DE3138302C2

DE3138302C2 -

Info

Publication number: DE3138302C2
Application number: DE3138302A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Takechi; Hiroshi Kisarazu Chiba Jp Katoh; Kazuo Kimitsu Chiba Jp Koyama; Kazuhide Kisarazu Chiba Jp Usami
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1980-09-25
Filing date: 1981-09-25
Publication date: 1988-01-07
Also published as: GB2085331B; JPS5857492B2; FR2490682B1; US4391653A; FR2490682A1; DE3138302A1; JPS5767129A; GB2085331A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahrn zur Herstellung eines kaltgewalzten Bandstahls hoher Festigkeit für Kraftfahrzeuge

In den letzten Jahren ist ein erhebliches Bedürfnis entstanden, Kraftfahrzeuge mit geringem Gewicht herzustellen. Aus diesem Grunde werden die Materialien zur Herstellung von Kraftfahrzeugen geändert. Insbesondere wird der herkömmliche weiche Bandstahl durch einen Bandstahl hoher Festigkeit in der Automobilindustrie ersetzt, da sich dieser Ersatz als sehr einfach und wirksam bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen mit geringem Gewicht erweist. Auch wird versucht, die Qualität des Bandstahls hoher Festigkeit zu verbessern.

Es ist bekannt, daß die mechanische Festigkeit des Bandstahls mit geringen Kosten durch einen Zusatz von Phosphor erhöht werden kann. Dieser Phosphorzusatz wird häufig bei der Erzeugung von Stahl verwendet, bei dem eine hervorragende Zähigkeit nicht verlangt wird. Die grundsätzliche Technik der Erhöhung der mechanischen Festigkeit ist in der veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 50-31090 beschrieben. Diese Technik ist jedoch lediglich zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Bandstahls geeignet.

Der erhaltene Bandstahl, der eine verbesserte mechanische Festigkeit aufweist, ist deshalb für die Sicherheit von Kraftfahrzeugen nützlich.

In den letzten Jahren werden jedoch von Kraftfahrzeugen verschiedene verbesserte Eigenschaften außer der mechanischen Festigkeit verlangt.

Es werden deshalb Bandstähle gefordert, die verschiedene verbesserte Eigenschaften neben einer hervorragenden mechanischen Festigkeit besitzen.

Bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen werden Bandstähle vor allem zur Herstellung von Wand-, Dach- und Bodenteilen verwendet, einschließlich der inneren und äußeren Wand-, Dach- und Bodenteile der Fahrzeuge. Der Stahl, der zur Herstellung der Wand-, Dach- und Bodenteile verwendet wird, soll eine niedrige Streckgrenze (JS), im wesentlichen keine Streckgrenzedehnung (oder Lüders- Dehnung), eine hervorragende Verstreckbarkeit und eine hervorragende Tiefziehfähigkeit aufweisen. Auch ist wichtig, daß die vorstehend erwähnten Eigenschaften des Bandstahles sich durch natürliches Altern nicht verschlechtern. Weiterhin ist notwendig, daß der Bandstahl eine zufriedenstellende Widerstandsfestigkeit gegenüber einem Verbeulen aufweist. Der Ausdruck Beuleigenschaft bezieht sich auf eine Öl-Canning-Eigenschaft des Bandstahls, wobei das Ausmaß der Beuleigenschaft des Wandteils des Kraftfahrzeuges variierbar abhängig von der Streckgrenze und der Dicke des Bandstahles ist, der zu dem gewünschten Wandteil geformt, lackiert und gebrannt worden ist. Wenn ein dünnes Band verwendet worden ist, um Wandteile mit geringem Gewicht für Kraft fahrzeuge herzustellen, so weisen die gebildeten Wandteile eine unzureichende Widerstandsfestigkeit gegenüber einem Verbeulen auf. Es ist deshalb vorteilhaft, daß die Wandteile aus Bandstählen mit hoher Festigkeit hergestellt werden, die eine hervorragende Widerstandsfestigkeit gegenüber einem Verbeulen besitzen. Bandstähle mit hoher Festigkeit, die für den vorstehend erwähnten Zweck verwendet werden, sollten eine niedrige Streckgrenze, eine große Dehnbarkeit und im wesentlichen keine Streckgrenzdehnung, einen hervorragenden Widerstand der vorstehend erwähnten Eigenschaften gegenüber einem natürlichen Altern und eine überlegene Härtungseigenschaft beim Lackeinbrennen aufweisen.

Das Lackeinbrennen wird bei einer Temperatur von höchstens 200°C durchgeführt. Das Härten des Bandstahls bei der vorstehend erwähnten niedrigen Lackeinbrenntemperatur erfolgt lediglich durch die Bildung einer Kohlenstoff- und/oder Stickstoffatmosphäre oder durch Ausfällen von Carbid und/oder Nitrid.

