DE60028875T2

DE60028875T2 - Verfahren zum herstellen eines warmgewalzten stahlbleches zum tiefziehen

Info

Publication number: DE60028875T2
Application number: DE60028875T
Authority: DE
Inventors: Annick De Paepe; Jean-Claude Herman
Original assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Current assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 2000-01-24
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2020-01-25
Also published as: DE60028875D1; ES2265908T3; EP1070148B1; AU2086900A; BE1012462A3; WO2000046411A1; EP1070148A1

Description

Technischer Bereich
Diese Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein warmgewalztes Stahlband zum Tiefziehen.
Stand der Technik
Derzeit sind Stahlbänder für Tiefziehverfahren im Allgemeinen kaltgewalzte Stahlbänder, die in dieser Hinsicht sehr günstige Eigenschaften haben. Die Herstellung dieser kaltgewalzten Bänder beinhaltet jedoch verschiedene Arbeitsgänge zur Reduzierung der Banddicke und zur Wärmebehandlung, die deren Kosten erhöhen.
Die Verwendung von warmgewalzten Stahlbändern für Tiefziehverfahren als Ersatz für die herkömmlichen kaltgewalzten Bänder stößt daher auf steigendes Interesse, sowohl in Bezug auf die Herstellung als auch bei den Anwendern.
Es ist wohlbekannt, dass Stähle zum Tiefziehen Weichstähle sind, d.h. Stähle, deren Kohlenstoffgehalt unter 0,2 Gewichts-% liegt, und vorzugsweise unter 0,1 Gewichts-%.
Gemäß der üblichen Praxis werden Weichstähle im Austenitgebiet warmgewalzt und die Endtemperatur beim Walzen liegt über der Ar3-Umwandlungstemperatur. Die Anwendungsmöglichkeiten für diese herkömmlichen warmgewalzten Bänder sind jedoch aufgrund ihres zufälligen Gefüges und ihrer schlechten Eignung zum Tiefziehen sehr begrenzt. Außerdem ist es in der Praxis unmöglich, mit diesem herkömmlichen Verfahren dünne warmgewalzte Bänder herzustellen. Die geringe Dicke dieser Bänder führt nämlich zu einer schnellen Abkühlung der Bänder, sogar während des Warmwalzvorgangs, so dass es nicht möglich ist, das Fertigwalzen im Austenitgebiet durchzuführen. Aus diesen verschiedenen Gründen besteht derzeit ein steigendes Interesse am sogenannten Ferritwalzen.
Gemäß diesem Walzverfahren, der insbesondere durch das Patent EP-A-0 524 162 sowie BE-A-1010164 oder EP-A-376733 bekannt ist, wird das Vorwalzen im Austenitgebiet durchgeführt, während das Endwalzen im Ferritgebiet durchgeführt wird, das heißt bei niedrigerer Temperatur. Gemäß DE-A-19600990, ist ein Endwalzen für ULC-, ELC- oder IF-Stähle im Austenit- und im Ferritgebiet möglich. In den Warmherstellungsstraßen mit Kaltbeschickung der Stranggussbrammen erweist sich dieses Verfahren als besonders interessant, da es zu wesentlichen Energieeinsparungen führt. Die Aufheiztemperatur ist nämlich geringer als bei den herkömmlichen Verfahren. Das Endwalzen bei geringeren Temperaturen ermöglicht daher die Herstellung von warmgewalzten Bändern geringer Stärke, die sich gut zum Tiefziehen eignen.
Die Anwendung dieser Technik unterliegt jedoch gewissen Bedingungen und weist daher einige Nachteile auf.
Insbesondere muss die während des Ferritwalzens in Lösung befindliche Kohlenstoffmenge auf ein Minimum reduziert werden. Daraus folgt, dass Tiefziehbleche nur aus Stählen hergestellt werden können, die keine Zwischengitteratome enthalten, sogenannten IF-Stählen (Interstitial Free). Es wurde vorgeschlagen, die Situation durch Zusatz von Titan und Schwefel zu verbessern, aber eine solche Lösung kann zu Oberflächenfehlern führen und ist vom wirtschaftlichen Standpunkt aus nicht immer interessant.
