DE3045761A1

DE3045761A1 - Verfahren zur herstellung eines hochfesten kaltgewalzten stahlbands mit ausgezeichneter pressformbarkeit

Info

Publication number: DE3045761A1
Application number: DE19803045761
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Yokohama Kanagawa Hosoya; Kazuhide Yokohama Kanagawa Nakaoka; Akihiko Isehara Kanagawa Nishimoto
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1979-12-14
Filing date: 1980-12-04
Publication date: 1981-06-25
Also published as: GB2070056B; DE3045761C2; BE886429A; IT8026376A0; JPS5684443A; FR2472021B1; IT1134555B; CA1128841A; US4336080A; GB2070056A; JPS646262B2; FR2472021A1

Description

Nippon Kokan Kabushiki Kaisha AP-101 (WGN)

Tokio, Japan

Verfahren zur Herstellung eines hochfesten kaltgewalzten Stahlbands mit ausgezeichneter Preßformbarkeit

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten kaltgewalzten Stahlbands mit ausgezeichneter Preßformbarkeit und mit einer Zugfestigkeit von 35 - 50 kg/mm .

In neuerer Zeit wird eine Gewichtsminderung bei Kraftfahrzeug-Karosserien als Maßnahme zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs angestrebt. Zu diesem Zweck muß in erster Linie die Dicke des kaltgewalzten Stahlblechs, das zu etwa 4-0 % am Karosseriegewicht beteiligt ist, herabgesetzt werden, indem seine Zugfestigkeit erhöht und ihm eine höhere Einbeulfestigkeit (dent resistance) verliehen wird.

Bisher erfolgte die Herstellung eines solchen hochfesten kaltgewalzten Stahlblechs entweder nach einem Verfahren, bei dem ein mit einem Mischkristallelement versetztes kaltgewalztes Stahlband einem Einsatzglühen (batch annealing) unterworfen und (dabei) durch die Wirkung dieses Mischkristallelements verfestigt wird, oder nach einem Verfahren, bei dem ein mit Karbide und Nitride bildenden Elementen versetztes Stahlband einem Einsatzglühen unterworfen und (dabei) durch die Ausfällungen oder Ausseigerungen dieser genannten Elemente verfestigt wird. Ein nach diesen Verfahren hergestelltes Stahlblech ist jedoch wegen der niedrigen Produktionsleistung (Ausstoß) und der hohen Herstellungskosten problematisch.

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Zur Ausschaltung der geschilderten Probleme schlägt die JA-AS 41 983/79 (11.12.1979) ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten kaltgewalzten Stahlblechs mit ausgezeichneten Schnellalterungseigenschaften durch Durchlaufglühofenbehandlung vor, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Stahl mit 0,04 - 0,12 Gew.-^ Kohlenstoff und 0,10 - 1,60 Gew.->£ Mangan hergestellt wird, der Stahl sodann mit einer VaIζenendtemperatur von mindestens 800⁰C und einer Wickeltemperatur von bis zu 700⁰C warmgewalzt wird, dieses Stahlband dann nach dem Beizen kaltgewalzt, anschließend kontinuierlich auf eine Temperatur von 700 - 900⁰C erwärmt und hierauf abgeschreckt wird, worauf das Stahlband erneut auf 150 - 400⁰C erwärmt, während einer vorbestimmten Zeitspanne auf dieser Temperatur gehalten und schließlich auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

ITach diesem Verfahren kann hochfestes Stahlblech bei hoher Produktionsleistung mit niedrigen Herstellungskosten hergestellt werden. Das nach diesem Verfahren erhaltene Stahlblech mit einer hohen Zugfestigkeit von 40 - 80 kg/mm ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß es infolge der hohen Zugfestigkeit eine schlechtere Preßformbarkeit bzw. Verpreßbarkeit besitzt.

Aufgrund dieses Nachteils ist die Verwendung eines solchen hochfesten kaltgewalzten Stahlblechs für Kraftfahrzeug-Karosserien auf Bauteile, die eine besonders hohe Festigkeit erfordern, wie Stoßfänger und Schutzleisten, sowie auf Innenteiie der Karosserie beschränkt, bei denen sich die beim Formvorgang entstehenden Spannungen nicht nachteilig auswirken. Für die Außenblechteile von Kraftfahrzeugen, für welche das meiste kaltgewalzte Stahlblech verbraucht wird, wird derzeit ein gewöhnliches unlegiertes, kaltgewalztes Tiefziehstahlblech verwendet, weil es ungeachtet des Vor-

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teils der höheren Zugfestigkeit derzeit nicht möglich ist, ein hochfestes kaltgewalztes Stahlblech herzustellen, das sowohl ausgezeichnete Zugfestigkeit als auch ausgezeichnete Einbeulfestigkeit besitzt.

Ein hochfestes kaltgewalztes Stahlblech für Kraftfahrzeug-Außenflächen sollte vorzugsweise eine Zugfestigkeit von 35 - 50 kg/mm besitzen. Ein einsatzgeglühtes, aluminiumberuhigtes, kaltgewalztes Stahlblech mit vorgeschriebenem Phosphorgehalt besitzt die angegebene Zugfestigkeit und gleichzeitig eine unbeeinträchtigte Formbarkeit bzw. Verformbarkeit. Ein solches Stahlblech wird unter Ausnutzung der Wirkung des Phosphorgehalts bezüglich der Erzielung einer höheren Zugfestigkeit ohne Beeinträchtigung der Ziehfähigkeit hergestellt. Zur Gewinnung eines solchen Stahlblechs mit einer Zugfestigkeit von 4-0 kg/mm muß der Phosphorgehalt z.B. mindestens 0,07 - 0,10 Gew.-% betragen; die Lösung des Phosphors in Mischkristallform im Ferrit ergibt eine Streckgrenze von 28 - 30 kg/mm .

