DE60306500T2

DE60306500T2 - Wärmebehandelte stahlplatte und herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE60306500T2
Application number: DE60306500T
Authority: DE
Inventors: c/o JFE Steel Corporation Kohei HASEGAWA; c/o JFE Steel Corporation Takeshi FUJITA; c/o JFE Steel Corporation Toshiaki URABE
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2023-03-01
Also published as: JP2003268489A; EP1484423B1; DE60306500D1; WO2003076675A1; EP1484423A4; US20050121119A1; EP1484423A1; JP3918589B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Stahlblech zum Wärmebehandeln, das zuverlässig mit hoher Festigkeit gewährt werden kann und exzellenten Wasserstoffversprödungs-Widerstand durch Wärmebehandlung, die nach einem Umformverfahren, wie beispielsweise Pressumformen, durchgeführt wird, und ein Herstellungsverfahren dafür.
STAND DER TECHNIK
Im Hinblick auf die Gewichtsreduzierung zur Kraftstoffersparnis und Sicherheit für Passagiere/Besatzung gegen einen Unfall oder dergleichen, werden hochfeste Stahlbleche in einem Kraftfahrzeug als Karosseriekonstruktionsbauteile, Verstärkungsbauteil und andere mechanische Konstruktionskomponente benutzt. Die Nutzung von hochfesten Stahlblechen verursacht jedoch mehrere Probleme, wie beispielsweise Schwierigkeit zum Formen von kompliziert geformten Komponenten und eine hohe Frequenz von Eintreten von Sprödbruch, d.h. sogenannter Wasserstoffversprödung (verzögerter Bruch), welche durch Wasserstoffabsorption in den Stahl von einer Umgebung verursacht wird.
Um die Erfordernisse der Unformbarkeit und hoher Festigkeit zu erfüllen, wird generell ein wie nachfolgend beschriebenes Verfahren eingesetzt. Nachdem es beispielsweise durch Pressumformen umgeformt worden ist, wird ein Stahlblech, wie beispielsweise ein kaltgewalztes Stahlblech oder ein warmgewalztes Stahlblech, durch ein Induktionserwärmungsverfahren oder Ofenerwärmungsverfahren erwärmt und dann Abschrecken, wie beispielsweise Wasserabschrecken, Ölabschrecken oder Druckabschrecken, unterworfen. Mehrere Stahlbleche, die für dieses Verfahren geeignet sind, wurden in den folgenden Stand der Technik Dokumenten entwickelt.
Gemäß der japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nr. 3-2942 wird ein Stahlblech zum präzisen Stanzen vorgeschlagen, welches in seiner Umformbarkeit in unterschiedlichen Umformverfahren und seiner Abschreck-Härtbarkeit nach kurzer Zeit und schnel lem Erwärmen hervorragend ist. Das Stahlblech ist aus einem Cr- und B- hinzugefügten Stahl, enthaltend 0,10-0,19% an C und 0,7-1,5% an Mn, erzeugt.
Gemäß dem japanischen Patent Nr. 2713382 wird ein Verfahren zum Herstellen eines hochfesten Kraftfahrzeugbauteils mit hervorragendem Wasserstoffversprödungs-Widerstand vorgeschlagen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Stahl, enthaltend 0,2-0,5% an C, 0,5-1,6% an Mn und 0,5-1,5% an Cr, mit einem eine Schmiermittelschicht formenden Mittel behandelt wird, anschließend umgeformt und letztendlich einer Abschreck- und Anlassbehandlung unterworfen wird.
Gemäß der japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nr. 7-103420 wird ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, das ein B- hinzugefügtes Stahl verwendet, vorgeschlagen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein B- hinzugefügter Stahl, enthaltend 0,15-0,40% an C und 0,60-1,50% an Mn Kaltpressumformen unterworfen wird, anschließend bei einer Abschrecktemperatur von 850°C bis unterhalb 950°C erwärmt wird und bei einer Abschreckintensität von 0,35 cm^–1 bis unterhalb 1,50 cm^–1 Wasser abgeschreckt wird.