Die festen Kohlenstoff- und Stickstofflösungen können jedoch bei Raumtemperatur leicht diffundieren, wodurch der Widerstand des Bandstahls gegenüber einem natürlichen Altern abnimmt. Es ist deshalb erforderlich, die Abnahme des Widerstands gegenüber einem Altern des Bandstahls bei Raumtemperatur möglichst klein zu halten, während die Härtungseigenschaft des Bandstahles bei der Lackeinbrenntemperatur auf einem ausreichenden Niveau gehalten wird. Die Aktivierungsenergie, die für die Diffusion des Kohlenstoffs erforderlich ist, ist größer als die des Stickstoffs. Deshalb wird normalerweise der Stickstoff in einem Aluminium-beruhigten Stahl vorgesehen, wobei ein Teil des Kohlenstoffs zwangsweise in eine feste Kohlenstofflösung in dem Stahl umgewandelt wird. Die obere Grenze des Löslichkeitsgleichgewichts des Kohlenstoffs im Stahl bei Raumtemperatur ist jedoch extrem niedrig. Es ist deshalb außerordentlich schwierig, den Stahl mit einer festen Kohlenstofflösung in einer Menge zu übersättigen, die erforderlich ist, um eine ausreichende Härtungseigenschaft bei der Lackeinbrenntemperatur durch das übliche langsame Abkühlverfahren bei einem herkömmlichen Kastenglühvorgang zu erhalten. Es ist deshalb von Vorteil, den Bandstahl einem kontinuierlichen Anlaßvorgang zu unterwerfen, um die feste Kohlenstofflösung in einem übersättigten Zustand in dem Bandstahl, selbst nachdem ein Überalterungsvorgang bei dem Bandstahl stattgefunden hat, zu halten. Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung eines mit Phosphor versetzten Bandstahles mittels eines kontinuierlichen Anlaßvorgangs ist in der veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 54-27819 (1979) beschrieben. Das Produkt ist jedoch hinsichtlich bestimmter Eigenschaften als Bandstahl hoher Festigkeit für die Wandteile von Kraftfahrzeugen nicht zufriedenstellend. Beispielsweise weist der gebildete bekannte Bandstahl einen schlechten Lankfords-Wert (-Wert) auf, der eng mit der Tiefziehbarkeit des Stahles zusammenhängt. Um den -Wert des Bandstahls zu verbessern, ist es erforderlich, ein zweifaches Kaltwalz-Anlaß-Verfahren mit dem Bandstahl durchzuführen. Weiterhin weist der gebildete bekannte Bandstahl beispielsweise eine schlechte Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Altern bei Raumtemperatur auf, so daß durch das Altern die Streckgrenze des Bandstahls erhöht werden muß und die Streckgrenzedehnung zunimmt. Ein derartiger bekannter Bandstahl weist deshalb eine schlechte Verformbarkeit auf. Selbst wenn der Bandstahl durch Ziehen oder Pressen verformt werden kann, weist das gebildete geformte Produkt einen Oberflächendefekt auf, nämlich die sogenannten Fließfiguren.

Es ist bekannt, daß ein herkömmlicher Bandstahl, der einen niedrigen Kohlenstoffgehalt und einen niedrigen Mangangehalt aufweist, einen großen -Wert zeigt. Wenn jedoch Phosphor zu einem solchen Bandstahl gegeben wird, so weist der gebildete, mit Phophor versetzte Bandstahl eine verminderte Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Sprödbruch während des Preßformens oder nach dem Preßformen auf. Dieses Merkmal ist die sogenannte planare Rißbildung. Das Ausmaß des Sprödbruchs des Bandstahls vergrößert sich mit der Abnahme des Kohlenstoffgehalts und mit der Zunahme des Phosphorgehalts.

Es gibt deshalb eine Grenze bei der Herabsetzung des Kohlenstoffgehalts im Bandstahl. Auch führt ein übermäßig geringer Kohlenstoffgehalt zu einer schlechten mechanischen Festigkeit des Bandstahls.

Aus der US-PS 39 88 173 ist ein Verfahren zur Herstellung eines kaltgewalzten Bandstahls bekannt, bei dem eine Stahlbramme mit höchstens 0,10% Kohlenstoff, höchstens 0,50% Mangan, 0,003 bis 0,080% säurelöslichem Aluminium, 0,040 bis 0,10% Phosphor und mehr als 45 pp, Stickstoff vor dem Warmwalzen erwärmt wird. Eine Temperaturobergrenze für das Erwärmen wird nicht angegeben. Das Warmwalzen wird bei einer Temperatur durchgeführt, die nicht niedriger als der Ar₃-Punkt des Stahls ist. Der Stahl wird dann entzundert und mit einer Walzreduktion von mindestens 30% kaltgewalzt. Anschließend erfolgt ein Anlassen auf eine Temperatur von mehr als 650°C, jedoch unterhalb des Ar₃-Punktes, worauf mit einer Geschwindigkeit von weniger als 30 K/s abgekühlt wird. Danach erfolgt ein Überaltern bei 200 bis 500°C bis zu 10 min und ein Dressieren mit einer Walzreduktion von 1 bis 1,5%. Der so erhaltene Bandstahl weist eine relative niedrige Zugfestigkeit von 32,3 N/mm² auf. Auch treten bei seiner Verformung Lüder-Linien auf und seine Einbrenneigenschaft lassen zu wünschen übrig.

