DE3843732C2 - Kaltgewalztes Blech oder Band und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Kaltgewalztes Blech oder Band und Verfahren zu seiner Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bleches oder Bandes sowie ein zum Tiefziehen geeignetes Blech oder Band gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3.
Zum Tiefziehen von rotationssymmetrischen Stahlteilen wird möglichst texturfreies kaltgewalztes Band oder Blech eingesetzt, damit eine quasiisotropes Umformen und das gezogene Teil zipfelfrei ist. Damit ist gemeint, daß ein z. B. zylindrisch tiefgezogenes Teil keinen welligen Rand aufweist.
Eine vollkommene Zipfelfreiheit ist nur von isotropem Material ohne Seigerungen, ohne nichtmetallische Einschlüsse, ohne perlschnurartige Zementitausscheidungen und bei pan-cake-freiem Gefüge zu erwarten. Daher wird in der folgenden Beschreibung nur der Begriff "zipfelarmes" auch für nach dem Stand der Technik "zipfelfreies" Band verwendet.
In "Blech, Rohre, Profile" 9/1977, S. 341-346 wird detailliert die Ursache für die Zipfelbildung beschrieben und ein Maß für die relative Zipfelhöhe sowie die ebene Anisotropie Delta r definiert. Ideal wären jeweils Ergebnisse mit dem Wert Null (zipfelfreies Material).
Der Wert für die ebene Anisotropie errechnet sich aus der Anisotropie r für unterschiedliches Ausdehnungsverhalten des Materials in Walzrichtung sowie unter 45 Grad und 90 Grad dazu. Für unterschiedliche Tiefzieheigenschaften sind verschiedene r-Werte einstellbar.
Für die in der Veröffentlichung erwähnten Stähle läßt sich zipfelfreies Material nur durch Normalglühen des kaltgewalzten Bandes in einer Durchlaufglühe bei etwa 1000 Grad Celsius erreichen, wobei das Blech im Endzustand eine Korngröße ASTM 8 bei einer relativen Zipfelhöhe von ca. 0,3 bis 0,4% und Delta r ca. ±0,1 erreichen.
Für nicht normalisierend geglühtes Band sei nur ein zipfelarmer Zustand durch Kompromisse in der Verfahrensführung bei der Blechherstellung zu erreichen. Dabei sollen die Walzendtemperaturen bei ca. 750 Grad Celsius und die Kaltwalzgrade entweder unter 25% oder über 80% liegen und mit als für die Zipfeligkeit ungünstig bezeichneten Rekristallisationstemperaturen von über 600 Grad Celsius gearbeitet werden.
Beschrieben wird weiterhin, daß ein Normalisieren nicht im Bund, sondern nur in einer Durchlaufglühe erfolgen kann, weil bei den hohen Temperaturen die Bänder zusammenkleben würden.
In DE-OS 32 34 574 und EP-B1-120 976 sind bei gattungsgemäßen kaltgewalzten zum Tiefziehen geeigneten Stähle variable Verfahrensführungen offenbart, ohne dass auf das Problem der Zipfligkeit des Tiefziehmaterials eingegangen würde.
Aus der EP-A1-101 740 wird für einen gattungsgemäßen kaltgewalzten Stahl eine Brammenerwärmungstemperatur kleiner als 1100 Grad Celsius, eine Walzendtemperatur von unter Ar3, Haspeltemperaturen von 320-600 Grad Celsius und Kaltwalzgrade von 50 bis 95% sowie rekristallisierendes Durchlaufglühen empfohlen. Dabei soll ein Stahl mit maximal 0,005% Kohlenstoff, maximal 0,004% Stickstoff und maximal 0,02% Niob in Kombination mit einem oder mehreren der Elemente Aluminium, Chrom, Bor oder Wolfram Verwendung finden. Erzielt werden hohe mittlere r-Werte oberhalb 1,2. Hinweise auf die Zipfligkeit des Materials nach dem Tief ziehen sind nicht offenbart.
