DE60206771T2

DE60206771T2 - Mehrphasen-stahlblech mit verbesserter tiefziehfähigkeit und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE60206771T2
Application number: DE60206771T
Authority: DE
Inventors: Osamu Kawano
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2022-07-26
Also published as: TW567231B; WO2003010351A1; DE60206771D1; KR100548117B1; EP1412548A1; JP4181036B2; JP2004536965A; EP1412548B1; CN1243844C; KR20040013156A; CN1535323A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Mehrphasen-Stahlblech mit ausgezeichneter Tiefziehfähigkeit bzw. Lochaufweitbarkeit für den Einsatz bei Automobilen, wie etwa Personenkraftwägen und Lastkraftwägen, etc., für industrielle Maschinen oder ähnlichem und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
In den letzten Jahren stieg die Nachfrage nach höherfesten Stahlblechen mit zunehmendem Bedarf, hauptsächlich zur Gewichtsreduktion der Karosserien und der Absicherung der Passagiersicherheit im Fall einer Kollision. Insbesondere wurde die Anwendung von Stählen der Klasse TS 590 MPa (60 kgf/mm²-Klasse) in der Festigkeit gegen Zugbeanspruchung bzw. (60 kgf/mm²-Klasse in der Festigkeit gegen Zugbeanspruchung) schnell ausgeweitet.
Ein mehrphasiger Stahl, der Abschreckaustenit (retained austenite) und/oder Martensit enthält, ist als ein für solche Anwendungen eingesetztes Stahlblech weitgehend bekannt. Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. H9-104947 offenbart ein Stahlblech, das ein sehr gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung (die Gesamtdehnung beträgt 33,8 bis 40,5% bei einer Zugfestigkeit von 60 bis 69 kgf/mm²) aufweist, wobei dies durch einen Abschreckaustenitgehalt in einer entsprechenden Menge bzw. einem entsprechenden Anteil erreicht wird. In dieser Verfahrenstechnik wurde jedoch eine Verfahrenstechnik, die das Gleichgewicht zwischen der Festigkeit und Lochaufweitbarkeit berücksichtigt, nicht ausreichend in Betracht gezogen und insbesondere die verfahrenstechnischen Anforderungen für extrem niedrige Phosphorgehalte, die Regulierung der Maximallänge einer Mikrostruktur und von Einschlüssen und die Regulierung der Härte der Mikrostruktur werden nicht im geringsten in Betracht gezogen. Daher waren die Eigenschaften des Stahlblechs schlechter (das Lochaufweiteverhältnis d/d0 beträgt 1,46 bis 1,68, und zwar 46 bis 68% in Bezug auf das Netto-Lochaufweiteverhältnis bei einer Zugfestigkeit von 60 bis 69 kgf/mm²) und die Anwendbarkeit war eingeschränkt.
Mittlerweile offenbart die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. H3-180426 ein bainitisches Stahlblech mit einem sehr guten Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Lochaufweitbarkeit (das Lochaufweiteverhältnis d/d0 beträgt 1,72 bis 2,02, und zwar 72 bis 102% in Bezug auf das Netto-Lochaufweiteverhältnis bei einer Zugfestigkeit von 60 bis 67 kgf/mm²). Da jedoch diese Verfahrenstechnik keine mehrphasige Struktur sondern die Angleichung bzw. Homogenisierung der Struktur (einphasige Bainitstruktur) als ein Mittel zur Verbesserung des Netto-Lochaufweiteverhältnisses liefert, ist das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung ziemlich ungenügend (Gesamtdehnung von 27–30% bei einer Zugfestigkeit von 60–67 /kgf/mm²) und die Anwendbarkeit ist ebenfalls eingeschränkt.
Daher war, obwohl beim Formpressen von Autoteilen die Stanzdehnverformbarkeit, dargestellt durch das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung, und die Streckkantenverformbarkeit, dargestellt durch das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Lochaufweitbarkeit, die wichtigsten Verformungsparameter sind, war eine solche Verfahrenstechnik, die beiden Parametern gleichzeitig genügt, nicht verfügbar und die Optimierung beider war der Schlüssel zum Anwendungsausbau.
In den letzten Jahren war, da der Trend zu höherfesten Stahlblechen zunehmend auf Grund von globalen Umweltthemen fortschreitet, und da ihr Einsatz für Komponenten mit hohen Schwierigkeitsgraden bei der Umformtechnik angedacht wurde, der Bedarf an einem Stahlblech, das sowohl im Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung bzw. Dehnbarkeit als auch im Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Lochaufweitbarkeit ausgezeichnet ist, in anderen Worten, einem mehrphasigen Stahlblech mit einem ausgezeichneten Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Lochaufweitbarkeit, vorhanden.
JP-A-11-323494 (EP-A-997 548) offenbart einen warmgewalzten Hochfestigkeitsstahl mit zufriedenstellendem Festigkeits-Dehnungs-Gleichgewicht und Streck-Zerbrechlichkeit bzw. Bruchneigung beim Strecken und sehr guter Verformbarkeit. Das Stahlblech enthält C: 0,05–0,15%, Si: 0,5–2,0%, Mn: 0,5–2,0%, P: 0,05% oder weniger, S: 0,010% oder weniger, Al: 0,005 – weniger als 0,10%, wobei die Metallstruktur im wesentlichen aus drei Phasen von Ferrit, Abschreckaustenit und Bainit besteht, wobei der Ferritanteil [V/(F)] 60–95 Flächenprozent, der Abschreckaustenitanteil [V/(γ)] 3–5 Volumenprozent beträgt und der Bainitanteil [V/(B)] im Flächenverhältnis 1,5 mal oder mehr des Abschreckaustenitanteils [V/(γ)] ausmacht und die durchschnittliche Bainithärte 240–400 HV beträgt.
