften. Sie ist besonders von Vorteil in solchen Fällen, wo die Beschichtung des Bandmaterials durch Eintauchen in ein aus einem Zink- und Aluminiumgemisch bestehendes Grundbad erfolgt.
Die Haupteigenschaften, die seitens der Verbraucher an beschichtetes Stahlband gestellt werden, sind unter anderem möglichst hohe Zieheigenschaften für die jeweils anstehende Stahlqualität sowie von Fall zu Fall und je nach dem für das Bandmaterial geplanten Verwendungszweck eine ausreichende Dauerfestigkeit, Verformbarkeit und Schweissbarkeit.
Seitens der Anmelderin wurde festgestellt, dass die Fünrung des Kühlprozesses, dem das Stahlband bei Austritt aus dem Beschichtungsband ausgesetzt wird, diesbezüglich von grosser Bedeutung ist, und somit ein neuartiges Verfahren dieser Art entwickelt, welches den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet.
Das erfindungsgemässe Verfahren, bei welchem ein Stahl band in ein metallisches Bad mit einer Temperatur oberhalb 5000C eingetaucht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Band bei seinem Austritt aus dem Bad einer ersten Abkühlung bis auf die Temperatur, bei welcher die metallische Beschichtung des Bandes sich verfestigt, und anschliessend einer Abschreckung, die jedoch nicht die Planheit des Bandes beeinträchtigen dar, bis auf eine Temperatur unterhalb 47500, unterzogen wird.
Zweckmässigerweise wird das Bandvor dem Eintauchen auf eine oberhalb seiner Rekristallisationstemperatur liegende Temperatur erhitzt, eine gewisse Zeit, vorzugsweise länger als jO Sekunden, auf dieser Temperatur gehalten, und sodann auf eine Temperatur abgekühlt, dienicht niedeiner sein darf als die des metallischen Bades.
Nach einer zweckmässigen Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ist die Zeitdauer von dem Augenblick, da das Band mit einer oberhalb seines Rekristallisationspunkts liegenden Temperatur abzukiihlen beginnt, und dem Zeitpunkt gerechnet ab Bandaustritt aus dem Bad, da die metallische Beschichtung verfestigt ist, nicht kleiner als 20 Sekunden und nicht länger als 100 Sekunden, wodurch ein beschichtetes Band mit besonders vorteilhaften Eigenschaften entsteht.
Für Flußstahlband in Ziehqualität sieht eine Ausfuhrungsform des erfindungsgemässen Verfahrens vor, die schnelle Abkühlung bzw. Abschreckung bis auf eine im Bereich zwischen 3750C und 47500 angesiedelte temperatur vorzunehmen, das Band mehr als 30 Sekunden lang auf seiner Endkühltemperatur zu halten und anschliessend das Band mittels einer an sich bekannten Vorrichtung langsamer bis auf Umgebungstemperatur abzukühlen.
Bei Bandmaterial aus totweichem Stahl liegt die Endkühltemperatur aus der Abschreckbehandlung unter 3500C und wird anschliessend das Band in einem entsprechenden Ofen bis auf etwa 400°C - 5000C wiedererhitzt, mindestens 30 Sekunden lang auf dieser Temperatur gehalten und schliesslich langsam bis auf Umgebungstemperatur abgekühlt.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens für die Behandlung von hochfestem Feinblech erfolgt die schnelle Abkühlung bzw. Abschreckung bis auf einen Wert unter 3000C, vorzugsweise 25000, und wird im unmittelbaren Anschluss daran eine zweite, åedoch langsamere Abkühlung bis auf Umgebungstemperatur mittels einer an sich bekannten Vorrichtung bewirkt.
Das Bad, in welches das zu beschichtende Band eingetaucht wird, besteht erfindungsgemäss aus einem oder mehreren Metallen bzw. einer oder mehreren Legierungen, deren Schmelzpunkt unter 7000C liegt. Zu diesen Metallen zählen insbesonders Leichtmetalle wie Aluminium und dessen Legierungen. Eine besonders vorteilhafte Beschichtung wird in einem Bad aus Aluminium und Zink erreicht.
