DE3142403A1 - "kontinuierliches gluehverfahren zur herstellung eines kaltgewalzten und niedriggekohlten stahlbleches mit guter tiefziehfaehigkeit und alterungsbestaendigkeit" - Google Patents
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Description
Kontinuierliches Glühverfahren zur Herstellung eines kalt gewalzten und niedrig gekohlten Stahlblechs
mit guter Tiefziehfähigkeit und Alterungsbeständigkeit
Für kaltgewalztes Flußstahlblech, das für Karosserien von
Kraftfahrzeugen vorgesehen ist, wird hauptsächlich kistengekühlter Al-beruhigter Stahl mit Rücksicht auf die sich
im Zusammenhang mit Preßformbarkeit und Alterungsbeständigkeit (Auftreten von Ziehriefen und dergl. durch Altern)ergebenden
Probleme verwendet. Da das Kistenglühen langsamen Erwärmens und langsamen Abkühlens bedarf, wird beträchtliche
Zeit benötigt, wodurch die Produktivität beeinträchtigt wird. Im Hinblick auf diese Umstände wurde ein kontinuierliches
Glühverfahren zur Erzeugung einer guten Ziehfähigkeit vorgeschlagen, wobei sich dieses Verfahren durch hohe
Produktivität auszeichnet.
Im allgemeinen ist das kontinuierliche Glühen dadurch gekennzeichnet,
daß schnell erwärmt und schnell gekühlt wird. Jedoch bleibt wegen des schnellen Kühlens nach dem kontinuierlichen
Glühen im Vergleich zu Kistenglühen mit langsamer Abkühlung viel gelöster Kohlenstoff. Dementsprechend
weist das Endprodukt Nachteile hinsichtlich Härte und geringer Alterungsbeständigkeit auf. Als Gegenmaßnahme
zur Absenkung des verbleibenden gelösten C wird beim kontinuierlichen Glühen ein erwärmter und dauergeglühter
Stahl schnell abgekühlt (mögliche Abkühlung durch Abschrecken mit Wasser, Kühlen durch Walzen, Abschrecken mit
kochendem V/asser oder Gasstrahlabkühlung), worauf der Stahl bei Temperaturen von 300 bis 5000C für eine bestimmte Zeit
-3-
gehalten wird, um übersättigtes C auszuscheiden. Trotzdem derart schnell gekühlt und lange gealtert wird, verbleibt
unvermeidbar gelöstes C im Endprodukt, da die Abkühlung nach der Überalterungsbehandlung schnell erfolgt. Dies verursacht
eine schlechte Alterungseigenschaft. Obgleich der kontinuierlich geglühte Stahl unmittelbar nach seiner Herstellung die gleichen mechanischen Eigenschaften wie
kistengeglühter Al-beruhigter Stahl hat, traten doch häufig beim Preßverformen nach mehreren Monaten Defekte, wie
Risse, Einschnürungen oder Ziehriefen,aufgrund der Verschlechterung
durch das Altern oder Rückkehr der StreckgrenzenerStreckung auf. Es wurden Vorschläge gemacht,
derartige Defekte beim kontinuierlichen Glühverfahren zu steuern. Beispielsweise wurde vorgeschlagen, C im geschmolzenen
Stahl beträchtlich zu reduzieren (Japanische ' Offenlegungsschrift No. 58 333/80) oder Carbid- oder Nitridformer,
wie Ti oder Zr, zuzugeben (Japanische Patente No. 31 531/75 und No. 3 884/77). Diese Maßnahmen ergeben
jedoch immer noch Probleme hinsichtlich Massenproduktion anstelle von kistengeglühtem Al-beruhigtem Stahl aufgrund
hoher Kosten oder anderer Faktoren bei der laufenden Produktion
von extrem niedrig gekohltem Stahl und Zugabe von Carbid- oder Nitridformern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kontinuierliches Glühverfahren für die Herstellung von kaltgewalztem
Flußstahl vorzuschlagen, bei dem man hervorragende Tiefziefähigkeit
und Alterungsbeständigkeit, wie beim herkömmlichen kistengegelühtem Al-beruhigten Stahl erhält.
. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die chemische Zusammensetzung des Stahls in bestimmter Weise
eingestellt und der Warmbehandlungsablauf des kontinuierlichen Glühens gesteuert wird.
Fig. | 1 | |
10 | ||
Fig. | 2 | |
15 |
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert. Es zeigen:
in einer graphischen Darstellung den Verlauf der Abschrecktemperatur beim kontinuierlichen
Glühen in Abhängigkeit vom C-Gehalt, Fließgrenze (YP) und Alterungsindex (AI),
und
in einer graphischen Darstellung die Änderung der mechanischen Eigenschaften durch
Alterungsbeschleunigungsversuche bei einer
Temperatur von 38°C zwischen erfindungsgemäßem Stahlmaterial und herkömmlichem.
· Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Merkmale auf:
Brammenformung oder Brammenherstellung durch Stranggießen von
schmelzflüssigem Stahl, der 0,01 bis 0,03% G, 0,05 bis
0,3054 Mn, 0,020 bis 0,100% gelöstes Al und nicht mehr als
0,0050Ji) N enthält,
Finish- bzw. Fertigwarmwalzen bei Temperaturen von mehr als 8300C,
Entzundern nach Aufwickeln bei mehr als 6500C,
Kaltwalzen bei einer Kaltreduktion von mehr als 60%, und darauffolgend in einem kontinuierlichen Glühvorgang durch
Glühen bzw. Dauerglühen des kaltgewalzten Stahls bei Temperaturen, die über dem A-,-Umwandlungspunkt und unter dem
Α,-Umwandlungspunkt liegen, für mehr als 10 Sekunden,
Abkühlen von einer Temperatur über 6500C mit einer Abkühlrate
von mehr als 200°C/s, und
Durchführen einer Uberalterungsbehandlung am Stahlblech.
Es kann auch 0,0005 bis 0,0050% B der Stahlschmelze zugegeben
und die kontinuierliche Glühbehandlung im gleichen Ablauf, wie vorher angegeben, durchgeführt werden.
Zur Auslegung der chemischen Zusammensetzung ist folgendes
zu bemerken.
0,01 Ms 0,03% C: Dies ist ein wichtiger Bestandteil, wie auch die Ausgangstemperatur beim schnellen Abkühlen während
des kontinuierlichen Glühens. Die Fig. 1 zeigt die Beziehung
zwischen C-Gehalt, Streck- bzw. Fließgrenze und Alterungsindex des Endprodukts. Im Bereich von 0,01 bis
0,03% ist die Fließgrenze minimal, und der Alterungsindex
sinkt schnell bei = 0,01% C und wird konstant. Jedoch ist C
bei 4 0,015ό vollständig gelöst, und wenn der Stahl bei
einer Temperatur von mehr als 6500C abgeschreckt würde,
würde kein Martensit erzeugt und übersättigtes gelöstes C
niedrig im Vergleich mit C = 0,01%. Wenn die Überalterungsbehandlung ausgeführt würde, würde übersättigtes gelöstes
■ C nicht vollständig ausgeschieden, so daß die Alterungsbeständigkeit
verschlechtert wird und die Fließgrenze bzw. der Fließpunkt hochliegt. Wird der Stahl bei C
> 0,03% von der hohen Temperatur in Wasser abgeschreckt, so würde viel Martensit erzeugt, so daß die Alterungsbeständigkeit verbessert
wird, jedoch das Festigkeitsniveau stark erhöht und die Formbarkeit bzw. Ziehfähigkeit in nachteiliger Weise
verringert wird. Berücksichtigt man deshalb die Alterungsbeständigkeit
und die mechanischen Eigenschaften nach der Herstellung, so liegt der bevorzugte Bereich
von C bei 0,01 bis 0,03%, wobei Martensit in diesem Bereich den für beide Eigenschaften am meisten geeigneten
Anteil hat.
0,05 "bis 0,30% Mn: Ein niedriger Wert ist besser für die
Herstellung von weichem Material, cjecloch liegt die untere
Grenze bei 0,05% hinsichtlich Oberflächeneigenschaften und Warmsprödigkeit. Mehr als 0,30% Mn machen den Stahl hart
und verschlechtern die Tiefziehfähigkeit.
0,020 bis 0,100% gelöstes Al: Dies ist der Bereich von
gewöhnlichem.Al-"beruhigtem Stahl. Wenn gelöstes Al
<0,020% wäre, -würde AlN "bei der Ausscheidung verzögert, und das
Wachstum von Ferritkörnern würde unbefriedigend. Wenn die Ausscheidung auftritt, wird die
Perritkorngröße fein. Andererseits verursacht J>
0,100% gelöstes Al hohe Kosten und macht das Endprodukt eher hart
wegen des Härtens der . festen Lösung.
Nicht mehr als 0,005% N: Je niedriger desto besser, und der maximale Wert ist 0,0050%. Bei einem höheren Wert als
0,0050% wird viel AlN ausgeschieden und das Material hart.
0,0005 bis 0,0050% B: Dieser Zusatz dient zum Einstellen
der Kristallkörner beim Warmwalzen. Ein Zusatz in diesem Bereich hindert das Wachstum der Körner durch feine B-Ausfällung
und dient dazu, daß die Körner im warmgewalzten Blech Durchmesser haben, die für die Tiefziehfähigkeit des
Endproduktes vorteilhaft sind. Bei einem Wert < 0,0005% könnte der Einfluß von B nicht aufgezeigt werden, und bei
einem Wert ^> 0,0050% wird Sprödigkeit erzeugt und es ergeben
sich Risse an den Kanten der Bramme. Das Endprodukt wird hart und die Verformbarkeit verschlechtert.
Erfindungsgemäß wird ein? Bramme aus einer Stahlschmelze hergestellt,
deren chemische Zusammensetzung, wie zuvor angegeben, eingestellt wurde. Beim Warmwalzen liegt die
Endtemperatur über 8300C, und wenn sie unter dieser Temperatur
läge, würde der r-Wert abgesenkt. Die Walztemperatur
liegt über 65O0C zur Vervollständigung der AIN-Ausfällung
und Kohäsion. Der warmgewalzte Wickel wird bei einer Kaltreduktion
von mehr als 60% kaltgewalzt, nachdem gebeizt oder mechanisch entzundert wurde. Beim kontinuierlichen Glühen
wird der Stahl bis auf den Bereich (ςχ + )Λ ) erwärmt, der
über dem A1-Umwandlungspunkt, jedoch unter dem Α-,-Umwand.-
3H2403
lungspunkt liegt. Er wird für mehr als 10 Sekunden auf dieser
Temperatur gehalten, um die Rekristallisation zu vervollständigen, worauf von einer Temperatur über 65O°C mit
einer Abkühlrate von mehr als 200°C/s schnell abgekühlt und
das Blech überaltert wird, indem es auf einer Temperatur zwischen 300 und 5000C für mehr als 30 Sekunden gehalten
wird, so daß übersättigtes gelöstes C ausgefällt wird.
Das augenblicklich bzw. sofort durchgeführte kontinuierliche Glühen ist dadurch gekennzeichnet, daß durch schnelles
Abkühlen von dem Bereich (O( + jf) Martensit erzeugt wird.
Von hochzugfestem Stahlblech ist es bekannt, daß die Koexistenz
von Ferrit und Martensit das Altern bei Raumtemperatur beträchtlich unterdrückt. Erfindungsgemäß wurde
gefunden, daß durch Kombination des optimalen C-Bereichs
20■ und der Starttemperatur beim schnellen Abkühlen Martensit
in geeigneter Weise verteilt wird, so daß man ein Produkt mit guter Alterungsbeständigkeit und hervorragenden mechanischen
Eigenschaften erhält. Der Grund für die Auslegung der Starttemperatur über 65O°C und der Abkühlrate von
mehr als 200°C/s liegt darin, daß Martensit nicht erzeugt
würde, wenn man außerhalb dieses Bereichs im erfindungsgemäßen C-Bereich arbeiten würde.
Wenn die Erwärmungs-Durchglühtemperatur beim kontinuierliehen
Glühen über dem Α,-Umwandlungspunkt liegt, wird das Gefüge regellos bzw. willkürlich strukturiert, wodurch
die Tiefziehfähigkeit und die gesamte Dehnung schnell verringert werden. Liegt sie unter dem Α,-Umwandlungspunkt,
so wird die Ferritkorngröße bei höheren Temperaturen größer, wodurch das Material weicher und die Tiefziehfähigkeit dementsprechend erhöht wird.
Wenn das schnelle Abkühlen von einer Starttemperatur ausgeht, die niedriger als 6500C liegt, tritt Martensit nicht
:..: .:. 3U2403
auf, und das Mikrogefüge wird Ferrit+Austenit, so daß eine
Verbesserung der Alterungsbeständigkeit nicht vorhergesagte werden könnte. Liegt die Starttemperatur über 65Ö°C,
so tritt Martensit auf und die Alterungsbeständigkeit könnte verbessert werden. Wenn das' Abkühlen von einer höheren
Temperatur, wie 7500C, begonnen wird, wird das Material
mehr oder weniger hart. Deshalb liegt der bevorzugte Bereich der Starttemperatur für das schnelle Abkühlen zwischen
650°C und 750°C.
Stahl mit der in Tabelle 1 wiedergegebenen chemischen Zusammensetzung
wurde durch Stranggießen zu einer Bramme ge-
2Q formt. Beim Warmwalzen wurde die Bramme bei 8700C fertiggewalzt, worauf man ein Band von 2,8 mm erhielt, das bei
7000C aufgewickelt wurde. Vom Mittelabschnitt des warmen
Bandes wurde eine Probe genommen, die im Labor durch Beizen mit Salzsäure entzundert wurde. Mit einem Labor-Kalt-
P_ walzgerüst wurde die Dicke durch Kaltwalzen auf 0,8 mm
verringert (71,4% Kaltreduktion). Der Simulationsversuch
für das kontinuierliche Glühen wurde im Salzbad durchgeführt. Beim kontinuierlichen Glühen wurde auf 8500C erwärmt,
die Temperatur 1,5 Minuten lang gehalten, die Probe aus dem Salzbad genommen, mit Luft gekühlt, in einem Wasserstrahl
mit der Temperatur von 75O°C (A), 65O°C (B) und 5500C (C) abgeschreckt, bei 3500C für 2 Minuten überaltert
und mit dem Labor-Kaltwalzgerüst bei einer Reduktion von 1,0% vergütet bzw. oberflächengewalzt. Die Fig. 1 zeigt
__ das Versuchsergebnis und die mechanischen Eigenschaften.
.55
3H2403
No.
Sl
(Gew.{ Chemisehe Zusammensetzung %) ι
1 10.005 j 0.0
M rf
! N
0.21 10.012 ι 0 016 ! 0.0055
1 4 4
Solhl
0.065
2 ,0.006 0.02 iU.27 ,0.014 0.016:0.0057 0.056
1
0.009 10.01 i 0.2 2 j 0.01 2 , 0 01 5 , 0.004
0.012,0.02 iO.20 !0.015 10.014 0.0048
4-H
0.04 5
0.0 4 5 erf indüngs gem.
I 5 0.015 .0.02 : 0.2 5 '0.015 . 0.01 5 0.00261 0.055 :
I I I I
Stahl
6 j 0.01 8'.0.01 j 0.1 8 ; 0.011 ! 0.021 ,0.0029 I
04 2
7 [0020 0.01 !0.16 10.010 "? 0.01 0 0.0Ό20 0,0 68" i " ·■-
"~τ"" "Ί ~Ί~" Γ Γ." ·" L~ _"7τ~7Ί Ι "
8 0.025
0.02 j026 0.01 0 ' 0.021
0.0055 I 0.052
ι . ' ■ " Γ I
9 -10.050 jO.01 Ό.20 0.011 ."0020 ,0.0054
I ι ; t
10
0.04
0.02 j0.15 10.014 0.017 0.0057 0.044
Stahl- mit der chemischen Zusammensetzung wie in Tabelle
2 wurde durch Stranggießen zu einer Bramme geformt. Die Bramme wurde warmgewalzt mit einer Endtemperatur von
8700C, worauf bei 7000C aufgewickelt wurde (Enddicke
2,8 mm). Der so warmgewalzte Wickel wurde durch Beizen mit Salzsäure entzundert und auf eine Dicke von 0,8 mm
mit einem Tandemgerüst kaltgewalzt. Das kontinuierliche Glühen wurde unter den in Tabelle 3 wiedergegebenen Bedingungen
durchgeführt. Die Geschwindigkeit betrug 100 m/min. Nach dem"Erwärmen-Durchglühen wurde der Stahl mit
-ν-
Wasser von den in Tabelle 3 wiedergegebenen Glühtemperaturen
abgeschreckt. Nach dem Beizen, Neutralisieren, Waschen und Trocknen wurde die Überalterungsbehandlung
zwischen 4000C und 3000C durchgeführt, worauf mit einer
Reduktionsrate von 0,8 bis 1,0% vergütet bzw. oberflächengewalzt wurde. Das Material wurde untersucht, und die Ergebnisse
sind in Tabelle 3 wiedergegben.
ί JNo. l . |
Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) | . C | Si | 0.02 I |
Mn | P ■ | S | ' N | 3 eg. A/= | B | - | ! I Ί |
! iv I |
0.005 | 0.01 | 0.17 | 0.012 | 0.015 | 0.0028 | 0.048 | — | ■ I ι - Λ .' ,1 |
|||
:'i2 I |
0 015 | Ό.0 2 | 015 | 0.014 | 0.01 8 | 0.0 025 | 0.05 7 | — | erf .:gem, Stahl |
|||
i1i | 0.022 | 0.01 |
0.20 | 0.010 | 0.015 | 00031 | 0.055 t — | |||||
In I |
0.044 | 0.01 | 0.14 | 0.011 | 0.012 | 0.00 27 | 0.050 " | |||||
I. 15 i |
0.02 5 ■ |
0 01 | 0.41 | 0.019 | Ί 0.017 |
• 0.0027 |
0.044 | |||||
1 . 16 |
0:018 ι 0 02 | 0.18 | 0.012 0.011 |
0.018 I |
0.00 58 | 0.0 56 0.061 |
erf.gem. 0.00 2 2 istahl |
|||||
17 ι., . .. |
0.02 0 | 0.15 | 002 0 | 0.0 05 5 |
A | B | C | YP | TS |
El
<*> |
AI | r * | ■ erfindun |
|
t No. |
850 V 750 1C I |
650 C 650 C |
17.8 18.4 |
29.5 50.2 |
50.5 50.5 |
53 5.6 |
178 164 |
Il | |
11A ι i 11B |
750 Ό | 18.5 | 514 | 4 8.5 | 16 | 17 5 | Il | ||
12A | 850 Ό | 650 C | 17.9 | 511 | 49.2 | 175 | Il | ||
12B | 850 C | 650 C | 18.1 | 515 | 48.8 | •1.4 | 1.75 | ||
15A | 750 C | 650 C | • 18.7 | 52.0 | 48.1 | 16 | 167 | ||
15B | 700 C | 550 C | 204 | 52Β | 46.2 | 4.1 | 152 | ||
ISC | 850 C | 650 C | 21.5 | 54.6 | 45.3 | 1.5 | 148 | ||
•14 A | 850 £ | ! 650 C | 20.5 | 55.7 | 4 5.8 | ί 1·8 | 154 | erfindu • Sta |
|
15 A | 850 C | 650 Ό | 20.6 | 55.6 | 44.7 | 2.0 | Γ 1.57 |
||
16A | 850 C· | 650 τ: ι |
17.6 | ' 50.7 | 47.8 | 19 | 1.69 | ||
17A | |||||||||
A: Bedingungen des kontinuierliohen Glühens,
B: Temperaturen beim Erwärmen
C: Temperaturen beim Abschrecken YP: Streckgrenze TS: Zugfestigkeit
El: Dehnung AI: Alterunßsindex
-η-
Um das Alterungsverhalten bei den Proben nach Beispiel 2
zu untersuchen, wurden Alterungsbeschleunigungsversuche
bei 380C anhand der Proben 11A, 12A, 13A und 13B in Ta-
zu untersuchen, wurden Alterungsbeschleunigungsversuche
bei 380C anhand der Proben 11A, 12A, 13A und 13B in Ta-
belle 3 durchgeführt. Die Fig. 2 zeigt die Änderungen der ;
mechanischen Eigenschaften durch die Alterungsbeschleuni- ;
gungsversuche bei 380C. \
Wie aus Beispiel 1 ersichtlich ist, sind die mechanischen
Eigenschaften nach dem Vergütungswalzen im Bereich von
Eigenschaften nach dem Vergütungswalzen im Bereich von
0,01 bis 0,03%C sehr gut. Bei C = 0,01# zeigt der Alterungsindex
für die Abschätzung der Alterungsbeständigkeit = einen niederen Wert. Beim Warmbehandlungszyklus des kon- ■-tinuierlichen
Glühens wird der Alterungsindex durch Erwär- ;■ men über den A1-Umwandlungspunkt und schnelles Abkühlen r
von dieser Temperatur offensichtlich abgesenkt. f
In Abhängigkeit vom geeigneten Bereich des C-Gehalts und ■
des Warmbehandlungsablaufs des kontinuierlichen Glühens !
konnte bestätigt werden, daß kaltgewalztes Stahlblech mit '
^5 den gleichen mechanischen Eigenschaften, wie kistengeglüh- ;
ter Al-beruhigter Stahl tatsächlich durch ein kontinuier- έ
liches Glühverfahren auch in industriellem Maßstab hergestellt werden kann, wie Beispiel 2 zeigt. Das erfindungs- !;
gemäß kontinuierlich geglühte Material zeigt keinerlei Γ
Rückkehr der Fließgrenzendehnung bei den Testergebnissen Γ
der Alterungsbeschleunigung bei J>8°C in 16 Tagen (3S°C in !
16 Tagen entspricht etwa 200C auf 4 Monate). Deshalb kann \
man einen derartigen Stahl tatsächlich als nichtalternd I
bezeichnen. . . t
· Γ
Leerseite
Claims (2)
1.. Kontinuierliches Glühverfahren zum Herstellen eines kaltgewalzten
und niedriggekohltem Stahlblechs mit guter Tiefziehfähigkeit und Alterungsbeständigkeit,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Bramme aus Stahl mit 0,01 bis 0,03% Cj- 0,05 bis
0,30% Mn, 0,020 bis 0,100% gelöstes Al, nicht mehr als
0,0050% N und Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen
hergestellt wird,
daß die Bramme bei einer Temperatur von mehr als 8300C '
warmgewalzt, nach dem Aufwickeln des warmgewalzten Bandes kaltgewalzt und in einem kontinuierlichen Glühvorgang der
Stahl für mehr als 10 Sekunden auf einer Temperatur zwi-. sehen dem A1- und dem Α,-Umwandlungspunkt gehalten, danach
von einer Temperatur über 6500C bei einer Abkühlrate von
mehr als 200°C/s abgekühlt und überaltert wird, indem der
Stahl für mehr als 30 s auf einer Temperatur von 300 bis 5000C gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß-0,0005
bis 0,0050% B dem Stahl zugesetzt werden.
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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