Außerdem muss das Ferritwalzen bei einer ausreichend tiefen Temperatur durchgeführt werden, um die Rekristallisation im Endwalzwerk zu ermöglichen. Die höhere Walzkraft in einem bei niedriger Temperatur arbeitendem Walzwerk kann infolgedessen einen Grenzfaktor für das Warmwalzen dünner Bänder darstellen.
Dünne warmgewalzte Bänder aus Ti- + S-IF-Stahl, der im Ferritgebiet gewalzt und rekristallisiert wird, mit erhöhtem Titan- und Schwefelgehalt, weisen mit r = 1,6 – 1,7 zwar einen hohen Lankford-Koeffizienten auf, aber ihre planare Anisotropie bleibt zu hoch (Δ r ≈ 1), um das Tiefziehen zu ermöglichen.
Vorstellung der Erfindung
Um die vorgenannten Nachteile zu vermeiden, bietet die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein warmgewalztes Stahlband, das im Vergleich zu den in der Einleitung angeführten Stahlbändern einen reduzierten Titangehalt und eine verbesserte Eignung zum Tiefziehen aufweist. Ein warmgewalztes Stahlband, das gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellt wird, zeichnet sich insbesondere durch einen verbesserten Anisotropie-Koeffizienten (r_mittel) und eine deutlich reduzierte planare Anisotropie (Δ r) im Vergleich zum Stand der Technik auf.
Gemäß Anspruch 1 der Erfindung ist ein Herstellungsverfahren für ein warmgewalztes Stahlband zum Tiefziehen, bei dem eine Stahlbramme bei einer höheren Temperatur als Ac3 im Austenitgebiet vorgewalzt und dann auf Enddicke gewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Stahl ein Stahl vom Typ Ti-IF ist, der weniger als 0,05 Gewichts-% Titan und 0,015–0,075 Gewichts-% Niob enthält, dadurch, dass das besagte Endwalzen wenigstens teilweise im Ferritgebiet des Stahls bei einer Anfangstemperatur des Ferritwalzens zwischen 875°C und 800°C, mit geschmierten Walzen, und mit einem Gesamtgrad der Dickenreduktion von mindestens 80% während des besagten Endwalzens im Ferritgebiet durchgeführt wird, und dadurch, dass das Stahlband bei einer Temperatur zwischen 750°C und 500°C aufgewickelt wird.
Das Aufwickeln im Temperaturbereich zwischen 680°C–750°C ermöglicht die Warmherstellung eines rekristallisierten Bandes für die direkte Anwendung zum Tiefziehen.
Das Wickeln zwischen 500°C und 680°C führt zur Bildung eines nicht rekristallisierten Bandes, das eine Rekristallisationsbehandlung in einer Durchlaufglüh- oder Galvanisierungsstraße benötigt.
Gemäß der Erfindung wird das besagte Endwalzen teilweise im unteren Temperaturbereich des Austenitgebiets des Stahls ohne Schmierung der Walzen und mit einem Gesamtgrad der Dickenreduktion von 30% oder mehr, vorzugsweise von 30% bis 80% durchgeführt, und teilweise im Ferritgebiet des Stahls mit geschmierten Walzen und bei einer Anfangstemperatur des Ferritwalzens zwischen 860°C und 800°C und einer Endtemperatur des Ferritwalzens zwischen 750°C und 600°C, das besagte Band wird dann bei einer Temperatur zwischen 650°C und 500°C aufgewickelt und im Durchlaufverfahren bei einer Temperatur zwischen 800°C und 850°C für eine Dauer von 30 Sekunden bis 2 Minuten geglüht.
Für die Schmierung der Walzzylinder während des Walzens im Ferritgebiet des Stahls wird vorzugsweise ein Öl auf Esterbasis verwendet.
Wie vorstehend angegeben, betrifft das Verfahren nach der Erfindung Ti-IF-Stähle, bei denen Titan teilweise durch Niob ersetzt wird. Es wurde nämlich festgestellt, dass die Ausscheidung von Niobkarbid (NbC) bei steigenden Temperaturen im Austenitgebiet beginnt, wenn der Niobgehalt im Stahl steigt. Daraus folgt, dass der gelöste Kohlenstoff vor dem Beginn der Umformung im Ferritgebiet fast vollständig gebunden ist. So kann man ein Endprodukt, das heißt ein warmgewalztes Band erhalten, das eine praktisch durchgehende Zugkurve aufweist und infolgedessen bemerkenswert gut für das Tiefziehen geeignet ist.