JP-A-07-252592 offenbart C: 0,05–0,25%, Si + Al: 0,5–3,5%, Mn: 0,5–3,5%, P ≤ 0,05%, S ≤ 0,01%, wobei die Metallstruktur im wesentlichen die drei Phasen, Ferrit, Abschreckaustenit und Bainit enthält, wobei der Ferritanteil mit einem Korndurchmesser von weniger als 5 μm 50 Volumenprozent ausmacht und die Vickers-Härte des Ferrits höher als 150 ist, wobei die Anzahl der Abschreckaustenitkörner mit einer Kohlenstoffkonzentration von mehr als 0,9% und einen Korndurchmesser von weniger als 2 μm 5% ausmacht und die Zugfestigkeit (TS) 490–1180 MPa beträgt und das Festigkeits-Dehnungs-Gleichgewicht (Zugfestigkeit × Gesamtdehnung) ≥ 20.000 MPa, das Festigkeits-Dehnungskanten-Gleichgewicht (Zugfestigkeit × Lochaufweitbarkeit) ≥ 75.000 MPa, die Scherübergangstemperatur ≤ –40° C und das Dauerfestigkeitsverhältnis ≥ 0,45 beträgt.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, durch die Lösung der Probleme bei den herkömmlichen Stahlblechen, ein Stahlblech zu erzeugen, das sowohl ein sehr gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Lochaufweitbarkeit (nicht weniger als 35.000 MPa·%, vorzugsweise nicht weniger als 46.000 MPa·%, bezüglich des Wertes, der durch das Multiplizieren der Zugfestigkeit mit der Netto-Lochaufweiterate erhalten wird) als auch ein sehr gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung (nicht weniger als 18.500 MPa·%, vorzugsweise nicht weniger als 20.000 MPa·% bezüglich des Wertes, der durch das Multiplizieren der Zugfestigkeit mit der Gesamtdehnung erhalten wird) aufweist, das heißt, ein mehrphasiges Stahlblech mit sehr guter Tiefziehfähigkeit und einem Verfahren zu seiner Herstellung.
Sowohl das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Lochaufweitbarkeit (MPa·%) als auch das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung (MPa·%) sind Parameter der Pressverformbarkeit. Wenn diese Werte groß sind, dann weisen die resultierenden Produkte sehr gute Eigenschaften auf. Das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Lochaufweitbarkeit wird durch das Produkt des beim Zugversuch ermittelten Wertes für die Festigkeit (MPa), und des beim Lochaufweitetest ermitteten Wertes für die Lochaufweiterate (%) dargestellt. Weiterhin wird das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung durch das Produkt des beim Zugversuch ermittelten Festigkeitswertes (MPa) und des beim Zugversuch ermittelten Gesamtdehnungswertes (%) dargestellt. Im allgemein gebräuchlichen Stahlblech nehmen, wenn die Zugspannung zunimmt, sowohl das Lochaufweiteverhältnis, als auch die Dehnung ab, und demzu folge weisen sowohl das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Lochaufweitbarkeit (MPa·%) als auch das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung (MPa·%) niedrige Werte auf. Andererseits kann, entsprechend dieser Erfindung, die Verringerung sowohl des Wertes für die Lochaufweiterate als auch für die Dehnung begrenzt werden und es ist möglich, hohe Werte für das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Lochaufweitbarkeit (MPa·%) und das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung (MPa·%) zu erhalten.
Die Erfinder haben, vom Standpunkt der integrierten Fertigung von der Stahlherstellung zum Warmwalzen aus, ernsthaft geforscht und schließlich ein Mehrphasen-Stahlblech mit sehr guter Lochaufweitbarkeit und ein Verfahren zu seiner Herstellung erfunden.
Die oben genannte Aufgabe kann durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale erreicht werden.
Die Erfindung wird im Einzelnen in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben, wobei
1 eine Darstellung ist, die die Auswirkung der chemischen Komponente P auf die Netto-Lochaufweiterate zeigt,
2 eine Darstellung ist, die die Auswirkung der Maximallänge der Mikrostruktur auf die Netto-Lochaufweiterate zeigt,
3 eine Darstellung ist, die die Auswirkung der Anzahl der Einschlüsse auf die Netto-Lochaufweiterate zeigt,
4 eine schematische Zeichnung der Veredelung bzw.
Feinung der Stahlschmelze unter Verwendung einer Umlaufentgasungsanlage (RH) ist,
5 eine Darstellung ist, die die Auswirkung der Rücklaufhäufigkeit der Stahlschmelze nach der Zugabe des Flußmittels zur Entschwefelung auf die Anzahl der Einschlüsse zeigt, und
6 eine Darstellung ist, die die Auswirkung der Eintritts- und Austritts-Temperaturen beim Endwalzen im Endwalzwerk beim Warmwalzen auf die Maximallänge der Mikrostruktur zeigt.
Die Erfindung wird unten im Einzelnen beschrieben.
Zuerst werden die chemischen Komponenten beschrieben.
C ist ein wichtiges Element zur Stabilisierung des Austenits und zur Erzeugung einer mehrphasigen Struktur und C wird in nicht weniger als 0,03 Massenprozent zugegeben, um den Austenit zu stabilisieren und um entweder Abschreckaustenit oder Martensit oder beide in einem Gesamtanteil von nicht weniger als 3% in Flächenprozent zu erzeugen. Die Obergrenze des C-Anteils wird jedoch auf nicht mehr als 0,15 Massenprozent, vorzugsweise nicht mehr als 0,11 Massenprozent gesetzt, um eine Verschlechterung der Schweißbarkeit und einen ungünstigen Einfluss auf die Netto-Lochaufweiterate zu verhindern.
P ist in dieser Erfindung ein Schlüsselelement unter den Zusatzelementen. Die Auswirkung von P ist in 1 dargestellt. 1 zeigt das Untersuchungsergebnis der Relation zwischen dem P-Anteil und der Netto-Lochaufweiterate eines Stahlblechs unter Verwendung von Stahlblechen mit den chemischen Komponenten von Stahl Nr. 1 in Tabelle 1.
