DE3045761C2

DE3045761C2 - Verfahren zur Herstellung eines hochfesten kaltgewalzten Stahlbands mit ausgezeichneter Preßformbarkeit

Info

Publication number: DE3045761C2
Application number: DE3045761A
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: 1986-11-13
Also published as: FR2472021B1; JPS5684443A; IT1134555B; GB2070056B; DE3045761A1; BE886429A; CA1128841A; GB2070056A; US4336080A; JPS646262B2; FR2472021A1; IT8026376A0

Description

— bei dem die Bramme zu einem Stahlband warmgewalzt und bei einer Temperatur von 650—770⁰C aufgewickelt wird,

— bei dem das warmgewalzte Stahlband anschließend kaltgewalzt wird,

— bei dem das kaltgewalzte Stahlband einer kontinuierlichen Glühbehandlung für eine vorgeschriebene Zeilspanne bei einer Glühtemperatur von 750° C bis 880° C unterworfen wird und

— bei dem das kontinuierlich geglühte, kaltgewalzte Stahlband einer Abschreckbehandlung mit einer vorgeschriebenen Abkühlungsgeschwindigkeit und einer Überalterungsbehandlung für eine vorgeschriebene Zeitspanne bei einer vorgeschriebenen Temperatur unterworfen wird,

dadurch gekennzeichnet,

— daß das kontinuierliche Glühen während einer Zeitspanne von 30 s bis 5 min erfolgt,

— daß das kontinuierlich geglühte kaltgewalzte Stahlband von der Glühtemperatur bis zu einer Temperatür zwischen An und An + 60° C gekühlt wird, indem ein Gasstrahl auf das Stahlband geblasen wird,

— daß die Abschreckbehandlung mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von wenigstens

exp (-5,6 (C Gew -% y 4 Mn Gew.-%/6 4- Si Gew.-%/24) 4- 7,8} °C/s

aus dem Temperaturber oh zwischen An und An 4- 60° C durchgeführt wird, um das Gefüge des Stahlbandes in ein Zweiphasengefüge mit wenigstens 90 Vol.-% Ferrit und einer Niedertemperaturumwandiungsphase bis zu iö Voi.-^c/b umzuwandein,

— daß die Überalterungsbehandlung bei einer Temperatur von 260° C bis 360° C während einer Zeitspanne von 1 bis 10 min durchgeführt wird und

— daß das Stahlband preßgeformt wird und der dabei erhaltene Formkörper bzw. Formteil einer Lackeinbrennbehandlung unterworfen wird, bei welcher sich seine Streckgrenze um einen Wert von 50 bis 150 N/mm² erhöht.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten kaltgewalzten Stahlbands mit ausge-

f so zeichneter Preßformbarkeit nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

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 40% am Karosseriegewicht beteiligt ist, herabgesetzt werden, indem seine Zugfestigkeit erhöht und ihm eine höhere Einbeulfestigkeit 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 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 und der hohen Herstellungskosten problematisch.

'■;., Zur Ausschaltung der geschilderten Probleme schlägt die JA-AS 41 983/79 ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten kaltgewalzten Stahlblechs mit ausgezeichneten Schnellalterungseigenschaften durch Durch- \ laufglühofenbehandlung vor, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Stahl mit 0,04—0,12 Gew.-% Kohlenstoff

\ 65 und 0,10—1,60 Gew.-% Mangan hergestellt wird, der Stahl sodann mit einer Walzenendtemperatur von minde- * stens 800°C und einer Wickeltemperatur von bis zu 700°C warmgewalzt wird, dieses Stahlband dann nach dem

Beizen kaltgewalzt, anschließend kontinuierlich auf eine Temperatur von 700—900° C 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.

Nach diesem Verfahren kann hochfestes Stahlblech bei hoher Produktionsleistung mit niedrigen Herstellungskosten hergestellt werden. Das nach diesem Verfahren erhaltene Stahlblech mit einer hohen Zugfestigkeit von 400—800 N/mm² ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß es infolge der hohen Zugfestigkeit eine schlechtere Preßformbarkeit 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 Innenteile der Karosserie beschränkt, bei denen sich die beim Formvorgang entstehenden Spannungen nicht nachteilig auswirken. Für die Außenblechteile von Kraftfahrzeugen, für weiche das meiste kaltgewalzte Stahlblech verbraucht wird, wird derzeit ein gewöhnliches unlegiertes, kaltgewalztes Tiefziehstahlblech verwendet weil es ungeachtet des Vorteils der höheren Zugfestigkeit derzeit nicht möglich ist ein hochfestes kaltgewalztes Stahlblech herzustellen, das sowohl eine ausgezeichnete Zugfestigkeit als auch eine hohe Einbeulfestigkek besitzt