Außerdem verzögert ein solcher Niobzusatz die Rekristallisation zwischen den Walzwerken im Ferritgebiet. Die Eingangstemperatur im Endwalzwerk kann daher höher sein als bei früheren Verfahren und so einen Wert zwischen 850°C und 875°C erreichen, wie vorstehend angegeben.
So können die Walzkräfte im Endwalzwerk geringer sein, ebenso kann die Wartezeit zwischen dem Vorwalzwerk und dem Endwalzwerk verkürzt werden, um die Produktivität zu erhöhen. Diese Wartezeit kann im übrigen vollständig entfallen, wenn am Auslauf des Vorwalzwerks eine beschleunigte Abkühlung des Produkts angewendet wird.
Kurzbeschreibung der 1
1, die einzige Abbildung, zeigt den Verlauf des Werts des Koeffizienten r eines herkömmlichen Ti + S – IF-Stahls und zweier Ti + Nb – IF Stähle gemäß der Erfindung im Vergleich.
Anwendungsarten der Erfindung
Es wurden Stahlbrammen hergestellt, die die in untenstehender Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen aufweisen.
TABELLE 1- Chemische Zusammensetzung der Stähle (Tausendstel Gewichts-%)
Die Produkte wurden auf 1050°C aufgeheizt und dann in sechs Durchgängen bis auf eine Enddicke von 1,3 mm warmgewalzt; die drei ersten Durchgänge wurden im Niedrigtemperaturbereich des Austenitgebiets durchgeführt, das heißt bei Temperaturen, die leicht über Ac3 liegen, mit einem Grad der Dickenreduktion von 73% und ohne Schmierung der Walzen.
Die anderen drei Durchgänge wurden im Ferritgebiet mit Walzen durchgeführt, die mit einem Öl auf Esterbasis geschmiert wurden. Die Eingangsprodukttemperatur beim ersten Durchgang des Ferritwalzens betrug ungefähr 840°C und die Ausgangstemperatur des letzten Durchgangs betrug ungefähr 620°C.
Nach dem Warmwalzen wurde das Band bei 500°C aufgewickelt, und dann im Durchlaufverfahren bei 820°C 60 Sekunden lang geglüht.
Die mechanischen Eigenschaften dieser Proben wurden gemessen und ihr Gefüge in der Mitte der Dicke bestimmt, dann wurde die Entwicklung des Anisotropie-Koeffizienten r berechnet.
Die 1 veranschaulicht diesen Verlauf für die drei Stähle der Tabelle 1 in Abhängigkeit vom Winkel α in Bezug auf die Walzrichtung.
Die Kurven 1 und 2, die jeweils den Stählen Nb + Ti – IF1 und Nb + Ti – IF2 entsprechen, zeigen eine deutliche Verbesserung des Anisotropie-Koeffizienten r_mittel sowie der planaren Anisotropie (Δ r = r_max – r_min) im Vergleich zum herkömmlichen Ti + S – IF-Stahl (Kurve 3).
In einem anderen Beispiel (Kurve 4) wurde eine Nb + Ti + IF1-Stahlbramme hergestellt, die auf eine hohe Temperatur, nämlich 1250°C erhitzt wurde, dann wurde das Vorwalzen bei hoher Temperatur im Austenitgebiet durchgeführt. Das Produkt mit einer Dicke von 20 mm wurde mit einer Kühlgeschwindigkeit in der Größenordnung von 40°C/s von seiner Vorwalzendtemperatur von 1040°C auf 900°C abgekühlt. Das Endwalzen wurde in vier Durchgängen im Ferritgebiet mit einer Eingangstemperatur von 870°C mit geschmierten Walzen und einer Gesamtdickenreduktion im Ferrit von 80% durchgeführt.
Das Band in ruhiger Luft gekühlt und dann bei 730°C aufgewickelt.
Die Kurve 4 von 1 zeigt den Verlauf des Anisotropie-Koeffizienten r; es zeigt sich noch eine leichte Verbesserung des Koeffizienten r_mittel sowie der planaren Anisotropie Δ r im Vergleich zur Kurve 3.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die Herstellung von warmgewalzten Stahlbändern zum Tiefziehen, bei denen die Gefahr von Oberflächenfehlern aufgrund eines geringen Titangehalts gering ist. Außerdem wird durch das vorhandene Niob die Temperatur der Nicht-Rekristallisation im Austenit deutlich erhöht. Daraus folgt eine feinere Kornstruktur nach der allotropischen Austenit-Ferrit-Umwandlung und daher eine Verbesserung der planaren Anisotropie.
Schließlich werden durch die höheren Walztemperaturen im Endwalzwerk die Walzkräfte reduziert.

Claims

Herstellungsverfahren für ein warmgewalztes Stahlband zum Tiefziehen, wobei der besagte Stahl ein Stahl vom Typ Ti-IF ist, der weniger als 0,05 Gewichts-% Titan und 0,015–0,075 Gewichts-% Niob enthält, bei dem eine Stahlbramme bei einer höheren Temperatur als Ac3 zuerst im Austenitgebiet vorgewalzt und dann auf Enddicke gewalzt wird, gekennzeichnet durch folgende, aufeinanderfolgende Phasen: – nach dem Vorwalzen im Austenitgebiet des Stahls wird der Stahl beim Austritt aus dem Vorwalzwerk einer beschleunigten Abkühlung bis auf eine Temperatur, die nicht unter der Anfangstemperatur für das Endwalzen liegt, unterzogen, – das besagte Endwalzen wird teilweise im unteren Temperaturbereich des Austenitgebiets des Stahls ohne Schmierung der Zylinder durchgeführt, und teilweise im Ferritgebiet des Stahls mit geschmierten Zylindern, bei einer Anfangstemperatur des Ferritwalzens zwischen 875°C und 800°C, und mit einem Gesamtgrad der Dickenreduktion von mindestens 80%, und – das Stahlband wird bei einer Temperatur zwischen 750°C und 500°C aufgewickelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: – das besagte Endwalzen teilweise im unteren Temperaturbereich des Austenitgebiets des Stahls mit einem Gesamtgrad der Dickenreduktion von 30% bis 80% durchgeführt wird; – das besagte Endwalzen teilweise im Ferritgebiet des Stahls bei einer Anfangstemperatur des Ferritwalzens zwischen 860°C und 800°C und einer Endtemperatur des Ferritwalzens zwischen 750°C und 600°C durchgeführt wird, – das besagte Band dann bei einer Temperatur zwischen 650°C und 500°C aufgewickelt wird und – das Band im Durchlaufverfahren bei einer Temperatur zwischen 800°C und 850°C für eine Dauer von 30 Sekunden bis 2 Minuten geglüht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierung der Zylinder während des Walzens im Ferritgebiet des Stahls mit einem Öl auf Esterbasis durchgeführt wird.