Tab. 1
Die Netto-Lochaufweiterate wird basierend auf dem Standard des Japanischen Eisen- und Stahlverbundes JFS T 1001- 1996 berechnet. Entsprechend 1 verbessert sich die Netto-Lochaufweiterate deutlich und exponentiell durch die Regulierung des P-Anteils auf nicht mehr als 0,010 Massenprozent und dessen Auswirkung auf die Netto-Lochaufweiterate, die bisher im Rahmen der herkömmlichen Konzepte bzw. Entwürfe nicht vorausgesetzt wurde, wird erkannt. Dadurch kann Rißbildung durch Pressen vermieden werden. Da der Grund nicht vollständig aufgeklärt ist, wird angenommen, daß durch die Verringerung des P-Anteils die Eigenschaften an der Kante eines gestanzten Lochs verbessert werden (zum Beispiel: die Minimierung der Facettengröße, die Verringerung der Rauhigkeit und die Verringerung der Mikrorißbildung auf einer Bruchebene bzw. Ebene mit Bruch; die Unterdrückung einer Verschlechterung der Bearbeitbarkeit der Mikrostruktur auf einer abgescherten Ebene u.ä.) und führt zur Verbesserung der Netto-Lochaufweiterate.
Der S-Anteil wird, vom Standpunkt aus, daß eine Verschlechterung der Netto-Lochaufweiterate und Schweißbarkeit, hervorgerufen durch Einschlüsse des Sulfid-Systems, verhindert werden soll, auf nicht mehr als 0,003 Massenprozent, vorzugsweise auf nicht mehr als 0,001 Massenprozent gesetzt.
Si und Al sind nützliche Elemente zur Erzeugung einer Mehrphasenstruktur. Sie bewirken, dass Abschreckaustenit und/oder Martensit zu insgesamt nicht weniger als 3% in Flächenprozent beiträgt und haben die Aufgabe, durch die Begünstigung der Ferritbildung und Unterdrückung der Carbidbildung, und weiterhin durch Verfestigung des Ferrits, die Netto-Lochaufweiterate zu verbessern, und somit den Härteunterschied zwischen dem Ferrit und den harten Phasen (so wie Bainit und Martensit) zu reduzieren und zur Gleichmäßigkeit der Struktur beizutragen. Darüber hinaus wirken sie auch als desoxidierende Elemente. Vom oben genannten Standpunkt aus sollte die Untergrenze der zugegebenen Gesamtmenge eines oder beider Elemente Si und Al oder beider nicht weniger als 0,5 Massenprozent betragen. Unter Betrachtung des Abgleichs zwischen Kosten und Nutzen wird die Obergrenze der zugegebenen Menge auf nicht mehr als 4 Massenprozent gesetzt.
In Hinblick auf den zugegebenen Anteil jedes der Elemente Si und Al muß folgendes in Betracht gezogen werden:
Wenn insbesondere eine sehr gute Oberflächenqualität verlangt wird, sollte entweder das Mittel zur Verringerung des Si-Zunders angewendet werden, indem der Si-Anteil auf nicht mehr als 0,1 Massenprozent reguliert wird, vorzugsweise auf nicht mehr als 0,01 Massenprozent, oder das Mittel, den Si-Zunder harmlos zu machen (indem durch die Ausbildung bzw. Verteilung des Zunders auf der ganzen Oberfläche der Zunder weniger auffällig wird) durch die Regulierung des Si-Anteils eher auf mehr als 1,0 Massenprozent, vorzugsweise mehr als 1,2 Massenprozent.
Es ist ebenfalls möglich, die zugegebene Menge von Al zu erhöhen und die zugegebene Menge von Si zu reduzieren, um den Anforderungen an die Materialeigenschaften zu genügen, z.B. in einem Fall, in dem eine Verringerung der Zugfestigkeit gewünscht wird, wobei vom Unterschied zwischen Si und Al in ihrem Beitrag zur Verfestigung des Ferrits Gebrauch gemacht wird.
Al soll, unter Betrachtung der Nachteile bei der Stahlherstellung, so wie der Abtrag von feuerfesten Materialien, Blockieren der Düsen, u.ä., und bei den Materialeigenschaften, auf nicht mehr als 0,2 Massenprozent, vorzugsweise auf nicht mehr als 0,1 Massenprozent begrenzt werden.
Mn, Ni, Cr, Mo und Cu sind nützliche Elemente zur Bildung einer Mehrphasenstruktur und sind ebenfalls Elemente, die Ferrit verfestigen. Vom oben genannten Standpunkt aus sollte die Untergrenze der zugegebenen Gesamtmenge eines oder mehrerer von ihnen nicht weniger als 0,5 Massenprozent betragen.
Jedoch wird unter Betrachtung des Abgleich zwischen Kosten und Nutzen die Obergrenze der zugegebenen Gesamtmenge auf nicht mehr als 4 Massenprozent gesetzt.
Weiterhin können eines oder mehrere der Elemente: Nb, V, Ti, B, Ca und Seltene-Erd-Elemente als Wahlelemente zugegeben werden.
Nb, V und Ti sind Elemente, die eine höhere Festigkeit bewirken. Jedoch wird unter Betrachtung des Abgleichs zwischen Kosten und Nutzen die zugegebene Gesamtmenge einer oder mehrerer dieser Elemente auf nicht mehr als 0,3 Massenprozent gesetzt.
B dient als verfestigendes Element und kann in einer Menge von nicht mehr als 0,01 Massenprozent zugegeben werden. Zusätzlich wirkt B auch abmildernd auf die ungünstige Wirkung von P.
Ca kann in einer Menge von nicht mehr als 0,01 Massenprozent zugegeben werden, da Ca die Netto-Lochaufweiterate durch die Beeinflussung der Form der Sulfidsystem-Einschlüsse verbessert (Spheroidisierung).
