DE60300060T2

DE60300060T2 - Rostfreie Stahlbleche für geschweisste Baukomponenten und Herstellungsverfahren derselben

Info

Publication number: DE60300060T2
Application number: DE60300060T
Authority: DE
Inventors: Junichiro Chuo-ku Hirasawa; Takumi Chuo-ku Ujiro; Osamu Chuo-ku FURUKIMI
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: EP1354975A1; US7429302B2; EP1354975B1; US20030188813A1; DE60300060D1

Description

1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein rostfreies Stahlblech für geschweißte Baukomponenten, das exzellente intergranulare Korrosionsresistenz und Verarbeitbarkeit aufweist und das daher geeignet ist in der Verwendung für Vehikelbaukomponenten, wie z.B. Eisenbahnvehikel, Automobile, Busse und Baukomponenten im Bauwesen, welche oft geschweißt und gebogen werden müssen und von denen verlangt wird, dass sie korrosionsresistent sind.
2. Beschreibung von verwandtem Stand der Technik
Baukomponenten von Vehikeln, beispielsweise Eisenbahnvehikeln, müssen hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen, um ihr kosmetisches Erscheinungsbild zu behalten und um eine Verminderung der Festigkeit zu vermeiden, die von der Dickenreduktion aufgrund von Korrosion herrührt. Dementsprechend wurden austenitische Edelstahlbleche, wie z.B. SUS301L und SUS304 spezifiziert in den Japanischen Industriestandards (JIS) für diese Baukomponenten verwendet. Die austenitischen rostfreien Stahlbleche weisen eine exzellente Verarbeitbarkeit und Zähigkeit in der Schweißzone auf. Wenn jedoch die Vehikel hergestellt werden, können Schweißzonen sensitiviert werden und dadurch intergranulare Korrosion verursachen, wie in dem The 89th Corrosion Control Symposium Materials, "Case Study Method – Cases of Corrosion of Stainless Railway Vehicles", Seiten 84–91, 19. März 1992 gezeigt wurde, wobei "sensitiviert" bedeutet, dass, wenn ein rostfreier Stahl auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, Chromcarbid (Cr₂₃C₆) an Korngrenzen erzeugt wird und folglich eine chromverarmte Schicht um das Chromcarbid herum ausgebildet wird. Wie bei ferritischen rostfreien Stahlblechen, wie z.B. SUS430, spezifiziert in JIS, werden die Körnungen an der Schweißzone größer und folglich wird die Zähigkeit an der Schweißzone verringert. Darüber hinaus werden Chromcarbonitride an groben Korngrenzen des rostfreien Stahls abgeschieden, was intergranulare Korrosion verursacht.
Stähle mit hohem Chromanteil, die verbesserte Schlagzähigkeit, Härte und Rostresistenz in der HAZ (heat affected zone, von der Hitze betroffenen Zone) aufweisen, sind in EP-A-1160347 offenbart. Des Weiteren sind in EP-A-1070763 ähnliche hochchromatische Stähle offenbart, die Verbesserungen hinsichtlich Rostfraß und allgemeiner Korrosionsresistenz, wie auch in der Zähigkeit in der HAZ zeigen.
Martensitische rostfreie Stahlbleche für geschweißte Baukomponenten, wie sie durch SUS410 ,spezifiziert in JIS, verkörpert werden, werden in geeigneter Art und Weise verwendet, um intergranulare Korrosion zu verhindern, da sie nicht signifikant sensitiviert sind. Da jedoch die martensitischen rostfreien Stähle einen Chromgehalt von ungefähr 12 Massen- % aufweisen, was am unteren Ende für rostfreie Stähle liegt, und kein Ni und Mo enthalten, die die Korrosionsresistenz verbessern, ist ihre Korrosionsresistenz niedrig und daher nicht zufriedenstellend für die Verwendung in Teilen, die der Betrachtung ausgesetzt sind.
In bezug auf diese Probleme hat die nicht geprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichungs-Nr. 11-302795 einen billigen rostfreien Stahl zur allgemeinen Herstellung von Baukomponenten offenbart, welcher exzellente Korrosionsresistenz unter Wohnverhältnissen, Schweißbarkeit und Eigenschaften in der Schweißzone aufweist. Der rostfreie Stahl wird hergestellt durch Ausbilden von zumindest 50 Vol-% an martensitischen Strukturen in der von der Schweißhitze betroffenen Zone (die Region, wo das Basismaterial nicht geschweißt wird, jedoch die Härte und Struktur derselben durch die Schweißhitze verändert werden) und durch Verfeinem der Kristallkörnungen, um die Zähigkeit zu verbessern. Jedoch, wenn martensitische Strukturen an den Körnungsgrenzen in der von der Schweißhitze betroffenen Zone erzeugt werden, können die martensitischen Strukturen unter bestimmten Bedingungen selektiv korrodiert werden, was zur ernsthaften Verschlechterung der intergranularen Korrosionsresistenz in der von der Schweißhitze betroffenen Zone führt. Folglich kann intergranulare Fraktur durch die Korrosion verursacht werden. Martensitische rostfreie Stähle von hoher Korrosionsresistenz, verwendet für Ölbohrleitungen und Pipelines, enthalten im Allgemeinen drei Massen- % oder mehr an Nickel und haben dementsprechend exzellente Korrosionsbestän digkeit. Das Nickel jedoch verbessert ihre Widerstandsfähigkeit gegen Erweichen durch Glühen (anneal softening), so dass die resultierende Struktur nach dem Glühen nicht eine einphasige Ferritstruktur ist, sondern martensitische Strukturen enthält, wodurch die Festigkeit (strength) auf 800 Mpa oder mehr verbessert wird. Unglücklicherweise sind hoch korrosionsbeständige, martensitische, rostfreie Stähle nicht geeignet zur Verwendung in Vehikel-Baukomponenten und Baukomponenten im Bauwesen, welche häufigem Biegen unterzogen werden. Bislang wurden keine Typen an Stahl entwickelt, welche zufriedenstellende Resistenz und Verarbeitbarkeit im Basismaterial und zufriedenstellende intergranulare Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit in der Schmelzzone aufweisen.
Dementsprechend wäre es vorteilhaft, ein strukturelles Edelstahlblech bereitzustellen, das merklich verbesserte intergranulare Korrosionsresistenz aufweist und exzellente Zähigkeit in der von der Schmelzhitze betroffenen Zone und des Weiteren exzellente Verarbeitbarkeit mit geringer Festigkeit und hoher Elongation aufweist, sowie ein Verfahren bereitzustellen, um dieses herzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung ist gerichtet auf ein rostfreies Stahlblech und ein Verfahren zum Herstellen desselben, welches umfasst:
weniger als ungefähr 0,008 Massen- % an C; ungefähr 1,0 Massen- % oder weniger an Si; ungefähr 1,5 Massen- % oder weniger an Mn; ungefähr 11 bis ungefähr 15 Massen-% an Cr; mehr als ungefähr 1,0 Masssen- % und ungefähr 2,5 Massen- % oder weniger an Ni; weniger als ungefähr 0,10 Massen- % an Al; ungefähr 0,009 Massen- % oder weniger an Ni; ungefähr 0,04 Massen- % oder weniger an P; ungefähr 0,01 Massen- % oder weniger an S; und als Rest Eisen und zugehörige Verunreinigungen, wobei die Beziehungen (1) bis (4) erfüllt sind: (Cr) + 1,2 × (Ni) ≥ 15,0 (1) (Ni) + 0,5 × (Mn) + 30 × (C) ≤ 3,0 (2) (C) + (N) ≤ 0,015 (3) (Cr) – (Mn) – 1,7 × (Ni) – 27 × (C) – 100 × (N) ≥ 9,0 (4) worin (Cr), (Ni), (Mn), (C) und (N) jeweils Cr, Ni, Mn, C und N Gehalte auf einer Massen- %-Basis repräsentieren. Das rostfreie Stahlblech kann ein warmgewaltztes Stahlblech oder ein kaltgewalztes Stahlblech sein.