Gleiches gilt für das aus der DE-OS 30 03 489 bekannte Verfahren, bei dem eine Stahlbramme mit üblichem Stickstoffgehalt ohne vorherige Erwärmung bei einer Temperatur von 950 bis 1200°C warmgewalzt wird. Das Abtüllen nach dem Anlassen wird zweistufig durchgeführt, wobei anfänglich eine Kühlgeschwindigkeit von weniger als 35 K/s und dann von mehr als 50 K/s angewendet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines kaltgewalzten Bandstahls mit einer hervorragenden mechanischen Festigkeit, überlegenen Verformbarkeit einer hervorragenden Alterungswiderstandsfestigkeit und einer überlegenen Einbrennhärtungseigenschaft anzugeben und der deshalb für Kraftfahrzeuge geeignet ist.

Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 erreicht.

Die Stahlbramme enthält gegebenenfalls eine Legierungs komponente, die aus wenigstens einem Bestandteil einer Gruppe ausgewählt ist, die aus 0,0005 bis 0,0050 Gew.-% Bor, höchstens 0,5 Gew.-% Silicium, 0,005 bis 0,020 Gew.-% wenigstens eines seltenen Erdmetalls sowie 0,0005 bis 0,0050 Gew.-% Calcium besteht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weist die Stahlbramme, die verarbeitet werden soll, als unverzichtbare Legierungselemente 0,008 bis 0,020 Gew.-% Kohlenstoff, 0,01 bis 0,45 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 0,20 Gew.-% Mangan, 0,05 bis 0,10 Gew.-% Phosphor, 0,005 bis 0,050 Gew.-% säurelösliches Aluminium auf, wobei der Rest aus Eisen besteht. In den unvermeidbaren Verunreinigungen, die in der Stahlbramme enthalten sind, beträgt der Stickstoffgehalt höchstens 40 ppm, vorzugsweise höchstens 20 ppm.

Die Wirkung der unverzichtbaren Legierungsbestandteile, außer dem Eisen, auf die Eigenschaft des gebildeten kaltgewalzten Bandstahles hoher Festigkeit ist folgendermaßen.

Kohlenstoff

Durch den Zusatz von Phosphor zu dem Bandstahl wird im allgemeinen die planare Rißbildung des Bandstahles verstärkt. Kohlenstoff bewirkt eine Erhöhung des Widerstandes des mit Phosphor versetzten Bandstahles gegenüber einer planaren Rißbildung. Damit diese Wirkung auftritt, ist es erforderlich, daß der Kohlenstoffgehalt des Bandstahls mindestens 0,008 Gew.-% beträgt. Die Zugabe einer übermäßigen Kohlenstoffmenge führt jedoch dazu, daß der Lankford-Wert des gebildeten Bandstahles unzureichend niedrig ist. Der Kohlenstoffgehalt in dem mit Phosphor versetzten Bandstahl sollte deshalb 0,02 Gew.-% nicht überschreiten.

Mangan

Mangan bewirkt eine Fixierung des Schwefels, ferner verhindert es eine Warmversprödung des Bandstahls. Um diese Wirkung zu erreichen, ist es notwendig, daß der Mangan- Gehalt in dem Bandstahl mindestens 0,01 Gew.-% beträgt. Der Zusatz einer übermäßigen Mangan-Menge führt jedoch dazu, daß der gebildete Bandstahl einen unzureichenden -Wert aufweist, selbst wenn der Kohlenstoffgehalt niedrig ist, beispielsweise weniger als 0,02 Gew.-% beträgt. Um einen ausreichend hohen -Wert des Bandstahls zu erhalten, ist es erforderlich, daß der Mangan-Gehalt 0,45 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 Gew.-%, nicht überschreitet.

Phosphor

Phosphor ist ein die Festigkeit erhöhendes Element, das eine Zunahme der mechanischen Festigkeit des Bandstahls bewirkt. Um diese Wirkung zu erhalten, sollte der Phosphor- Gehalt mindestens 0,05 Gew.-% betragen. Eine übermäßige Zunahme des Phosphorgehalts führt jedoch zu einer unerwünschten Zunahme der planaren Rißbildung des gebildeten Bandstahls. Dieses Phänomen tritt bemerkbar bei Bandstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, wie dem nach der Erfindung, auf. Der Phophorgehalt sollte deshalb 0,1 Gew.-% nicht überschreiten.

Säurelösliches Aluminium

Aluminium bewirkt eine Zunahme der Desoxidation des Bandstahls und fixiert Stickstoff, indem es ihn in AlN umwandelt. Um die vorstehend erwähnte Wirkung zu erzielen, ist es notwendig, daß der Gehalt des säurelöslichen Aluminiums in dem Bandstahl mindestens 0,005 Gew.-% beträgt. Ein übermäßig großer Aluminiumgehalt ist jedoch unerwünscht, weil er zu einer Zunahme von aluminiumoxidartigen Verunreinigungen in dem gebildeten Bandstahl führt, so daß der Reinheitsgrad des Bandstahls schlecht wird. Es ist deshalb notwendig, daß der Gehalt des säurelöslichen Aluminiums 0,050 Gew.-% nicht überschreitet.