Es ist allgemein bekannt, daß Warmband eine gute quasiisotrope Umformbarkeit besitzt, jedoch eine nicht ausreichende Oberflächengüte und zu große Toleranzen aufweist und zudem nicht in Dicken unter 1,2 mm hergestellt wird.
Dies behindert die Anwendung von Warmband für die Herstellung von Stahlteilen mit entsprechenden Anforderungen.
US-4,750,952 offenbart einen Vakuum entkohlten Stahl, der eine Zulegierung von Titan und Niob aufweisen kann. Der Stahl soll eine Bake- Hardening-Effekt aufweisen und wird daher kontinuierlich geglüht. Das Problem der Zipfeligkeit ist nicht angesprochen.
US 3,947,293 offenbart ein Produktionsverfahren für kaltgewalzte Stahlbleche, die eine hohe Festigkeit aufweisen sollen. Es ist nicht angegeben, auf welche Temperatur die Bramme erhitzt werden soll, bevor das Warwalzen gestartet wird. Nach Aufhaspel des Stahls wird dieser kaltgewalzt und anschließend rekristallisierend geglüht. Dabei ist für die angestrebten Zwecke nur ein Durchlaufglühen vorteilhaft. Der bevorzugte Temperaturbereich liegt dabei oberhalb A1. Wenn eine relativ niedrige Haspeltemperatur von beispielsweise 550°C gewählt wird, ist eine Überalterungsbehandlung vorgesehen. Tiefzieheigenschaften des Bleches sind nicht diskutiert, da nur die Festigkeitserhöhung angestrebt wird.
GB 1 253 792 befasst sich mit der Herstellung von dünnen Stahlblechen, wobei die Herstellung aus einem unberuhigten oder halbberuhigten Stahl erfolgt, der Chrom enthält. Die Endtemperatur des Warmwalzens liegt zwischen 750 und 800°C also im Zweiphasengebiet unterhalb Ar3. Es wird erwähnt, dass vernünftige R-Werte erzielt werden. Bevorzugt werden unter 0,02% C entkohlte Stähle verwendet, die Vakuum behandelt worden sind. Die Zugabe von Legierungselementen, u. a. Titan und Niob ist pauschal erwähnt. Das Problem der Zipfeligkeit ist nicht behandelt.
Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zipfelfreies oder zumindest zipfelarmes tiefziehgeeignetes Blech aus Stahlband und ein entsprechendes Herstellungsverfahren vorzuschlagen, bei dem auf das Durchlaufglühen verzichtet, aber trotzdem das Material kostengünstig produziert werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3 gelöst.
In der gattungsbildenden, nicht vorveröffentlichten DE 38 03 064 C2 sind die Eigenschaften eines höherfesten zipfelfreien oder zipfelarmen Stahls be­ schrieben, der durch die Zugabe von Titan und einer geeigneten Verfahrens­ führung erstellt wird. Überraschend war, dass bei Anwendung der erfin­ dungsgemäßen Brammen-, Glüh-, Walz- und Haspeltemperaturen für den gattungsgemäßen Stahl ein rekristallisierendes Glühen des kaltgewalzten Bandes ausreicht, um dem Material hervorragende Tiefzieheigenschaften, ins­ besondere extreme Zipfelarmut zu geben. Dies äußert sich besonders in der erreichten Korngröße, die beim Stand der Technik für Stähle der Güte ST 4 NZ oder RSt 14 teilweise noch nicht einmal durch Normalisieren erreicht wird. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Stahles und des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich Korngrößen von feiner ASTM 9 erzielen. Die dazu notwendige Glühbehandlung kann im Haubenofen erfolgen, mit den in der Stammanmeldung angegebenen Glühleistungen von ca. 1,1 bis 1,9 t/h in Öfen der Bauart der Fa. Ludwig. Das Glühen kann im Haubenofen mit vom Kaltwalzen her in dichter Packung gehaspeltem Bund erfolgen.