Des Weiteren ist die Erfindung gerichtet auf ein weiteres rostfreies Stahlblech und ein Verfahren zum Herstellen desselben, welches umfasst: ungefähr 2,0 Massen- % oder weniger an Mo zusätzlich zur Zusammensetzung des zuvor genannten rostfreien Stahlblechs, wobei die Beziehungen (3), (5), (6) und (7) anstelle der Beziehungen (1) bis (4) erfüllt sind: (C) + (N) ≤ 0,015 (3) (Cr) + 1,2 × (Ni) + 1,5 × (Mo) ≥ 15,0 (5) (Ni) + 0,5 × ((Mn) + (Mo)) + 30 × (C) ≤ 3,0 (6) (Cr) + 0,8 × (Mo) – (Mn) – 1,7 × (Ni) – 27 × (C) – 100 × (N) ≥ 9,0 (7)worin (Cr), (Mo), (Ni), (Mn), (C) und (N) jeweils Cr, Mo, Ni, Mn, C und N Gehalte auf einer Massen- %-Basis repräsentieren. Dieses rostfreie Stahlblech kann ein warmgewalztes Stahlblech oder ein kaltgewalztes Stahlblech sein.
Die Erfindung ist des Weiteren auf ein noch weiteres rostfreies Stahlblech gerichtet und ein Verfahren zu dessen Herstellung, welches zumindest eines von ungefähr 2 Massen % oder weniger an Kupfer und ungefähr 2 Massen- % oder weniger an Kobalt zusätzlich zu den Zusammensetzungen der obengenannten rostfreien Stahlbleche umfasst. Wenn das rostfreie Stahlblech zumindest eines von Cu und Co enthält, sind die Beziehungen (3), (8), (9) und (10) anstelle der Beziehungen (1) bis (7) erfüllt: (C) + (N) ≤ 0,015 (3) (Cr) + 1,2 × (Ni) + 0,5 × (Cu) + 0,3 × (Co) ≥ 15,0 (8) (Ni) + 0,5 × ((Mn) + Cu)) + 30 × (C) ≤ 3,0 (9) (Cr) – (Mn) – 1,7 × (Ni) – 27 × (C) – 100 × (N) – 0,3 × (Cu) ≥ 9,0 (10).
Wenn das rostfreie Stahlblech Mo enthält und zumindest eines von Cu und Co, sind die Beziehungen (3), (11), (12) und (13) anstelle der Beziehungen (1) bis (7) erfüllt: (C) + (N) ≤ 0,015 (3) (Cr) + 1,2 × (Ni) + 1,5 × (Mo) + 0,5 × (Cu) + 0,3 × (Co) ≥ 15,0 (11) (Ni) + 0,5 × ((Mn) + (Mo) + (Cu)) + 30 × (C) ≤ 3,0 (12) (Cr) + 0,8 × (Mo) – (Mn) – 1,7 × (Ni) – 27 × (C) – 100 × (N) – 0,3 × (Cu) ≥ 9,0 (13)
In diesen Beziehungen repräsentieren (Cr), (Mo), (Ni), (Mn), (Cu), (Co), (C) und (N) jeweils Cr, Mo, Ni, Mn, Cu, Co, C und N Anteile auf einer Massen- %-Basis. Dieses rostfreie Stahlblech kann auch ein warmgewaltztes Stahlblech oder ein kaltgewalztes Stahlblech sein.
Das rostfreie Stahlblech der Erfindung kann des Weiteren zumindest einen von ungefähr 0,0050 Massen- % oder weniger an B und ungefähr 0,0050 Massen- % oder weniger an Ca umfassen.
Das rostfreie Stahlblech kann des Weiteren zumindest eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger an Ti, ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger an Nb, ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger an V, ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger an Zr und ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger an Ta, umfassen.
Das rostfreie Stahlblech kann des Weiteren zumindest einen von ungefähr 0,10 Massen- % oder weniger an W und ungefähr 0,01 Massen- % oder weniger an Mg enthalten. Vorzugsweise weist das rostfreie Stahlblech eine Zugfestigkeit von ungefähr 600 MPa oder weniger auf und wird für geschweißte strukturelle Komponenten verwendet.
In dem rostfreien Stahlblech ist vorzugsweise der prozentuale Volumenanteil der martensitischen Struktur erzeugt in der von der Schweißhitze betroffenen Zone weniger als ungefähr 5 % und der Wert für die Charpy-Kerbschlagzähigkeit der von der Schweißhitze betroffenen Zone ist ungefähr 30 J/cm² oder mehr bei –50°C.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine mikroskopische Aufnahme einer Metallstruktur, enthaltend 2 Vol-% an martensitischen Strukturen;
2 ist eine schematische Illustration einer Metall-Inert-Gas (MIG) -Schweißzone eines intergranularen Korrosionsteststücks; und
3 ist eine schematische Illustration einer MIG-Schweißzone eines Charpy-Kerbschlag-Zähigkeits-Teststücks.
Detaillierte Beschreibung
Wir haben die Zusammensetzung von rostfreien Stählen auf Effekte der Korrosionsbeständigkeit hin sowie auf mechanische Eigenschaften des Basismaterials und hinsichtlich der intergranularen Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit an den Schweißzonen untersucht, und zwar im Detail, um ein strukturelles rostfreies Stahlblech bereitzustellen, welches exzellente Zähigkeit in den von der Schweißhitze betroffenen Zone und exzellente Verarbeitbarkeit mit geringer Festigkeit und hoher Elongation aufweist, sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben. Als ein Ergebnis haben wird das folgende gefunden: (1) Korrosionsresistenz wird merklich verstärkt durch die Zugabe von Cr und Ni (und falls notwendig Mo, Cu und Co); (2) eine niedrige Festigkeit von ungefähr 600 MPa oder weniger und eine hohe Elongation werden durch Limitieren der Anteile an Ni, Mn und C (und falls notwendig der Anteile an Mo und Cu) erhalten, was die ferritische Umwandlung unterdrückt und dadurch die Widerstandsfähigkeit gegen Glüherweichen vermindert, so dass die Metallstruktur nach dem Glühen essentiell aus Ferrit und Carbid besteht, jedoch keine martensitischen Strukturen enthält; (3) exzellente intergranulare Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit werden substanziell gleichzeitig erhalten durch signifikantes Vermindern der Anteile an C und N, so dass C + N ≤ 0,015 Massen- % ist; und (4) Einstellen der Anteile an Cr, Mn, Ni, C und N (und falls notwendig Mo und Cu) erfolgt so, dass der Anteil an Martensit, hergestellt in der von der Schweißhitze betroffenen Zone limitiert auf weniger als ungefähr 5 Vol-% ist.
Die Zusammensetzung des rosffreien Stahls der Erfindung (im Folgenden als der Stahl der Erfindung bezeichnet) wird nun im Detail beschrieben.
C: weniger als ungefähr 0,008 Massen- %
Kohlenstoff (C) vergrößert die Festigkeit des Stahls, verringert jedoch seine Verarbeitbarkeit. Er vermindert auch die intergranulare Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit in den Schweißzonen. Da diese nachteiligen Effekte signifikant sind, wenn der Kohlenstoffanteil ungefähr 0,008 Massen- % oder mehr beträgt, ist er auf weniger als ungefähr 0,008 Massen- % limitiert. Vorzugsweise ist der Kohlenstoffanteil ungefähr 0,0050 Massen- % oder weniger unter dem Gesichtspunkt der Zähigkeit in der Schweißzone.
Si: ungefähr 1,0 Massen- % oder weniger
Silizium (Si) ist ein essentielles Element, welches als Deoxidanz dient. Zumindest ungefähr 0,05 Massen- % an Si wird zugesetzt, um diesen Effekt zu erzielen. Jedoch mehr als ungefähr 1,0 Massen- % an Si macht den Stahl brüchig und vermindert auch die Zähigkeit in der Schweißzone. Dementsprechend ist der Si-Anteil limitiert auf ungefähr 1,0 Massen- % oder weniger. Vorzugsweise ist der Si-Anteil ungefähr 0,3 Massen- % oder weniger unter dem Gewichtspunkt der Zähigkeit in der Schweißzone.
Mn: ungefähr 1,5 Massen- % oder weniger
Mangan (Mn) vergrößert die Stahlfestigkeit, vermindert jedoch die Verarbeitbarkeit und vermindert auch die Korrosionsbeständigkeit. Folglich ist der Mn-Anteil limitiert auf ungefähr 1,5 Massen- % oder weniger. Vorzugsweise ist der Mn-Anteil ungefähr 1,0 Massen- % oder weniger und mehr bevorzugt ungefähr 0,5 Massen- % oder weniger unter dem Gesichtspunkt der Korrosionsbeständigkeit.
Cr: ungefähr 11 bis ungefähr 15 Massen- %
Chrom (Cr) verstärkt die Korrosionsbeständigkeit der rostfreien Stähle effektiv und ungefähr 11 Massen- % oder mehr an Chrom werden benötigt, um eine hinreichende Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten. Vorzugsweise ist der Cr-Anteil ungefähr 12 Massen- % oder mehr und mehr bevorzugt mehr als ungefähr 13 Massen- % unter dem Gesichtspunkt der Korrosionsbeständigkeit. Jedoch ein Cr-Anteil von mehr als ungefähr 15 Massen- % vermindert ernsthaft die Zähigkeit und folglich ist die Obergrenze des Cr-Anteils ungefähr 15 Massen- %. Vorzugsweise ist der Cr-Anteil ungefähr 14 Massen- % oder weniger unter dem Gesichtspunkt der Zähigkeit.
Ni: mehr als ungefähr 1,0 Massen- % und ungefähr 2,5 Massen- % oder weniger
Nickel (Ni) verstärkt die Korrosionsbeständigkeit, welche eines der Merkmale von rostfreien Stählen ist, und die Zähigkeit des Basismaterials an den Schweißzonen, welches einer der Merkmale der strukturellen Stähle ist. Mehr als ungefähr 1,0 Massen- % an Ni wird zugefügt, um diese Effekte zu erzielen. Vorzugsweise ist der Ni-Anteil mehr als ungefähr 1,5 Massen- % unter dem Gesichtspunkt der Zähigkeit in der Schmelzzone. Mehr bevorzugt ist der Ni-Anteil mehr als ungefähr 1,6 Massen- %. Jedoch der Effekt des Verstärkens der Zähigkeit an der Schweißzone wird gesättigt bei einem Ni-Anteil von mehr als ungefähr 2,5 Massen- %, und die Materialkosten steigen. Dementsprechend ist der Ni-Anteil limitiert auf ungefähr 2,5 Massen- % oder weniger. Es ist von Vorteil, den Ni-Anteil auf ungefähr 2,2 Massen- % oder weniger einzustellen, um die Kosten weiter zu vermindern, da sogar ein Ni-Anteil von ungefähr 2,2 Massen- % oder weniger zu einer hinreichend verbesserten Zähigkeit an der Schweißzone führt.
Al: weniger als ungefähr 0,10 Massen- %
Aluminium (Al) ist ein essenzielles Element, welches als Deoxidanz bei der Stahlproduktion dient. Zumindest ungefähr 0,01 Massen- % an Al wird hinzugefügt, um diesen Effekt zu erzielen. Jedoch ein zu hoher Anteil an Al vermindert die Zähigkeit und dementsprechend ist der Al-Anteil limitiert auf weniger als ungefähr 0,10 Massen- %.
N: ungefähr 0,009 Massen- % oder weniger
Stickstoff (N) vermindert die intergranulare Korrosionsbeständigkeit und die Zähigkeit an den Schweißzonen, wie dies Kohlenstoff tut. Da diese nachteiligen Effekte signifikant sind, wenn der N-Anteil mehr als ungefähr 0,009 Massen- % beträgt, ist er auf ungefähr 0,009 Massen- % oder weniger limitiert. Vorzugsweise ist der N-Anteil limitiert auf weniger als ungefähr 0,008 Massen- %. Insbesondere ist es bevorzugt, die obere Grenze des N-Anteils auf ungefähr 0,005 Massen- % einzustellen unter dem Gesichtspunkt der Zähigkeit in der Schweißzone.
P: ungefähr 0,04 Massen- % oder weniger
Phosphor (P) vermindert die Verarbeitbarkeit in der Hitze und der P-Anteil ist vorzugsweise so niedrig als möglich. Jedoch vergrößert ein exzessiv verminderter P-Anteil die Stahlproduktionskosten und dementsprechend ist die Obergrenze des P-Anteils ungefähr 0,04 Massen- %. Vorzugsweise ist der P-Anteil ungefähr 0,02 Massen- % oder weniger unter dem Gesichtspunkt der Verarbeitbarkeit in der Hitze.
S: ungefähr 0,01 Massen- % oder weniger
Ein hoher Anteil an Schwefel (S) vermindert die Verarbeitbarkeit, wie dies P tut. Darüber hinaus ist unter dem Gesichtspunkt der Verringerung der Kosten der Entschwefelung in der Stahlproduktion der S-Anteil limitiert auf ungefähr 0,01 Massen- % oder weniger. Vorzugsweise ist der S-Anteil ungefähr 0,005 Massen- % oder weniger unter dem Gesichtspunkt der Verarbeitbarkeit in der Hitze.
Die Zusammensetzung des Stahls der Erfindung erfüllt die Beziehungen (1) bis (4).
Um exzellente Korrosionsbeständigkeit im Basismaterial zu erhalten, sowie intergranulare Korrosionsbeständigkeit an den Schweißzonen, was eines der Merkmale des Stahls der Erfindung ist, ist es effektiv, Cr und Ni hinzuzufügen. Um diesen Effekt zu gewährleisten, genügen Cr und Ni der experimentellen Formel (1): (Cr) + 1,2 × (Ni) ≥ 15,0 (1)
Diese Formel hat die gleiche Bedeutung wie in den Beziehungen (5), (8) und (11), wie unten beschrieben. Insbesondere ist der Wert auf der linken Seite der Formel (1) vorzugsweise 16,0 oder mehr und mehr bevorzugt 17,0 oder mehr, wenn Wert auf die Korrosionsbeständigkeit gelegt wird.
Des Weiteren ist es wichtig, um die Verarbeitbarkeit in dem Basismaterial zu verbessern, die martensitische Struktur in eine weiche ferritische Struktur durch Glühen überzuführen. Um die Widerstandsfähigkeit der Ferritumwandlung zu verbessern, genügen Ni-, Mn- und C-Anteile der folgenden Formel (2): (Ni) + 0,5 × (Mn) + 30 × (C) ≤ 3,0 (2)
Diese Formel hat die gleiche Bedeutung wie in den Beziehungen (6), (9) und (12) wie unten beschrieben. Die linke Seite der Formel (2) basiert auf der Ni-äquivalenten Gleichung des Schaeffler-Diagramms. Da die Ni-äquivalente Gleichung Mo- und Cu-Anteile nicht berücksichtigt, werden sie zu den Beziehungen (6), (9) und (12) wie später beschrieben, gemäß experimentellen Ergebnissen hinzugefügt. Vorzugsweise ist der Wert auf der linken Seite der Formel (2) 2,6 oder weniger unter dem Gesichtspunkt der Verarbeitbarkeit des Basismaterials. Durch Erfüllen dieser Formel ermöglicht normales Glühen die Struktur des Basismaterials essentiell aus einer Ferritstruktur und Carbid besteht, was die Zugfestigkeit auf ungefähr 600 MPa oder weniger limitiert.
Ein Stahlblech, das eine Zugfestigkeit von mehr als ungefähr 600 MPa aufweist, benötigt mehr Kraft um gebogen zu werden und ist folglich schwer zu verarbeiten. Die Elongation wird auf ungefähr 25 % oder weniger vermindert und dementsprechend treten leicht Frakturen auf. Aus diesem Grund ist die Zugfestigkeit auf ungefähr 600 MPa oder weniger limitiert. Vorzugsweise ist die Zugfestigkeit auf ungefähr 550 MPa oder weniger limitiert, um die Verarbeitbarkeit weiter zu verbessern.
Um die Zähigkeit der von der Schmelzhitze betroffenen Zone zu verbessern, ist es insbesondere effektiv, die C- und N-Anteile zu vermindern, damit sie der folgenden experimentellen Formel (3) genügen: (C) + (N) ≤ 0,015 (3)
Vorzugsweise ist der Wert auf der linken Seite der Formel (3) 0,012 oder weniger. Insbesondere kann ein Wert auf der linken Seite von 0,010 oder weniger die Zähigkeit weiter verbessern. Die Verminderung der C- und N-Anteile führt auch zu einem erweichten Material und trägt damit zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit bei.
Mn, Ni, C und N vergrößern das Austenit-Äquivalent (den Volumenprozentanteil der Austenitphase, produziert bei 1000 bis 1100°C), tragen Erzeugung der martensitischen Strukturen in den Ferrit-Korngrenzen der von der Schweißhitze betroffenen Zone bei und verteinern die Kristallkörner, was die Zähigkeit verbessert. Leider kann dieser Prozess die Korrosion an Korngrenzen unter gewissen Bedingungen fördern. Falls der prozentuale Volumenanteil der martensitischen Struktur in der von der Schweißhitze betroffenen Zone ungefähr 5 % oder weniger ist, kann exzellente intergranulare Korrosionsbeständigkeit erhalten werden. Um diese Prozentzahl sicherzustellen, werden Mn, Ni, C und N-Anteile kontrolliert, um zu verhindern, dass sich die Austenit-Äquivalente sich exzessiv zu vergrößern, und Cr wird hinzugefügt, um das Ferrit-Äquivalent zu vergrößern (der prozentuale Volumenanteil der Ferritphase, hergestellt bei 1000 bis 1100°C). Entsprechend dem oben gesagten wird die experimentelle Formel (4) erfüllt: (Cr) – (Mn) – 1,7 × (Ni) – 27 × (C) – 100 × (N) ≥ 9,0 (4)
Diese Formel hat die gleiche Bedeutung wie in den Beziehungen (7), (10) und (13), wie unten beschrieben.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen essenziellen Elementen kann Mo hinzugefügt werden. In diesem Fall ist es wichtig, die Beziehungen (5) bis (7) zu erfüllen anstelle der Beziehungen (1), (2) und (4). Die Bedeutungen der Beziehungen (5) bis (7) sind die gleichen wie diejenigen der Beziehungen (1), (2) und (4), wie oben beschrieben. Des Weiteren kann zumindest eines von Cu und Co zur oben beschriebenen essenziellen Zusammensetzung oder der Zusammensetzung, die des Weiteren Mo enthält, hinzugefügt werden. In diesem Fall ist es wichtig, dass die Beziehung (8) bis (10) erfüllt sind oder die Beziehungen (11) bis (13) anstelle der Beziehungen (1), (2) und (4). Die Bedeutung der Beziehungen (8) bis (10) und der Beziehungen (11) bis (13) sind auch die gleichen wie diejenigen der Beziehungen (1), (2) und (4). Wenn eines von Cu und Co hinzugefügt wird und der Anteil des anderen Elementes weniger als ungefähr 0,02 Massen- % beträgt, kann angenommen werden, dass dieser Anteil 0 Massen- % in den Beziehungen (8) bis (13) ist.
Über die oben beschriebenen essenziellen Elemente hinaus können die folgenden Elemente je nach Bedarf hinzugefügt werden.
Mo: ungefähr 2,0 Massen-% oder weniger
Molybdän (Mo), welches die Korrosionsresistenz effektiv verbessert, kann hinzugefügt werden, um die Korrosionsbeständigkeit hinreichend zu verbessern. Vorzugsweise ist der Mo-Anteil mehr als ungefähr 0,5 Massen- % unter dem Gesichtspunkt der Korrosionsbeständigkeit. Jedoch, falls der Mo-Anteil mehr als ungefähr 2,0 Massen- % beträgt, ist der Effekt der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit gesättigt, und die Beständigkeit gegen Glühweichen wird verbessert, um den Stahl zu härten und die Verarbeitbarkeit zu verringern. Dementsprechend ist die obere Grenze des Mo-Anteils ungefähr 2,0 Massen- %. Um den Effekt der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit zu erreichen, genügen ungefähr 1,5 Massen- % oder weniger an Mo.
Cu: ungefähr 2 Massen-% oder weniger und/oder Co: ungefähr 2 Massen- % oder weniger
Kupfer (Cu) und Kobalt (Co), welche die Korrosionsbeständigkeit effektiv verbessern, wie dies auch Mo tut, können je nach Wunsch hinzugefügt werden. Um die Effekte der verbesserten Korrosionseffizienz zu erreichen sowie der intergranularen Korrosionsbeständigkeit, werden Cu und Co jeweils vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 0,3 Massen- % oder mehr hinzugefügt. Jedoch, falls Cu- und Co-Anteile jeweils mehr als ungefähr 2 Massen- % betragen, werden diese Effekte gesättigt, und der Stahl wird gehärtet, was die Verarbeitbarkeit vermindert, wie z.B. die Biegsamkeit. Dementsprechend sind die Cu- und Co-Anteile limitiert auf ungefähr 2 Massen- % oder weniger.
B: Ungefähr 0,0050 Massen- % oder weniger und/oder Ca: ungefähr 0,0050 Massen- % oder weniger
Eine kleine Menge an Bor (B) und Calcium (Ca) verstärkt die Zähigkeit an der Schmelzzone der Stähle, und sie können zugefügt werden, falls dies notwendig ist. Um diesen Effekt zu erzielen, werden B und Ca jeweils in Mengen hinzugefügt von ungefähr 0,0005 Massen- % oder mehr. Jedoch wird der Effekt gesättigt und die Korrosionsbe ständigkeit vermindert bei B- und Ca-Anteilen von jeweils mehr als ungefähr 0,0050 Massen- %. Dementsprechend wird zumindest einer von ungefähr 0,0050 Massen- % an B und Ca hinzugefügt.
Zumindest einer von ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger an Ti, Nb, V, Zr und Ta
Titan (Ti), Niob (Nb), Vanadium (V), Zirkonium (Zr) und Tantal (Ta), von denen kleine Anteile die Verarbeitbarkeit von Stählen verstärken, können jeweils in einer Menge hinzugefügt werden von ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger, falls dies gewünscht wird. Um ihre Effekte zu erzielen, werden sie jeweils in einer Menge von ungefähr 0,02 Massen- % oder mehr hinzugegeben. Jedoch härten ihre Anteile von mehr als ungefähr 0,2 Massen- % den Stahl effektiv aus, was die Verarbeitbarkeit jeweils vermindert. Dementsprechend wird zumindest ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Nb, V, Zr und Ta jeweils in einer Menge von ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger hinzugefügt.
W: ungefähr 0,10 Massen- % oder weniger und/oder Mg: ungefähr 0,01 Massen- % oder weniger
Wolfram (W) und Magnesium (Mg), welche die Korrosionsbeständigkeit von Stählen verbessern, können je nach Wunsch hinzugefügt werden. Um diesen Effekt zu verbessern, werden ungefähr 0,01 Massen- % oder mehr an W und ungefähr 0,001 Massen- % oder mehr an Mg hinzugegeben. Jedoch mehr als 0,10 Massen- % an W und mehr als ungefähr 0,01 Massen- % an Mg verringern die Zähigkeit. Dementsprechend werden zumindest einer von ungefähr 0,1 Massen- % oder weniger an W und ungefähr 0,01 Massen- % oder weniger an Mg hinzugegeben.
Das Stahlblech der Erfindung enthält auch als Rest Eisen und zugehörige Verunreinigungen. Auch ungefähr 0,1 Massen- % eines Alkalimetalls, eines Erdalkalimetalls, eines Seltenerdelements und eines Übergangselements können jeweils in dem Stahlblech enthalten sein. Diese Elemente in einer Menge von ungefähr 0,1 Massen- % oder weniger beeinträchtigen die Vorteile der Erfindung nicht.
Wenn die Beziehungen (4), (7), (10) und (13) erfüllt sind, wird der Martensit-Anteil der von der Schweißhitze betroffenen Zone weniger als ungefähr 5 Vol-% und folglich wird die intergranulare Korrosionsbeständigkeit in der Schweißzone zufriedenstellend verbessert. Wenn der Wert auf der linken Seite der Beziehungen (4), (7), (10) oder (13) weniger als 9,0 ist, wird der Martensitanteil der von der Schweißhitze betroffenen Zone weniger als 5 Vol-% oder mehr und konsequenterweise tritt intergranuare Korrosion merklich entlang der Martensitstrukturen, erzeugt an den Ferritkorngrenzen, auf. Vorzugsweise wird der Wert auf der linken Seite der Beziehungen (4), (7), (10) oder (13) auf 9,5 reguliert oder mehr, so dass kein martensitisches Gefüge in der von der Schweißhitze betroffenen Zone erzeugt wird unter dem Gesichtspunkt der intergranuaren Korrosionsbeständigkeit an den Schweißzonen.
Der Charpy-Kerbschlag-Zähigkeitswert der von der Schweißhitze betroffenen Zone bei –50°C (vE-50) muss ungefähr 30 J/cm² oder mehr betragen, um Zähigkeit an der Schweißzone zur Verwendung in geschweißten Baukomponenten zu gewährleisten. Zähigkeit wurde konventionell gewährleistet durch das Erzeugen von martensitischen Gefügen in einer Menge von ungefähr 50 Vol-% oder mehr, um Kristallkörner in der von der Schweißhitze betroffenen Zone zu verfeinern. Auf der anderen Seite wird exzellente Zähigkeit des Stahls der Erfindung erhalten durch Zugabe von mehr als ungefähr 1 Massen % an Ni und Erfüllen der Beziehung (3), selbst wenn die Ferritkörner größer an der von der Schmelzhitze betroffenen Zone werden. Eine Charpy-Kerbschlag-Zähigkeit von einem Wert von vE-50 von weniger als ungefähr 30 J/cm² kann in Sprödbrüchen in Strukturen unter kalten Bedingungen resultieren. Vorzugsweise ist der Charpy-Kerbschlag-Zähigkeitswert vE-50 ungefähr 50 J/cm² oder mehr und mehr bevorzugt ungefähr 80 J/cm² oder mehr unter dem Gesichtspunkt der Vermeidung von Sprödbrüchen.
Die Techniken zum Produzieren von Stahl der Erfindung sind nicht insbesondere limitiert und allgemein eingesetzte Techniken zum Herstellen von rostfreien Stählen können verwendet werden. Vorzugsweise werden die essenzielle Zusammensetzung und, falls notwendig, andere Elemente wie oben beschrieben, in einem Gussblock in einem Stahlumwandler, einem Schmelzofen oder dergleichen ausgebildet und anschließend einem sekundären Veredeln durch Vakuumsauerstoff-Randabkohlung (VOD, vaccum oxygen decarburization) oder Argon-Sauerstoff Randabkohlung (AOD, argon oxygen decarburi zation) unterzogen. Der Gussblock wird in ein Stahlmaterial gegossen gemäß einem bekannten Verfahren und vorzugsweise durch kontinuierliches Gießen unter dem Gesichtspunkt der Produktivität und Qualität.
Das resultierende Stahlmaterial wird erhitzt auf ungefähr 1000 bis 1250°C, anschließend in eine Blechtafel umgeformt, die eine Dicke von ungefähr 20 bis 40 mm aufweist und zwar durch Warmwalzen unter normalen Bedingungen, beispielsweise mit einem reversen Walzwerk und des Weiteren in ein warmgewalztes Blech überführt, das eine gewünschte Dicke von ungefähr 1,5 bis ungefähr 8,0 mm aufweist und zwar mit einem Tandem-Walzwerk. Alternativ wird nur das reverse Walzwerk verwendet, um das warmgewalzte Blech, das eine gewünschte Dicke von ungefähr 1,5 bis ungefähr 8 mm aufweist, auszubilden. Das resultierende warmgewalzte Blech wird dann einem Möllerglühen bei ungefähr 600 bis 800°C unterzogen und wird, falls notwendig, durch Beizen oder dergleichen entrostet, um ein Produkt fertig zu stellen. Der warmgewalzte Stahl kann einem Kaltwalzen unterzogen werden, kontinuierlichem Glühen bei ungefähr 650 bis 850° und Beizen, um ein kaltgewalztes und geglühtes Blech, gedacht für die Verwendung als ein dünnes Blech gemäß der Erfindung, herzustellen. Das resultierende warmgewalzte und geglühte Blechprodukt oder das kaltgewalzte und geglühte Blechprodukt wird gebogen oder einem Schweißprozess unterzogen, um beispielsweise ein Rohr oder eine Tafel gemäß der Erfindung auszubilden. Folglich wird der Stahl für Baukomponenten verwendet, wie z.B. Pfeiler, Bänder und Träger von Eisenbahnvehikeln, Automobilen und Bussen. Diese Baukomponenten könnten geschweißt werden durch geeignete Techniken, einschließen jedoch limitiert auf normales Bogenschweißen unter Verwendung von Metallinertgas (MIG), ein metallaktives Gas (MAG) oder einem Wolframinerten Gas (TIG, tungsten inert gas); Widerstandsschweißen, wie z.B. Punktschweißen oder Nahtverschweißen und Hochfrequenzschweißen oder Hochfrequenz-Induktionsschweißen, wie z.B. elektrisches Nahtschweißen.
Da Schweiß-Brenn-Risse in dem Stahl der Erfindung vermieden werden, aufgrund des hinreichend geringen C-Anteils, kann der Stahl als Baukomponente in der Praxis verwendet werden ohne Hitzebehandlung nach dem Schweißen. Jedoch kann der Stahl einer Hitzebehandlung unterzogen werden zum Zwecke des Anpassens der Stärke oder dergleichen nach dem Schweißen.
BEISPIEL 1
Ausgewählte Aspekte der Erfindung werden im weiteren im Detail unter Verweis auf Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben.
Eine jede der 50 kg Stahlgussformproben mit den Zusammensetzungen, die in den Tabellen 1 bis 3 gezeigt sind, wurde in einem Vakuumschmelzofen geschmolzen und in einen warmgewalzten Stahl überführt, der eine Dicke von 3 mm aufwies und zwar durch normales Warmwalzen. Anschließend wurde der resultierende warmgewalzte Stahl bei 650°C für 15 Stunden geglüht in einer Atmosphäre von Argongas und durch Beizen entrostet, um eine Probe herzustellen. Die Probe wurde Messungen hinsichtlich des Prozentanteils der gerosteten Fläche nach dem kombinierten zyklischen Korrosionstest (CCT, combined cyclic corrosion test) unterzogen; Messungen der Volumenanteile der martensitischen Struktur, der Zähigkeit und der intergranuaren Korrosionsresistenz des Basismaterials und der von der Schweißhitze betroffenen Zone nach dem Schweißen; sowie der Zugfestigkeit und Elongation des Basismaterials.
Der CCT wurde zyklisch durchgeführt in Kombination mit Salzsprühen in Übereinstimmung mit JIS Z 2371, Trocknen und Benetzen. Im speziellen wurden zwei Teststücke von 70 mm und 150 mm Größe der Probe entnommen und eine Fläche eines jeden Probenstücks wurde 30mal einem 8-Stunden-Zyklus unterzogen, der Salzsprühen bei 35°C für 2 Stunden, Trocknen bei 60°C für 4 Stunden und Benetzen bei 50°C für 2 Stunden kombinierte. Die gerostete Fläche wurde durch Bildanalyse mit einem Computer gemessen und die erhaltene Fläche wurde durch die Fläche des Teststücks dividiert, um den Anteil der gerosteten Fläche zu bestimmen. Der durchschnittliche Prozentsatz der gerosteten Fläche von zwei Teststücken wurde als der CCT-gerostete Flächenprozentsatz definiert.
Die Gegenwart oder Abwesenheit einer ferritischen Struktur und einer martensitischen Struktur in dem Basismaterial nach dem Glühen wurde untersucht durch Anätzen des Querschnitts der Probendicke parallel zur Walzrichtung unter Verwendung von Königswasser (einer Mischung von konzentrierter Salpeter- und Salzsäure in einem Verhältnis von 2:1). Die geätzte Mikrostruktur wurde in einer Vergrößerung von 1000 betrachtet. Falls das martensitische Gefüge schwer zu identifizieren war, wurde die Vickers-Härte gemessen bei einer Testbelastung von 5 kgf in Übereinstimmung mit JIS Z 2244. Wenn die erhaltene Vickers-Härte 190 oder weniger war, wurde bestimmt, dass das Basismaterial essentiell aus einer Ferrit-Einphasen-Struktur und Kohlenstoff bestand. Die Vickers-Härte von 190 oder weniger wurde in eine Zugfestigkeit von 600 MPa oder weniger umgerechnet gemäß der Härten-Umwandlungstabelle (SAE (Sieciety of Automotive Engineers) J147, Tabelle 1).
Teststücke, genommen von den Proben, wurden MIG (Metallinertgas) Stoßschweißen unterzogen (Schweißdraht: JIS Y 308, Strom: 150 A, Spannung: 19 V, Schweißgeschwindigkeit: 9 mm/s, Schutzgas: 100 % Ar bei 20 l/min, Grundabstand: 1 mm). Die Mikrostruktur in einem Querschnitt des Teststücks senkrecht zur Schweißrichtung von der von der Schweißhitze betroffenen Zone, 1 mm entfernt von der Schweißnaht (weld junction, Grenze zwischen dem Schweißmetall und dem Basismaterial) wurde mit Königswasser geätzt (Mischung aus konzentrierter Salpeter- und Salzsäure in einem Verhältnis von 2:1) und bei einer Vergrößerung von 100 betrachtet. Der prozentuale Flächenanteil (Volumenanteil) der martensitischen Gefüge, der als martensitischer Strukturanteil definiert war, wurde durch Bildanalyse mit einem Computer gemessen. 1 ist eine mikroskopische Aufnahme einer Mikrostruktur, enthaltend 2 Vol-% an martensitischer Struktur. Die martenstischen Strukturen wurden in den Grenzen der Ferrit-Kristallkömer beobachtet. Des Weiteren wurde die intergranulare Korrosionsresistenz durch Beobachten des Auftretens oder Nicht-Auftretens von Frakturen durch intergranuare Korrosion in der von der Schweißhitze betroffenen Zone untersucht, die einem Biegetest nach dem Eintauchen in eine kochende Lösung von Schwefelsäure und Kupfersulfat unterzogen wurde. Die Testlösung enthielt 1,8 Massen-% von H₂SO₄ und 6,4 Massen-% von CuSO₄ und in dieser war ein Kupferstück platziert, das noch vorlag, nachdem der Test beendet war. Jedes Teststück wurde durch Zerreiben der Stahlbewährung des Schweißens präpanert und dann auf eine Breite von 25 mm und eine Länge von 70 mm in solch einer Art und Weise geschnitten, dass die von der Schweißhitze betroffene Zone (1 mm von der Schweißnaht) in der Mitte der Längsausdehnung desselben, wie in 2 gezeigt, lokalisiert war. Nachdem es kontinuierlich dem Kochtest in der Testlösung für 16 Stunden unterzogen worden war, wurde das Teststück 180° in einem Biegeradius von 3 mm gebogen, so dass die von der Schweißhitze betroffene Zone in der Mitte der Biegung lokalisiert war und die äußere Seite der Biegung wurde mit ei ner Lupe betrachtet, um das Vorliegen oder die Abwesenheit von Frakturen, resultierend aus intergranuarer Korrosion, zu bestimmen.
Des Weiteren wurde die Zähigkeit der Schweißzone ausgewertet unter Verwendung von Teststücken; gezeigt in 3, die in der gleichen Art und Weise wie die Teststücke, gezeigt in 2, erhalten wurden. Die Stahlbewährung der Schweißstelle eines jeden Teststücks wurde gemahlen und eine Kerbe ausgebildet an der von der Schweißhitze betroffenen Zone (1 mm von der Schweißnaht). Anschließend wurde ein Charpy-Kerbschlag-Zähigkeitstest durchgeführt auf dem Teststück in Übereinstimmung mit JIS Z 2242. In dem Charpy-Kerbschlag-Zähigkeitsteststück betrug die Dicke H 10 mm, einschließend einer V-Kerbe von 2 mm in der Tiefe; die Breite W betrug 3 mm, wobei die Stahlbewährung der Schweißstelle entfernt war; und die Länge L war 55 mm.
Der Charpy-Kerbschlag-Zähigkeitstest wurde mit fünf Teststücken durchgeführt. Die Absorptionsenergie eines jeden Teststücks, gemessen bei –50°C, wurde dividiert durch die Querschnittsfläche der Kerbe (0,8 cm × 0,3 cm), um einen Charpy-Kerbschlag-Zähigkeitswert zu erhalten. Der Durchschnitt des erhaltenen Charpy-Kerbschlag-Zähigkeitswertes wurde als vE-50 (J/cm²) der von der Schweißhitze betroffenen Zone definiert.
Ein Zugfestigkeitstest wurde auch durchgeführt auf Teststücken in einer JIS Z 2201 13-B-Form, erhalten von den Proben in Übereinstimmung mit JIS Z 2241, um die Zugfestigkeit in der Walzrichtung und die Ausdehnung bis zum Riss zu bestimmen. Die Ergebnisse der Messungen und der Auswertungen sind in Tabelle 4 gezeigt.
Ein Stahlblech, zufriedenstellend für die Verwendung in Fahrzeugbaukomponenten, weist einen prozentualen Anteil einer gerosteten Fläche von 30 % oder weniger in dem CCT-Test auf. Die Metallstruktur desselben nach dem Glühen schließt eine Ferrit-Einfachphase ein und der Anteil der martensitischen Struktur der von der Schweißhitze betroffenen Zone ist geringer als 5 Vol-%. Die von der Schweißhitze betroffene Zone weist einen. Charpy-Kerbschlag-Zähigkeitswert bei –50°C (vE-50) von 30 J/cm² oder mehr auf und zeigt keine Fraktur im intergranuaren Korrosionstest und weist eine Ausdehnung bis zur Fraktur von 30 % oder mehr auf.
Wie in Tabelle 4 gezeigt, weist das Stahlblech der vorliegenden Erfindung exzellente Korrosionsbeständigkeit auf und ihre von der Schweißhitze betroffene Zone zeigt exzellente Zähigkeit und intergranuare Korrosionsbeständigkeit. Des Weiteren zeigt das entsprechende Basismaterial geringe Festigkeit, hohe Ausdehnung und exzellente Verarbeitbarkeit. Im Gegensatz dazu zeigen die Beispiele von Vergleichsbeispielen ärmliche Charakteristiken im Vergleich mit den Proben der Beispiele gemäß der Erfindung.
BEISPIEL 2
Die Charakteristika von kaltgewalztem und geglühtem Stahlblech wurden ausgewertet. Das warmgewalzte Stahlblech von Proben Nr. 11 in Tabelle 1, hergestellt in Beispiel 1, das eine Dicke von 3 mm aufweist, wurde kaltgewalzt auf eine Dicke von 1,5 mm, gefolgt vom Glühen bei 750°C für eine Minute. Das resultierende Blech wurde in eine gemischte Säure eingetaucht, die eine Temperatur von 60°C aufwiest und 10 Massen- % an Salpetersäure und 3 Massen- % von Flusssäure enthielt, zum Entrosten, um ein kaltgewalztes und geglühtes Stahlblech zu erhalten. Die gleichen Tests wie in Beispiel 1 wurden durchgeführt mit dem kaltgewalzten und geglühten Stahlblech. Jedoch zum Schweißen und zur Auswertung der Zähigkeit an der Schweißzone wurde TIG (Wolfram-Inertgas) -Schweißen durchgeführt unter den folgenden Bedingungen: Strom: 95 A, Spannung: 11 V, Schweißgeschwindigkeit: 400 mm/min, Schutzgas: Ar-Gas 20 l/min (Elektrodenseite), Ar-Gas 10 l/min (rückwärtige Seite). Als ein Ergebnis betrug der CCTprozentuale Anteil der gerosteten Fläche 15 % als Wert für die Korrosionsbeständigkeit. Die Metallstruktur nach dem Glühen bestand essentiell aus Ferrit-Einfachphase und Carbid mit einem prozentualen Anteil an martensitischer Struktur von 0 %. Für die Charakteristika der von der Schweißhitze betroffenen Zone betrug der Charpy-Kerbschlag-Zähigkeitswert bei –50°C (vE-50) zur Auswertung der Zähigkeit 90 J/cm² und keine Fraktur trat im intergranuaren Korrosionstest auf. Für die mechanischen Charakteristika betrug die Zugfestigkeit 485 MPa und die Elongation bis zur Fraktur betrug 35 %. Es konnte gezeigt werden, dass das kaltgewalzte und geglühte Blech substanziell die gleichen Charakteristika wie das warmgewalzte und geglühte Blech aufweist. Wie oben beschrieben, kann die Erfindung ein rostfreies Stahlblech zur Verfügung stellen, das exzellente Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit in dem Basismaterial aufweist und des Weiteren exzellente intergranuare Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit in der von der Schweißhitze betroffenen Zone. Dementsprechend ist der Stahl der vorliegenden Erfin dung geeignet zur Verwendung für Baukomponenten von Vehikeln, wie z.B. Eisenbahnvehikeln, Automobilen und Bussen und für Baukomponenten im Bauwesen.

Claims

Ein rostfreies Stahlblech umfassend: weniger als ungefähr 0,008 Massen- % an C; ungefähr 1,0 Massen- % oder weniger an Si; ungefähr 1,5 Massen- % oder weniger an Mn; ungefähr 11 bis ungefähr 15 Massen- % an Cr; mehr als ungefähr 1,0 Massen- % und ungefähr 2,5 Massen- % oder weniger an Ni; weniger als ungefähr 0,10 Massen- % an Al; ungefähr 0,009 Massen- % oder weniger an N; ungefähr 0,04 Massen- % oder weniger an P; ungefähr 0,01 Massen- % oder weniger an S; und als Rest Eisen und zugehörige Verunreinigungen, wobei die Beziehungen (1) bis (4) erfüllt sind: (Cr) + 1,2 × (Ni) ≥ 15,0 (1) (Ni) + 0,5 × (Mn) + 30 × (C) ≤ 3,0 (2) (C) + (N) ≤ 0,015 (3) (Cr) – (Mn) – 1,7 × (Ni) – 27 × (C) – 100 × (N) ≥ 9,0 (4)worin (Cr), (Ni), (Mn), (C ) und (N) jeweils Cr, Ni, Mn, C, und N Gehalte auf einer Massen- %- Basis repräsentieren.
Ein rostfreies Stahlblech umfassend: weniger als ungefähr 0,008 Massen- % an C; ungefähr 1,0 Massen- % oder weniger an Si; ungefähr 1,5 Massen- % oder weniger an Mn; ungefähr 11 bis ungefähr 15 Massen- % an Cr; mehr als ungefähr 1,0 Massen- % und ungefähr 2,5 Massen- % oder weniger an Ni; weniger als ungefähr 0,10 Massen- % an Al; ungefähr 0,009 Massen- % oder weniger an N; ungefähr 0,04 Massen- % oder weniger an P; ungefähr 0,01 Massen- % oder weniger an S; ungefähr 2,0 Massen- % oder weniger an Mo; und als Rest Eisen und zugehörige Verunreinigungen, wobei die Beziehungen (3), (5), (6) und (7) erfüllt sind: (C) + (N) ≤ 0,015 (3) (Cr) + 1,2 × (Ni) + 1,5 × (Mo) ≥ 15,0 (5) (Ni) + 0,5 × ((Mn) + (Mo)) + 30 × (C) ≤ 3,0 (6) (Cr) + 0,8 × (Mo) – (Mn) – 1,7 × (Ni) – 27 × (C) – 100 × (N) ≥ 9,0 (7)worin (Cr), (Mo), (Ni), (Mn), (C) und (N) jeweils Cr, Mo, Ni, Mn, C, und N Gehalte auf einer Massen- %- Basis repräsentieren.
Ein rostfreies Stahlblech umfassend: weniger als ungefähr 0,008 Massen- % an C; ungefähr 1,0 Massen- % oder weniger an Si; ungefähr 1,5 Massen- % oder weniger an Mn; ungefähr 11 bis ungefähr 15 Massen- % an Cr; mehr als ungefähr 1,0 Massen- % und ungefähr 2,5 Massen- % oder weniger an Ni; weniger als ungefähr 0,10 Massen- % an Al; ungefähr 0,009 Massen- % oder weniger an N; ungefähr 0,04 Massen- % oder weniger an P; ungefähr 0,01 Massen- % oder weniger an S; zumindest einen von ungefähr 2 Massen- % oder weniger an Cu und ungefähr 2 Massen- % oder weniger an Co; und als Rest Eisen und zugehörige Verunreinigungen, wobei die Beziehungen (3), (8), (9) und (10) erfüllt sind: (C) + (N) ≤ 0,015 (3) (Cr) + 1,2 × (Ni) + 0,5 × (Cu) + 0,3 × (Co) ≥ 15,0 (8) (Ni) + 0,5 × ((Mn) + (Cu)) + 30 × (C ) ≤ 3,0 (9) (Cr) – (Mn) – 1,7 × (Ni) – 27 × (C ) – 100 × (N) – 0,3 × (Cu) ≥ 9,0 (10)worin (Cr), (Ni), (Mn), (Cu), (Co), (C) und (N) jeweils Cr, Ni, Mn, Cu, Co, C, und N Gehalte auf einer Massen- % Basis repräsentieren.
Ein rostfreies Stahlblech umfassend: weniger als ungefähr 0,008 Massen- % an C; ungefähr 1,0 Massen- % oder weniger an Si; ungefähr 1,5 Massen- % oder weniger an Mn; ungefähr 11 bis ungefähr 15 Massen- % an Cr; mehr als ungefähr 1,0 Massen- % und ungefähr 2,5 Massen- % oder weniger an Ni; weniger als ungefähr 0,10 Massen- % an Al; ungefähr 0,009 Massen- % oder weniger an N; ungefähr 0,04 Massen- % oder weniger an P; ungefähr 0,01 Massen- % oder weniger an S; ungefähr 2,0 Massen- % oder weniger an Mo; zumindest einen an ungefähr 2 Massen- % oder weniger an Cu und ungefähr 2 Massen- % oder weniger an Co; und als Rest Eisen und zugehörige Verunreinigungen, wobei die Beziehungen (3), (11), (12) und (13) erfüllt sind: (C) + (N) ≤ 0,015 (3) (Cr) + 1,2 × (Ni) + 1,5 × (Mo) + 0,5 × (Cu) + 0,3 × (Co) ≥ 15,0 (11) (Ni) + 0,5 × ((Mn) + (Mo) + (Cu)) + 30 × (C) ≤ 3,0 (12) (Cr) + 0,8 × (Mo) – (Mn) – 1,7 × (Ni) – 27 × (C ) – 100 × (N) – 0,3 × (Cu) ≥ 9,0 (13)worin (Cr), (Mo), (Ni), (Mn), (Cu), (Co), (C) und (N) jeweils Cr, Mo, Ni, Mn, Cu, Co, C, und N Gehalte auf einer Massen- % Basis repräsentieren.
Ein rostfreies Stahlblech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, darüber hinaus umfassend zumindest einen von ungefähr 0,0050 Massen- % oder weniger an B und ungefähr 0,0050 Massen- % oder weniger an Ca, auf Kosten von Eisen.
Ein rostfreies Stahlblech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, des weiteren umfassend zumindest eine Komponente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger an Ti, ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger an Nb, ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger an V, ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger an Zr und ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger an Ta, auf Kosten von Eisen.
Ein rostfreies Stahlblech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, des weiteren umfassend zumindest einen von ungefähr 0,10 Massen- % oder weniger an W und ungefähr 0,01 Massen- % oder weniger an Mg, auf Kosten von Eisen.
Ein rostfreies Stahlblech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das rostfreies Stahlblech eine Zugstärke von ungefähr 600 MPa oder weniger aufweist.
Ein rostfreies Stahlblech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin der prozentuale Volumenanteil des martensitischen Gefüges, erzeugt in der von der Schweißhitze betroffenen Zone, geringer als ungefähr 5% ist, und der Wert für die Charpy- Kerbschlag- Zähigkeit der von der Schweißhitze betroffenen Zone ungefähr 30 J/cm² oder mehr bei –50°C ist.
Ein rostfreies Stahlblech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Stahlblech ein warmgewalztes Stahlblech ist.
Ein rostfreies Stahlblech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Stahlblech ein kaltgewalztes Stahlblech ist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines warmgewalzten rostfreien Stahlblechs umfassend die folgenden Schritte: Warmwalzen einer Bramme aus Stahl; Glühen (annealing) des warmgewalzten Blechs; und optional Beizen des warmgewalzten Blechs, wobei die Bramme aus Stahl folgendes umfasst: weniger als ungefähr 0,008 Massen- % an C; ungefähr 1,0 Massen- % oder weniger an Si; ungefähr 1,5 Massen- % oder weniger an Mn; ungefähr 11 bis ungefähr 15 Massen- % an Cr; mehr als ungefähr 1,0 Massen- % und ungefähr 2,5 Massen- % oder weniger an Ni; weniger als ungefähr 0,10 Massen- % an Al; ungefähr 0,009 Massen- % oder weniger an N; ungefähr 0,04 Massen- % oder weniger an P; ungefähr 0,01 Massen- % oder weniger an S; und als Rest Eisen und zugehörige Verunreinigungen, wobei die Beziehungen (1) bis (4) erfüllt sind: (Cr) + 1,2 × (Ni) ≥ 15,0 (1) (Ni) + 0,5 × (Mn) + 30 × (C) ≤ 3,0 (2) (C) + (N) ≤ 0,015 (3) (Cr) – (Mn) – 1,7 × (Ni) – 27 × (C) – 100 × (N) ≥ 9,0 (4)worin (Cr), (Ni), (Mn), (C ) und (N) jeweils Cr, Ni, Mn, C, und N Gehalte auf einer Massen- % Basis repräsentieren.
Ein Verfahren zum Herstellen eines warmgewalzten rostfreien Stahlblechs umfassend die folgenden Schritte: Warmwalzen einer Bramme aus Stahl; Glühen (annealing) des warmgewalzten Blechs; und optional Beizen des warmgewalzten Blechs, wobei die Bramme aus Stahl folgendes umfasst: weniger als ungefähr 0,008 Massen- % an C; ungefähr 1,0 Massen- % oder weniger an Si; ungefähr 1,5 Massen- % oder weniger an Mn; ungefähr 11 bis ungefähr 15 Massen- % an Cr; mehr als ungefähr 1,0 Massen- % und ungefähr 2,5 Massen- % oder weniger an Ni; weniger als ungefähr 0,10 Massen- % an Al; ungefähr 0,009 Massen- % oder weniger an N; ungefähr 0,04 Massen- % oder weniger an P; ungefähr 0,01 Massen- % oder weniger an S; ungefähr 2,0 Massen- % oder weniger an Mo; und als Rest Eisen und zugehörige Verunreinigungen, wobei die Ausdrücke (3), (5), (6) und (7) erfüllt sind: (C) + (N) ≤ 0,015 (3) (Cr) + 1,2 × (Ni) + 1,5 × (Mo) ≥ 15,0 (5) (Ni) + 0,5 × ((Mn) + (Mo)) + 30 × (C) ≤ 3,0 (6) (Cr) + 0,8 × (Mo) – (Mn) – 1,7 × (Ni) – 27 × (C ) – 100 × (N) ≥ 9,0 (7)worin (Cr), (Mo), (Ni), (Mn), (C) und (N) jeweils Cr, Mo, Ni, Mn, C, und N Gehalte auf einer Massen- % Basis repräsentieren.
Ein Verfahren zum Herstellen eines warmgewalzten rostfreien Stahlblechs, umfassend die Schritte von: Warmwalzen einer Bramme aus Stahl; Glühen (annealing) des warmgewalzten Blechs; und optional Beizen des warmgewalzten Blechs, wobei die Bramme aus Stahl folgendes umfasst: weniger als ungefähr 0,008 Massen- % an C; ungefähr 1,0 Massen- % oder weniger an Si; ungefähr 1,5 Massen- % oder weniger an Mn; ungefähr 11 bis ungefähr 15 Massen- % an Cr; mehr als ungefähr 1,0 Massen- % und ungefähr 2,5 Massen- % oder weniger an Ni; weniger als ungefähr 0,10 Massen- % an Al; ungefähr 0,009 Massen- % oder weniger an N; ungefähr 0,04 Massen- % oder weniger an P; ungefähr 0,01 Massen- % oder weniger an S; zumindest einen von ungefähr 2 Massen- % oder weniger an Cu und ungefähr 2 Massen- % oder weniger an Co; und als Rest Eisen und zugehörige Verunreinigungen, wobei die Beziehungen (3), (8), (9) und (10) erfüllt sind: (C) + (N) ≤ 0,015 (3) (Cr) + 1,2 × (Ni) + 0,5 × (Cu) + 0,3 × (Co) ≥ 15,0 (8) (Ni) + 0,5 × ((Mn) + (Cu)) + 30 × (C ) ≤ 3,0 (9) (Cr) – (Mn) – 1,7 × (Ni) – 27 × (C ) – 100 × (N) – 0,3 × (Cu) ≥ 9,0 (10)worin (Cr), (Ni), (Mn), (Cu), (Co), (C) und (N) jeweils Cr, Ni, Mn, Cu, Co, C, und N Gehalte auf einer Massen- % Basis repräsentieren.
Ein Verfahren zum Herstellen eines warmgewalzten rostfreien Stahlblechs, umfassend die folgenden Schritte: Warmwalzen einer Bramme aus Stahl; Glühen (annealing) des warmgewalzten Blechs; und optional Beizen des warmgewalzten Blechs, wobei die Bramme aus Stahl folgendes umfasst: weniger als ungefähr 0,008 Massen- % an C; ungefähr 1,0 Massen- % oder weniger an Si; ungefähr 1,5 Massen- % oder weniger an Mn; ungefähr 11 bis ungefähr 15 Massen- % an Cr; mehr als ungefähr 1,0 Massen- % und ungefähr 2,5 Massen- % oder weniger an Ni; weniger als ungefähr 0,10 Massen- % an Al; ungefähr 0,009 Massen- % oder weniger an N; ungefähr 0,04 Massen- % oder weniger an P; ungefähr 0,01 Massen- % oder weniger an S; ungefähr 2,0 Massen- % oder weniger an Mo; zumindest einen von ungefähr 2 Massen- % oder weniger an Cu und ungefähr 2 Massen- % oder weniger an Co; und als Rest Eisen und zugehörige Verunreinigungen, wobei die Beziehungen (3), (11), (12) und (13) erfüllt sind: (C) + (N) ≤ 0,015 (3) (Cr) + 1,2 × (Ni) + 1,5 × (Mo) + 0,5 × (Cu) + 0,3 × (Co) ≥ 15,0 (11) (Ni) + 0,5 × ((Mn) + (Mo) + (Cu)) + 30 × (C) ≤ 3,0 (12) (Cr) + 0,8 × (Mo) – (Mn) – 1,7 × (Ni) – 27 × (C ) – 100 × (N) – 0,3 × (Cu) ≥ 9.0 (13)worin (Cr), (Mo), (Ni), (Mn), (Cu), (Co), (C) und (N) jeweils Cr, Mo, Ni, Mn, Cu, Co, C, und N Gehalte auf einer Massen- % Basis repräsentieren.
Ein Verfahren zum Herstellen eines warmgewalzten Stahlblechs gemäß irgendeinem der Ansprüche 12 bis 15, worin die Bramme aus Stahl des weiteren zumindest einen von ungefähr 0,0050 Massen- % oder weniger an B und ungefähr 0,0050 Massen- % oder weniger an Ca auf Kosten von Eisen umfasst.
Ein Verfahren zum Herstellen eines warmgewalzten Stahlblechs gemäß irgendeinem der Ansprüche 12 bis 15, worin die Bramme aus Stahl des weiteren zumindest eine Komponente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger an Ti, ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger an Nb, ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger an V, ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger an Zr und ungefähr 0,2 Massen- % oder weniger an Ta und zwar auf Kosten von Eisen umfasst.
Ein Verfahren zum Herstellen eines warmgewalzten Stahlblechs gemäß irgendeinem der Ansprüche 12 bis 15, worin die Bramme aus Stahl des weiteren umfasst, zumindest einen von 0,10 Massen- % oder weniger an W und ungefähr 0,01 Massen- % oder weniger an Mg und zwar auf Kosten von Eisen.
Ein Verfahren zum Herstellen eines warmgewalzten Stahlblechs gemäß irgendeinem der Ansprüche 12 bis 15, worin das resultierende Stahlblech eine Zugfestigkeit von ungefähr 600 MPa oder weniger aufweist und für die geschweißten strukturellen Komponenten verwendet wird.
Ein Verfahren zum Herstellen eines warmgewalzten Stahlblechs gemäß irgendeinem der Ansprüche 12 bis 15, worin der prozentuale Volumenanteil der martensitischen Struktur hergestellt in der von der Schweißhitze betroffenen Zone weniger als ungefähr 5% beträgt und der Wert für die Charpy- Kerbschlag- Fähigkeit der von der Schweißhitze betroffenen Zone ungefähr 30 J/cm² oder mehr bei –50°C ist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines kaltgewalzten Stahlblechs umfassend folgende Schritte: Durchführen des Verfahrens zum Herstellen eines wanngewalzten Stahlblechs wie in irgendeinem der Ansprüche 12 bis 15 dargestellt; Kaltwalzen des warmgewalzten Stahlblechs; Glühen (annealing) des kaltgewalzten Stahlblechs und Beizen des kaltgewalzten Blechs.