Stickstoff

Bei der Stahlbramme, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar ist, ist der Stickstoffgehalt auf höchstens 40 ppm beschränkt. Stickstoff, der in Form einer festen Lösung in einem nicht angelassenen oder angelassenen Bandstahl vorliegt, bewirkt, daß sich die Textur des Bandstahls verschlechtert und die Alterungsversprödung des Bandstahls zunimmt. Stickstoff sollte deshalb durch Aluminium unter Bildung von AlN gebunden werden. Damit der Stickstoff völlig gebunden ist, ist es notwendig, daß der Stickstoffgehalt 40 ppm oder weniger beträgt. Wenn der Stickstoffgehalt mehr als 40 ppm beträgt, so liegt die überschüssige Stickstoffmenge in Form einer festen Lösung in dem Bandstahl vor. Um den Stickstoff in Form von AlN vollständig zu binden, wird es vorgezogen, daß der Stickstoffgehalt 20 ppm nicht überschreitet.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbare Stahlbramme enthält als wahlweise Legierungskomponente wenigstens einen Bestandteil, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus 0,0005 bis 0,0050 Gew.-% Bor, 0,5 Gew.-% oder weniger Silicium, 0,005 bis 0,020 Gew.-% wenigstens eines seltenen Erdmetalls und 0,0005 bis 0,0050 Gew.-% Calcium.

Die Funktion der vorstehenden Elemente ist folgendermaßen.

Bor

Bor bewirkt eine Bindung des Stickstoffs, bevor der Bandstahl einem Warmwalzvorgang unterworfen wird. Diese Bindungswirkung kann erreicht werden, wenn der Gehalt des Bors 0,005 Gew.-% oder mehr beträgt. Ein Borgehalt von mehr als 0,0050 Gew.-% beschleunigt jedoch unerwünschterweise die Warmversprödung des erhaltenen Bandstahls. Es ist deshalb erforderlich, daß der Borgehalt 0,0050 Gew.-% nicht überschreitet.

Calcium

Bei einem Bandstahl mit niedrigem Mangangehalt wird manchmal der Schwefel in dem Bandstahl nicht vollständig durch Mangan in Form von MnS gebunden. In diesem Falle bewirkt Calcium eine Bindung des Schwefels. Um, wie vorstehend erwähnt, die Schwefelbindungswirkung zu erreichen, ist es notwendig, daß der Calciumgehalt 0,0005 Gew.-% oder mehr beträgt. Eine übermäßige Calciummenge von mehr als 0,0050 Gew.-% führt jedoch zur Bildung einer großen Menge oxidartiger Verunreinigungen in dem Bandstahl, wodurch der Reinheitsgrad des Bandstahls schlecht wird. Es ist deshalb erforderlich, daß der Calciumgehalt 0,0050 Gew.-% nicht überschreitet.

Seltene Erdmetalle

Die seltenen Erdmetalle besitzen die gleiche Wirkung wie das Calcium. Um diese Wirkung zu erreichen, ist es erforderlich, daß der Gehalt an seltenen Erdmetallen 0,005 Gew.-% oder mehr beträgt. Um einen Bandstahl mit einem ausreichenden Reinheitsgrad zu erhalten, ist es jedoch erforderlich, daß der Gehalt an seltenen Erdmetallen 0,020 Gew.-% nicht überschreitet.

Silicium

Silicium bewirkt eine Zunahme der Festigkeit des Bandstahls. Eine zu große Siliciummenge führt jedoch dazu, daß die Eigenschaft zur Annahme einer chemischen Behandlung und der Korrosionswiderstand des Bandstahls in Gegenwart von Lack sich verschlechtert. Der Siliciumgehalt sollte deshalb 0,5 Gew.-% nicht überschreiten.

Wenn ein Al-Si-beruhigter Stahl, der eine relativ große Menge Silicium enthält, verwendet wird, ist es manchmal schwierig, in stabiler Weise eine Vorbehandlung (Unterbehandlung) für eine anionische galvanische Beschichtung oder eine kationische galvanische Beschichtung auf der Oberfläche des Bandstahles durchzuführen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es deshalb vorgezogen, einen Aluminium-beruhigten Bandstahl zu verwenden, dem kein Silicium zugesetzt worden ist.