Gemäß jeder der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichungen Nr. 5-98356 und Nr. 5-98357 wird ein Verfahren zum Herstellen eines Ti- und B- basierenden Hochkohlenstoff Stahlblechs mit exzellenter Umformbarkeit und Zähigkeit ohne Anlassbehandlung vorgeschlagen. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein (Ti-) und B- hinzugefügter Stahl, enthaltend 0,15-0,40% an C und 0,6-1,50% an Mn benutzt wird, um die Ausfällung von Zementit zu hemmen. Gleichzeitig wird B zum Sicherstellen der Härtbarkeit hinzugefügt und die Ausfällung von AlN (und TiN) wird zum Hemmen von unnormalem Wachstum von Austenitkörnern durchgeführt.
Gemäß der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 6-116679 wird ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechs und eines Sicherheitbauteils davon gegen Fahrzeugkollision vorgeschlagen, wobei das Sicherheitsbauteil durch Druckabschrecken hergestellt wird. Das Stahlblech wird auf solche Art und Weise hergestellt, dass ein Ti-, Nb- und B- hinzugefügter Stahl, enthaltend 0,20-0,40% an C und 0,20-0,40% an Mn, bei einer Temperatur von Ac₁ bis (Ac₁ + 30)°C für 1 bis 20 Stunden, nachdem er warmgewalzt worden ist, erwärmt wird und anschließend auf eine Temperatur unterhalb (Ac₁ + 30)°C bei einer Abkühlrate von 20°C/s oder weniger abgekühlt wird.
Das Sicherheitsbauteil wird durch Druckabschrecken auf folgende Art und Weise hergestellt. Nachdem es in eine vorbestimmte Form umgeformt worden ist, wird das Stahlblech dann auf 850°C oder höher erwärmt, bei einer Abkühlrate von 80 bis 150°C/Sek. auf einen Temperaturbereich zwischen 450 bis 500°C, während es in einer Metallform beibehalten wird, abgekühlt und weiterhin bei einer Abkühlrate von 20 bis 100°C/Sek. auf eine herkömmliche Temperatur, die 100°C nicht überschreitet, abgekühlt. Demzufolge hat das Bauteil eine Zugfestigkeit von 1150 N/mm².
Gemäß der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 8-269615 wird ein warmgewalztes Stahlblech vorgeschlagen, das nachdem es ohne Beeinträchtigung der Stretchbörderverarbeitbarkeit umgeformt worden ist, mit Verschleißwiderstand auferlegt werden kann. Dies wird auf solche Art und Weise erzielt, dass nachdem es umgeformt worden ist, das Stahlblech einer schnellen Erwärmung, wie beispielsweise Induktionsabschrecken, wodurch die Oberfläche ohne Risse gehärtet wird, unterworfen wird. Das warmgewalzte Stahlblech umfasst, in Gew.-%, 0,18-0,30% an C, 0,01-1,0% an Si, 0,2-1,5% an Mn, 0,1-0,5% an Cr, 0,0006-0,0040% an B, 0,03% oder weniger an P, 0,02% oder weniger an S, 0,08% oder weniger an gelöstem Al und 0,01% oder weniger an N, und der Rest Fe mit unvermeidbaren Verunreinigungen. Das Stahlblech hat ein gemischtes Gefüge von Ferrit und Bainit.