Ein hochfestes kaltgewalztes Stahlblech für Kraftfahrzeug-Außenflächen sollte vorzugsweise eine Zugfestigkeit von 350—500 N/mm² besitzen. Ein einsatzgeglühtes, aluminiumberuhigtes, kaltgewalztes Stahlblech mit is vorgeschriebenem Phosphorgehalt besitzt die angegebene Zugfestigkeit und gleichzeitig eine unbeeinträchtigte Formbarkeit 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 400 N/mm² muß der Phosphorgehalt z. B. mindestens 0,07 — 0,10 Gew.-% betragen; die Lösung des Phosphors in Mischkristallform im Ferrit ergibt eine Streckgrenze zo von 280—300 N/mm².

Beim vorstehend beschriebenen Stahlblech entsteht während des Lackeinbrennens nahezu keine Einbrsnnhärtung. Die Einbeulfestigkeit dieses Stah;olechs beruht daher ausschließlich auf seiner Streckgrenze. Außerdem führt beim Preßformen dieses Stahlblechs die durch Phosphorzusatz erhöhte Streckgrenze zu einer Zunahme des Zuriickfederns und mithin zu einer Verschlechterung des Formhaltevermögens. Da dieses Stahlblech weiterhin unter Anwendung eines Einsatzglühens hergestellt wrd, ist es mit dem Nachteil niedriger Produktionsleistung und erhöhter Herstellungskosten behaftet

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist z. B. aus der US-PS 41 45 235 bekannt Bei diesem Verfahren wird eine Abschreckbehandlung unter Bedingungen ausgeführt, die eine Abschreckanlaßtemperatur innerhalb des Temperaturbereiches, der dem Glühtemperaturbereich, also 680—880° C und vorzugsweise 750—850° C gleich ist, und eine Abkühiungsgeschwindigkeit von 5—30°C/s und vorzugsweise von 5—20°C/s umfassen. Der Temperaturbereich für die Überalterungsbehandlung liegt bei dem bekannten Verfahren zwischen 350 und 600° C und vorzugsweise zwischen 400 und 500⁰C. Bei einem gewöhnlichen Verfahren wird eine Überalterungstemperatur von etwa 500° C verwendet, wenn ein übliches kaltgewalztes Stahlband mit hervorragender Preßformbarkeit hergestellt werden soll, wobei eine Ausfällung von Kohlenstoff in fester Lösung in das Ferritgefüge des Stahlbandes berücksichtigt wird. Auch bei dem in der US-PS 41 45 235 beschriebenen Verfahren wird die Überalterungsbehandlung bei einer Temperatur ausgeführt, die innerhalb eines ähnlichen Bereiches wie bei den gewöhnlichen Verfahren liegt

In der DE-OS 30 24 303 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlbandes von hervorragender Preßformbarkeit und erhöhter Festigkeit gegen Einbeulungen beschrieben, wobei eine Reihe von Prozeßschritten einschließücii Warmwalzen, Kaltwalzen und Kastenofenglühen angewandt wird. Daher gleicht das in der Entgegenhaltung 3 beschriebene Verfahren dem Herstellungsverfahren für die Bezugsstahlbänder »G« und »H« im weiter unten folgenden Beispiel.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur mit hoher Produktionsleistung und niedrigen Kosten erfolgenden Herstellung eines hochfesten kaltgewalzten Stahlbands mit zufriedenstellendem Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung sowie mit ausgezeichneter Preßformbarkeit und Einbeulfestigkeit und mit einer Zugfestigkeit von 350 bis 500 N/mm².

