DE3044339A1 - Verfahren zum herstellen von kaltblech mit einem zweiphasen-gefuege - Google Patents
Verfahren zum herstellen von kaltblech mit einem zweiphasen-gefuegeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Kaltblech mit einem Zweiphasengefüge und ausgezeichneter
Verformbarkeit, bei dem ein niedrig legierter Stahl warm- und kaltgewalzt sowie anschließend kontinuierlich geglüht
wird.
In der Automobilindustrie geht das Bestreben dahin, das Fahrzeuggewicht
soweit wie möglich zu reduzieren, um den Kraftstoffverbrauch gering zu halten. Da sich eine Gewichtsverminderung
am ehesten über eine Verringerung der Blechdicke erreichen läßt, ergibt sich die Notwendigkeit, auch unter Berücksichtigung
der Sicherheit hochfeste Bleche zu verwenden.
Aus der japanischen Offenlegungsschrift 50-98419 ist bereits
ein Verfahren zum Herstellen von Kaltblech mit einem Zweiphasengefüge bekannt, bei dem ein Kohlenstoff und Mangan sowie
gegebenenfalls 0,1 bis 0,7^ Silizium enthaltender Stahl
im Zweiphasengebiet geglüht und alsdann relativ schnell mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 30°C/s auf 5000C abgekühlt
wird, um auf diese Weise ein Zweiphasengefüge' aus Ferrit und
dem Umwandlungsprodukt des raschen Abkühlens sowie Restaustenit einzustellen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zum Herstellen von Kaltblech mit einem Zweiphasengefüge
zu schaffen, dassich durch eine niedrige Streckgrenze, ein niedriges Streckgrenzenverhältnis und eine hohe Duktilität
sowie eine Zugfestigkeit von 400 bis 800 N/mm auszeichnete
Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken, die Abkühlungsbedingungen
nach einem kontinuierlichen Lösungsglühen
sorgfältig auf die chemische Zusammensetzung des Stahls abzustimmen.
Im einzelnen besteht die Erfindung darin, daß bei einem Ver-
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fahren der eingangs erwähnten Art ein Stahl mit 0,01 bis 0,12%
Kohlenstoff, Ms 1,2% und vorzugsweise höchstens 0,1% Silizium, 1,0 Ms 1,8% Mangan, 0,01 Ms 0,10% gelöstes Aluminium, Rest
Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen nach dem Kaltwalzen kontinuierlich 20 bis 120 Sekunden bei
730 bis 8000C lösungsgeglüht und anschließend mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit
von 30 bis 300°C/s mindestens auf 2500C abgekühlt wird.
Die niedrige Streckgrenze bzw. das niedrige Streckgrenzenverhältnis
des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Blechs verringert insbesondere die Rückfederung beim Preßverformen
und führt demgemäß zu einer wesentlich besseren Maßhaltigkeit bzw. Konturengenauigkeit bei entsprechend geringeren
Verformungskräften0 Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß
hierfür keine teuren Legierungsmittel erforderlich sind. Dabei läßt die hohe Duktilität einen entsprechend hohen Verformungsgrad zu.
Fahrend herkömmliche Karosseriebleche eine Dicke von etwa 0,8 mm besitzen müssen, kann die Dicke eines nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Blechs geringer sein. Im Hinblick auf eine geringere Blechdicke spielt jedoch der Einbeulwiderstand
eine erhebliche Rolle, der zum einen von der Blechdicke und zum anderen von der Werkstofffestigkeit abhängt.
Gerade im Hinblick auf das Knautschverhalten kommen im Kraftfahrzeugbau hochfeste Karosseriebleche möglichst geringer
Dicke zur Verwendung. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
gefertigte Blech zeichnet sich durch einen besseren Einbeulwiderstand, eine höhere Zugfestigkeit, niedrige Streckgrenze
und hohe Dehnung bei gleichzeitig guter Verformbarkeit aus; es eignet sich daher besonders als Karosserieblech,,
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung und einiger Ausführungsbeispiele des näheren erläutert:
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Die Diagramme der Fig0 1 zeigen die Möglichkeiten auf, ein
Zweiphasengefüge in Abhängigkeit von den Gehalten an Kohlenstoff und Mangan mit Hilfe verschiedener Abkühlungsgeschwindigkeiten
von 1O°C/s, 3O°C/s und 1OO°C/s einzustellen.
Wichtig ist dabei die Einhaltung der verhältnismäßig hohen Abkühlungsgeschwindigkeit von 30 bis 300°C/s beim kontinuierlichen
Abkühlen auf 2500C oder darunter,, Das führt jedoch nur
zum Erfolg, wenn der Kohlenstoffgehalt mindestens 0,01% und höchstens 0,12% beträgt. Bei einem Kohlenstoffgehalt über 0,12%
ist der Anteil des Umwandlungsprodukts aus dem Abschrecken zu groß und ergibt sich demgemäß nicht die hohe Duktil!tat. Das
Umwandlungsprodukt besteht in diesem Falle aus Martensit und nicht umgewandeltem Austenit.