Beim vorstehend beschriebenen Stahlblech entsteht während des Lackeinbrennens nahezu keine Einbrennhärtung (bakehardening). Die Einbeulfestigkeit dieses Stahlblechs beruht daher ausschließlich auf seiner Streckgrenze. Außerdem führt beim Preßformen dieses Stahlblechs die durch Phosphorzusatz erhöhte Streckgrenze zu einer Zunahme des Surückfederns und mithin zu einer Verschlechterung des Formhalteyermögens (shape-freezability). Da dieses Stahlblech weiterhin unter Anwendung eines Einsatzglühens hergestellt wird, ist es mit dem Nachteil niedriger Produktionsleistung und erhöhter Herstellungskosten behaftet.

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Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines Verfahrens zur mit hoher Produktionsleistung (Ausstoß) und niedrigen Kosten erfolgenden Herstellung eines hochfesten kaltgewalzten Stahlbands mit zufriedenstellendem Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung (elongation) sowie mit ausgezeichneter Preßformbarkeit und Einbeulfestigkeit und mit einer Zugfestigkeit von 35 - 50 kg/mm .

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines hochfesten kaltgewalzten Stahlbands mit ausgezeichneter Preßformbarkeit erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst eine Bramme aus aluminiumberuhigtem Stahl hergestellt wird, der im wesentlichen folgende Bestandteile enthält (in Gew.-%):

Kohlenstoff 0,02 - 0,06 %

Mangan 0,06 - 0,25 %

Phosphor 0,01 - 0,06 %

Lösungsaluminium 0,020 - 0,060 %

Stickstoff bis zu 0,005 % und

Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen,

daß die Bramme zu einem warmgewalzten Stahlband warmgewalzt wird und das Stahlband bei einer Temperatur von 650 - 770⁰G aufgewickelt wird, daß das warmgewalzte Stahlband anschließend zu einem kaltgewalzten Stahlband kaltgewalzt wird, daß letzteres sodann während einer vorbestimmten Zeitspanne einer Durchlauf (ofen)glühbehandlung bei einer Temperatur von 750 - 880⁰C unterworfen wird, daß das kaltgewalzte Stahlband nach dem Durchlaufglühen mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mindestens

exp [-5,6(C Gew.-%,^ + Mn Gew.->o/6 + Si Gew.-%/24)+7,8 } °C/s von bzw. aus einem Temperaturbereich von Ar^ bis Ar^ + 60⁰C abgekühlt und sein Gefüge dabei in ein Doppelphasengefüge aus Ferrit und einer Wiedertemperaturumwandlungsphase

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umgewandelt wird und daß schließlich das Stahlband mit diesem Doppelphasengefüge während einer vorbestimmten Zeitspanne einer Über alterungsbehandlung bei einer Temperatur von 260 - 360⁰G unterworfen wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Lankford-Werts (r) eines Stahlblechs als Funktion seines Mangangehalts,

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Lankford-Werts (r) eines Stahlblechs als Funktion der Wickeltemperatur beim Warmwalzen,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Lankford-Werts (r) und der Streckgrenze eines Stahlblechs als Funktion der Glühtemperatur eines kaltgewalzten Stahlbands,

Fig. 4- eine graphische Darstellung der Abkühlgeschwindigkeit eines Stahlbands nach dem Durchlauf(ofen)glühen zur Umwandlung des Gefüges des erhaltenen Stahlblechs in ein Doppelphasengefüge aus Ferrit und einer ETiedertemperatur-Umwandlungsphase und

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Größe der Einbrennhärtung des Lacks, der Dehnung und der Eigenreibung (internal friction) eines Stahlblechs als Funktion der Überalterungstemperatur des Stahlbands.

Mit dem Ziel der Lösung der eingangs geschilderten Probleme wurden erfindungsgemäß Untersuchungen bezüglich eines Verfahrens zur mit niedrigen Kosten und hohem Ausstoß mittels

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Durchlauf(ofen)glühens erfolgenden Herstellung eines Stahlblechs durchgeführt, das eine Formbarkeit und eine Zugfestigkeit besitzt, welche denen beim vorher genannten einsatzgeglühten, P-haltigen, Al-beruhigten, kaltgewalzten Stahlblech vergleichbar sind, das dabei aber eine geringere Rückfederung (spring-back) beim Formvorgang zeigt und eine ausgezeichnete Einbeulfestigkeit besitzt. Bei diesen Untersuchungen wurde mit dem Ziel, dem mittels eines Durchlaufglühens hergestellten, hochfesten kaltgewalzten Stahlblech ausgezeichnete Formbarkeit und Einbeulfestigkeit, die für Karosserie-Außenteile eines Kraftfahrzeugs wesentlich sind, zu verleihen, den folgenden Punkten besondere Aufmerksamkeit gewidment:

1. Verbesserung der Formbarkeit:

(a) Verringerung der Streckgrenze eines Stahlblechs auf bis 2SU 30 kg/mm zur Herabsetzung der Rückfederung
nach dem Preßformen;

(b) Erhöhung der Dehnung des Stahlblechs auf mindestens 55 ⁰M

(c) Erhöhung des Lankford-Werts (r) des Stahlblechs auf mindestens 1,4- zur Verbesserung seiner Tiefziehbarkeit;

(d) Gewährleistung verzögerter bzw. verbesserter Alterungseigenschaften des Stahlblechs.