Es wurde überraschend gefunden, daß zwar ein gewisser Titangehalt in der Stahllegierung unerlässlich ist, um das erfindungsgemäße Verfahren durchführen zu können und erfindungsgemäße Materialeigenschaften zu erzielen, aber diese Verfahrensparameter zumindest hinsichtlich des Kaltwalzgrades dann anzupassen sind, wenn der Stahllegierung das festigkeitssteigernde Element Niob hinzugefügt wird.
Die Variation der Kaltwalzgrade in Abhängigkeit von der Menge des zulegierten Titans ist bei gleichzeitiger Zulegierung von Niob in den angegebenen Grenzen auf Kaltwalzgrade von 45 bis 85% beschränkt.
Die Zulegierung von Niob behindert nicht die bereits in der Stammanmeldung erwähnte frühzeitige Bildung von Titannitrid, so daß auch bei der erfindungsgemäßen Stahllegierung ein pan-cake-Gefüge während des rekristallisierenden Glühens nicht entstehen kann.
Die gravierende technische und wirtschaftliche Bedeutung der Erfindung liegt in der Verwendung des Feinbleches für rotationssymmetrisch tiefgezogene Teile wie Nadellagerkäfige, Riemenscheibenhälften und ähnliches mit erhöhten Festigkeitseigenschaften. Das erfindungsgemäße Blech kann in den genannten Anwendungsfällen ohne wesentliche Nacharbeit wie Abschneiden der Zipfel eingesetzt werden. Die Zipfelarmut verhindert beim Tiefziehen auch das Entstehen sektoraler Wandschwächungen, so daß die gezogenen Teile bei Rotationen keine Unwucht aufweisen.
Einige Ausführungsbeispiele sollen das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlichen.
In Tabelle 1 sind die Schmelzanalysen des erfindungsgemäß bei dem Verfahren einzusetzenden Stahles G mit 0,01% Titan, H mit 0,02% Titan und I mit 0,03% Titan bei 0,05% bzw. 0,06% Niobzugabe aufgelistet, dazu wurde ein Vergleichsstahl K mit 0,05% Niobzugabe, aber ohne Titangehalt aufgeführt.
Aus den erfindungsgemäßen Schmelzen G-I sowie der Vergleichsschmelze K wurden Brammen von 220 mm Dicke im Strang vergossen. Nach Erwärmung im Stoßofen auf 1250 Grad Celsius wurde die Bramme zu Warmband von 4 mm Dicke ausgewalzt und gehaspelt sowie auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Walzendtemperatur betrugt 880 Grad Celsius und die Haspeltemperatur 510 Grad Celsius. Nach dem Beizen wurden die Bänder durch Kaltwalzen in unterschiedlichen Stufen von 10 bis 80% auf Feinblechdicke reduziert und erneut gehaspelt. Nach dem Haspeln wurde das festgewickelte Bund im Haubenglühofen der Bauart Fa. Ludwig auf 700 Grad Celsius erwärmt und bei Durchsatzraten von 1,1 Tonnen bzw. 1,8 Tonnen pro Stunde rekristallisierend geglüht, anschließend im Haubenglühofen auf 120 Grad Celsius abgekühlt. Nach dem Dressieren mit einem Umformgrad von 1,1 % wurde das Band zu Blechtafeln konfektioniert. Blechronden von 90 mm Durchmesser wurden mit Ziehstempeln von 50 mm Durchmesser zu Näpfchen tiefgezogen.
Fig. 1 zeigt drei verschiedene Näpfchen, die die im folgenden verwendeten Begriffe zipfelig (Fig. 1a), zipfelarm (Fig. 1b) und zipfelfrei (Fig. 1c) definieren sollen, da die Messung der Zipfelhöhe mit den handelsüblichen Zipfelmeßgeräten, insbesondere von zipfelarmen und zipfelfreien Näpfchen mit geringen Höhendifferenzen an den Rändern bereits bei kleinsten Tiefziehgraten auf dem Näpfchenrand problematisch ist.