Das Mangan erhöht die Härtbarkeit der Gamma-Phase und verbessert das Umwandlungspsdukt; es ergibt eine höhere Festigkeit
des ferritischen Grundgefüges und erhöht damit die Duktilität0
Hierfür sind jedoch mindestens 1,0% Mangan erforderlich, während Mangangehalte über 1,8% die Schweißbarkeit beeinträchtigen
und wirtschaftliche Nachteile mit sich bringen.
Aluminium dient der Desoxydation des Stahls, wofür mindestens 0,01% erforderlich sind, während höchstens 0,10% völlig ausreichen.
Der Stahl kann bis 0,1% Silizium, im Hinblick auf eine Verbesserung
der Duktilität jedoch auch bis 1,2% Silizium enthalten.
Höhere Siliziumgehalte beeinträchtigen die Lackierbarkeit und Korrosionsbeständigkeit.
Schließlich kann der Stahl zur Verbesserung seiner Festigkeit noch höchstens je 1% Chrom, Kupfer und Nickel und zur Verbesserung
seiner Biegeverformbarkeit noch höchstens je 0,1% Kalzium, Seltene Erdmetalle und Zirkonium enthaltene
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Der Stahl wird in üblicher Weise stranggegossen oder zu Brammen vergossen und vorgewalzt sowie warm- und kaltgewalzt.
Dem Kaltwalzen schliesst sich ein 20 bis 120 s dauerndes kontinuierliches Lösungsglühen bei 730 bis 8000C
an.
Bei einem Lösungsglühen unter 20 s und 7300C ist der Anteil
der Gamma-Phase und die Konzentration der Eisenbegleiter in der Gamma-Phase im Hinblick auf die erforderliche Menge
an Restaustenit unzureichend und ergibt sich auch bei einem anschliessenden Abschrecken nicht das erforderliche Zweiphasengefüge
mit der besonderen Kombination von Festigkeit und Zähigkeit. Andererseits führen Glühtemperaturen über 80O0C
zu einem zu hohen Anteil an Gamma-Phase und einer zu geringen Mangan-Konzentration in der Gamma-Phase, so daß sich
auch bei einem anschliessenden Abschrecken nicht die erforderliche Menge Restaustenit, sondern entsprechend mehr harter
Martensit ergibt. In beiden Fällen ergibt sich nicht das ausgewogene Verhältnis von Festigkeit und Duktilität. Das Lösungsglühen
kann zwar auch langer als 120 s dauern, dabei ergibt sich jedoch kein besonderer Vorteil, vielmehr nur
eine Kostenerhöhung.
Nach dem Glühen muß das Band mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 300°C/s, vorzugsweise mindestens 100°C/s mindestens
bis auf 2500C abgeschreckt werden, da bei höheren Endtemperaturen der Restaustenit in Martensit umwandelt.
Bei niedrigeren Abkühlungsgeschwindigkeiten ergibt sich bei dem beschriebenen Stahl nicht das erwähnte Zweiphasengefüge,
während höhere Abkühlungsgeschwindigkeiten die
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Duktilität beeinträchtigen. Hingegen -unterliegt die Duktilität
bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 30 bis 300°C/s keiner wesentlichen Änderung. Zwar läßt sich die Abkühlungsgeschwindigkeit beim Abschrecken mit einer Kühlflüssigkeit
oder beim Tauchabschrecken in Wasser nur schwer überwachen? es ergeben sich jedoch keine Schwierigkeiten beim Aufsprühen
eines Damp/Flüssigkeits-Gemischs auf die Blechoberfläche. Vielmehr ist in diesem Falle die Kühlwirkung über die Blechbreite ausserordentlich gleichmässig und ergibt sich ein
dementsprechend homogenes Gefüge.
Nach dem Abschrecken wird das Blech in üblicher Weise mit einer Querschnittsabnahme bis etwa 1C$ nachgewalzt.
Bei einem Versuch wurden Stähle der Zusammensetzung nach der Tabelle bis auf eine Dicke von 2,5 mm warmgewalzt und
anschliessend zu einem 0,7 mm dicken Band kaltgewalzt. Das Kaltband wurde 40 s bei 7700C lösungsgeglüht und mit verschiedenen
Abkühlungsgeschwindigkeiten im Bereich von 10 bis 1000°C/s entsprechend einem Abschrecken in Wasser abgeschreckt.
Die auf diese Weise erzielten Werkstoffeigenschaften ergeben sich ebenfalls aus der Tabelle.
Beim herkömmlichen kontinuierlichen Glühen beträgt die Abkühlungsgeschwindigkeit etwa 10°C/s und ergibt sich
demgemäss kein Zweiphasengefüge, somit auch keine niedrige Streckgrenze oder ein niedriges Streckgrenzenverhältnis,
wenn nicht wie im Falle des Vergleichsstahls D der Mangangehalt hoch ist. Höhere Mangangehalte beeinträchtigen jedoch
die Schweißbarkeit und erhöhen die Herstellungskosten»
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Bei einer Abkiihlungsgeschwindigkeit von 30 Ms 300°C/s
ergibt sich hingegen auch bei niedrigen Gehalten an Legierung smitt ein ein Zweiphasengefüge ohne die Beeinträchtigung
der Duktilität, wie die unter die Erfindung fallenden Stähle A bis C und E bis I belegen. Hingegen beeinträchtigen
Abkühlungsgeschwindigkeiten von 35O°C/s (Wassersprühen)
oder von 1000°C/s (Tauchabschrecken in Wasser) die Duktilität ganz erheblich.