2. Verbesserung der Einbeulfestigkeit:

(a) Erhöhung der Teilstreckgrenze (increment of yield
strength) bzw. der Streckgrenzenstufe des preßgeformten Gegenstands bei der Lackeinbrennbehandlung, d.h. der Größe der Einbrennhärtung auf mindestens
5 kg/mm .

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Weiter untersucht wurden Maßnahmen, um die vorstehend angegebenen Eigenschaften einem mittels Durchlaufglühung hergestellten, hochfesten kaltgewalzten Stahlband zu erteilen. Dabei wurde folgendes festgestellt:

1. Maßnahmen zur Verringerung der Streckgrenze und Erhöhung der Dehnung:

Streckgrenze und Dehnung werden hauptsächlich durch den Anteil der Mischkristallelemente im Ferrit bestimmt. Ein Stahlblech mit niedriger Streckgrenze und hoher Dehnung wird somit dann erhalten, wenn mittels der nachstehend beschriebenen Maßnahmen die Einlagerungs-Mischkristallelemente und die Zwischengitter-Mischkristallelemente im Ferrit reduziert werden:

(a) Verwendung einer Stahlsorte mit einem geringeren Anteil an Mischkristallelementen,

(b) Beschleunigung des Wachstums des Kristallkorns; und

(c) Anwendung einer Überalterungsbehandlung zur Ermöglichung einer ausreichend großen Ausfällung oder Ausseigerung des Mischkristallkohlenstoffs im Ferrit.

2. Maßnahmen zur Erhöhung des Lankford-Werts:

Mit den im folgenden beschriebenen Maßnahmen ist es möglich, auch bei schnellem Erwärmen und Glühen, wie Durchlauf(ofen)-glühen, ein Stahlblech mit hohem Lankford-Wert herzustellen:

(a) Herabsetzung des Gehalts an Einlagerungs-Mischkristallelementen, insbesondere an Mangan, zur Bildung eines rekristallisierten Gefüges mit zweckmäßiger Kristallkorngröße ;

(b) Aufwickeln des Stahlbands bei hoher Temperatur nach dem Warmwalzen, um Stickstoff und Kohlenstoff, in Form einer festen Lösung im Ferrit gelöst, in einer Phase vor dem

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Durchlaufglühen in Form von Aluminiumnitrid und grobem Karbid ausseigern zu lassen; und

(c) Aufwickeln des Stahlbands bei hoher Temperatur nach dem Warmwalzen und Durchlaufglühen desselben bei hoher Temperatur, um das Wachstum eines rekristallisierten Gefüges ausreichend zu beschleunigen.

5. Maßnahmen zur Erzielung verzögerter Alterungseigenschaften:

Reduzierung des Gehalts an Mischkristall-Kohlenstoff und -Stickstoff im Ferrit und Umsetzung des Gefüges des Stahlblechs in ein Doppelphasengefüge aus Ferrit und einer Medertemperatur-ümwandlungsphase zur Verhinderung des Auftretens von Fließ- oder Bruchdehnung mit der Alterung.

4·. Maßnahmen zur Erhöhung der Größe der Einbrennhärtung:

Die Verbesserung der Streckgrenze eines preßgeformten Gegenstands bei einer Lackeinbrennbehandlung desselben, d.h. die Größe der Einbrennhärtung, wird unmittelbar durch die Menge an Mischkristall-Kohlenstoff und -Stickstoff bestimmt. Zur Verstärkung dieser Verbesserung ist es daher nötig, den Mischkristall-Kohlenstoff und -Stickstoff in geeigneter Menge im Ferrit zu belassen, wenn auch bis zu einem gewissen Grad auf Kosten der erwähnten Dehnung und verzögerten Alterungseigenschaften.

Die Erfindung beruht nun auf den eben erläuterten Erkenntnissen.

Im folgenden sind die Gründe dafür angegeben, weshalb erfindungsgemäß die Stahlsorte und die chemische Zusammensetzung auf die in den Ansprüchen angegebenen Werte beschränkt sind.

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A) Aluminiumberuhigter Stahl:

Die zu verwendende Stahlsorte ist auf aluminiumberuhigten Stahl beschränkt, um eine durch Stickstoff hervorgerufene Alterung aufgrund der Festlegung oder Verfestigung von Stickstoff im Stahl in Form von Aluminiumnitrid zu hemmen und Mischkristall-Stickstoff daran zu hindern, beim Durchlaufglühvorgang die gleichmäßige Bildung von Rekristallisationskernen zu beeinträchtigen.

B) Kohlenstoff:

Kohlenstoff wird im Ferrit gelöst, wobei Kohlenstoff die Festigkeit erhöht und die Härtbarkeit des Stahls verbessert. Es ist somit möglich, ein Stahlblech dadurch zu verfestigen, daß das Stahlband nach dem Durchlaufglühen abgeschreckt und das Gefüge in ein Doppelphasengefüge umgesetzt wird. Bei einem Kohlenstoffgehalt von unter 0,02 Gew.-% läßt sich die angestrebte, vorteilhafte Wirkung jedoch nicht erzielen. Bei einem Kohlenstoffgehalt von über 0,06 Gew*# erhöht sich andererseits die Streckgrenze des Stahlblechs über die obere Zielgrenze von 30 kg/mm" hinaus unter Verringerung des Dehnungswerts, wobei sich nur eine ungenügende Bildung des rekristallisierten Gefüges mit zweckmäßiger, die Tiefziehbarkeit günstig beeinflussender Korngröße zeigt. Der Kohlenstoffgehalt sollte daher im Bereich von 0,02 bis 0,06 Gew.-% liegen.