Darüber hinaus können noch Seltene-Erd-Elemente hinzugefügt werden, aber aus dem gleichen Grund nicht mehr als 0,05 Massenprozent.
Zusätzlich kann, wenn erforderlich, N in nicht mehr als 0,02 Massenprozent zugegeben werden, mit dem Ziel, den Austenit zu stabilisieren und die Festigkeit des Stahlblechs zu steigern.
Im Folgenden wird die Mikrostruktur unten erläutert.
Um eine sehr gute Netto-Lochaufweiterate zu erhalten, vom Standpunkt aus, die Gleichmäßigkeit der Bruchoberfläche bzw. Oberfläche am Bruch nicht zu verschlechtern, eine der Eigenschaften einer Stanzlochkante, u.ä., wobei die Gleichmäßigkeit durch die größtmögliche Reduzierung von P verbessert wird, ist die Regulierung der Maximallänge der Kristallite bzw. Kristallkörner in der Mikrostruktur und die Mengen- und Größenkontrolle der Einschlüsse besonders wichtig. Daher wird dies zuerst erklärt.
Da die Kristallkorngröße in einer Mikrostruktur die Oberflächenform am Bruch der Stanzlochkante beeinflusst, beeinflusst sie die Netto-Lochaufweiterate deutlich. Auch im Fall, daß die Durchschnittskorngröße einer Mikrostruktur klein ist, hat sie, wenn die Maximalkorngröße groß ist, einen ungünstigen Einfluß auf die Netto-Lochaufweiterate. Da eine Mikrostruktur aus vielen Kristalliten bzw. Kristallkörnern besteht, kann die Netto-Lochaufweiterate nicht durch die mittlere Korngröße bestimmt werden: Ist ein großer Kristallit zwischen vielen kleinen Kristalliten, dann beeinflusst er die Netto-Lochaufweiterate negativ, auch wenn die mittlere Korngröße klein ist. Hier beeinflußt, in Bezug auf die Korngröße, nicht der auf einen Kreis reduzierte Durchmesser des Korns, sondern dessen Maximallänge die Netto-Lochaufweiterate.
2 zeigt das Untersuchungsergebnis der Relation zwischen der Maximallänge einer Mikrostruktur in einem Stahlblech und der Netto-Lochaufweiterate des Stahlblechs unter Verwendung von Stahlblechen mit den chemischen Komponenten von Stahl Nr. 2 in Tabelle 1. Wie in 2 gezeigt, verbessert sich die Netto-Lochaufweiterate deutlich und exponentiell, wenn die Maximallänge einer Mikrostruktur nicht mehr als 10 μm beträgt, und ihre Auswirkung auf die Netto-Lochaufweiterate, die im Rahmen herkömmlicher Konzepte bis jetzt nicht mit einbezogen war, wird erkannt. Wird so verfahren, kann Rißbildung beim Pressen vermieden werden.
Hier wurde die Maximallänge der Mikrostruktur von einer Aufnahme am optischen Mikroskop mit einer 400-fachen Vergrößerung am Schnitt senkrecht zur Walzrichtung eines Stahlblechs nach dem Ätzen des Bereichs mit Nital und einer Reagenz, die in der ungeprüften japanischen Patent veröffentlichung Nr. S59 219473 offenbart wird, berechnet, wobei über den Bereich in Dickenrichtung gemittelt wird.
Darüber hinaus kann, in Bezug auf die Regulierung bzw. Steuerung der Einschlüsse, die Netto-Lochaufweiterate durch die Verringerung der Anzahl der groben Einschlüsse verbessert werden. Die Anzahl der groben Einschlüsse wurde durch die Beobachtung eines feinpolierten Schnitts entlang der Walzrichtung eines Stahlblechs mit einem Mikroskop (400-fache Vergrößerung) und unter Einbeziehung der Anzahl der groben Einschlüsse mit einer Maximallänge von 20 μm oder größer, bestimmt. 3 zeigt das Untersuchungsergebnis der Relation zwischen der Anzahl der groben Einschlüsse (mit einer Maximallänge von 20 μm oder größer) im Stahlblech und der Netto-Lochaufweiterate unter Verwendung von Stahlblechen mit der chemischen Zusammensetzung von Stahl Nr. 2 in Tab. 1. Offebar kann, wenn die Anzahl der groben Einschlüsse (Maximallänge 20 μm oder größer) nicht mehr als eine festgelegte Anzahl (nicht mehr als 0,3 Stück pro Quadratmillimeter) beträgt, die Netto-Lochdehnrate deutlich verbessert werden und Rißbildung beim Pressen kann vermieden werden.
Zusätzlich wirkt sich die Regulierung der Vickers-Mikrohärte des Bainits auf weniger als 240 günstig auf die Verbesserung der Lochaufweitbarkeit aus. Die Härtereduktion des Bainits verringert den Härteunterschied zwischen Ferrit und Bainit und trägt so zu einer Verbesserung der Gleichmäßigkeit bzw. Einheitlichkeit der Struktur bei. Wenn jedoch die Vickers-Mikrohärte des Bainits 240 überschreitet, dann weicht der Härteunterschied zwischen Ferrit und Bainit von dem Bereich ab, der für die Lochaufweitbarkeit vorteilhaft ist, und weiterhin wird eine Verschlechterung der Lochaufweitbarkeit durch die Verschlechterung der Bearbeitbarkeit des Bainits selbst hervorgerufen. Die Verringerung von P (nicht mehr als 0,01%) trägt in hohem Maße zur Verstärkung des Effekts bei, aber Einzelheiten sind nicht bekannt.