Gemäß der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 10-96031 wird ein Verfahren zum Herstellen eines Hochkohlenstoff warmgewalzten Stahlblechs und eines Hochkohlenstoff kaltgewalzten Stahlblechs vorgeschlagen, die jeweils in ihrer Duktilität, bevor sie abgeschreckt werden, hervorragend sind und die jeweils in der Lage sind, eine vorbestimmte Härte und Zähigkeit, nachdem sie abgeschreckt worden sind, aufzuweisen. Gemäß diesem Verfahren wird ein Cr-, Ti- und B- hinzugefügtes wärmegewalztes Stahlblech, enthaltend 0,25-0,65% an C und 0,20-0,40% an Mn, bei einer Temperatur von 650°C bis unterhalb Ac₁ für 10 bis 30 Stunden erwärmt, oder wird langsam auf (Ac₁- 30)°C bei einer Abkühlrate von 3 bis 20°C/Std. oder auf (Ac₁- 20)°C bei einer Abkühlrate von 3 bis 10°C/Std. nachdem es bei einer Temperatur von Ac₁ bis (Ac₁ + 30)°C für 1 bis 20 Stunden erwärmt worden ist, abgekühlt, gefolgt, wenn notwendig, von Kaltwalzen bei einer Höhenabnahme von 30 bis 70% und bei einer Temperatur von 650°C bis unterhalb Ac₁ für 20 Sekunden oder mehr erwärmt.
Gemäß der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 10-147816 wird ein Verfahren zum Herstellen eines Hochkohlenstoff-Stahlblechs vorgeschlagen, das in seiner Umformbarkeit hervorragend ist und in der Lage ist, eine ausreichende Festigkeit nachdem es umgeformt und wärmebehandelt worden ist, aufzuweisen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Cr-, Ti- und B- hinzugefügter Stahl, enthaltend 0,25-0,45% an C und 0,2-0,5% an Mn, warmgewalzt, bei einer Temperatur zwischen 550 und 600°C aufgewickelt, gebeizt, in einer Atmosphäre mit 95 Vol.-% oder mehr an Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen Ac₁ und (Ac₁ + 30)°C für 1 bis 10 Stunden erwärmt, langsam auf (Ar₁- 50)°C oder weniger bei einer Abkühlrate von 3 bis 20°C/Std. abgekühlt wird. Alternativ wird das Stahlblech ferner bei einer Temperatur von (Ac₁ - 10)°C oder weniger kaltgewalzt und glühbehandelt.
Gemäß der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 10-251757 wird ein Verfahren zum Herstellen eines Hochkohlenstoff-Stahlblechs, das in seiner Umformbarkeit hervorragend ist und in der Lage ist, eine ausreichende Festigkeit durch eine nachträgliche Umformwärmebehandlung aufzuweisen, vorgeschlagen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Cr-, Ti- und B- hinzugefügter Stahl, enthaltend 0,25-0,45% an C und 0,2-0,5% an Mn, bei einer Abschlusstemperatur zwischen (Ar₃+ 20) und (Ar₃ + 50)°C warmgewalzt, bei einer Temperatur zwischen 550 und 600°C aufgewickelt, gebeizt, in einer Atmosphäre von 95 Vol.-% oder mehr an Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen Ac₁ und (Ac₁ + 30)°C für 1 bis 10 Stunden erwärmt und bei einer Abkühlrate von 3 bis 20°C/Std. auf (Ar₁ - 50)°C oder weniger langsam abgekühlt wird.
Gemäß der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 10-60522 wird ein Stahlblech mit exzellenter Umformbarkeit vorgeschlagen, das mit ausreichend hoher Festigkeit durch Schmelzen und schnelles Erstarren durch Nutzung einer hochdichten Energiebestrahlung, wie beispielsweise Laserbestrahlung, auferlegt werden kann. Das Stahlblech ist gekennzeichnet durch: umfassend 0,04-0,3% an C und 3% oder weniger an Mn und Empfangen von hochdichter Energiebestrahlung für eine Dauer, die eine vorbestimmte Formel erfüllt, die Strahlungsumlenkung (bead pitch) der hochdichten Energiebestrahlung ist größer als 1 mm.