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines hochfesten kaltgewalzten Stahlbands mit ausgezeichneter Preßfcrmbarkeit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt so eine Reihe von Prozeßschritten aus kontinuierlichem Glühen, Abschrecken und Überaltern. Der Gehalt an Kohlenstoff in fester Lösung im Stahlbandgefüge wird gesteigert, indem ein Glühtemperaturbereich von 750—880° C verwendet wird, also ein Temperaturbereich, der höher ist als ein entsprechender Temperaturbereich von 600—760°C ^vei dem in der DE-OS 30 24 303 beschriebenen Verfahren, und das Stahlband wird außerdem mit einer höheren Abkühlungsgeschwindigkeit gekühlt als bei diesem beschriebenen Verfahren. Folglich liegt Kohlenstoff in fester Lösung in der Ferritphase des Stahlbandes nach der Abschreckbehandlung in größerer Menge als bei dem bekannten Verfahren vor. Eine Überalterungsbehandlung wirkt auf das Stahlband nach der Abschreckbehandlung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein. Diese Überalterungsbehandlung stei't die Menge an aus der Ferritphase ausgefälltem Kohlenstoff und die Menge des in der Ferritphase zurückbleibenen Kohlenstoffes in fester Lösung ein.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

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

F i g. 2 eine graphische Darstellung des Lankford-Werts (T) eines Stahlblechs als Funktion der Wickeltemperatür beim Warmwalzen,

F i g. 3 eine graphische Darstellung des Lankford-Werts (F) und der Streckgrenze eines Stahlblechs als Funktion der Glühtemperaiar eines kaltgewalzten Stahlbands,

F i g. 4 eine graphische Darstellung der Abkühlgeschwindigkeit eines Stahlbands nach dem Durchlaufglühen zur Umwandlung des Gefüges des erhaltenen Stahlblechs in ein Zweiphasengefüge aus Ferrit und einer Niedertemperatur-Umwandlungsphase und

Fi g. 5 eine graphische Darstellung der Größe der Einbrennhärtung des Lacks, der Dehnung und der Dämpfung eines Stahlblechs als Funktion der Oberalterungstemperatur des Stahlbands.

Bei Untersuchungen an hochfestem kaltgewalztem Stahlblech wurde den folgenden Punkten besondere Aufmerksamkeit gewidmet:

1. Verbesserung der Formbarkeit:

(a) Verringerung der Streckgrenze eines Stahlblechs auf bis zu 300 N/mm² zur Herabsetzung der Rückfederung nach dem Preßformen;

(b) Erhöhung der Dehnung des Stahlbleches auf mindestens 35%;

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

(d) Gewährleistung verbesserter Alterungseigenschaften des Stahlblechs.

2. Verbesserung der Einbeulfestigkeit:

(a) Erhöhung der Streckgrenze des preßgeformten Gegenstands bei der Lackeinbrennbehandlung, d. h.

der Größe der Einbrennhärtung auf mindestens 50 N/mm².

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 hobir 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 Mischkristallelementcn,

(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 Durchlaufglühen, 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 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.

3. Maßnahmen zur Erzielung verzögerter Alterungseigenschaften:

Reduzierucg des Gehalts an Mischkristall-Kohlenstoff und -Stickstoff im Ferrit und Umsetzung des Gorges des Stahlblechs in ein Zweiphasengefüge aus Ferrit und einer Niedertemperatur-Umwandlungsphase 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 Alterungseigenschafien. »

Im folgenden sind die Gründe dafür angegeben, weshalb die Stahlsorte und die chemische Zusammensetzung · auf die im Anspruch angegebenen Werte beschränkt sind.

A) Aluminiumberuhigter Stahl

Die zu verwendende Stahlsorte ist auf aluminiumberuhigten Stahl beschränkt, um eine durch Stickstoff hervorgerufene Alterung aufgrund der Verfestigung von Stickstoff im Stahl in Form von Aluminiumnitrid zu

hemmen und Mischkristall-Stickstoff daran zu hindern, beim Durchlaufglühvorgang die gleichmäßige Bildung von Rekristallisa tionskernen 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 voii 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 ίο Zielgrenze von 300 N/mm² 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.