Weiterhin wird erfindun,gsgem:ss die schnelle Abkühlung des Bandes bei seinem Austritt aus dem Beschichtungsbad durch Abschreckung in einem Wasserbad vorgenommen, das auf einer Temperatur über 750C und vorzugsweise auf seiner Siedetemperatur gehalten wird.
Die Anmelderin vermochte in anderen Anwendungsbereichen wie zum Beispiel beim kontinuierlichen Glühen von verzinkten bzw. unverzinkten Blechen bereits den Vorteil nachzuweisen, den eine derartige Abschreckung in einer wässerigen Urngebung bietet, nämlich dass diesen Blechen eine hervorragende Kombination von Streckgrenze - Dehnungsverhalten und somit eine hohe Ziehbarkeit sowie äusserst gleichmässige Verteilung der Eigenschaften über ihre gesamte Breite hinweg mitgegeben werden.
Das Wasserbad, in welches das Blech zum Zwecke der schnellen Abkühlung eingetaucht wird, kann aus reinem Wasser bestehen, aber auch in Suspension bzw. Lösung Substanzen enthalten, die die Wärmeübergangszahl verändern, so beispielsweise Salze (insbesondere Calciumchlorid oder Borax), Oberflächenaktivierungsmittel wie Palmitate, Stearate und Oelate von Natrium und Kalium sowie gegebenenfalls Korrosionsschutzmittel.
Nach einer Abwandlung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt die schnelle Abkühlung bzw. Abschreckung des Bandes bei seinem Badaustritt durch Auf spritzen eines Kühlmediums in Form eines in einem Gas, vorzugsweise in Luft, suspendierten dichten Wassernebels.
Seitens der Anmelderin wurde eine Düse entwickelt. die eine solche Abkühlung zu bewirken vermag und in der Belgischen Patentschrift Nr. 853.821 beschrieben ist.
Diese Düse besteht aus einem Innenrohr in Form einer Laval'schen Düse und mindestens einem Aussenrohr, das in die Auslasszone des divergierenden Teils des Innenrohrs unter einem Winkel über 300 und vorzugsweise von etwa 45 einmündet. Das Innenrohr wird mit Zerstäubergas (vorzugsweise Luft, gegebenenfalls aber auch Stickstoff usw.) vom einlaufseitigen Ende des konvergierenden Teils beschickt, während das Aussenrohr das zu zerstäubende Wasser führt. Eine aus solchen Düsen bestehende Anlage besitzt eine spezifisciie Kühlleistung, die bis über 3 NW/m² betragen und in einem sehr weiten Rahmen (in der Grössenordnung 1 - 10) variiert werden kann, ohne dass das System an gleichmässiger Kühlleistung bzw. -wirkung verliert. Diese Düsen bieten darüberhinaus noch den weiteren Vorteil eines sehr guten Wirkungsgrades, der bei gleicher Kühlleistung entsprechend weniger Wasser erfordert.
Die nachfolgenden Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und stellen keinerlei Einschräiilrung dar: 1. Band in normaler Flußstahlqualität Das kaltgewalzte Band mit einer Dicke von 0.8 mm wurde in einer kontinuierlichen Beschichtungslinie durch Eintauchen in ein hauptsächlich aus Aluminium und Zink bestehendes Bad behandelt.
Die anschliessende Behandlung bestand im Erhitzen des Bandes in einem Flammofen mit Schutzatmosphäre bis auf eine Temperatur von 700 0G und nachfolgendem Vorhalten auf dieser Temperatur auf die kurze Dauer von etwa 35 Sekunden. Das Bandmaterial wurde anschliessend 10 Sekunden lang bis auf 6000C abgekühlt und unmittelbar danach in das Al-Zn-Bad mit einer Temperatur von 59000 eingetaucht.
Wach Austritt aus dem Bad erfolgte auf die Dauer von 5 Sekunden eine schnelle Abkühlung des Bandes bis auf 51000 zur Aushärtung der Beschichtung und anschliessend eine sehr schnelle Abkühlung bis auf 4250C, worauf das Band 45 Sekunden lang auf dieser Temperatur gehalten wurde. Die letztgenannte Kühlbehandlung wurde durch Eintauchen in ein Wasserbad mit einem Passivierungselement wie Waliumbichromat oder Ghromanhydrid vorgenommen, wobei das Bad auf einer TeeraLur von 95°C gehalten wurde.
