DE3231981C2 - Verfahren zur Herstellung von beschichtetem, hochfestem, niedriglegiertem Stahl - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von beschichtetem, hochfestem, niedriglegiertem StahlInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von beschichtetem, hochfestem, niedriglegiertem Stahl. Ein Stahlband wird von Walzöl gereinigt, in einer Schutzgasatmo sphäre auf einen Temperaturbereich A ↓1 bis A ↓3 aufgeheizt, geglüht und anschließend in einem Zink-Aluminium-Bad für eine kurze Zeit abgeschreckt, die ausreicht, daß eine Zinkschicht an der Stahloberfläche haften bleibt. Danach wird das Stahlband schnell auf eine Temperatur unter 300 ° C abgekühlt, um eine zweiphasige Stahlstruktur zu erhalten.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von beschichtetem, hochfestem, niedriglegiertem Stahl.
Derartige Stahlsorten werden immer häufiger, insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie, verwendet, weil
dadurch das Gewicht des Fahrzeug-Chassis verringert und damit der Kraftstoffverbrauch reduziert werden
kann. Darüberhinaus soll der hochfeste Stahl auch eine hohe Korrosionsbeständigkeit haben.
Ein gutes Dehnungsfestigkeits-(Dehnbarkeits-)Verhältnis wurde durch die Entwicklung sogenannten Zwei-Phasen-Stahls
oder Dual-Phasen-Stahls erreicht, der 15 bis 28% Martensit (oder niedrigeren Troostit) in einem
Ferrit-Gefüge bzw. in einer Ferrit-Matrix enthält. Die Zwei-Phasen-Struktur erhält man durch eine geeignete
Wärmebehandlung: Der Stahl wird in einem zwischenkritischen Temperaturbereich zwischen Temperaturen
Ai und A3 so geglüht, daß man einen geeigneten Anteil
an Austenit und Ferrit erhält Danach wird der Stahl gekühlt oder abgeschreckt, so daß der Austenit in Martensit
oder niedrigen Troostit umgewandelt wird. Austenit soll eine ausreichende Härtbarkeit aufweisen, damit
er sich während eines schnellen Abkühlvorgangs in Martensit oder niederen Troostit umwandelt Die erforderliche
Härtbarkeit hängt vom Herstellungsverfahren und von der Kühlgeschwindigkeit ab, die bei den Herstellungsverfahren
möglich ist.
Die bekannten Herstellungsverfahren können in zwei Hauptgruppen unterteilt werden: Das Wasser-Abschreckverfahren
und das Gas-Kühlverfahren. Die Wasser-Abschreckverfahren (Heiß- und Kaltwasser-Verfahren)
ermöglichen die Verwendung unlegierten Stahls wegen der schnellen Kühlgeschwindigkeit (100 bis
1000°C/s). Dabei besteht jedoch die Tendenz, daß sich
in der Stahloberfläche Oxide bilden, so daß bei diesem Verfahren ein Beizvorgang und in einigen Fällen ein
Härteglühen erforderlich ist Darüberhinaus ist eine Heißtauchverzinkung dieser Stahlart ohne Verlust der
gewünschten mechanischen Eigenschaften unmöglich.
Bei der anderen Verfahrensart wird der Stahl mit Gasstrahlen gasgekühlt, wobei eine Abkühlgeschwindigkeit
von 5 bis 30°C/s möglich ist. Wegen der geringen Abkühlgeschwindigkeit muß unlegierter Stahl entweder
mit V, C oder Mo legiert werden, um eine ausreichende Härtbarkeit zu erhalten. Dadurch erhöhen sich
jedoch die Herstellungskosten. Das Gas-Kühlverfahren ermöglicht es, heißtauchverzinkten Zwei-Phasen-Stahl
zu erzeugen, jedoch mit einer schlechten Zinkschichthaftung auf Grund der großen Menge an Legierungselementen.
Nach der JP-OS 57-79 161 wird eine Platte aus niedriglegiertem
Stahl mit einer Schutzgasatmosphäre bei etwa 7600C geglüht, in ein Zinkbad von 500 bis 6200C
eingetaucht und abgekühlt.