Gemäß der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-144319 wird ein Stahlblech und ein Herstellungsverfahren dafür vorgeschlagen, wobei das Stahlblech eine ausreichende Umformbarkeit, die für Karosseriekonstruktionsbautei- le eines Kraftfahrzeugs einsetzbar ist, und hohe Festigkeit durch nachträgliches Umformabschrecken aufweist. Das Stahlblech wird aus einem Ti- und B- hinzugefügten Stahl, enthaltend 0,05-0,20% an C, 0,8-2,0% an Mn und Ti in einem Bereich von 3,4 × N (%) oder weniger hergestellt. Das Stahlblech wird auf solche Art und Weise hergestellt, dass eine Stahlbramme mit der vorerwähnten Zusammensetzung warmgewalzt und bei einer Aufwickeltemperatur von 600°C oder höher aufgewickelt wird. Alternativ wird das warmgewalzte Stahlblech bei einer Aufwickeltemperatur von 480°C oder höher aufgewickelt, gefolgt von Kaltwalzen und Glühen.
Die vorerwähnten bekannten Stand der Technik Dokumente haben jedoch die nachfolgend beschriebenen Probleme.
In der Patentveröffentlichung Nr. 3-2942 ist der Wasserstoffversprödungs-Widerstand nach Abschrecken nicht hervorragend, da der C-Anteil hoch ist. Außerdem kann eine hohe Festigkeit nach Abschrecken nicht zuverlässig erhalten werden, da der Mn-Anteil so gering wie 0,7-1,5% ist.
In dem Patent Nr. 2713382 ist der Wasserstoffversprödungs-Widerstand nach Abschrecken nicht hervorragend, weil der C-Anteil hoch ist. Hohe Festigkeit nach Abschrecken kann nicht zuverlässig erzielt werden, da der Mn-Anteil so gering wie 0,5-1,6% ist. Außerdem erhöhen sich die Herstellungskosten (Wärmebehandlungskosten), da Anlassen im Wesentlichen erforderlich ist.
Ähnliche Probleme entstehen in der japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nr. 7-103420 und den japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichungen Nr. 5-98356, 6-116679, 8-269615, 10-96031, 10-147816 und 10-251757. Das heißt, der Wasserstoffversprödungs-Widerstand ist aufgrund des hohen C-Anteils nicht ausreichend und hohe Festigkeit nach Abschrecken kann aufgrund des geringen Mn-Anteils nicht zuverlässig erzielt werden.
In der japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nr. 10-60522 wird bei dem Abschrecken durch hochdichte Energiebestrahlung, wie beispielsweise Laserbestrahlung, das Erwärmen restriktiv auf einen engen linearen Bereich durchgeführt. Deshalb wird eine hohe Festigkeit auf einen beschränkten Bereich auferlegt und somit kann eine hohe Fes tigkeit für das gesamte Bauteil nicht erzielt werden. Da außerdem erforderlich ist, dass die Strahlungsumlenkung in dem linear erwärmten Bereich größer als 1 mm ist, kann die gesamte Oberfläche nicht einheitlich abgeschreckt werden.
In der Patentveröffentlichung Nr. 2000-144319 sind die C- und Mn-Bereiche so breit, dass eine hohe Festigkeit nach Abschrecken nicht zuverlässig erhalten werden kann. Ein exzellenter Wasserstoffversprödungs-Widerstand kann ebenfalls nicht erzielt werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Stahlblech zum Wärmebehandeln bereitzustellen, das zuverlässig mit hoher Festigkeit und exzellentem Wasserstoffversprödungs-Widerstand durch Wärmebehandlung, durchgeführt nach einem Umformverfahren, wie beispielsweise Pressumformen, auferlegt werden kann und ein Herstellungsverfahren dafür bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch Bereitstellen eines Stahlblechs zum Wärmebehandeln umfassend in Gewichtsprozent, 0,05-0,09% an C, 1% oder weniger an Si, 1,6-2,4% an Mn, 0,02% oder weniger an P, 0,02% oder weniger an S, 0,01-0,1% an gelöstem Al, 0,005% oder weniger an N, 0,0003-0,003% an B, Ti erfüllt Gleichung (1), wahlweise 0,1-2% von jedem von zumindest einem an Cr und/oder Mo und der Rest ist Fe, wobei der durchschnittliche Durchmesser von in dem Stahl ausgefällten Eisenkarbiden 2 μm oder weniger ist, erzielt.
(48/32)S + (48/14)N ≤ Ti ≤ 2[(48/32)S + (48/14)N] (1)
In Gleichung (1) repräsentiert jedes Elementensymbol den Anteil von jedem Element in Gewichtsprozent.
Ein Stahlblech zum Wärmebehandeln gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch ein Verfahren hergestellt werden, welches die Schritte umfasst: Warmwalzen einer Stahlbramme mit der vorerwähnten Zusammensetzung zu einem Stahlblech; Abkühlen des warmgewalzten Stahlblechs bei einer durchschnittlichen Abkühlrate von 30°C/Sek. oder weniger; und Aufwickeln des abgekühlten, warmgewalzten Stahlblechs bei einer Aufwi ckeltemperatur von 500°C oder mehr, oder alternativ ein zusätzliches Kaltwalzen wie in Anspruch 4 angegeben.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die gegenwärtigen Erfinder haben Studien und Forschung an einem Stahlblech durchgeführt, das zuverlässig mit hoher Festigkeit und hervorragendem hohen Wasserstoffversprödungs-Widerstand durch nach einem Umformverfahren, wie beispielsweise Pressumformung durchgeführten Wärmebehandlung, auferlegt werden kann. Demzufolge hat man herausgefunden, dass die Reduzierung von C-Anteil, Hinzufügung von B und Kontrollieren der Eisenkarbide wirksam ist. Dies wird nachfolgend detaillierter beschrieben.
1. Zusammensetzung

C: C ist zum Verbessern der Festigkeit des Stahlblechs durch Wärmebehandlung ein wichtiges Element. C sollte in einer Menge von 0,05% oder mehr zum Auferlegen einer ausreichend hohen Festigkeit auf das Stahlblech hinzugefügt werden. Andererseits wird jedoch der Wasserstoffversprödungs-Wderstand nach Wärmebehandlung verschlechtert, wenn der C-Anteil 0,09% überschreitet. In Anbetracht dieser Tatsachen wird der C-Anteil auf 0,05-0,09% festgelegt.
Si: Si kann auf geeignete Art und Weise, wenn notwendig, hinzugefügt werden. Ein Si-Anteil, überschreitend 1%, verschlechtert jedoch nicht nur die chemische Umformbarkeit sondern führt auch zu einer Erhöhung der Herstellungskosten. In Anbetracht dieser Tatsachen wird der Si-Anteil auf 1,0% oder weniger festgelegt.
Mn: Mn ist zum zuverlässigen Auferlegen von hoher Festigkeit unabhängig von Wärmebehandlungsbedingungen, wie beispielsweise Durchwärmungstemperatur, Haltezeit und Abkühlrate, ein wesentliches Element. Ein Mn-Anteil von weniger als 1,6% kann die Härtbarkeit eines Stahlblechs nicht ausreichend stabilisieren und andererseits verschlechtert ein Mn-Anteil überschrei tend 2,4% die Pressumformbarkeit eines Stahlblechs. Aus diesen Gründen wird der Mn-Anteil auf 1,6-2,4% festgelegt.
P: P ist eine Verunreinigung in einem Stahl. Ein P-Anteil überschreitend 0,02% verschlechtert die Umformbarkeit und Schweißbarkeit eines Stahlblechs, so dass der P-Anteil auf 0,02% oder weniger festgelegt ist. Obwohl P in einem Stahlherstellungsverfahren vorzugsweise so weit wie möglich beseitigt werden sollte, führt eine zu hohe Reduktion des P-Anteils zu einer Erhöhung der Herstellungskosten.