Die Herstellung der Stahlbramme kann durch irgendein herkömmliches Brammenherstellungsverfahren erfolgen, d. h. einem Herstellungsverfahren für eine Stahlbramme mittels eine Kokille oder durch Stranggießen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Stahlbramme auf eine Temperatur von 1200°C oder weniger erhitzt und warmgewalzt bei einer Temperatur nicht unter dem Ar₃-Punkt der Stahlbramme. Die angegebene Erwärmungstemperatur von 1200°C oder weniger bewirkt, daß schädliche Verunreinigungen wie Stickstoff und Schwefel in unschädlicher Form als grobe Körner von AlN und MnS ausgefällt werden, und zwar so groß wie möglich. Um dies zu erreichen, wird es vorgezogen, daß die Erwärmungstemperatur der Stahlbramme 1130°C oder weniger beträgt. Auch wird die Erwärmungstemperatur der Stahlbramme so gewählt, daß die Temperatur der Stahlbramme nicht unter dem Ar₃-Punkt der Stahlbramme absinkt, während die Stahlbramme warmgewalzt wird. Im allgemeinen wird es vorgezogen, daß die Erwärmungstemperatur nicht unterhalb 1000°C liegt.

Das Warmwalzen der erwärmten Stahlbramme wird bei einer Temperatur ausgeführt, die dem Ar₃-Übergangspunkt der Stahlbramme entspricht oder darüber liegt. Wenn die Warm walztemperatur weniger als der Ar₃-Punkt der Stahlbramme beträgt, weist die Oberfläche des gebildeten warmgewalzten Bandstahls grobe Körner auf, die dazu führen, daß die Qualität des Bandstahles nach dem Kaltwalzen und dem Anlassen deutlich abnimmt.

Die Aufhaspeltemperatur des warmgewalzten Bandstahls ist nicht auf einen bestimmten Temperaturbereich beschränkt. Um das Ausfällen, das bei dem Erwärmen und Warmwalzen nicht beendet wurde, jedoch zu vervollständigen, wird es vorgezogen, daß der warmgewalzte Bandstahl bei einer Temperatur von 650°C oder mehr, jedoch nicht mehr als 750°C, aufgehaspelt wird. Wenn 750°C überschritten werden, dann zeigt der gebildete Bandstahl manchmal ein merklich herabgesetztes Aufnahmevermögen beim Beizen.

Der warmgewalzte Bandstahl wird mit einem herkömmlichen Entzundungsverfahren entzundert und dann mit einer Walzreduktion von 65% oder mehr kaltgewalzt. Wenn die Walzreduktion kleiner als 65% ist, dann weist der gebildete kaltgewalzte Bandstahl einen unzureichenden -Wert auf.

In dem Fall, bei dem ein herkömmlicher Bandstahl kaltgewalzt wird, führt eine übermäßig große Walzreduktion dazu, daß der gebildete kaltgewalzte Bandstahl einen verminderten -Wert aufweist. Das Kaltwalzen wird deshalb üblicherweise mit einer Walzreduktion von etwa 60 bis 70% durchgeführt. Da der spezielle phosphorversetzte Bandstahl eine bestimmte Menge an Kohlenstoff und Mangan enthält und der Warmwalzvorgang unter bestimmten Bedingungen durchgeführt wird, ist der -Wert um so größer, je größer die Walzreduktion (bis etwa 90%) ist. Es ist deshalb möglich, den Kaltwalzvorgang mit einer hohen Walzreduktion von mindestens 65% durchzuführen. Um einen hohen -Wert von 1,5 oder mehr zu erhalten, der dem des üblichen kaltgewalzten Tiefzieh-Bandstahls ähnlich ist, wird es vorgezogen, daß die gesamte Walzreduktion 75% oder mehr beträgt.

Der Kaltwalzvorgang kann ein üblicher symmetrischer Walzvorgang oder ein asymmetrischer Walzvorgang sein. Der kaltgewalzte Bandstahl wird einem kontinuierlichen Anlaßvorgang unterworfen. Bei diesem Anlaßvorgang wird der kaltgewalzte Bandstahl kontinuierlich auf die gewünschte Anlaßtemperatur zwischen 700 und 900°C erwärmt, wobei die Temperatur des kaltgewalzten Bandstahls für 20 s bis 3 min ausgeglichen und dann mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 5 K/s oder mehr rasch auf die gewünschte Überalterungstemperatur abgekühlt wird.

Wenn die Anlaßtemperatur weniger als 700°C beträgt, ist die Rekristallisation des Bandstahls unvollständig und das erhaltene Produkt weist eine schlechte Dehnbarkeit im Hinblick auf die entstandene Zugfestigkeit auf. Wenn die Anlaßtemperatur mehr als 900°C beträgt, wird eine unerwünscht große Menge Austenit in dem Bandstahl gebildet, wobei die Textur des Bandstahls sich verschlechtert. Wenn die Anlaßzeit weniger als 20 s beträgt, ist die Rekristallisation unvollständig. Auch führt eine Anlaßzeit von mehr als 3 min dazu, daß die Kristallkörner in dem Bandstahl übermäßig anwachsen und groß werden. Wenn die Abkühlgeschwindigkeit weniger als 5 K/s beträgt, ist weiterhin der Grad der Kohlenstoffübersättigung in dem gebildeten Bandstahl unzureichend niedrig, um die erforderliche Kohlenstoffabscheidung bei dem anschließenden Überalterungsvorgang zu erhalten.