Beendet wurde die Behandlung durch eine langsame Abkühlung bis auf 800C in 45 Sekunden.
Zum Zwecke des Vergleichs wurde ein gleiches Stahlband nach einem konventionellen Heisstauch-Beschichtungsverfahren mit einer einzigen Kühlphase am Badaustritt, während der das Bandmaterial in einer Minute von 59000 (Beschichtungsbadtemperatur) auf 8000 gebracht wurde, behandelt.
Die hierbei gezeitigten Ergebnisse sind wie folgt: Erfindungs- Konventionelle gemäss Behandlung Streckgrenze 250 DBa 330 MPa Bruchlast 350 JPa 370 I!Pa Dehnung 38 % 35 ffi Die deutliche Verbesserung der Dehnungseigenschaften des erfindungsgemäss behandelten Bandes, die für die Ziehbearbeitung günstig ist, ist klar erkennbar.
2. Hochfestes beschichtetes Feinblech Ein Feinblech in der Zusammensetzung 0.06 % C, 0.8 .8% Mn, 0.1 % Si, 0.05 D Al, Rest Fe mit den üblichen Verunreinigern, wurde ebenfalls in einer kontinuierlichen Çauchbeschichtungsanlage durch Eintauchen in ein im im wesentlichen aus Aluminiurn und Einer bestehendes Bad behandelt.
Diese Behandlung umfasste gleichermassen das erhitzen des Bandes in einem Flammofen mit Schutzatmosphäre bis auf 80005 mit anschliessendem Vorhalten auf dieser Temperatur über eine kurze Zeit von ca. 30 Sekunden hinweg. Das Bandmaterial wurde sodann 20 Sekunden lang bis auf 6500C abgekühlt und unmittelbar danach in das Al-Zn-Bad mit einer Temperatur von 62000 eingetaucht.
Nach Austritt aus dem Bad erfolgte auf die Dauer von 10 Sekunden eine schnelle Abkühlung des Bandes bis auf 53000 zwecks Verfestigung der Schicht und anschliessend eine sehr schnelle Abkühlung auf 20 C innerhalb von 2.5 Sekunden mittels einer Düsenstrecke der in der Belgischen Patentschrift Nr. 853 beschriebenen Art, wobei die Düsen einen in Luft suspendierten Wassernebel beaufschlagen.
Zum Zwecke des Vergleichs wurde ein gleiches Stahlband nach einem konventionellen Heisstauch-Beschichtungsverfahren mit einer einzigen l-minütigen Abkühlung bis auf 200C behandelt.
Die hierbei gezeitigten ergebnisse sind wie folgt: Erfindungs- onventionelle gemäss Behandlung Streckrenze 380 MPa 350 MPA Bruchlast 480 iJPa 420 MPa Dehnung 33 ß 32 ß Es ist klar ersichtlich, dass die Bruchlast bzw. Zerreissfestigkeit des erfindungsgemäss behandelten Bandmaterials deutlich besser ist als die eines nach einem herkömmlichen Verfahren behandelten bleichen Blechs.
?3. DieZziehDleche aus totweichem Stahl Badbeschaznfenheit: Zink-Aluminium-Legierun,.
Badtemperatur: 60000.
Temperatur bei Einsetzen der schnellen Abkühlung (nach Verfestigung des Beschichtungsmaterials): 530°C, Schnelle Abkühlung: Eintauchen in ein Wasserbad bei Siedetemperatur.
Bei dem behandelten Material handelte es sich um totweichen Stahl der folgenden Zusammensetzung (%): C Mn Si A1 S P N2 0.067 0.290 -- -- 0.015 0.010 0.0045 Dieses Material wurde warmgewalzt, wobei die Walzendtemperatur 8800C und die Haspelttemperatur 7000C betrug; Endwalzdicke 2.5 mm, anschliessend Kaltwalze bis auf eine Dicke von 0.8 mm.
In der Beschichtungslinle wurde das Band einer Reihe von Wärmebehandlungen wie in Fig. 1 dargestellt ausgesetzt, nämlich: - schnelle Aufheizung auf 700C, - Vorhalten auf dieser Temperatur auf die Dauer von mehr als 30 Sekunden, - Abkühlung durch Aufblasen eines atmosphärischen Gases bis auf eine Temperatur in der Grössenordnung von 610°C über unterschiedliche Zeiträume hinweg, - bei Austritt aus dem Bad Lufttrocknen der Beschichtung und Kühlung bis auf 5300C auf unterschiedliche Dauer, - Eintauchen in ein Siedetemneratur führendes Wasserbad, aus dem das Blech mit einer Temperatur zwischen 150 und 350°C entnommen wird, - schnelles Wiedererhitzen auf 45000, sodann Vorhalten auf dieser Temperatur auf unterschiedliche Dauer, - abschliessendes Abkühlen auf 800C in Luft auf die Dauer von 45 Sekunden.
Zum Zwecke des Vergleichs wurde der gleiche Stahl im Wege eines konventionellen Verfahrens behandelt, welches eine l-minütige kontinuierliche Abkühlung bis auf 800G am Ausgang des Beschichtungsbades beinhaltete.
Ergebnisse Nach dem Nach- Nach l-stündigeS walzen Alterung bei 60 C 1) Konventionelle Behandlung: Streckgrenze E (MPa) 250 270 Bruchlast R (MPa) 350 355 Dehnung (Basis 50 mm) in & 38 36 2) Erfindungsgemässes Verfahren a) Einfluss der gesamten langsamen Abkühlung zwischen Glühen und Beginn der schnellen Abkühlung nach erfolgter Beschichtung. Diesen Effekt zeigt die Fig. 2, die unter Veränderung allein dieses Parameters entwickelt wurde, wobei die übrigen Parameter wie folgt als fest vorausgesetzt sind: - Blechtemperatur bei Austritt aus dem zur schnellen Abkühlung benutzten Wasserbad: 150°C.
- Verweilzeit bei 4-500C: 45 Sekunden.
Wie ersichtlich, wird bei langsamer Abkühlung über eine Gesamtzeit von mehr als 20 Sekunden hinweg eine deutliche Entfestigung des Stahls erreicht.
b) Einfluss der am Ende der schnellen Abkühlung (vor Wiedererhitzen auf 450°C) vorherrschenden Temperatur.
Die nachstehend auf geführten Ergebnisse wurden mit anderen festen Parametern wie folgt erreicht: - Gesamtdauer der langsamen Abkühlung: 27 Sekunden - Verweilzeit bei 450°C: 45 Sekunden.
Temperatur am Ende Streckgrenze Bruchlast Dehnung der schnellen Ab- E R A kühlung MPa MPa S# V# S# V# S# V# 450°G 240 260 340 350 39 36.0 400°C 235 253 338 346 38.7 36.0 3500c 230 246 335 342 39.7 36.3 3000C 214 230 326 332 41.0 38.0 2500C 208 225 320 326 42.6 40.6 200°C 204 215 318 322 43.1 41.2 1500c 205 212 321 324 42.5 41.0 10000 206 215 319 323 43.0 41.4 # S = nach dem Nachwalzen V = nach 1-stündiger Alterung bei 600C Wie ersichtlich, wird die Tiefziehqualität erreicht, wenn die Temperatur am Ende der schnellen Abkühlung 35000 oder weniger beträgt. Ausserdem nimmt die Alterungstendenz unterhalb dieser Temperatur stark ab.
c) Einfluss der Verweilzeit bei 45000 bzw. der Überalterungszeit: Dieser Parameter wurde unter Festlegung der anderen wie folgt untersucht: - Gesamtdauer der langsamen Abkühlung: 30 Sekunden - Temperatur am Ende der schnellen Abkühlung: 1500C Dauer der ifoeralte- Streckgrenze Bruchlast Dehnung rungsbehandlung bei E R A 450°C MPa (Sek.) S# V# S# V# S# V# 15 230 243 336 340 39.1 35.8 30 208 215 324 332 41.O 40.4 45 205 212 321 324 42.5 41.0 60 204 210 322 324 42.4 4S.2 90 206 212 324 328 42.0 40.6 120 208 212 323 326 41.8 40.8 # S = nach dem Nachwalzen V = nach 1-stündiger Alterung bei 6000 Wie ersichtlich, werden die jeweils besten Eigenschaften hinsichtlich Verformbarkeit und Alterungsbeständigkeit bei einer Überalterungszeit von 30 Sekunden und weniger erzielt.