0) Mangan:

Mangan bewirkt, ähnlich wie Kohlenstoff, eine Verfestigung des Stahlblechs beim Abschrecken eines Stahlbands nach dem Durchlaufglühen durch Umwandlung des Gefüges in ein Doppelphasengefüge. Die angestrebte Wirkung ist jedoch mit einem Mangangehalt von unter 0,06 Gew.-% nicht zu erzielen. Bei

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einem Mangangehalt von über 0,25 Gew.-% erhöht sich andererseits die Streckgrenze des Stahlblechs über die angestrebte obere Grenze von 30 kg/mm bei gleichzeitiger Abnahme des Dehnungswerts, wobei ein für die Tiefziehbarkeit günstiges rekristallisiertes Gefüge mit zweckmäßiger Korngröße nur in ungenügendem Maße entsteht. Mangan hat insbesondere einen wesentlichen Einfluß auf den Lankford-Wert (r) des Stahlblechs. Fig. 1 veranschaulicht in graphischer Darstellung den Lankford-Wert (r) für Stahlbleche mit verschiedenen Mangangehalten, die unter den folgenden Bedingungen hergestellt worden sind:

Kohlenstoffgehalt : 0,0? Gew.-';ö Mangangehalt : verschiedene Werte

im Bereich von 0,05 bis 0,30 Gew.-#

Wickeltemperatur des Stahlbands nach dem Warmwalzen:

75O⁰C

Durchlaufglühbedingungen : 90 Sekunden lang bei

einer Temperatur von 850⁰C

Überalterungsbedingungen : 3 Minuten lang bei

einer Temperatur von 35O⁰C

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, fallt der Lankford-Wert (r) bei einem Mangangehalt von über 0,25 Gew.-% beträchtlich unter die untere angestrebte Grenze von 1,4- ab. Der Mangangehalt sollte daher im Bereich von 0,06 bis 0,25 Gew.-'/i liegen.

D) Phosphor:

Phosphor bewirkt eine Erhöhung der Festigkeit des Stahlblechs ohne Beeinträchtigung der Formbarkeit, insbesondere Tiefziehbarkeit. Mit einem Phosphorgehalt von unter 0,01 Gew.-% läßt

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— I j> —

sich diese Wirkung jedoch nicht erreichen. Bei einem Phosphorgehalt von über 0,06 Gew.-^ steigt andererseits die Streckgrenze des Stahlblechs über die obere Ziel~ grenze von 30 kg/mm hinaus an. Der Phosphorgehalt sollte daher im Bereich von 0,01 bis 0,06 Gew.-^ liegen.

E) Lösungsaluminium:

Lösungsaluminium bewirkt eine Ausfällung oder Ausseigeruag von Stickstoff im Stahl in Form von Aluminiumnitrid. Hierzu ist jedoch ein Mindestgehalt an Lösungsaluminium von 0,020 Gew.-% erforderlich. Bei einem Gehalt von über 0,060 Gew.-?o führen andererseits Aluminiumoxideinschlüsse zu Oberflächenfehlern im Stahlblech. Der Gehalt an Lösungsaluminium sollte daher im Bereich von 0,020 bis 0,060 Geu.-'/o liegen.

F) Stickstoff:

Stickstoff seigert aufgrund einer Umsetzung mit dem genannten Lösungsaluminium in Form von Aluminiumnitrid aus. Bei einem Stickstoffgehalt von mehr als 0,005 Gew.-><; muß jedoch eine große Aluminiummenge zugesetzt werden, bei welcher aufgrund von Aluminiumoxideinschlüssen Oberflächenfehler am Stahlblech auftreten. Der Stickstoffgehalt sollte daher höchstens 0,005 Gew.-% betragen.

G) Silizium:

Silizium, das die Festigkeit eines Stahlblechs mit der vorstehend beschriebenen chemischen Zusammensetzung weiter verbessert, wird nach Bedarf zugesetzt. Bei einem Siliziumgehalt von über 0,20 Gew.-% verringert sich jedoch der Lankfcrd-Wert (r) des Stahlblechs. Der Siliziumgehalt sollte daher

nicht mehr als' Gew.-% betragen.

% eag _t /

' dc jJy

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Im folgenden sind die Gründe für die vorstehend angegebene Begrenzung der Wiekeltemperatur des warmgewalzten Stahlbands und die Wärmebehandlungsbedingungen für das kaltgewalzte Stahlband erläutert.

A) Wickeltemperatur:

Für die Bildung eines relcristallisierten Gefüges zur Erhöhung des Lankford-Werts (r) des Stahlblechs ist es nötig, eine Ausfällung oder Ausseigerung von Stickstoff im Stahl in Form von Aluminiumnitrid hervorzurufen und das Ausmaß des Wiederschmelzens von Karbiden bei der Erwärmung beim Durchlaufglühen zu reduzieren. Dies erfordert ein Aufwickeln des Stahlbands bei hoher Temperatur nach dem Warmwalzen.