Nach der DE-OS 15 21 376 werden verzinkte, tiefziehfähige Stahlbänder zunächst gereinigt, dann bei 500
bis 7200C in reduzierender Atmosphäre geglüht, bis auf etwa 4800C abgekühlt und durch ein Zink-Aluminium-Bad
gezogen. Es handelt sich hier um ein übliches Warmverzinkungsverfahren.
Nach der US-PS 42 97 398 wird Stahlband in ein Zink-Aluminium-Bad, das auf mehr als 5000C gehalten
wird, eingetaucht und anschließend auf unterhalb 475° C mit Wasser abgeschreckt.
Diesen Verfahren ist gemeinsam, daß das Zink-Aluminium-Bad lediglich für die Beschichtung des Stahlbandes
verwendet wird, während die Abschreckung erst nach dem Zink-Aluminium-Bad erfolgt. Es wird eine
möglichst hohe Zinkbadtemperatur angestrebt, damit die nach der Beschichtung erfolgende Abschreckung
mit Wasser möglichst effektiv ist.
Es wurde nun festgestellt, daß die richtige Struktur von Zwei-Phasen-Stahl sowie die Eliminierung des Lüder'schen
Verformungs-Nullwerts, der für eine solche Stahlart typisch ist, von der Stahllegierung- und Kühlzeit
abhängig ist, während der sich der Stahl in einem Temperaturbereich von Ai bis 300°C befindet; je langer
der Stahl sich in diesem kritischen Bereich befindet, umso mehr Stahl muß legiert werden. Beim Gas-Kühlverfahren
befindet sich der Stahl etwa 60 bis 75 see. lang in diesem Temperaturbereich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von beschichtetem, hochfestem,
niedriglegiertem Stahl anzugeben, mit dem Stahl guter Formbarkeit erzielt und eine gut am Stahl haftende
Zink-Aluminium-Beschichtung mit hoher Korrosionsbeständigkeit erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit Hilfe eines Verfahrens gelöst, bei dem eine Stahlbahn von Walzöl
gereinigt, in einem Ofen auf einen Temperaturbereich Ai bis A3 in einer Schutzgasatmosphäre aufgeheizt, in
einem Glühofen geglüht und in einem Zink-Aluminium-Bad abgekühlt wird, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß das Stahlband in einem Zink-Aluminium-Bad mit einem Aluminiumanteil von bis zu 6%, dessen Temperatur
im Bereich von 400 bis 4400C gehalten wird, abgeschreckt
und mit einer Zink-Aluminium-Legierung beschichtet wird und daß das so behandelte Stahlband zur
Erzeugung einer Zwei-Phasen-Struktur schnell auf eine Temperatur unter 300° C abgekühlt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den LJnteransprüchen angegeben.
Für das Abschrecken nach dem Glühen wird vorzugsweise eine eutektische Zink-Aluminium-Legierung mit
einem Aluminiumgehalt von 4 bis 6% und einem Schmelzpunkt von 382 bis 390° C verwendet Im darauffolgenden
Verfahrensschritt, wenn der Stahl vorzugsweise eine Temperatur von 490 bis 4200C im Zink-Aluminium-Bad
erreicht hat und mit einer Zn-Al-Legierung beschichtet ist, wird der Stahl dann mit Kaltwasser-Strahlen
und Wasser-Luft-Besprühung schnell auf eine Temperatur unter 3000C abgekühlt, wobei die Gesamt-Abschreckzeit
etwa 5 bis 10 see. beträgt. Dies ermöglicht es, billigeren unlegierten Stahl (C = 0,04 bis 0,12%,
Mn = 0,6 bis 1,6%, Si = O bis 0,5%) als beim Gas-Kühlverfahren zu verwenden. Der Zusatz von 4 bis 6% Aluminium
im Zinkbad macht es möglich, eine Heißtauch-Temperatur von 400 bis 4400C zu wählen, die unter der
beim Sendzimir-Verfahren verwendeten Temperatur liegt. Wie Untersuchungen und Tests zeigten, ist es
durch die geringe Heißtauch-Temperatur zusammen mit den hohen Aluminiumgehalt möglich, eine gute Haftung
der Zinkschicht trotz der hohen Verzinkungstemperatur des Stahls zu erreichen.
Darüberhinaus kann die Abschreckgeschwindigkeit des Stahls durch Steuerung bzw. Regelung der Temperatur
des Zinkbades gesteuert bzw. geregelt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigen:
F i g. 1 ein Temperatur-Zeit-Diagramm, anhand dessen das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Wasser-Abschreck-
und dem Gas-Kühlverfahren verglichen wird,
F i g. 2 im Längsschnitt eine schematisch dargestellte Fertigungsstraße, wie sie zur Ausführung dns erfindungsgemäßen
Verfahrens verwendet werden kann.
F i g. 2 zeigt eine Einheit 1, in der das Stahlband von Walzöl gereinigt wird. Weiterhin ist ein Ofen 2 zum
Aufheizen des Stahlbandes auf eine Temperatur in einem Temperaturbereich Ai bis A3, sowie ein Glüh- bzw.
Tiefofen 3 vorgesehen, dessen letzte Zone 4 zu einem in einen Tiegel 5 befindlichen Zink-Aluminium-Bad führt.
Im Zink-Aluminium-Bad befindet sich eine Kühleinheit 6, ein ebenfalls gekühlter Austrittsbereich 7 des Schachtes,
der vom Glühofen zum Zink-Aluminium-Bad, führt, eine Pumpe 8 zur Umwälzung der Schmelze sowie eine
Führungsrollenanordnung 9, die das Stahlband durch das Zink-Aluminium-Bad führt. Weiterhin sind Gasstrahldüsen
10 und ti sowie Luft-Wasser-Blasdüsen 12 vorgesehen. Das dem Verfahren zu unterziehende
Stahlband ist mit dem Bezugszeichen 13 versehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet folgendermaßen:
Nachdem der Stahl von Waizöl gereinigt ist, wird das Stahlband in dem eine Schutzgasatmosphäre enthaltenden
Ofen 2 auf einen Temperaturbereich Ai bis A3 aufgeheizt
und anschließend im Glühofen 3 geglüht Das Gas der Schutzgasatmosphäre enthält 10 bis 25% Wasserstoff
und 90 bis 75% Stickstoff. In der letzten Zone 4 des Glühofens wird die Temperatur des Stahlbandes auf
geeignete Weise so gesteuert, daß sie über der Temperatur Ai liegt, bevor das Stahlband dann im Zink-Aluminium-Bad
abgeschreckt wird. Der Tiegel 5 besteht aus einem keramischen Material und ist mit einer Kühleinheit
6 oder einem Wärmeaustauscher versehen, um zu verhindern, daß die Temperatur des Zink-Aluminium-Bades
aufgrund der vom Stahlband abgegebenen Wärmeenergie ansteigt. Der Austrittsbereich 7 des Schachtes
wird vorzugsweise ebenfalls gekühlt Das geschmolzene Material wird mit einer Pumpe 8, die vorzugsweise
eine keramische Turbine aufweist, derart umgewälzt, daß das geschmolzene Metall durch Düsen, die an beiden
Seiten des Metallstreifens angeordnet sind und sich über die gesamte Breite des Metallstreifens erstrecken,
gleichmäßig gegen die Oberfläche des Metallstreifens strömt. Dadurch bleibt die Temperatur an dieser Stelle
des Metallbads trotz der großen im Stahlband enthaltenden Wärmeenergie kosntant und gleichzeitig kann
der Abschreckeffekt des geschmolzenen Zinks mittels der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Strömungsmenge
des geschmolzenen Zinks reguliert werden. Wenn sich die Geschwindigkeit des Stahlbandes ändert, kann die
Heißtauchzeit durch Regelung der Höhe der Tiegelrollen 9 konstant gehalten werden. Diese Regelung erfolgt
in bekannter Weise automatisch in Abhängigkeit der Durchlaufgeschwindigkeit des Stahlbandes. Nach dem
Zinkbad wird die Dicke der Schicht mit Gasstrahldüsen 10 reguliert. Unmittelbar danach verfestigt sich die geschmolzene
Schicht aufgrund der kalten Luftstrahlen schnell und danach wird das Stahlband mit Luft-Wasser-Blasdüsen
12 schnell auf eine Temperatur unterhalb von 3000C abgekühlt. Die Lage der Kühleinheit 11,12 kann
entsprechend der Durchlaufgeschwindigkeit des Stahlbandes auf unterschiedliche Höhen eingestellt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es wesent-Hch, daß der Stahl von einer Temperatur in einem Temperaturbereich
von Ai und A3 abgeschreckt wird, indem der Stahl, der teilweise in ferritischer und teilweise in
austenitischer Form vorliegt, im Zink-Aluminium-Bad nur solange abgeschreckt wird, daß sich eine Zinkschicht
bildet und am Stahl anhaftet und daß danach der Stahl mit Luft- und Wasserstrahlen schnell auf eine
Temperatur unter 3000C abgekühlt wird. Durch die schnelle Abkühlung des Stahles ergibt sich die gewünschte
Ausscheidung des Kohlenstoffs, der in der Ferrit-Matrix gebunden ist, bei einem Minimum an
Übervergütung. Auf diese Weise ist die Herstellung des beschichteten, gezogenen und zweiphasigen (Ferrit-
und Troostit/Martensit) Qualitätsstahlbandes möglich, was mit dem Sendzimir-Verfahren aufgrund des langsamen
Abkühlens des Stahlbandes im Glühofen vor dem Zinkbad nicht möglich ist.