In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff normale Flußstahlqualität" einen stahl nach DIN U St 12, während "totweicher Stahl" (in Ziehqualität) der deutschen Norm DIN U St 13 entspricht.
PATENTANSPRÜCHE

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von beschichtetem Stahlband durch Eintauchen in ein Metallbad, das auf einer Temperatur oberhalb 5000C gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Band bei seinem Austritt aus dem Bad einer ersten Abkühlung bis auf die Temperatur, bei welcher die metallische Beschichtung des Bandes sich verfestigt, und anschließend einer schnellen Abkühlung oder Abschrekkung ohne Beeinträchtigung der Planheit des Bandes bis auf eine Temperatur unterhalb 4750C unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band vor dem Eintauchen auf eine oberhalb seiner Rekristallisationstemperatur liegende Temperatur erhitzt, eine vorzugsweise länger als 30 Sekunden währende Zeit auf dieser Temperatur gehalten, und sodann auf eine Temperatur abgekühlt wird, die nicht niedriger ist als die des metallischen Bades.
3. Verfahren nach denAnsprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit zwischen dem Augenblick, da das Band mit einer oberhalb seines Rekristallisationspunktes liegenden Temperatur abzukühlen beginnt, und dem Zeitpunkt gerechnet ab Bandaustritt aus dem Bad, da bei verfestigter metallischer Beschichtung die schnelle Abkühlung beginnt, nicht kürzer als 20 Sekunden und nicht länger als 100 Sekunden ist.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bändern aus Flußstahl die schnelle Abkühlung bzw. Abschreckung bis auf eine im Bereich zwischen 3750C und 4750C liegende Temperatur vorgenommen, und sodann das Band mindestens 30 Sekunden lang auf seiner Endkühltemperatur gehalten und schließlich einer zweiten Abkühlung, jedoch mit geringerer Geschwindigkeit, mittels einer an sich bekannten Vorrichtung bis auf Umgebungstemperatur unterzogen wird 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandmaterial aus extra weichem Stahl besteht, nach erfolger schneller Abkühlung bzw.
Abschreckung eine Temperatur unterhalb 3500C aufweist, sodann in einem entsprechenden Ofen bis auf eine Temperatur in der Größenordnung von 400 - 5000C wiedererhitzt und anschließend für die Dauer von mindestens 30 Sekunden auf dieser Temperatur gehalten wird, und schließlich der langsamen Abkühlung bis auf Umgebungstemperatur überlassen wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß hochfestes Feinblech einer schnellen Abkühlung bzw. Abschreckung bis auf eine Temperatur unter 3000C und vorzugsweise unterhalb 2500C unterzogen wird, und daß im unmittelbaren Anschluß bis auf Umgebungstemperatur mittels einer an sich bekannten Vorrichtung bewirkt wird.
7. Verfahren nach denAnsprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bad, in welches das zu beschichtende Band eingetaucht wird, aus einem oder mehreren Metallen bzw. einer oder mehreren Legierungen besteht, deren Schmelzpunkt unter 8000C liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsbad aus Aluminium und Zink besteht.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schnelle Abkühlung des Bandes bei seinem Austritt aus dem Beschichtungsbad durch Abschreckung in einem Wasserbad vorgenommen wird, dessen Temperatur oberhalb 750C beträgt, und das vorzugsweise Siedetemperatur besitzt.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schnelle Abkühlung des Bandes bei seinem Austritt aus dem Beschichtungsbad durch Aufspritzen eines Kühlmediums in Form eines in einem Gas, vorzugsweise in Luft, suspendierten dichten Wassernebels bewirkt wird.