Fig. 2 zeigt in graphischer Darstellung den Lankford-Wert (f) als Funktion der im folgenden angegebenen Bedingungen, insbesondere der Wickeltemperatur des Stahlbands:

Kohlenstoffgehalt: 0,03 Gew.-^

Hangangehalt: 0,07 Gew.-% (weiße Kreise

in der graphischen Darstellung)

0,10 Gew.-/ü (Dreiecke in Fig. 2)

0,16 Gew.-% (schwarze Punkte in Fig. 2)

Wickeltemperatur des Stahlbands

nach dem Warmwalzen: verschiedene Werte im

Bereich von 500-800⁰C

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Durchlaufglühbedingungen: 90 Sekunden bei 85O⁰C Überalterungsbedingungen: 3 Minuten bei 35O⁰O.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, erreicht bei einer Wickeltemperatur des Stahlbands von unter 65O⁰C der Lankford-Wert (f) in manchen Fällen nicht den Sollwert von 1,4. Bei einer Wiekeltemperatur von über 77O⁰C tritt leicht ein grobes Korn auf, und auf dem Stahlband entsteht viel Zunder bzw. Schlacke, wodurch die Beizeigenschaften des Stahlbands beeinträchtigt werden. Die Wickeltemperatur nach dem Warmwalzen sollte daher im Bereich von 650 bis 770⁰C liegen.

B) Durchlaufglühbedingungen:

Wenn ein kaltgewalztes Stahlband in einem Durchlaufofen geglüht wird, ist es nötig, die Bildung eines rekristallisierten Gefüges mit zweckmäßiger Korngröße zu begünstigen, die Streckgrenze zu verringern und damit optimale Bedingungen für die Verbesserung der Dehnung und der Tiefziehbarkeit sicherzustellen. Die graphische Darstellung von Fig. 3 gibt den Lankford-Wert (r) und die Streckgrenze eines Stahlblechs an, das unter Änderung der im folgenden angegebenen Bedingungen, insbesondere der Glühtemperatur, hergestellt worden ist:

' Kohlenstoffgehalt: 0,03 Gew.-%

Mangangehalt: 0,07 Gew.-% (weiße Kreise

in Fig. 3)

0,10 Gew.-% (Dreiecke in

Fig. 3)

0,16 Gew.-% (schwarze Punkte in Fig. 3)

Wickeltemperatur des

Stahlbands nach dem

Warmwalzen: 750 C

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Durchlaufgiühbedingungen:

Temperatur: ' verschiedene Verte im Bereich

von 600 bis 100O⁰C Dauer: 90 Sekunden

Überalterungsbedingungen: 3 Minuten lang bei 35O⁰C.

In Fig. 3 stehen die ausgezogene Linie für den Lankford-Wert (r) und die gestrichelte Linie für die Streckgrenze. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, benötigt bei einer Glühtemperatur von 75O°C ein ausreichendes Wachstum des Ferritkerns viel Zeit, während beim Durchlaufglühen während einer kurzen Zeitspanne von 90 Sekunden ein hoher Lankford-Wert (f) von mindestens 1,4· nicht erzielt werden kann. Bei einer Glühtemperatur von über 880⁰C nähert sich andererseits die Temperatur dem Hormalisiertemperaturpegel an, so daß kein rekristallisiertes Gefüge mit zweckmäßiger Korngröße erhalten werden kann, der Lankford-Wert (r) plötzlich abfällt und sich die Herstellungskosten erhöhen. Außerdem zeigt bei einer Glühtemperatur von unter 75O⁰C oder über 88O⁰C die Streckgrenze eine unerwünschte ansteigende Tendenz. Die Glühtemperatur sollte daher im Bereich von 750 bis 880⁰C liegen.

Zur Gewährleistung eines einwandfreien oder zweckmäßigen Ferritkernwachstums muß eine Glühdauer von mindestens J>0 Sekunden vorgesehen werden. Eine Glühdauer von über ' 5 Hinuten läßt andererseits keinen wesentlichen Einfluß auf die Stahlgüte erkennen, vielmehr bedingt sie lediglich eine Ausrüstung bzw. Anlage größeren Ausmaßes. Die Glühdauer sollte daher vorzugsweise im Bereich von 30 Sekunden bis 5 Minuten liegen.

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C) Kühlbedingungen:

Das Abkühlen des Stahlbands nach dem Durchlaufglühen erfordert Bedingungen, unter denen sich im Ferrit eine ausreichend große Kohlenstoffmenge löst, um die Streckgrenze des preßgeformten Gegenstands beim Lackeinbrennen zu verbessern und das Gefüge in ein Doppelphasengefüge aus Ferrit und einer ETiedertemperaturumwandlungsphase umzuwandeln. Die Umwandlung des Stahlgefüges in ein solches Doppelphasengefüge erfolgt mit dem Ziel, die Festigkeit des Stahlblechs zu erhöhen und das Auftreten einer auf die Alterung zurückzuführenden Bruchdehnung zu hemmen und dadurch dem Stahlblech verzögerte Alterungseigenschaften zu erteilen.

Fig. 4- zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffäquivalent und der Kühlgeschwindigkeit, wobei auf der Abszisse das Kohlenstoffäquivalent (C Gew.-^+ Mn Gew.-%/6 + Si Gew.-%/24) und auf der Ordinate die Kühlgeschwindigkeit (°C/s) aufgetragen sind. Der Ausdruck C Gew.-%^ im Kohlenstoff äquivalent bedeutet die liohlenstoffkonzentration im Austenit der zweiten Phase im Temperaturbereich von Ar^ bis Ar^ + 60⁰C, was die Abschreck-Anfangstemperatur des Stahlbands bedeutet, bei welcher das genannte Doppelphasengefüge erzielt wird. Diese Kohlenstoffkonzentration wird angenähert durch {"/.831 - Abschreck-Anfangstemperatur (⁰C)J /135/% bestimmt.

