DE3044339C2

DE3044339C2 - Verfahren zum Herstellen von Kaltblech mit einem Zweiphasengefüge und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE3044339C2
Application number: DE3044339A
Authority: DE
Inventors: Osamu Akisue; Teruaki Himeji Hyogo Yamada
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1979-11-27
Filing date: 1980-11-25
Publication date: 1987-01-08
Also published as: GB2066852B; FR2470163A1; GB2066852A; BE886350A; SE441278C; CA1142069A; SE441278B; BR8007714A; SE8008247L; JPS5677329A; IT8026281A0; NL184790C; FR2470163B1; IT1134491B; DE3044339A1; NL184790B; NL8006404A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Kaltblech mit einem Zweiphasen-Gefüge durch Warm- und Kaltwalzen sowie kontinuierliches Glühen oberhalb Ac&sub1; und Abschrecken und auf die Verwendung des Kaltblechs.
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 Brücksichtigung der Sicherheit hochfeste Bleche zu verwenden.
Aus der japanischen Offenlegungsschrift 50-98 419 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% Silzium enthaltender Stahl im Zweiphasengebiet geglüht und alsdann relativ schnell mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 30 K/s auf 500°C abgekühlt wird, um auf diese Weise ein Zweiphasengefüge aus Ferrit und dem Umwandlungsprodukt des raschen Abkühlens sowie Restaustenit einzustellen.
Des weiteren beschreibt die US-Patentschrift 40 50 959 ein Verfahren zum Herstellen eines alterungsbeständigen, beim Einbrennen aushärtenden Blechs mit einem ferritisch-martensitischen Gefüge, bei dem ein Stahl mit 0,02 bis 0,12% Kohlenstoff, dem Zehnfachen des Schwefelgehalts an Mangan bis 2,0% Mangan, 0,03 bis 0,2% Stickstoff, 5×10^-4 (%N) Aluminium sowie gegebenenfalls 0,03 bis 0,20% Phosphor, 0,2 bis 1,5% Kupfer, 0,01 bis 0,20% Niob, 0,2 bis 2,0% Silizium und 0,02 bis 0,2% Vanadium einzeln oder nebeneinander nach einem Kaltwalzen 5 bis 180 s im Temperaturbereich von Ac&sub1; bis 900°C lösungsgeglüht und anschließend mit Hilfe eines Wasserstrahls abgeschreckt sowie schließlich 5 bis 300 s bei 150 bis 450°C angelassen wird, um die Martensit-Phase zu stabilisieren und die angestrebte Tiefziehbarkeit einzustellen.
Des weiteren beschreibt die US-Patentschrift 40 33 789 ein Verfahren, bei dem ein Stahl mit 0,04 bis 0,17% Kohlenstoff, 0,8 bis 2,0% Mangan, bis 1,0% Silizium, bis 0,12% Vanadium, bis 0,1% Niob, Titan in einer für das Entstehen von Titan-Karbonitriden ausreichenden Menge und 0,001 bis 0,025% Stickstoff von der Austenitisierungstemperatur mit einer Geschwindigkeit unter 39 K/s auf eine Temperatur von etwa 454°C und alsdann mit einer Geschwindigkeit über etwa 6 K/s abgekühlt, um auf diese Weise ein Gefüge mit 10 bis 35 Vol.-% Martensit und/oder unterem Bainit, Rest im wesentlichen proeutektoider Ferrit einzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zum Herstellen von Kaltblech mit einem Zweiphasengefüge zu schaffen, das sich durch eine niedrige Streckgrenze, ein niedriges Streckgrenzenverhältnis und eine hohe Duktilität sowie eine Zugfestigkeit von 400 bis 800 N/mm² auszeichnet und eine Verwendung des hergestellten Kaltblechs anzugeben.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß ein Stahl mit 0,01 bis 0,12% Kohlenstoff, 0 bis 1% Chrom, 0 bis 1% Kupfer, 0 bis 1% Nickel, höchstens 1,2% Silizium, 1,0 bis 1,8% Mangan, 0,01 bis 0,10% gelöstes Aluminium, 0 bis 0,1% Kalzium, 0 bis 0,1% Seltene Erdmetalle und 0 bis 0,1% Zirkonium, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen nach dem Kaltwalzen 20 bis 120 s bei 730 bis 800°C lösungsgeglüht und anschließend mit einem Dampf/Wasser-Gemisch bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 30 bis 300 K/s mindestens bis auf 250°C abgeschreckt wird. Das so hergestellte Kaltblech eignet sich zur Verwendung als schweißbares Karosserieblech im Kraftfahrzeugbau.