Eutektische Zink-Aluminium-Bäder mit einem Aluminiumgfhalt
von 4 bis 6% sind für die Feuerverzinkung an sich bekannt (vgl. z. B. »Werkstoffe und Korrosion«
30 [1979], Seite 174 bis 176). Werden derartige Bäder erfindungsgemäß mit einer niedrigen Bad-Arbeits-Temperatur
von 400 bis 44O0C eingesetzt, so erhält man eine
gute Formbarkeit und Haftfähigkeit der Beschichtung
trotz der Verwendung einer hohen Stahlband-Temperatur bei dem Eintritt des Stahlbandes in das Zinkbad.
Beim Sendzimir-Verfahren ist dies unmöglich, weil der Aluminiumzusatz mit weniger als 0,2% im Zinkbad gering
ist und das Bad eine hohe Temperatur von über 450° C aufweist. Der Schmelzpunkt dieser Verbindung
beträgt 420° C.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von beschichtetem, hochfestem, niedriglegiertem Stahl, wobei ein Stahlband
von Walzöl gereinigt, in einem Ofen auf einem Temperaturbereich Ai bis A3 in einer Schutzgasatmosphäre
aufgeheizt, in einem Glühofen geglüht und in einem Zink-Aluminium-Bad abgekühlt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlband in einem Zink-Aluminium-Bad mit einem Aluminiumanteil
von bis zu 6%, dessen Temperatur im Bereich von 400 bis 44O0C gehalten wird, abgeschreckt
und mit einer Zink-Aluminium-Legierung beschichtet wird und daß das so behandelte Stahlband
zur Erzeugung einer Zwei-Phasen-Struktur schnell auf eine Temperatur unter 300° C abgekühlt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Stahlband in einem Zink-Aluminium-Bad mit einem Aluminiumanteil von 4 bis 6%
abgeschreckt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schnelle Abkühlen des
Stahlbandes auf eine Temperatur unter 3000C mit kombinierten Gas- und Wasserstrahlen vorgenommen
wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze im Zink-Aluminium-Bad
so gerichtet wird, daß sie gleichmäßig auf beide Flächen des Stahlbandes strömt, um
den Abschreckeffekt zu regulieren, und daß das Zink-Aluminium-Bad zur Kompensation der durch
das Stahlband in das Bad gebrachten Wärmeenergie gekühlt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Weglänge, auf der
das Stahlband durch das Zink-Aiuminium-Bad läuft, mit einstellbaren Führungsrollen reguliert wird, um
für unterschiedliche Durchlaufgeschwindigkeiten des Stahlbandes eine konstante Kühlzeit im Zink-Aluminium-Bad
und eine konstante Gesamtabschreckzeit zum Erreichen der Temperatur unter 3000C aufrechtzuerhalten, so daß eine gleichmäßige
Qualität der Zwei-Phasen-Struktur und der Beschichtung erhalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gesamtabschreckzeit zum Erreichen
der Temperatur unter 3000C von 5 bis 10 see.
eingehalten wird.
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| Publication Number | Publication Date |
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| DE3231981A1 DE3231981A1 (de) | 1984-03-01 |
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| Country | Link |
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| DE (1) | DE3231981C2 (de) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994029048A1 (de) * | 1993-06-08 | 1994-12-22 | Mannesmann Ag | Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von halbzeug |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3231981A1 (de) | 1984-03-01 |
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