C) Mangan

Mangan bewirkt, ähnlich wie Kohlenstoff, eine Verfestigung des Stahlblechs beim Abschrecken eines Stahlbands nach dem Durchlaufglühen durch Umwandlung des Gefüges in ein Zweiphasengefüge. Die angestrebte Wirkung ist jedoch mit einem Mangangehalt von unter 0,06 Gew.-% nicht zu erzielen. Bei einem Mangangehalt von über 0,25 Gew.-% erhöht sich andererseits die Streckgrenze des Stahlblechs über die angestrebte obere Grenze von 300 N/mm² 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 (F) des Stahlblechs. F i g. 1 veranschaulicht in graphischer Darstellung den Lankford-Wert (?) für Stahlbleche mit verschiedenen Mangangehalten, die unter den folgenden Bedingungen hergestellt worden sind:

Kohlenstoffgehalt: 0,03 Gew.-°/o

Mangangehalt: verschiedene Werte im Bereich von 0,05 bis 0,30 Gew.-%

Wickeltemperatur des Stahlbands

nach dem Warmwalzen: 750°C

Durchlaufglühbedingungen: 90 Sekunden lang bei einer Temperatur von 850° C

Überalterungsbedinungen: 3 Minuten lang bei einer Temperatur von 350°C

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, fällt der Lankford-Wert (T) 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.-% 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 sich diese Wirkung jedoch nicht erreichen. Bei einem Phosphorgehalt von über 0,06 Gew.-% steigt andererseits die Streckgrenze des Stahlblechs über die obere Zielgrenze von 300 N/mm² hinaus an. Der Phosphorgehalt sollte daher im Bereich von 0,01 bis 0,06 Gew.-% liegen.

45 E) Gelöstes Aluminium

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

F) Stickstoff

Stickstoff seigert aufgrund einer Umsetzung mit dem genannten gelösten Aluminium 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 Lankford-Wert (F) des Stahlblechs. Der Siliziumgehalt sollte daher nicht mehr als etwa 0,20 Gew.-°/o betragen.

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

A) Wickeltemperatur

Für die Bildung eines rekristallisierten Gefüges zur Erhöhung des Lankford-Werts (F) 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.

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

ίο Kohlenstoffgehalt: 0,03 Gew.-%

Mangangehalt: 0,07 Gew.-% (weiße Kreise in der graphischen Darstellung)

0,10 Gew.-% (Dreiecke in F i g. 2)
0,16 Gew.-% (schwarze Punkte in F i g. 2)
Wickeltemperatur des Stahlbands

nach dem Warmwalzen: verschiedene Werte im Bereich von 500—800°C

Durchlaufglühbedingungen: 90 Sekunden bei 850°C

Überalterungsbedingungen: 3 Minuten bei 350°C

Wie aus Fig.2 hervorgeht, erreicht bei einer Wickeltemperatur des Stahlbands von unter 650°C der Lankiö ford-Weri (?) in manchen Fatten nicht den Soiiwert von i,4. Bei einer Wickeltemperatur von über 7TÖ"C 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 770°C liegen.

B) Durchlaufglühbedingungen

Wenn ein kaltgewalztes Stahlband in einem Durchlaufofen geglüht wird, ist es nötig, die Bildung eines reki istallisierten 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 F i g. 3 gibt den Lankford-Wert (F) 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 F ig. 3)

0,10 Gew.-% (Dreiecke in F i g. 3)
0,16 Gew.-% (schwarze Punkte in F i g. 3)
Wickekemperatur des Stahlbands
nach dem Warmwalzen: 750° C

Durchlaufglühbedinungen:

Temperatur: verschiedene Werte im Bereich von 600 bis 1000°C

Dauer: 90 Sekunden

Überalterungsbedingungen: 3 Minuten lang bei 350° C

In F i g. 3 stehen die ausgezogene Linie für den Lankford-Wert (F) und die gestrichelte Linie für die Streckgrenze. Wie aus F i g. 3 hervorgeht, benötigt bei einer Glühtemperatur von 750° 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 880° C nähert sich andererseits die Temperatur dem Normalisiertemperaturpegel an, so daß kein rekristallisiertes Gefüge mit zweckmäßiger Korngröße erhalten werden kann, der Lankford-Wert (F) plötzlich abfällt und sich die Herstellungskosten erhöhen. Außerdem zeigt bei einer Glühtemperatur von unter 750° C oder über 880° C die Streckgrenze eine unerwünschte ansteigende Tendenz. Die Glühtemperatur sollte daher im Bereich von 750 \

bis 880° C liegen. I

Zur Gewährleistung eines einwandfreien oder zweckmäßigen Ferritkernwachstums muß eine Glühdauer von jj

mindestens 30 Sekunden vorgesehen werden. Eine Glühdauer von über 5 Minuten läßt andererseits keinen wesentlichen Einfluß auf die Stahlgüte erkennen, vielmehr bedingt sie lediglich eine Anlage größeren Ausmaßes. Die Giühdauer sollte daher vorzugsweise im Bereich von 30 Sekunden bis 5 Minuten liegen.