Hier wird die Vickers-Mikrohärte von Bainit durch die Identifizierung der Bainitphase bestimmt, indem ein Schnitt bzw. eine Schnittfläche senkrecht zur Walzrichtung eines Stahlblechs mit einem Reagens, das in der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 559-219473 offenbart wird, geätzt wird, und über Werte, die an fünf Punkten gemessen wurden, gemittelt wird (wobei die Werte gemittelt werden und das Maximum und das Minimum von an sieben Punkten gemessenen Werten verworfen wird), und ein Prüfgewicht von 1 bis 10 g verwendet wird.
Darüber hinaus ist es, um sowohl ein sehr gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung, als auch ein sehr gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Lochaufweitbarkeit zu erhalten, es wesentlich, die Art und den Flächenprozentanteil einer mehrphasigen Struktur zu regulieren.
Ein sehr gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung (nicht weniger als 18.500 MPa·% in Bezug auf den Wert, der durch die Multiplikation der Zugfestigkeit mit der Gesamtdehnung erhalten wird) und ein sehr gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Lochaufweitbarkeit (nicht weniger als 35.000 MPa·% in Bezug auf den Wert, der durch die Multiplikation der Zugfestigkeit mit der Netto-Lochaufweiterate erhalten wird) wird durch die Regulierung des Gesamtflächenprozentanteils von Abschreckaustenit und/oder Martensit auf 3 bis 30% erreicht.
Wenn der Gesamtflächenprozentanteil von Abschreckaustenit und/oder Martensit weniger als 3% beträgt, dann wird es unmöglich, einen gleichmäßigen Effekt auf die Verbesserung des Gleichgewichts zwischen Festigkeit und Dehnung zu erreichen, der durch den Abschreckaustenit und den Martensit erreicht werden muß. Daher wird die Untergrenze auf 3% gesetzt.
Wenn der Gesamtflächenprozentanteil von Abschreckaustenit und/oder Martensit mehr als 30% beträgt, dann ist der Effekt auf die Verbesserung des Gleichgewichts zwischen Festigkeit und Dehnung gesättigt, und eine Verschlechterung der Netto-Lochausdehnungsrate und ähnliches wird verursacht. Daher wird, vom Standpunkt der Pressverformbarkeit aus, die Obergrenze des Gesamtflächenprozentanteils auf 30% gesetzt.
Hier ist es bevorzugt, daß das Stahlblech keinen Perlit enthält, da dieser ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung und ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Lochaufweitbarkeit behindert. Daher wird der Flächenprozentanteil des Perlits auf nicht mehr als höchstens 3%, vorzugsweise nicht mehr als 1%, festgelegt.
Es ist sehr erwünscht bzw. vorteilhaft, die folgenden Beschränkungen zusätzlich zu den oben genannten Beschränkungen hinzuzufügen.
Wenn ein besonders gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung (nicht weniger als 20.000 MPa·%) erforderlich ist, dann ist es wünschenswert bzw. vorteilhaft, daß der Flächenprozentanteil des Abschreckaustenits auf nicht weniger als 3% gesetzt wird.
Darüber hinaus ist es wünschenswert bzw. vorteilhaft, daß, wenn ein besonders gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Lochaufweitbarkeit (nicht weniger als 46.000 MPa in Bezug auf den Wert, der durch Multiplikation der Zugspannung mit der Netto-Lochaufweiterate erhalten wird) erforderlich ist, der Flächenprozentanteil des Martensits auf nicht mehr als 3% gesetzt wird.
Andererseits wird, wenn ein niedriges Streckgrenzenverhältnis (nicht mehr als 70% in Bezug auf das Streckgrenzenverhältnis YR, ein Wert, der durch das Dividieren der Fließspannung durch die Zugfestigkeit und das Multiplizieren dieses Bruchs mit 100 ermittelt wird) erforderlich ist, vom Standpunkt der Formfixierbarkeit bzw. der Stabilität der Form aus, der Flächenprozentanteil des Martensits auf nicht weniger als 3% gesetzt.
Vorzugsweise nimmt, durch die Regulierung der Maximallänge der Mikrostruktur des Abschreckaustenits und/oder Martensits auf nicht mehr als 2 μm, der Effekt noch weiter zu.
Die Reststruktur der Mikrostruktur besteht aus entweder einer oder beiden Phasen des Ferrits und Bainits, und durch die Regulierung des Gesamtflächenprozentanteils von Ferrit und Bainit auf nicht weniger als 80% kann eine Verschlechterung der Verformbarkeit durch Pressen, hervorgerufen durch harte Strukturen außer Ferrit und Bainit, die miteinander in Form eines Netzwerks verknüpft sind, unterdrückt werden.
Dank des oben beschriebenen Effekts kann sowohl ein sehr gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Lochaufweitbarkeit (nicht weniger als 35.000 MPa·%, vorzugsweise nicht weniger als 46.000 MPa·% in Bezug auf den Wert, der durch die Multiplikation der Zugfestigkeit mit der Netto-Lochaufweiterate erzeugt wird), als auch ein sehr gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung (nicht weniger als 18.500 MPa·%, vorzugsweise nicht weniger als 20.000 MPa·%, in Bezug auf den Wert, der durch die Multiplikation der Zugfestigkeit mit der Gesamtdehnung erzeugt wird) gleichzeitig erreicht werden und die Verformbarkeit durch Pressen verbessert sich deutlich.
Hier wird die Identifizierung der Mikrostruktur-Zusammensetzung, die Messung des Flächenprozentanteils und die Messung der Maximallänge des Abschreckaustenits und/oder Martensits anhand eines optischen Schliffbilds mit 1000-facher Vergrößerung, das an einer Schnittfläche senkrecht zur Walzrichtung eines Stahlblechs aufgenommen wurde, nachdem die Schnittfläche mit Nital-Reagenz und dem in der unveröffent lichten japanischen Patentschrift Nr. 559-219473 offenbarten Reagenz geätzt wurde, und mittels Röntgenanalyse durchgeführt.
Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren nachstehend beschrieben.