Die Diagramme der Fig. 1 zeigen den Zusammenhang zwischen der Abkühlungsgeschwindigkeit und dem Gefüge bei unterschiedlichen
Gehalten an Kohlenstoff und Mangan. Dabei geben die Zahlenwerte das Streckgrenzenverhältnis in Prozent
an und entspricht die gestrichelt eingezeichnete Linie einem Streckgrenzenverhältnis von 50% als Grenzwert für
das Zweiphasengefüge.
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| CQ | τ- | ω | •SR | X | X | O | O | X | X | O | X | X | |
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| τ | O | T- | τ- | CM | co | ro | VO | T- | |||||
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| U | ro | CM | ro | ■* | VO | ||||||||
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| CO | to | CTi | VO | T- | O | ||||||||
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| S | CM | Q | O | O | in | O | |||||||
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| ro | c— | ||||||||||||
| CJ | O | O | |||||||||||
| ς> | O | ||||||||||||
| O | |||||||||||||
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ORfGiMAL
50 (°C/s) 100(°C/s) 250(°C/s)
(N/mm2) (N/mm2) 00 *1 (N/mm2) (N/mm2) 00 *1 (N/mm2) (N/mm2) 00 *1
A 224 488 35,0 ο
B 212 453 35,9 ο
-. C 205 499 35,5 ο
° D 254 544 29,0 ο 265 565 28,4 ο 274 587 28,0 ο ,
ο
5 E 313 628 29,8 ο 277 661 28,4 ο 282 691 27,5 ο ο
ο F 321 654 29,1 ο 301 681 27,2 ο 321 701 26,2 ο
οο G 292 643 27,2 ο 288 661 27,3 ο
H 329 713 28,3 ο 326 716 27,0 ο
I 355 720 24,0 ο
*1 ο ausreichendes Zweiphasen-Gefüge (Streckgrenzenverhältnis von
höchstens 50%)
χ unzureichendes Zweiphasen-Gefüge(Streckgrenzenverhältnis über 50%)
ausreichenden Zweiphasen-Gefüges zu geringe Duktilität
co O O ro
"ν. O OO
00 CD
| 350 | (°C/s) | 00 *1 | It | 1000 | (0CZb) | 00 *1 | U=. | |
| (N/mm2) | (N/mm2) | Il | (N/mm2) | (N/mm2) | It | |||
| A | ti | It | ||||||
| B | It | It | ||||||
| C | 23,0 ^ | ti | 20,2 .= | ti | ||||
| D | 298 | 610 | 19,8 | 312 | 631 | 15,2 | ||
| E | 320 | 750 | 21,0 | 349 | 810 | 16,1 | ||
| F | 339 | 719 | 20,2 | 349 | 721 | 16,4 | ||
| G | 353 | 742 | 19,6 | 401 | 818 | 17,2 | ||
| H | 372 | 756 | 18,0 | 416 | 844 | |||
| I | 389 | 776 | ||||||
*1 .ο ausreichendes Zweiphasen-Gefüge (Streckgrenzenverhältnis
von höchstens 50% χ unzureichendes Zweiphasen-Gefüge(Streckgrenzenverbältnis
über 50?£ trotz ausreichenden Zweiphasen-Gefüge s zu geringe Duktilität
eerse
it
Claims (6)
1. Verfahren zum Herstellen von Kaltblech mit einem Zweiphasengefüge,
bei dem niedrig legierter Stahl warm- und kaltgewalzt sowie kontinuierlich geglüht wird, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Stahl mit 0,01 bis 0,12% Kohlenstoff, höchstens 1,296 Silizium, 1,0 bis 1,8% Mangan und 0,01
bis 0,10% gelöstes Aluminium, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter
Verunreinigungen nach dem Kaltwalzen 20 bis 120 s bei 730 bis 8000C lösungsgeglüht und anschliessend
mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 30 bis 300°C/s mindestens bis auf 2500C abgeschreckt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumgehalt des Stahls höchstens
0,1% beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stahl bis je 1% Chrom, Kupfer und Nickel sowie höchstens je 0,1% Seltene Erdmetalle, Kalzium und
130027/0889
ORIGINAL INSPECTED
Zirkonium einzeln oder nebeneinander enthalten,,
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit
100 bis 300°C/sbeträgt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Band
mit einem Dampf/Wasser-Gemisch abgeschreckt wirdo
6. Verwendung eines Stahls nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 als Werkstoff für schweißbares Karosserieblech mit
niedriger Streckgrenze, niedrigem Streckgrenzenverhältnis, hoher Festigkeit und ausgezeichneter Verformbarkeit.
130027/0889
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