Der schnelle Abkühlvorgang kann mit einem herkömmlichen Abkühlverfahren erfolgen, beispielsweise mit einem Gasstrahl, einem Gas-Wasser-Strahl, durch Berührung mit einer metallischen Walze, durch Abschrecken mit heißem Wasser oder durch Abschrecken mit Wasser.

Erfindungsgemäß beträgt die Abkühlgeschwindigkeit beim Abkühlvorgang bei einer Temperatur von 650°C oder mehr zwischen 5 K/s und 30 K/s während die Abkühlgeschwindigkeit bei einer Temperatur unterhalb von 650°C mehr als 30 K/s beträgt. Dies hat seinen Grund darin, daß bei einem Temperaturbereich oberhalb von 650°C der abgekühlte Bandstahl bestimmte Übergangspunkte durchläuft, wobei in diesen Punkten die übermäßige schnelle Abkühlung zur Bildung von unerwünschten feinen Zementit-Teilchen führt, die eine Abnahme der Duktilität des Bandstahls bewirken.

Der kontinuierlich angelassene Bandstahl wird bei einer Temperatur von 320 bis 450°C während 1 bis 10 min überaltert. Der Überalterungsvorgang bewirkt eine Beschleunigung der Kohlenstoffabscheidung und verhindert eine Verschlechterung des Bandstahls durch natürliches Altern.

Wenn die Überalterungstemperatur weniger als 320°C beträgt, besitzt der Kohlenstoff eine geringe Diffusionsgeschwindigkeit und kann deshalb nicht ausreichend sich abscheiden. Bei einer Überalterungstemperatur von mehr als 450°C kann sich der Kohlenstoff andererseits schnell abscheiden, bis der Kohlenstoffgehalt in Form einer festen Lösung ein Gleichgewichtsniveau erreicht. Die Gleichgewichtskonzentration der festen Kohlenstofflösung bei einer Temperatur von 450°C ist jedoch relativ groß. Der erhaltene überalterte Bandstahl enthält deshalb eine große Menge einer festen Kohlenstofflösung, die zu einem unerwünschten natürlichen Altern des Bandstahls führt. Wenn die Überalterungszeit weniger als 1 min beträgt, ist weiterhin die Kohlenstoffabscheidung unzureichend. Eine Überalterungszeit von mehr als 10 min beeinflußt den Überalterungseffekt des Bandstahls nicht mehr.

Der überalterte Bandstahl wird auf Umgebungstemperatur abgekühlt und der abgekühlte Bandstahl wird bei Umgebungstemperatur mit der gewünschten Walzreduktion dressiert. Im allgemeinen wird es vorgezogen, daß die Walzreduktion beim Dressieren im Bereich zwischen 0,8 und 1,5% liegt. Das Dressieren bringt nicht nur eine Anpassung des Bandstahls an die gewünschte Form und die gewünschten Abmessungen mit sich, sondern ist auch dazu da, die Streckgrenzdehnung des Bandstahls etwa Null zu machen und die Qualität des Bandstahls zu steuern.

Die nachstehenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiele 1 bis 6 und Vergleichsbeispiel 1 bis 6

Bei jedem Beispiel 1 bis 6 und Vergleichsbeispiel 1 bis 6 ist eine Stahlbramme mit einer Zusammensetzung, wie sie in Tabelle 1 angegeben ist, durch ein Stranggießverfahren hergestellt worden.

Tabelle 1

Der Bandstahl wurde auf eine Temperatur von 1100°C erwärmt und der erwärmte Bandstahl warmgewalzt. Der Warmwalzvorgang wurde bei einer Temperatur des gebildeten Bandstahls von 930°C beendet, und der gebildete Bandstahl wurde bei einer Temperatur von 680°C aufgehaspelt. Der gebildete Bandstahl wies eine Dicke von 4,0 mm auf und wurde gebeizt.

Das entzunderte Bandstahl wurde mit einer Walzreduktion von 80% kaltgewalzt, um einen kaltgewalzten Bandstahl mit einer Dicke von 0,8 mm zu ergeben.

Der kaltgewalzte Bandstahl wurde durch Erwärmen kontinuierlich angelassen, wobei er auf eine Temperatur von 800°C mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von 10 K/s erwärmt, bei einer Temperatur von 800°C 40 s stehengelassen und dann durch Abkühlen auf 650°C mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 20 K/s und dann auf 400°C mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 50 K/s abgekühlt wurde.

Der angelassene Bandstahl wurde bei einer Temperatur von 400°C 3 min überaltert.

Der überalterte Bandstahl wurde auf Umgebungstemperatur abgekühlt, und der kaltgewalzte Bandstahl wurde bei Umgebungstemperatur mit einer Walzreduktion von 1,2% dressiert.

Die mechanischen Eigenschaften der gebildeten Bandstähle nach den Beispielen 1 bis 6 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 sind in Tabelle 2 angegeben.

Der Zugversuch der Bandstähle wurde nach dem Versuchsverfahren durchgeführt, das durch die Japanische Industrienorm (JIS) Z 2241 definiert wird, wobei Probestücke verwendet wurden, wie sie in JIS Z 2201, Nr. 5 angegeben sind.

Der ()-Wert jedes Bandstahls wurde gemessen, indem Probestücke verwendet wurden, wie sie in JIS Z 220, Nr 5 angegeben sind, wobei die Berechnung nach der Gleichung

= (r₀ + 2r₄₅ + r₉₀)/4

erfolgte, in der r₀, r₄₅ bzw. r₉₀ den r-Wert des Probestücks mit einem Winkel von 0,45 und 90° zur angewandten Walzrichtung des Bandstahls darstellen. Der Ausdruck "r-Wert" bezieht sich auf das Verhältnis des in Richtung der Breite des Probestücks gemessenen logarithmischen Dehnung zu der in Richtung der Dicke des Probestücks gemessenen Dehnung, wenn das Probestück einer 10%-Dehnung in Längsrichtung ausgesetzt wird.

Tabelle 2

Gemäß Tabelle 1 weist der Stahl des Vergleichsbeispiels 1 0,045 Gew.-% Phosphor auf, das unterhalb des erfindungsgemäßen P-Bereichs liegt. Der Stahl des Vergleichsbeispiels 2 weist 0,031 Gew.-% Kohlenstoff auf, was mehr ist als die obere Grenze des erfindungsgemäßen Stahls. Der Stahl des Vergleichsbeispiels 3 weist 0,62 Gew.-% Mangan auf, was mehr ist als die obere Grenze beim erfindungsgemäßen Stahl. Der Stahl des Vergleichsbeispiels 4 weist 0,0049 Gew.-% N auf, was mehr ist als die obere Grenze beim erfindungsgemäßen Stahl. Der Stahl des Vergleichsbeispiels 5 weist 0,130 Gew.-% Phosphor auf, was mehr ist als die obere Grenze beim erfindungsgemäßen Stahl. Der Stahl des Vergleichsbeispiels 6 weist 0,002 Gew.-% C auf, was weniger ist als die untere Grenze beim erfindungsgemäßen Stahl.

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, weist der Bandstahl, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist, zufriedenstellende Werte für die Streckgrenze von 20 bis 245 N/mm², eine zufriedenstellende Zugfestigkeit von 343 bis 421 N/mm², eine zufriedenstellende Dehnung von 35 bis 40%, eine wünschenswerte sehr niedrige Streckgrenzendehnung von 0 bis 0,2%, einen großen -Wert von 1,6 oder mehr, eine hohe Güte des Lackeinbrennhärtens von etwa 49 N/mm² und eine zufriedenstellende Güte der planaren Rißbildung von weniger als -50°C auf.

Der gebildete Bandstahl des Vergleichsbeispiels 1, der einen geringen Phosphorgehalt aufweist, zeigt jedoch eine geringe Zugfestigkeit von weniger als 343 N/mm² und eine geringe Streckgrenze von weniger als 196 N/mm². Die gebildeten Bandstähle der Vergleichsbeispiele 2, 3 bis 4, die einen zu großen Kohlenstoff-, Mangan- und Stickstoffgehalt aufweisen, zeigen geringe -Werte von weniger als 1,6. Ferner weist der Bandstahl des Vergleichsbeispiels 4 eine zu große Streckgrenzendehnung von 0,6% auf. Das Produkt des Vergleichsbeispiels 5, das eine zu große Phosphormenge enthält, weist einen geringen Widerstand gegenüber einer planaren Rißbildung auf. Das Produkt des Vergleichsbeispiels 6, das eine zu kleine Menge Kohlenstoff enthält, weist einen geringen Widerstand gegenüber einer planaren Ripbildung und eine große Streckgrenzendehnung auf.

Beispiele 7 bis 11 und Vergleichsbeispiele 7 bis 15

Bei jedem der Beispiele 7 bis 11 und der Vergleichsbeispiele 7 bis 15 wurde eine Stahlbramme mit der gleichen Zusammensetzung wie im Beispiel 6 so weiterverarbeitet, wie in der Tabelle 3 angegeben.

Gemäß Tabelle 3 betrug die Anlaßtemperatur beim Vergleichsbeispiel 7 weniger als 700°C, was die untere Grenze der Anlaßtemperatur der Erfindung darstellt. Beim Vergleichsbeispiel 8 betrug die Kaltwalzreduktion weniger als 65%, was deren untere Grenze beim erfindungsgemäßen Verfahren darstellt. Beim Vergleichsbeispiel 9 betrug die Erwärmungstemperatur für den Warmwalzvorgang mehr als 1200°C, was die obere Grenze derselben bei dem erfindungsgemäßen Verfahren darstellt. Beim Vergleichsbeispiel 10 betrug die Anlaßtemperatur mehr als 900°C, was die obere Grenze beim erfindungsgemäßen Verfahren darstellt. Beim Ver gleichsbeispiel 11 ist die Abkühlgeschwindigkeit beim Anlaßvorgang beträchtlich kleiner als 5 K/s, was die untere Grenze beim erfindungsgemäßen Verfahren darstellt. Beim Vergleichsbeispiel 12 wurde der Bandstahl sofort abgekühlt, ohne daß er bei Anlaßtemperatur stehengelassen wurde, wenn der Bandstahl die Anlaßtemperatur von 750°C erreicht hat. Beim Vergleichsbeispiel 13 betrug die Über alterungstemperatur weniger als 320°C, was die untere Grenze beim erfindungsgemäßen Verfahren darstellt. Beim Vergleichsbeispiel 14 lag die Überalterungstemperatur oberhalb 450°C, was die obere Grenze beim erfindungsgemäßen Verfahren darstellt. Beim Vergleichsbeispiel 15 wurde der Warmwalzvorgang bei einer Temperatur von 810°C beendet, was unter dem Ar₃-Punkt der Stahlbramme ist.

Die Eigenschaften der erhaltenen Bandstähle der Beispiele 7 bis 11 und der Vergleichsbeispiele 7 bis 15 sind in der Tabelle 4 angegeben.

Tabelle 4

Gemäß Tabelle 4 weisen die Produkte der Vergleichsbeispiele 7, 10 und 12, bei denen der Anlaßvorgang unter Bedingungen erfolgte, die außerhalb des Rahmens der Erfindung liegen, geringe -Werte von weniger als 1,6 sowie eine unerwünscht große Streckfestigkeitsdehnung auf. Die Produkte der Vergleichsbeispiele 9 und 15, bei denen der Warmwalzvorgang bei einer Temperatur erfolgte, die außerhalb des Rahmes der Erfindung liegt, weisen einen geringen -Wert auf. Das Produkt des Vergleichsbeispiels 9 weist eine unerwünscht große Streckfestigkeitsdehnung und einen geringen Widerstand gegenüber einer planaren Rißbildung auf. Die Produkte des Vergleichsbeispiels 8, bei dem die Kaltwalzreduktion weniger als 65% betrug, weisen einen geringen -Wert auf. Das Produkt des Vergleichsbeispiels 11, bei dem die Abkühlgeschwindigkeit beim kontinuierlichen Anlaßvorgang merklich geringer war, sowie die Produkte der Vergleichsbeispiele 13 und 14, bei denen die Überalterungstemperaturen außerhalb des Bereichs der Erfindung lagen, weisen unerwünscht große Streckfestigkeitsdehnungen auf, die einer erheblichen Verschlechterung der Produkte durch natürliches Altern entsprechen.

Die Produkte der Beispiele 7 bis 11 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren weisen in zufriedenstellender Weise eine Streckfestigkeit, Zugfestigkeit, Streck festigkeitsdehnung, einen -Wert, eine Lackeinbrenn härtungseigenschaft sowie einen Widerstand gegenüber einer planaren Rißbildung auf. Es ist darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäßen Produkte eine hervorragende mechanische Festigkeit sowie eine überlegene Widerstandsfestigkeit gegenüber einem natürlichen Altern sowie einer planaren Rißbildung zeigen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines kaltgewalzten Bandstahls hoher Festigkeit für Kraftfahrzeuge, wobei folgende Schritte durchgeführt werden:

- Erwärmen einer Stahlbramme, die aus
0,008 bis 0,020 Gew.-% Kohlenstoff,
0,01 bis 0,45 Gew.-% Mangan,
0,05 bis 0,10 Gew.-% Phosphor,
0,005 bis 0,050 Gew.-% säurelösliches Aluminium,
höchstens 40 ppm Stickstoff,
gegebenenfalls
0,0005 bis 0,005 Gew.-% Bor,
höchstens
0,5 Gew.-% Silicium,
0,005 bis 0,02 Gew.-% mindestens eines seltenen Erdmetalls,
0,0005 bis 0,005 Gew.-% Calcium und
Rest Eisen mit unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, auf eine Temperatur von höchstens 1200°C;
- Warmwalzen der Stahlbramme auf eine Temperatur, die nicht niedriger als der Ar₃-Punkt dieses Stahls ist;
- Aufwickeln des warmgewalzten Bandstahls bei einer Temperatur von 650 bis 750°C;
- Entzundern des warmgewalzten Bandstahls;
- Kaltwalzen des entzunderten Bandstahls mit einer Walzreduktion von mindestens 65%;
- kontinuierliches Anlassen des kaltgewalzten Bandstahls durch Erwärmen auf eine Temperatur von 700 bis 900°C, wobei der Bandstahl zwischen 20 s und 3 min ausgeglichen wird;
- Abkühlen mit einer Geschwindigkeit zwischen 5 K/s und 30 K/s im Temperaturbereich von 650°C und darüber und unterhalb von 650°C mit einer Geschwindigkeit von mehr als 30 K/s;
- Überaltern des angelassenen Bandstahls mit einer Temperatur zwischen 320°C und 450°C für 1 bis 10 min;
- Abkühlen des überalterten Bandstahls auf Umgebungstemperatur und
- Dressieren des abgekühlten Bandstahls bei Umgebungstemperatur.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltwalzvorgang mit einer Walzreduktion zwischen 65 und 90% durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dressieren mit einer Walzreduktion zwischen 0,8 bis 1,5% durchgeführt wird.