In der Tabelle 1 sind hinter den Schmelzanalysen die zugehörigen Figuren mit den Abbildungen der tiefgezogenen Näpfchen angegeben.
Für den Vergleichsstahl K, der in der Legierung kein Titan enthält, ansonsten zu der gattungsgemäßen Stahlsorte gehört, zeigt Fig. 5 deutlich, daß bei keinem der erprobten Kaltwalzgrade zipfelfreies Tief ziehen möglich war.
Bei Verwendung der erfindungsgemäß gewalzten und geglühten Stähle G bis I zeigten die Näpfchen in Abhängigkeit vom Titangehalt bei verschiedenen Kaltwalzgraden ein geringfügig unterschiedliches Tiefziehergebnis:
Stahl G mit 0,01% Titan:
Die Näpfchen waren bei Kaltwalzgraden von Epsilon = 45 bis 85% in der Kategorie zipfelarm und bei etwa 60 bis 80% Kaltwalzgrad sogar zipfelfrei.
Stahl H mit 0,02% Titan:
Zipfelarm im Bereich Epsilon = 55 bis 85%, fast zipfelfrei im Bereich von 60 bis 75%.
Stahl I mit 0,03% Titan:
Zipfelarm im Bereich von 60 bis 70% Kaltwalzgrad.
Bei den erfindungsgemäß hergestellten Stählen konnten beispielsweise bei einem Titangehalt von 0,01% am tiefziehfertigen Blech Streckgrenz- und Zugfestigkeitswerte festgestellt werden, die um mehr als 50 N/mm2 über den Kennwerten des nur titanlegierten Materials lagen.
Tabelle 1
Schmelzanalyse (in Gewichtsprozent)

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines kaltgewalzten Bleches oder Bandes aus Stahl mit guter Umformbarkeit, bei dem die Bramme auf oberhalb 1120°C erwärmt und zu Warmband mit einer Walzendtemperatur oberhalb des Ar3- Punktes ausgewalzt und bei 520 ± 100°C gehaspelt und der Stahl nach dem Kaltwalzen rekristallisierend geglüht wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stahl mit folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozenten ein­ gesetzt wird:
0,02 bis 0,10% Kohlenstoff
max. 0,40% Silicium
0,10 bis 1,0% Mangan
max. 0,08% Phosphor
max. 0,02% Schwefel
max. 0,009% Stickstoff
0,015 bis 0,08% Aluminium
0,01 bis 0,04% Titan
0,01 bis 0,06% Niob
max. 0,15% von einem oder mehreren der Elemente aus der Gruppe Kup­ fer, Vanadium, Nickel, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen und der Stahl nach dem Kaltwalzen im Festbund bei Temperaturen unter­ halb A1 rekristallisierend geglüht wird.
2. Verfahren zur Herstellung eines kaltgewalzten Bleches oder Bandes gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es in Abhängigkeit vom Titan­ gehalt mit nachstehenden Umformgraden (Epsilon) kaltgewalzt wird:
ca. 0,01% Titan: Epsilon 45 bis 85%
ca. 0,02% Titan: Epsilon 55 bis 85%
ca. 0,03% Titan: Epsilon 60 bis 70%
und anschließend mit einem Umformgrad von ca. 1% dressiert wird.
3. Zum Tiefziehen geeignetes Blech oder Band aus Stahl, mit der Zusammen­ setzung:
0,02 bis 0,10% Kohlenstoff
max. 0,40% Silicium
0,10 bis 1,0% Mangan
max. 0,08% Phosphor
max. 0,02% Schwefel
max. 0,009% Stickstoff
0,015 bis 0,08% Aluminium
0,01 bis 0,04% Titan
0,01 bis 0,06% Niob
max. 0,15% von einem oder mehreren der Elemente aus der Gruppe Kup­ fer, Vanadium, Nickel, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen,
hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2.
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