Die Kurve gemäß Fig. 4- stellt die untere kritische KühlgeschKxndigkeit dar, welche die untere Grenze für die Kühlgeschwindigkeit zur Umwandlung des Stahlgefüges in das genannte Doppelphasengefüge bestimmt. Um dem Stahlblech Einbrennhärtbarkeit zu verleihen, reicht es aus, das Stahlband nach dem Durchlaufglühen mit einer Geschwindigkeit von mindestens 20°C/s abzukühlen, während es zur Umwandlung des

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Stahlgefüges in das genannte Doppelphasengefüge erforderlich ist, das Stahlband mit einer Geschwindigkeit abzukühlen, die zumindest der Kurve in Fig. 4 (innerhalb des
schraffierten Bereichs) entspricht. Die untere kritische Kühlgeschwindigkeit gemäß der Kurve von Fig. 4· läßt sich durch folgende Formel ausdrucken:

exp (-5,6(0 Gew.-%y + Mn Gew.-%/6 + Si Gew.-#/24) + 7,8j°C/s.

Im genannten Doppelphasengefüge aus Ferrit und Niedrigtemperaturumwandlung spha se sollte das Volumenverhältnis der letzteren vorzugsweise bis zu 10 % des gesamten - Gefüge s ausmachen. Ein derartiges Volumenverhältnis von
über 10 % ist wegen der Erhöhung der Streckgrenze und
der Abnahme der Dehnung nicht wünschenswert. Die obere Grenze der Abschreck-Anfangstemperatur wird auf Ar^ + 60⁰G festgelegt, um das genannte Volumenverhältnis auf bis zu 10 /ö zu begrenzen. Das Stahlband sollte nach dem Durchlaufglühen daher mit einer Kühlgeschwindigkeit abgeschreckt werden, die zumindest folgender Formel entspricht:

exp {-5,6(0 Gew.-?Y + Mn Gew.-#/6 + Si Gew.-#/24) + 7,8/°C/s innerhalb des Temperaturbereichs von Ar^ bis Ar,* + 60⁰C.

D) Uberalterungsbedingungen:

Bei Anwendung einer Uberalterungsbehandlung auf ein Stahlband nach dem Durchlaufglühen müssen solche Bedingungen vorgesehen werden, daß die Abnahme der Dehnung und der Anstieg der Streckgrenze verringert werden, die durch den beim Abkühlen nach dem Glühen bis zur Sättigung im Ferrit gelösten Mischkristall-Kohlenstoff hervorgerufen werden, und im Ferrit den Mischkristall-Kohlenstoff zu belassen, der zu einer Erhöhung der Streckgrenze des Formkörpers

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beim Lackeinbrennen beiträgt. Pig. 5 zeigt in graphischer Darstellung das Inkrement der Streckgrenze beim Lackeinbrennen, d.h. die Größe der Einbrennhärtung, die Dehnung" und die Größe des MischkriStallkohlenstoffgehalts nach dem Glühen, gemessen anhand der Eigenreibung (internal friction), d.h. die Größe der Eigenreibung für den Fall, daß eine 3 Minuten lange Überalterungsbehandlung bei Änderung der Überalterungstemperatur im Bereich von 200 bis 4-00⁰C an Stahlblechen durchgeführt wird, die unter solchen Bedingungen hergestellt worden sind, daß der Kohlenstoffgehalt, der Mangangehalt, die Vickeltemperatur nach dem Warmwalzen, die Durchlaufglühbedingungen und die Kühlbedingungen nach dem Durchlaufglühen innerhalb der vorher angegebenen erfindungsgemäßen Bereiche liegen. Die Größe der Einbrennhärtung ist als das Härtungsausmaß definiert, das unter üblichen Lackeinbrennbedingungen (Temperatur von 100 bis 20O⁰C und Dauer von 10 bis 20 Minuten) nach dem Lackieren eines Formkörpers auftritt.

In Fig. 5 geben die ausgezogene Linie die Größe der Einbrennhärtung, die gestrichelte Linie den Dehnungswert und die strichpunktierte Linie den Eigenreibungswert an. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist eine Überalterungstemperatur von unter 260⁰C nicht wünschenswert, weil die dabei resultierende, ungenügende Ausseigerung von Mischkristallkohlenstoff zu einer niedrigen Größe der Längung von bis zu 35 '/» füürt, und zwar ungeachtet des großen Ausmaßes der Einbrennhärtung, während die Eigenreibung mit mehr als 5 x 10 sehr hoch ist. Bei einer Überalterungstemperatur von über 360⁰C seigert andererseits der Mischkristallkohlenstoff im Ferrit nahezu vollständig aus, wodurch zufriedenstellende Dehnung gewährleistet wird, während die Größe der Einbrennhärtung mit unter 5 kg/mm sehr niedrig liegt. Die Überalterungstemperatur, bei der gleichzeitig eine Größe der Einbrennhärtung von mindestens 5 kg/mm, eine Dehnung von minde-

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stens 35 % und eine Eigenreibung von bis zu 5 x 10 erzielt werden, sollte daher im Bereich von 260 bis 360⁰O liegen. Die Zeitdauer für die effektive Durchführung der Überalterungsbehandlung innerhalb des angegebenen Temperaturbereichs sollte vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 Minuten liegen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert.