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 Zweiphasengefüge aus Ferrit und einer Niedertemperaturumwandlungsphase umzuwandeln. Die Umwandlung des Stahlgefüges in ein solches Zweiphasengefüge erfolgt mit dem Ziel, die Festigkeit des Stahlblechs zu erhöhen und das Auftreten einer auf die Alterung zurückzuführenden Fließ- bzw. Bruchdehnung zu hemmen und dadurch dem Stahlblech verzögerte Akerungseigenschaften zu erteilen.

F \ g. 4 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung zwischem dem Kohlenstoffäquivalent und der Kühlgeschwindigkeit, wobei auf der Abszisse des Kohlenstoffäquivalent

(C Gew.-% y + Mn Gew.-%/6 + Si Gew.-%/24)

und auf der Ordinate die Kühlgeschwindigkeit (°C/s) aufgetragen sind. Der Ausdruck C Gew.-%/ im Kohlenstoffäquivalent bedeutet die Kohlenstoffkonzentration im Austenit der zweiten Phase im Temperaturbereich von An bis An + 60⁰C, was die Abschreck-Anfangstemperatur des Stahlbands bedeutet, bei welcher das genannte Zweiphasengefüge erzielt wird. Diese Kohlenstoffkonzentration wird angenähert durch ([831 — Abschreck-Anfangstemperatur ("C)]/135} % bestimmt. _le?

Die Kurve gemäß F i g. 4 stellt die untere kritische Kühlgeschwindigkeit dar, welche die untere Grenze für die Kühlgeschwindigkeit zur Umwandlung des Stahlgefüges in das genannte Zweiphasengefüge 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 Stahlgefüges in das genannte Zweiphasengefüge erforderlich ist, das Stahlband mit einer Geschwindigkeit abzukühlen, die zumindest der Kurve in F i g. 4 (innerhalb des schraffierten Bereichs) entspricht. Die untere kritische Kühlgeschwindigkeit gemäß der Kurve von F i g. 4 läßt sich durch folgende Formel ausdrücken:

exp(-5,6(CGew.-%/+ MnGew.-°/o/6 + SiGew.-%/24) + 7,8}°C/s.

Im genannten Zweiphasengefüge aus Ferrit und Niedrigtemperaturumwandlungsphase sollte das Volumenverhältnis Jer letzteren vorzugsweise bis zu 10% des gesamten Gefügvjs 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 An + 60° C festgelegt, um das genannte Volumenverhältnis auf bis zu 10% zu begrenzen. Das Stahlband sollte nach dem Durchlaufglühen daher mit einer Kühlgeschwindigkeit abgeschreckt werden, die; umindest folgender Formel entspricht:

exp)-5,6(CGew.-%/ + MnGew.-%/6 + SiGew.-%/24) + 7,8}°C/s

von bzw. aus dem Temperatu-bereich von An bis An + 60° C.

D) Überalterungsbedingungen

Bei Anwendung einer Oberalterungsbehandlung 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, um im Ferrit den Mischkristall-Kohlenstoff zu belassen, der zu einer Erhöhung der Streckgrenze des Formkörpers beim Lackeinbrennen beiträgt. F i g. 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 Dämpfung, d. h. die Größe der Dämpfung für den Fall, daß eine 3 Minuten lange Überalterungsbehandlung bei Änderung der Überalterungstemperatur im Bereich von 200 bis 400° C an Stahlblechen durchgeführt wird, die unter solchen Bedingungen hergestellt worden sind, daß der Kohlenstoffgehalt, der Mangangehalt, die Wickeltemperatur nach dem Warmwalzen, die Durchlaufglühbedingungen und die Kühlbedingungen nach dem Durchlaufglühen mm rhalb der vorher angegebenen Bereiche liegen. Die Größe der Einbrennhärtung ist als das Härtungsausmaß definiert, das unter üblichen Lackeinbrennbedingungen (Temperatur von 100 bis 200° C und Dauer von 10 bis 20 Minuten) nach dem Lackieren eines Formkörpers auftritt