Zunächst ist, wenn die Stahlschmelze beim Stahlherstellungsprozeß verfeinert bzw. veredelt wird, es wichtig, einen Rücklauf der Stahlschmelze von nicht weniger als 1,5 mal nach der Zugabe des Flußmittels zur Entschwefelung zum Zeitpunkt der Entschwefelung der Stahlschmelze unter Verwendung einer Sekundärveredelungsanordnung, so wie eine Umlaufentgasungsanlage (RH), zuzulassen. Hier wird der Rücklauf der Stahlschmelze durch die Menge der Stahlschmelze, die im Inneren der Sekundärveredelungsanordnung, so wie eine Umlaufentgasungsanlage, pro Zeiteinheit zirkuliert, dargestellt und es gibt verschiedene Formeln für die Berechnung. Zum Beispiel wird in „The Refining Limitation of Impurity Elements in a Mass Production Scale (Die Verfeinerungsgrenze von Verunreinigungselementen im Maßstab der Massenproduktion)" (Japanisches Institut für Eisen und Stahl, Forum im der Sektion für Verfeinerungs-Prozesse bei erhöhten Temperaturen, und Japanische Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, 19-tes Komitee der Stahlherstellung, Workshop über Reaktionsprozesse, März 1996, S. 184–187), die durch folgende Gleichung 1 ausgedrückte Menge der zurückgelaufenen Stahlschmelze Q als die zurückgelaufene Menge pro Zeiteinheit definiert: Rücklaufmenge Q = 11,4·V1/3·D4/3.{ln(P1/P0)}1/3·k Gleichung 1wobei

Q:: Menge der rückgelaufenen Stahlschmelze (t/min),
V:: Fließgeschwindigkeit des rückfließenden Gases (Nl/min),
D:: Schnorchelinnendurchmesser (m),
P0:: Vakuumkammerinnendruck (Pa),
P1:: Druck an der Einspritzöffnung des rücklaufenden Gases (Pa), und
k:: Konstante (wobei die Konstante basierend auf der Vorrichtung zur Sekundärverfeinerung bzw. Sekundärveredelung bestimmt wird, 4 in diesem Fall).

Die schematische Zeichnung der Stahlschmelzenverfeinerung bzw. Stahlschmelzenveredelung unter Verwendung einer Umlaufentgasungsanlage (RH) ist in 4 dargestellt. Zwei Schnorchel 3 der Entgasungskammer 2 werden in die Stahlschmelzenpfanne 1 getaucht, Gas wird von unterhalb einem dieser Schnorchel eingeblasen (in diesem Fall wird Ar unterhalb einem der Schnorchel durch das Einblasstrahlrohr 4 eingeblasen), dann steigt die Stahlschmelze in der Stahlschmelzenpfanne 1 an und dringt in die Entgasungskammer 2 ein, und nach dem Entgasungsprozeß sinkt die Stahlschmelze ab und läuft über den anderen Schnorchel 3 in die Stahlschmelzenpfanne 1 zurück. Hier ist es, obwohl ein Beispiel mit einer Vorrichtung zur Sekundärveredelung bzw. Sekundärverfeinerung unter Verwendung einer Umlaufentgasungsanlage gezeigt wird, nicht erforderlich zu erwähnen, dass andere Anlagen (z.B. ein DH-Verfahren bzw. Vakuumhebeverfahren) verwendet werden können.
5 zeigt das Ergebniseiner Untersuchung der Relation der Rücklaufhäufigkeit bzw. -frequenz der Stahlschmelze nach der Zugabe des Flußmittels zur Entschwefelung, wenn die Stahlschmelze, die die Komponenten von Stahl Nr. 2 aus Tab. 1 aufweist, verfeinert bzw. veredelt wird, zur Anzahl der Einschlüsse mit einer Größe von 20 μm oder mehr pro Quadratmillimeter auf einer Schnittfläche eines Stahlblechs, das durch Warmwalzen einer Gußplatte aus der Stahlschmelze hergestellt wurde. Wie in 5 gezeigt, wird durch die Erhöhung der Rücklaufhäufigkeit der Stahlschmelze die äußere Schicht der Einschlüsse des Flußmittelsystems zur Entschwefelung merklich verbessert, die Anzahl der groben Einschlüsse (20 μm oder größer) kann auf nicht mehr als eine vorgeschriebene Anzahl (nicht mehr als 0,3 pro Quadratmillimeter) verringert werden, das Netto-Lochausbreitungsverhältnis wird verbessert und so wird Rißbildung durch Pressen vermieden.
Im Folgenden werden die Temperaturbedingungen beim Feinwalzen im Warmwalzprozeß, wobei ein warmgewalztes Stahlblech entsprechend dieser Erfindung hergestellt wurde, untersucht. 6 zeigt das Ergebnis, wobei die Relation zwischen den Eintritts- und Austrittstemperaturen beim Feinwalzen zusammengestellt wurde, wenn eine Platte, die die Komponenten von Stahl Nr. 2 in Tab. 1 enthält, warmgewalzt wird und die Maximallänge der Kristallite bzw. Kristallkörner in der Mikrostruktur eines Stahlblechquerschnitts bestimmt wird.
Wie in 6 gezeigt, wird die Maximallänge der Mikrostruktur durch die Regulierung der Eintrittstemperatur beim Feinwalzen auf nicht. weniger als 960°C und der Austrittstemperatur beim Feinwalzen auf nicht weniger als 780°C, mit Sicherheit so eingeschränkt, dass sie nicht größer als 10 μm ist und daher kann die Netto-Lochaufweiterate verbessert werden und Rißbildung durch Pressen vermieden werden. Vorzugsweise ist es wünschenswert, die Eintrittstemperatur beim Feinwalzen bzw. Endwalzen in Übereinstimmung mit den chemischen Komponenten, der Feinwalzgeschwindigkeit und der Austrittstemperatur beim Feinwalzen bzw. Endwalzen abzustimmen bzw. zu regulieren.,
Hier vergröbert sich, wenn die Austrittstemperatur beim Feinwalzen 920°C übersteigt, die gesamte Mikrostruktur, wobei Nachteile, wie: die Verschlechterung der Pressverformbarkeit und die Erzeugung von Zunderdefekten deutlich werden, und daher wird diesse Temperatur als Obergrenze festgelegt.