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 Verformungskräften. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß hierfür keine teuren Legierungsmittel erforderlich sind. Dabei läßt die hohe Duktilität einen entsprechend hohen Verformungsgrad zu.
Während 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 Werkstoffestigkeit 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:
Die Diagramme der Fig. 1 zeigen die Möglichkeiten auf, ein Zweiphasengefüge in Abhängigkeit von den Gehalten an Kohlenstoff und Mangan mit Hilfe verschiedener Abkühlungsgeschwindigkeiten von 10 K/s, 30 K/s und 100 K/s einzustellen.
Wichtig ist dabei die Einhaltung der verhältnismäßig hohen Abkühlungsgeschwindigkeit von 30 bis 300 K/s beim kontinuierlichen Abkühlen auf 250°C 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 Duktilität. Das Umwandlungsprodukt besteht in diesem Falle aus Martensit und nicht umgewandeltem Austenit.
Das Mangan erhöht die Härtbarkeit der Gamma-Phase und verbessert das Umwandlungsprodukt; es ergibt eine höhere Festigkeit des ferritischen Grundgefüges und erhöht damit die Duktilität. 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 enthalten.
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 800°C an.
Bei einem Lösungsglühen unter 20 s und 730°C 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 800°C 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 länger 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 K/s, vorzugsweise mindestens 100 K/s mindestens bis auf 250°C 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 höherer Abkühlungsgeschwindigkeiten die Duktilität beeinträchtigen. Hingegen unterliegt die Duktilität bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 30 bis 300 K/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 Dampf/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 einer Querschnittsabnahme bis etwa 10% 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 770°C lösungsgeglüht und mit verschiedenen Abkühlungsgeschwindigkeiten im Bereich von 10 bis 1000 K/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 K/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.
Bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 30 bis 300 K/s ergibt sich hingegen auch bei niedrigen Gehalten an Legierungsmitteln 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 350 K/s (Wassersprühen) oder von 1000 K/s (Tauchabschrecken in Wasser) die Duktilität ganz erheblich.
Die Diagramme der Fig. 1 zeigen den Zusammenhang zwischen der Abkühlungsgeschwindigkeiten 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. &udf53;ns&udf54;¸&udf50;&udf53;ns&udf54;°=c:230&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz22&udf54; &udf53;vu10&udf54;°=c:220&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz21&udf54; &udf53;vu10&udf54;

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Kaltblech mit einem Zweiphasengefüge durch Warm- und Kaltwalzen sowie kontinuierliches Glühen oberhalb Ac&sub1; und Abschrecken, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahl mit 0,01 bis 0,12% Kohlenstoff, 0 bis 1% Chrom, 0 bis 1% Kupfer, 0 bis 1% Nickel, höchstens 1,2% Silizium, 1,0 bis 1,8% Mangan, 0,01 bis 0,10% gelöstes Aluminium, 0 bis 0,1% Kalzium, 0 bis 0,1% Seltene Erdmetalle und 0 bis 0,1% Zirkonium, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen nach dem Kaltwalzen 20 bis 120 s bei 730 bis 800°C lösungsgeglüht und anschließend mit einem Dampf/Wassergemisch bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 30 bis 300 K/s mindestens bis auf 250°C 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 die Abkühlungsgeschwindigkeit 100 bis 300 K/s beträgt.

4. Verwendung des nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten Kaltblechs als schweißbares Karosserieblech im Kraftfahrzeugbau.