In F i g. 5 geben die ausgezogene Linie die Größe der Einbrennhärtung, die gestrichelte Linie den Dehnungswert und die strichpunktierte Linie den Dämpfungswert an. Wie aus F i g. 5 hervorgeht, ist eine Überalterungstemperatur von unter 260° C nicht wünschenswert, weil die dabei resultierende, ungenügende Ausseigerung von so Mischkristallkohlenstoff zu einer niedrigen Größe der Längung von bis zu 35% führt, und zwar ungeachtet des großen Ausmaßes der Einbrennhärtung, während die Dämpfung mit mehr als 5 χ 10—' sehr hoch ist. Bei einer Uberalterungstemperatur von über 360° C seigert andererseits der Mischkristallkohlenstoff im Ferrit nahezu vollständig aus, wodurch zufriedenstellende Dehnung gewährleistet wird, während die Größe der Einbrennhärfjng mit unter 5 kg/mm² sehr niedrig liegt Die Überalterungstemperatur, bei der gleichzeitig eine Größe der Einbrennhärtung von mindestens 5 kg/mm², eine Dehnung von mindestens 35% und eine Dämpfung von bis zu 5 xlO-⁴ erzielt werden, sollte daher im Bereich von 260 bis 360°C 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 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 Stähle A bis D sowie die Bezugsstähle G und H wurden unmittelbar nach der Stahlherstellung zu Blöcken gegossen. Die Stähle E und F wurden nach der Stahlherstellung einer leichten Entgasungsbehandlung unterworfen, um den Kohlenstoff- und Stickstoffge-

halt herabzusetzen, und sodann zu Blöcken gegossen. Obgleich diese Stähle auch im Strangguß verarbeitet werden können, wurden sie zu Blöcken gegossen.

Tabelle 1	Symbol	C	Si	Mn	P	05	gelöstes Al	N
5 Stahlsorte		(Gew.-o/o)	(Gew.-%)	(Gew.-%)	(Gew.-%)	(Gew.-%)	(Gew.-%)	(Gew.-%)
	A	0,060	Spuren	0,15	0,030	0,010	0,044	0,0040
nach erGndungsge-	B	0,048	0,020	0,15	0,030	0,022	0,038	0,0039
10 mäßem Verfahren	C	0,040	0,014	0,16	0,010	0,015	0,046	0,0048
hergestellter Stahl	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	0,007	0,038	0,0040
15 Bezugsstahl	H	0,055	027	0,28	0,086	0,005	0,040	0,0038

Die so gegossenen Blöcke wurden in einem Brammen-Walzwerk zu Brammen mit einer Dicke von 120 bis 200 mm ausgewalzt. Nach einer Erwärmung auf 1250° C wurden diese Brammen sodann in einem Vorwalzwerk und einem Fertigwalzwerk zu Stahlbändern mit einer Dicke von 2,8 mm ausgewalzt und zu Spulen gewickelt Die Stähle A bis F wurden mit einer Wickeltemperatur von 700° C. die Bezugsstähle C und H bei einer Temperatur von 550° C aufgewickelt Nach einer Beizbehandlung wurden diese Stahlbänder sodann in einem Kaltwalzwerk zu Stahlbändern mit einer Dicke von 0,7 mm ausgewalzt Diese kaltgewalzten Stahlbänder wurden hierauf wie folgt geglüht:

(A) Stähle A bis F

Das kaltgewalzte Stahlband wurde in einem Durchlaufglühofen auf 850° C 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 das so abgeschreckte Stahlband auf 300° C erwärmt und 3 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 700° C erwärmt, 3 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten und sodann im Ofen abgekühlt

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 Tabelle 2 hervorgeht, besaßen die Stähle Zugfestigkeits- und Dehnungswerte, die praktisch mit denen der Bezugsstähle übereinstimmen. Die Stähle besitzen jedoch eine wesentlich geringere Streckgrenze und eine bessere Preßverformbarkeit als die Bezugsstähle. Darüber hinaus entsprechen die Lankford-Werte der Stähle weitgehend denen der Bezugsstähle bei ausgezeichneter Tiefziehbarkeit.