BEISPIEL·

Nach einem üblichen Stahlherstellungsverfahren wurden sechs Stähle A bis F gemäß der Erfindung und zwei Bezugsstähle G und H auf der Grundlage des herkömmlichen einsatzgeglühten, P-haltigen, Al-beruhigten Stahls mit Jeweils den in Tabelle 1 angegebenen chemischen Zusammensetzungen hergestellt. Die erfindungsgemäßen Stähle A bis D sowie die Bezugsstähle G und H wurden unmittelbar nach der Stahlherstellung zu Blöcken gegossen. Die erfindungsgemäßen Stähle E und F wurden nach der Stahlherstellung einer leichten Entgasungsbehandlung unterworfen, um den Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt herabzusetzen, und sodann zu Blöcken gegossen. Obgleich diese Stähle auch im Strangguß verarbeitet werden können, wurden sie zu Blöcken gegossen.

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Tabelle 1

(Gew.i-%)

COt O O

CQ

.Stahl-, sorte	Symbol	C	Si	Mn"	P	S	Lösungs- At	N
Erfindungsgemäßer Stahl	A	0,060	Spuren	0_f15	0,030	0,010	0,044	0,0040
Bezugs- " stahl	B	0,048	0,020	0,15	0,030	0,022	0,038	0,0039
C	0,040	0_;014	0,16	0,010	0,015	0,046	0,0048
D	0,037	Spuren	0,18	0,018	0,020	0,030	0,0050
E	0,030	Spuren	0,10	0,050	0,012	0,040	0,0021
F	0,020	Spuren	0,14	0,020	0,008	0,029	0,0018
G	0,045	0,20	0,25	0,078	0_r007	0,038	0,0040
H	0,055	0,27	0,28	0,086	0,005	0,040	0,0038

K) I

CD

Die so gegossenen Blöcke wurden in einem Brammen-Walzwerk zu Brammen mit einer Dicke von 120 bis 200 mm ausgewalzt. Nach einer Erwärmung auf 125O⁰G wurden diese Brammen sodann in einem Vorwalzwerk und einem Fertigwalzwerk zu Stahlbändern mit einer Dicke von 2,8 mm ausgewalzt und zu Coils gewickelt. Die erfindungsgemäßen Stähle A bis F wurden mit einer Wickeltemperatur von 700⁰G, die Bezugsstähle G und II bei einer Temperatur von 55O⁰C aufgewickelt. Nach einer Beizbehandlung wurden diese Stahlbänder sodann in einem Kaltwalzwerk zu Stahlbändern mit einer Dicke von 0,7 nim ausgewalzt.

Diese kaltgewalzten Stahlbänder wurden hierauf wie folgt geglüht:

(A) Erfindungsgemäße Stähle A bis F:

Das kaltgewalzte Stahlband wurde in einem Durchlaufglühofen auf 850⁰C erwärmt und 90 Sekunden lang auf dieser Temperatur belassen. Anschließend wurde das Stahlband mittels eines Gasstrahls auf 750 C abgekühlt und unmittelbar nach der Abkühlung in einem Kühlbehälter in einen Wasserstrahl eingetaucht und dabei mit einer Geschwindigkeit von etwa 2000°C/s abgeschreckt. Zur Überalterungsbehandlung wurde dac so abgeschreckte Stahlband auf 300⁰C erwärmt und Z' Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten.

(B) Bezugsstähle G und H:

' Das Stahlband wurde in einem Kastenglühofen mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von -100°C/h auf 700⁰C erwärmt, 3 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten und sodann im Ofen abgekühlt.

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Die dieser Wärmebehandlung unterworfenen Stähle wurden sodann einem Dressierwalzen mit einer Längung von 1 ',·> unterworfen. In Tabelle 2 finden sich die Werte bzw. Größen von Zugfestigkeitsversuchen sowie die Lankford-Werte der Stähle nach dem Dressieren. Wie aus Tnbelle hervorgeht, besaßen die erfindungsgemäßen Stähle Sugfestigkeits- und Eehnungswerte, die praktisch mit denen der Bezugsstähle übereinstimmen. Die erfindungsremäßen Stähle besitzen gedoch eine wesentlich geringere Streckgrenze und eine bessere Preßverformbarkeit als die Bezugsstähle. Darüber hinaus entsprechen die Lankford-V/erte der erfindungsgemäßen Stähle weitgehend denen der Bezugsstähle bei ausgezeichneter Tiefziehbarkeit.

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Tabelle

Ca}

Ca) 00

Stahlsorte	Symbol	Zugfestigkeitsversuchswert	Fließ- :>zw.BrucI~ · dehnung (%)	Zug festigkeit (kg/nun^)	Dehnung (%)	n- Wert	Lankford -Wert	¹L	1,16	^rc	r
Erfindungsgemäßer Stahl	A	Streck grenze (kg/mm^)	0	47_;8	36,9	0,194	1,38	1,32	1,81	1,43
Bezugs stahl	B	3OjO	0	42,5	38,2	0,201	1,50	1,36	1,80	1,49
C	26,7	0	38,4	41,0	0,211	1,59	1,39	1,77	1,52
D	24,5	0	37,7	41,1	0,207	l_;70	1,41	1,86	1,59
E	22j8	0	39,2	40,6	0,213	1,62	1,41	1,88	1,58
F	24_f 8	0	35,8	45,3	0,228	1,79	1,40	1,98	1,65
G	21_;9	0	39,7	41,3	0,191	1,80	1,36	2,08	1,67
H	29,5	0	40_;5	38_;6	0,190	1,76	1,90	l_r60
30,6

[O

CD cn CD

Anschließend wurden die auf vorstehend beschriebene Weise hergestellten Ütähle bezüglich der mechanischen Eigenschaften beim Freßformen bzw. Vorpressen und beim Lackeinbrennen der formkörper untersucht. Die Untersuchung erfolgte unter Anlegung einer Zugspannung von Γ: jo durch 20 Hinuten lange Erwärmung der ßtähle auf 170 C, um ihre mechanischen Eigenschaften zu ermitteln. Die mechanischen Eigenschaften der Stähle wurden auch nach dem Dressieren mit einer Dehnung oder Längung von 1 ^r/o und anschließende Alterung bei einer Temperatur von 58⁰C während einer Dauer von 8 Tagen untersucht.

Die entsprechenden ^ugfestigkeitsversuchswerte finden sich in folgender Tabelle J.

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Tabelle 3

co-ο

■ν» O CO 00

Stahlsorte	Symbol	Zugfestigkeitsversuchswert bei 2 % Zugspannung und mit Einbrennhärtung	Zug festigkeit 2 (kg/mm )	Deh nung (%)	Inkrement der Streck grenze (kg/mm^)	Zugfestigkeitsversuchswert nach Alterung (38°C, 8 -Tage)-..	Fließ-bzw, Bruchdeh nung (%)	Zug festigkeit (kg/mm²)	Dehnung (%)'	n-Wert
Erfindungsgemäßer Stahl	A	Streck grenze 2 (kg/mm )	48_;5	30,5	11,3	Streck grenze (kg/mm^)	0	47,9	36,0	0_f172
Bezugs stahl	B	41,3	43_;0	32,1	10,4	31,4	0	42,3	37,9	0,180
• c	37,1	38,9	34,6	8,6	26,9	0	38,5	40,2	0,186
D	33,1	38_f2	35,0	9,6	25,1	0	37,5	39,8	0_;176
E	32,4	39,7	34,3	8,8	23,6	0	39,5	40.0 I	0,191
F	33.6	36,2	40,1	8,7	25,5	0	36,0	44,8	0_r198
G	30,6	40,3	35,6	³J³	22,3	0	39,9	40_;8	0,182
H	32,8	41,2	33,5	3,5	29,8	0	40,6	38,3	0,184
34_;1	30,9

cn CD

Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, wird bei den erfindungsgemäßen Stählen die Streckgrenze beim Lackeinbrennen von 5 bis 15 kg/mm verbessert; die Erhöhung der Streckgrenze zeigt im Vergleich zu den Bezugsstählen einen sehr hohen Wert. Bei den erfindungsgemäßen Stählen erhöht sich somit die Streckgrenze auf oder sogar über diejenige bei den Bezugsstählen, wobei außerdem die Zugfestigkeit höher wird. Außerdem ergab sich bei den erfindungsgemäßen Stählen keine Fließ- bzw. Bruchdehnung auch nach 8-tägiger Alterung bei 38⁰C, und diese Stähle besaßen zudem ausgezeichnete verzögerte Alterungseigenschaften.

!lach dem vorstellend beschriebenen Verfahren gemäß der Erfindung kann somit mit hoher Produktionsleistung und niedrigen Kosten ein bruchfestes, kaltgewalztes otahlblech mit einer Zugfestigkeit von 35 bis 50 kg/mm"" hergestellt v;erden, wie sie beispielsweise für den Bau von Kraftfahrzeug-Karosserien gefordert wird. Das erfindungsgenäße Stahlblech besitzt zufriedenstellende Dehnung und zufriedenstellenden Lankford-Wert sowie ausgezeichnete Freßformbarkeit und Einbeulfestigkeit. Die Erfindung bietet also einen großen industriellen Nutzwert.

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. -32-

L e e r s e

it

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines hochfesten kaltgewalzten Stahlbands mit ausgezeichneter Preßformbarkeit, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Bramme aus aluminiumberuhigtem Stahl hergestellt wird, der im wesentlichen folgende Bestandteile enthält (in

Kohlenstoff 0,02 - 0,06 %

Mangan 0,06 - 0 25 %

Phosphor 0,01 - 0,06 '/o

Lösungsaluminium 0,020 - 0,060 %

Stickstoff bis zu 0,005 γό und

Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen,

daß die Bramme zu einem warmgewalzten Stahlband warmgewalzt wird und das Stahlband bei einer Temperatur von 650 - 77O⁰C aufgewickelt wird, daß das warmgewalzte Stahlband anschließend zu einem kaltgewalzten Stahlband kaltgewalzt wird, daß letzteres sodann während

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einer vorbestimmten Zeitspanne einer Durchlauf(ofen)glühbehandlung bei einer Temperatur von 750 - 880⁰C unterworfen wird, daß das kaltgewalzte Stahlband nach dem Durchlaufglühen mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mindestens

exp /-5,6(C Gew.-% _r+ Mn Gew.-%/6 + Si Gew.-%/24)+7,8]°C/s

von bzw. aus einem Temperaturbereich von Ar^ bis Ar,, + 60⁰C abgekühlt und sein Gefüge dabei in ein Doppelphasengefüge aus Ferrit und einer Medertemperaturumwandlungsphase umgewandelt wird und daß schließlich das Stahlband mit diesem Doppelphasengefüge während einer vorbestimmten Zeitspanne einer Über alterungsbehandlung bei einer Temperatur von 260 - 360 C unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchlaufglühen während einer Zeitspanne von 30 s bis 5 min erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

Oberalterungsbehandlung während einer Zeitspanne von 1-10 min erfolgt.

4·. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der überalterungsbehandlung unterworfene Stahlband preßgeformt wird und daß der dabei erhaltene Formkörper bzw. Formteil einer Lackeinbrennbehandlung unterworfen wird, bei welcher sich seine Streckgrenze um einen Wert von 5-15 kg/mm erhöht.

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