Obwohl die Bedingungen auf dem Abkühltisch nach dem Feinwalzen nicht im Einzelnen bestimmt sind, kann die Mehrstufenkontrolle der Abkühlgeschwindigkeit (die Kombination aus Abschrecken, langsam Abkühlen und isothermischer Retention j oder das Sofortabschrecken am Ende des Feinwalzens, wobei diese allgemein bekannt sind, verwendet werden, wobei die Steuerung der Flächenprozentanteile der Mikrostruktur und die Förderung der Mikrostrukturverfeinerung und die Bildung einer Mehrphasenstruktur angestrebt werden.
Die Obergrenze der Aufwickeltemperatur wird auf 500°C gesetzt, damit Abschreckaustenit und/oder Martensit mit 3 oder mehr zum Gesamtflächenprozentanteil beiträgt. Wenn die Aufwickeltemperatur 500°C übersteigt, dann kann ein Gesamtflächenprozentanteil von 3% oder mehr nicht mehr abgesichert bzw. garantiert werden und so wird kein sehr gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung (Zugfestigkeit multipliziert mit der Gesamtdehnung) erreicht.
Hier kann entweder Luftkühlung oder Zwangskühlung zur Kühlung des Stahlblechs nach der Rufwickelung angewendet werden.
Zusätzlich kann eine Platte bzw. Bramme, einem Walzschritt unterzogen werden, nachdem sie einmal abgekühlt und dann wieder erwärmt wurde, oder mittels Heißdruckwalzen oder Direktheißwalzen gewalzt werden. Weiterhin kann eine Platte bzw. Bramme durch das so genannte Dünnbrammen-Stranggußverfahren hergestellt werden.
Darüber hinaus kann ein Stahlblech entsprechend dieser Erfindung mit Zn oder ähnlichem überzogen werden, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern oder mit einem Schmiermittel oder ähnlichem zur weiteren Verbesserung der Pressverformbarkeit beschichtet werden.
Beispiel:
Die chemischen Bestandteile außer Fe in den Stählen, die den Tests unterzogen wurden, sind in Tab. 2 dargestellt.
Die Herstellungsbedingungen bei der Stahlproduktion und beim Warmwalzen der Stähle, die diesem Test unterzogen wurden, sind in Tab. 3 dargestellt. Die Mikrostrukturen und Materialeigenschaften der erhaltenen warmgewalzten Stahlbleche werden in den Tabellen 4 und 5 dargestellt.
Hier wurden die Ermittlungen der Eigenschaften und Mikrostrukturen mit den folgenden Verfahren durchgeführt.
Ein Zugversuch wurde an den JIS Nr. 5 Teststücken durchgeführt und die Zugfestigkeit (TS), Fließgrenze (YS), der Fließquotient (YR = YS/TS·100), die Gesamtdehnung (T.EL) und das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung (TS·T.EL) bestimmt.
Die Netto-Lochaufweiterate wurde auf der Basis des Standards JFS T1001-1996 der Japanischen Gesellschaft für Eisen und Stahl bestimmt.
Die Maximallänge der Kristallite bzw. Kristallkörner in der Mikrostruktur wurde anhand einer Aufnahme mit dem optischen Mikroskop mit einer 400-fachen Vergrößerung von einem Schnitt senkrecht zur Walzrichtung eines Stahlblechs, nachdem dieser Schnitt mit Nital-Reagenz und mit dem in der Veröffentlichung des ungeprüften japanische Patents Nr. 559-219473 offenbarten Reagenz geätzt wurde, bestimmt.
Die Anzahl der groben Einschlüsse in einem Stahlblech wurde durch die Untersuchung eines feinpolierten Schnitts senkrecht zur Walzrichtung eines Stahlblechs mit einem Mikroskop (400-fache Vergrößerung) ermittelt, wobei die Anzahl der groben Einschlüsse mit einer Maximallänge von 20 μm oder größer mit einbezogen wurden.
Die Identifizierung der Mikrostrukturbeschaffenheit, die Messung des Flächenprozentanteils und die Messung der Maximallänge des Abschreckaustenits und/oder Martensits wurden mit einem optischen Mikroskop bei 1000-facher Vergrößerung an einem Schnitt senkrecht zur Walzrichtung eines Stahlblechs, nachdem der Schnitt mit Nital-Reagenz, einem in der ungeprüften japanischen Patentschrift Nr. 559-219473 offenbarten Reagenz, und einem in der ungeprüften japanischen Patentschrift Nr. H5-163590 offenbarten Reagenz geätzt wurde, und mittels Röntgenanalyse durchgeführt.
Der Flächenprozentanteil des Abschreckaustenits (Fγ: in %) wurde entsprechend der folgenden Gleichung, basierend auf Mo-Kα-Strahlen bei der Röntgenanalyse bestimmt: Fγ(%) = (2/3){100/0,7·α(211)/γ(220) + 1)} + (1/3){100/(0,78·α(211)/γ(311) + 1)},wobei α(211), γ(220), α(211) und γ(311) die Intensität der jeweiligen Flächen darstellen.
In den Beispielen dieser Erfindung (Nr. 1, 2, 6, 8, 10, 14, 15, und 20), werden, wie in Tab. 5 gezeigt, warmgewalzte höherfeste Stahlbleche mit sehr guter Preßverformbarkeit, die sowohl ein sehr gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Lochaufweitbarkeit (nicht weniger als 35.000 MPa·% in Bezug auf den Wert, der durch die Multiplikation der Zugfestigkeit mit der Netto-Lochaufweiterate bestimmt wird), als auch ein sehr gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung (nicht weniger als 18.500 MPa·% in Bezug auf den Wert, der durch die Multiplikation der Zugfestigkeit mit der Gesamtdehnung bestimmt wird) aufweisen, hergestellt.