Tabelle 2

Stahlsorte	50	60	Bezugsstahl	Sym	Zugfestigkeitsversuchswert	Fließ	Zug-	Deh	n-Wert	Lankford-Wert	1.16	rr	r
			bol	Streck	bzw.	festigkeit-	nung		*ri.*	132
		grenze	Bruch	(N/mra²)	(%)			136
55 nach erfindungsge-		(N/mm²)	dehnung					1,39
mäßern Verfahren			0	468,9	36,9	0,194		1,41	1,81	1,43
hergestellter Stahl	A	294,3	0	416,9	38,2	0201	138	1,41	1.80	1.49
	B	261,9	0	376,7	41,0	0,211	1,50	1,40	1,77	1,52
	C	2403	0	369.8	41,1	0,207	1,59	1,36	1.86	1,59
D	223,7	0	384,5	40,6	0,213	1.70		1,88	138
E	243,3	0	3512	45,3	0,228	1,62	1,98	1,65
F	214.8	0	389,4	41,3	0,191	1,79	2,08	1,67
G	289,4	0	3973	38,6	0,190	1,80	1,90	1,60
H	30,2			1,76

Anschließend wurden die auf vorstehend beschriebene Weise hergestellten Stähle bezüglich der mechanisehen Eigenschaften beim Preßformen und beim Lackeinbrennen der Formkörper untersucht Die Untersuchung erfolgte unter Anlegung einer Zugspannung von 2% durch 20 Minuten lange Erwärmung der Stähle dauf 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% und anschließende Alterung bei einer

Temperatur von 38° C während einer Dauer von 8 Tagen untersucht

Die entsprechenden Zugfestigkeitsversuchswerte finden sich in folgender Tabelle 3.

Tabelle 3

Stahl	Sym	Zugfestigkeitsvereuchswert bei 2%	Zug	Deh	Inkrement	Zugfestigkeitsversuchswert nach Alterung	Fließ	Zug	Deh	n-Wert
sorte	bol	Zugspannung und mit Einbrennhärtung	festigkeit	nung	der Streck	(38° C 8 Tage)	bzw.	festigkeit	nung
		Streck	(N/mm²)	(%)	grenze	Streck	Bruch	(N/mm²)	(%)
		grenze			(N/mm²)	grenze	dehnung (O/o)
		(N/mm²)	475,8	30,5	110,8	(N/mm²)	0	4693	36.0	0,172
			421,8	32,1	102,0		0	4143	373	0,180
Erfin	A	405,1	381,6	34,6	843	308,0	0	377,7	40^	0,186
dungs	B	363^	374,7	35,0	94,1	2633	0	3673	39,8	0,176
gemäßer	C	324,7	389,4	343	863	2462	0	387^	40,0	0J91
Stahl	D	317,8	355,1	40,1	853	2313	0	353,1	44,8	0,198
	E	329,6	395,3	35,6	323	250,1	0	391,4	40,8	0,182
	F	300,2	404,2	33,5	343	218,7	0	3983	383	0,184
Bezugs	G	321,8	2923
stahl	H	334,5	303,1

Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, wird bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stählen die Streckgrenze behn Lackeinbrennen von 50 bis 150 N/mm² verbessert; die Erhöhung der Streckgrenze zeigt im Vergleich zu den Bezugsstählen einen sehr hohen Wert Bei den vorliegenden Stählen erhöht sich somit die Streckgrenze auf oder sogar über diejenige bei den Bezugsstählen, wobei außerdem die Zugfestigkeit höher wird. Außderdem ergab sich bei den vorliegenden Stählen keine Fließ- bzw. Bruchdehnung auch nach 8tägiger Alterung bei 38° C, und diese Stähle besaßen zudem ausgezeichnete verzögerte Alterungseigenschaften.

Nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren gemäß der Erfindung kann somit mit hoher Produktionsleistung und niedrigen Kosten ein bruchfestes, kaltgewalztes Stahlblech mit einer Zugfestigkeit von 350 bis 500 N/mm² hergestellt werden, wie sie beispielsweise für den Bau von Kraftfahrzeug-Karosserien gefordert wird. Das so hergestellte Stahlblech besitzt zufriedenstellende Dehnung und zufriedenstellenden Lankford-Wert sowie ausgezeichnete Preßformbarkeit und Einbeulfestigkeit

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung eines hochfesten kaltgewalzten Stahlbands mit ausgezeichneter Preßformbarkeit,

— bei dem eine Bramme aus aluminiumberuhigtem Stahl hergesteEt wird, der im wesentlichen folgende Bestandteile enthält (in Gew.-%):

Kohlenstoff 0,02—0,06%

Mangan 0,06—0,25%

Phosphor 0,01-0,06%

gelöstes Aluminium 0,020—0,060%

Silicium bis zu 0,2%

Stickstoff bis zu 0,005%
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen,