DE3142403C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Verfahren dieser Art ist aus der DE-OS 30 03 489 bekannt, wobei ein Glühen des Stahlblechs erfolgt, um sowohl eine größere Korngröße umd somit eine bessere Bearbeitbarkeit des kaltgewalzten Stahles zu erzielen, als auch stärker die Auflösung der in den Stahlbändern gebildeten Karbide zu verhindern, was zu einer Verkürzung der nachfolgenden Überalterungsbehandlung beiträgt. Zum Ausfällen des gelösten Kohlenstoffs in Form von Karbiden ist es dabei erwünscht, daß am Anfang der Kühlstufe nach dem Glühen das Kühlen relativ langsam erfolgt, so daß man möglichst lange in der höheren Temperaturzone verbleibt. Die anfängliche Kühlgeschwindigkeit nach dem Glühen beträgt dabei höchstens 5 K/s. Weiterhin wird in dieser Druckschrift angegeben, daß man mit einem Stahl mit 0,04 bis 0,08% Kohlenstoff zufriedenstellende Verbesserungen bei der Bearbeitbarkeit des Stahls erhält, wenn dieser während eines vorgegebenen Zeitraumes geglüht und dann während mehr als 2 Minuten überaltert wird.
Aus der US-PS 41 45 235 ist ein ähnliches Verfahren bekannt, wobei von einem Stahl mit über 0,04% Kohlenstoff und bis zu 0,05% Bor ausgegangen und eine Abkühlrate nach dem Glühen von 5-30 K/s vorgesehen wird.
Durchlaufgeglühte Stähle für die Karosserie von Kraftfahrzeugen haben kurz nach ihrer Herstellung Eigenschaften, die denen von kastengeglühten aluminiumberuhigten Stählen äquivalent sind. Aufgrund der Alterung verschlechtern sich diese Eigenschaften jedoch, und es wird vor allem die Ausdehnung der Streckgrenze zurückgenommen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß diese Alterungseffekte vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Dabei wird durch die Kombination der chemischen Zusammensetzung des Stahls und der Ausgangstemperatur für das schnelle Abkühlen Martensit erzeugt. Auf diese Weise wird die Alterungsbeständigkeit verbessert.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist im Anspruch 2 angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in einer graphischen Darstellung den Verlauf der Abschrecktemperatur beim kontinuierlichen Glühen in Abhängigkeit von C-Gehalt, Fließgrenze (YP) und Alterungsindex (AI), und
Fig. 2 in einer graphischen Darstellung die Änderung der mechanischen Eigenschaften durch Alterungsbeschleunigungsversuche bei einer Temperatur von 38°C zwischen erfindungsgemäß behandeltem Stahl und herkömmlichem.
Das Verfahren weist folgende Merkmale auf:
Brammenformung oder Brammenherstellung durch Stranggießen von Stahl, der 0,01 bis 0,03% C, 0,05 bis 0,30% Mn, 0,020 bis 0,100% gelöstes Al und nicht mehr als 0,0050% N enthält,
Fertigwarmwalzen bei Temperaturen von mehr als 830°C,
Entzundern nach Aufwickeln bei mehr als 650°C,
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 A₁-Umwandlungspunkt und unter dem A₃-Umwandlungspunkt liegen, für mehr als 10 Sekunden,
Abkühlen von einer Temperatur über 650°C mit einer Abkühlrate von mehr als 200 K/s, und
Durchführen einer Überalterungsbehandlung 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 bis 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 < 0,01% vollständig gelöst, und wenn der Stahl bei einer Temperatur von mehr als 650°C 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, jedoch 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 Ferritkorngröße fein. Andererseits verursacht < 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.
Es wird eine Bramme aus einer Stahlschmelze hergestellt, deren chemische Zusammensetzung, wie zuvor angegeben, eingestellt wurde. Beim Warmwalzen liegt die Endtemperatur über 830°C, und wenn sie unter dieser Temperatur läge, würde der -Wert abgesenkt. Die Walztemperatur liegt über 650°C zur Vervollständigung der AlN-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 (α + γ) erwärmt, der über dem A₁-Umwandlungspunkt, jedoch unter dem A₃-Umwandlungspunkt liegt. Er wird für mehr als 10 Sekunden auf dieser Temperatur gehalten, um die Rekristallisation zu vervollständigen, worauf von einer Temperatur über 650°C mit einer Abkühlrate von mehr als 200 K/s schnell abgekühlt und das Blech überaltert wird, indem es auf einer Temperatur zwischen 300 und 500°C für mehr als 30 Sekunden gehalten wird, so daß übersättigtes gelöstes C ausgefällt wird.
Das sofort durchgeführte kontinuierliche Glühen ist dadurch gekennzeichnet, daß durch schnelles Abkühlen von dem Bereich (α + γ) 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 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 650°C und der Abkühlrate von mehr als 200 K/s liegt darin, daß Martensit nicht erzeugt würde, wenn man außerhalb dieses Bereichs im erfindungsgemäßen C-Bereich arbeiten würde.
Wenn die Erwärmungs-Durchglühtemperatur beim kontinuierlichen Glühen über dem A₃-Umwandlungspunkt liegt, wird das Gefüge regellos bzw. willkürlich strukturiert, wodurch die Tiefziehfähigkeit und die gesamte Dehnung schnell verringert werden. Liegt sie unter dem A₃-Umwandlungspunkt, so wird die Ferrtikorngröße 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 650°C liegt, tritt Martensit nicht auf, und das Mikrogefüge wird Ferrit + Austenit, so daß eine Verbesserung der Alterungsbeständigkeit nicht vorhergesagt werden könnte. Liegt die Starttemperatur über 650°C, so tritt Martensit auf und die Alterungsbeständigkeit könnte verbessert werden. Wenn das Abkühlen von einer höheren Temperatur, wie 750°C, 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.
Beispiel 1
Stahl mit der in Tabelle 1 wiedergegebenen chemischen Zusammensetzung wurde durch Stranggießen zu einer Bramme geformt. Beim Warmwalzen wurde die Bramme bei 870°C fertiggewalzt, worauf man ein Band von 2,8 mm erhielt, das bei 700°C aufgewickelt wurde. Vom Mittelabschnitt des warmen Bandes wurde eine Probe genommen, die im Labor durch Beizen mit Salzsäure entzundert wurde. Mit einem Labor-Kaltwalzgerüst 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 850°C erwärmt, die Temperatur 1,5 Minuten lang gehalten, die Probe aus dem Salzbad genommen, mit Luft gekühlt, in einem Wasserstrahl mit der Temperatur von 750°C (A), 650°C (B) und 550°C (C) abgeschreckt, bei 350°C 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.
Tabelle 1
Beispiel 2
Stahl mit der chemischen Zusammensetzung wie in Tabelle 2 wurde durch Stranggießen zu einer Bramme geformt. Die Bramme wurde warmgewalzt mit einer Endtemperatur von 870°C, worauf bei 700°C aufgewickelt wurde (Enddicke 2,8 mm). Der so warmgewalzte Wickel wurde durch Beizen mit Salzsäure entzundert und auf einer 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 Wasser von den in Tabelle 3 wiedergegebenen Glühtemperaturen abgeschreckt. Nach dem Beizen, Neutralisieren, Waschen und Trocknen wurde die Überalterungsbehandlung zwischen 400°C und 300°C 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 wiedergegeben.
Tabelle 2
Tabelle 3
Beispiel 3
Um das Alterungsverhalten bei den Proben nach Beispiel 2 zu untersuchen, wurden Alterungsbeschleunigungsversuche bei 38°C anhand der Proben 11A, 12A, 13A und 13B in Tabelle 3 durchgeführt. Die Fig. 2 zeigt die Änderungen der mechanischen Eigenschaften durch die Alterungsbeschleunigungsversuche bei 38°C.
Wie aus Beispiel 1 ersichtlich ist, sind die mechanischen 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 kontinuierlichen Glühens wird der Alterungsindex durch Erwärmen über den A₁-Umwandlungspunkt und schnelles Abkühlen von dieser Temperatur offensichtlich abgesenkt.
In Abhängigkeit vom geeigneten Bereich des C-Gehalts und des Warmbehandlungsablaufs des kontinuierlichen Glühens konnte bestätigt werden, daß kaltgewalztes Stahlblech mit den gleichen mechanischen Eigenschaften, wie kastengeglühter Al-beruhigter Stahl tatsächlich durch ein kontinuierliches Glühverfahren auch in industriellem Maßstab hergestellt werden kann, wie Beispiel 2 zeigt. Das erfindungsgemäß kontinuierlich geglühte Material zeigt keinerlei Rückkehr der Fließgrenzendehnung bei den Testergebnissen der Alterungsbeschleunigung bei 38°C in 16 Tagen (38°C in 16 Tagen entspricht etwa 20°C auf 4 Monate). Deshalb kann man einen derartigen Stahl tatsächlich als nichtalternd bezeichnen.

Claims (2)

1. Verfahren zum Herstellen eines kaltgewalzten, kohlenstoffarmen Stahlbleches mit guter Tiefziehfähigkeit und Alterungsbeständigkeit, bei dem eine Stahlbramme bei einer Temperatur von mehr als 830°C warmgewalzt und nach dem Aufwickeln des warmgewalzten Stahlbandes kaltgewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bramme aus Stahl mit 0,01 bis 0,03% Kohlenstoff, 0,05 bis 0,30% Mangan, 0,020 bis 0,100% gelöstes Aluminiumkohlenstoff, nicht mehr als 0,0050% Stickstoff und Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen in einem kontinuierlichen Glühvorgang für mehr als 10 Sekunden auf einer Temperatur zwischen dem A₁- und dem A₃-Umwandlungspunkt gehalten, danach von einer Temperatur über 650°C bei einer Abkühlrate von mehr als 200 K/s abgekühlt und überaltert wird, indem der Stahl für mehr als 30 s auf einer Temperatur von 300 bis 500°C gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 0,0005 bis 0,0050% Bor dem Stahl zugesetzt werden.
DE19813142403 1980-10-24 1981-10-26 "kontinuierliches gluehverfahren zur herstellung eines kaltgewalzten und niedriggekohlten stahlbleches mit guter tiefziehfaehigkeit und alterungsbestaendigkeit" Granted DE3142403A1 (de)

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