Andererseits weisen bei den Vergleichsbeispielen (Nr. 3 bis 5, 7, 9, 11 bis 13, und 16 bis 19), da einige Parameter außerhalb des Bereichs dieser Erfindung liegen, wie anhand der Anmerkungen in den Tabellen 1 bis 3 erklärt, die Stahlbleche schlechte mechanische Eigenschaften (schlechte Eigenschaften im Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Lochaufweitbarkeit und dem Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung) in jeder Hinsicht auf.
Diese Erfindung ermöglicht es, ein mehrphasiges Stahlblech mit sehr guter Pressverformbarkeit beständig und mit niedrigen Kosten herzustellen, wobei dieses sowohl ein sehr gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Lochaufweitbarkeit, als auch ein sehr gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung dieses Stahlblechs, und folglich werden die Anwendungsbe reiche und die Leistungskonditionen deutlich erweitert und die industriellen und ökonomischen Auswirkungen dieser Erfindung sind beachtlich.

Claims

Mehrphasiges Stahlblech mit ausgezeichneter Lochaufweitbarkeit, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech enthält, als chemische Bestandteile in Massenprozent: C: 0,03 bis 0,15%, P: nicht mehr als 0,010%, S: nicht mehr als 0,003% und Si und/oder Al in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 4%, und eines oder mehrere von Mn, Ni, Cr, Mo und Cu in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 4%, optional eines oder mehrere von Nb, V und Ti mit einer Gesamtmenge von 0,3% oder weniger, und ferner optional eines oder mehrere Elemente ausgewählt aus Ca mit 0,01% oder weniger, Seltene-Erdelemente mit 0,05% oder weniger, B mit 0,01% oder weniger und N mit nicht mehr als 0,02%, mit dem Rest bestehend aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen; die Mikrostruktur eines Stahlblechabschnitts aus Restaustenit und/oder Martensit zusammengesetzt ist, welche mit 3 bis 30% zum Gesamtflächenprozentanteil beitragen und der Rest aus Ferrit und/oder Bainit besteht; die Maximallänge der Kristallkörner der Mikrostruktur nicht mehr als 10 μm beträgt und die Anzahl der Einschlüsse mit einer Größe von 20 μ oder mehr an dem Stahlblechabschnitt nicht mehr als 0,3 Stück pro Quadratmillimeter beträgt.
Mehrphasiges Stahlblech mit ausgezeichneter Lochaufweitbarkeit, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech enthält, als chemische Bestandteile in Massenprozent: C: 0,03 bis 0,15%, P: nicht mehr als 0,010%, S: nicht mehr als 0,003% und Si und/oder Al in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 4%, und eines oder mehrere von Mn, Ni, Cr, Mo und Cu in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 4%, optional eines oder mehrere von Nb, V und Ti mit einer Gesamtmenge von 0,3% oder weniger, und ferner optional eines oder mehrere Elemente ausgewählt aus Ca mit 0,01% oder weniger, Seltene-Erdelemente mit 0,05% oder weniger, B mit 0, 01% oder weniger und N mit nicht mehr als 0,02%, mit dem Rest bestehend aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen; die Mikrostruktur eines Stahlblechabschnitts aus Restaustenit und/oder Martensit zusammengesetzt ist, welche mit 3 bis 30% zum Gesamtflächenprozentanteil beitragen, aus Perlit, der mehr als 0% und nicht mehr als 3% Flächenprozentanteil ausmacht, und der Rest aus Ferrit und/oder Bainit besteht; die Maximallänge der Kristallkörner der Mikrostruktur nicht mehr als 10 μm beträgt und die Anzahl der Einschlüsse mit einer Größe von 20 μ oder mehr an dem Stahlblechabschnitt nicht mehr als 0,3 Stück pro Quadratmillimeter beträgt.
Mehrphasiges Stahlblech mit ausgezeichneter Lochaufweitbarkeit gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vickers-Mikrohärte des Bainits weniger als 240 beträgt.
Verfahren zum Herstellen eines mehrphasigen Stahlblechs mit ausgezeichneter Lochaufweitbarkeit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Stahlblech die folgenden chemischen Bestandteile in Massenprozent enthält: C: 0,03 bis 0,15%, P: nicht mehr als 0,010%, S: nicht mehr als 0,003% und Si und/oder Al in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 4%, und eines oder mehrere von Mn, Ni, Cr, Mo und Cu in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 4%, optional eines oder mehrere von Nb, V und Ti mit einer Gesamtmenge von 0,3% oder weniger, und ferner optional eines oder mehrere Elemente ausgewählt aus Ca mit 0,01% oder weniger, Seltene-Erdelementen mit 0,05% oder weniger, B mit 0,01% oder weniger und N mit nicht mehr als 0,02%, mit dem Rest bestehend aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlschmelze nicht weniger als 1,5 mal zirkuliert wird, nachdem Flußmittel zur Entschwefelung am Zeitpunkt der Entschwefelung der Stahlschmelze zugegeben wurde, wenn die Stahlschmelze mit den Bestandteilen gefeint wird, ferner, wenn ein Stahlblech durch Warmwalzen einer durch Gießen der Stahlschmelze erhaltenen Platte hergestellt wird, wobei das Endwalzen durchgeführt wird, indem die Eintrittstemperatur beim Endwalzen auf 950°C oder höher und die Austrittstemperatur beim Endwalzen im Bereich von 780 bis 920°C geregelt wird, und das so erhaltene Stahlblech bei einer Temperatur von 500° C oder niedriger aufgewickelt wird.