S: S ist eine Verunreinigung in einem Stahl. Ein S-Anteil überschreitend 0,02% verschlechtert die Umformbarkeit und Schweißbarkeit eines Stahlblechs, so dass der S-Anteil auf 0,02% oder weniger festgelegt ist. Obwohl S in einem Stahlherstellungsverfahren vorzugsweise so weit wie möglich beseitigt werden sollte, führt eine zu hohe Reduktion des S-Anteils zu einer Erhöhung der Herstellungskosten.
gelöster Al: Al wird als ein Desoxidationsmittel und zum Ausfällen von N in Form von AlN hinzugefügt. Während ein gelöster Al-Anteil von weniger als 0,01% nicht ausreichend effektiv ist, sättigt ein gelöster Al-Anteil überschreitend 0,1% die Wirkung, was zu einer Erhöhung der Herstellungskosten führt. Aus diesen Gründen ist der gelöste Al-Anteil auf 0,01-0,1% festgelegt.
N: N ist eine Verunreinigung in einem Stahl. Ein 0,005% überschreitender N-Anteil verschlechtert die Umformbarkeit eines Stahlblechs, so dass der N-Anteil auf 0,005% oder weniger festgelegt ist. Obwohl N in einem Stahlherstellungsverfahren vorzugsweise so weit wie möglich beseitigt werden sollte, führt eine zu hohe Reduktion des N-Anteils zu einer Erhöhung der Herstellungskosten.
Ti: Ti vereinigt sich mit N in Form von TiN und verhindert somit, dass B in Form von BN ausgefällt wird, wobei die Wirkung von B erhöht wird. Ti erzeugt während der Abkühlung einer Stahlbramme nach einer Erwärmung vor der Nitriderzeugung Sulfide, so dass, um gelösten N vollständig zu entfernen, Ti in einer Menge größer als oder gleich den Atomäquivalenten von N und S hinzugefügt werden sollte, d.h. größer als oder gleich (48/32) S+ (48/14) N. Wenn andererseits Ti jedoch übermäßig in einer Menge überschreitend zweimal den Atomäquivalenten hinzugefügt wird, dann wird jedoch TiC ausgefällt, so dass die Umformbarkeit eines Stahlblechs verschlechtert wird. Aus diesen Gründen wird der Ti-Anteil auf den Bereich von (48/32)S + (48/14)N bis 2[(48/32) S + (48/14)N]% festgelegt.
B: B sollte in Form von gelöstem B im Stahl existieren, um so zuverlässig hohe Festigkeit unabhängig von Wärmebehandlungsbedingungen, wie beispielsweise Durchwärmungstemperatur, Haltezeit und Abkühlrate zu erhalten. Ein B-Anteil von weniger als 0,003% weist diese Wirkungen nicht ausreichend auf. Andererseits sättigt ein B-Anteil, überschreitend 0,0003% nicht nur die Wirkung von B, sondern reduziert auch die Produktivität des Stahlblechherstellungsverfahrens. Aus diesen Gründen wird der B-Anteil auf 0,0003 bis 0,003% festgelegt.

Die Festigkeitsverbesserung des Stahlblechs kann noch zuverlässiger implementiert werden, wenn wenigstens ein Element, ausgewählt aus 0,1-2% an Cr und 0,1-2% an Mo zusätzlich zu der oben beschriebenen Zusammensetzung hinzugefügt wird. Der Anteil an Cr und Mo ist jeweils auf 0,1-2% aus dem Grund festgelegt, dass der Anteil von 0,1% oder weniger zum stabilen Implementieren der Festigkeitserhöhung ungenügend ist, wobei der Anteil überschreitend 2% die Umformbarkeit des Stahlblechs verschlechtert.
Während der Rest im Wesentlichen Fe ist, können geringe Mengen an unvermeidbaren Verunreinigungen und anderen Elementen innerhalb eines Bereichs, der nicht die Vorteile der vorliegenden Erfindung beeinflusst, enthaltend sein.
2. Eisenkarbide
Der durchschnittliche Durchmesser von Eisenkarbiden, die in dem Stahl ausgefällt werden, beeinflusst die Auflösung der Eisenkarbiden bei Wärmebehandlung. Der durchschnittliche Durchmesser sollte auf 2 μm oder weniger kontrolliert werden, so dass die Eisenkarbide in Austenit in einer sehr kurzen Zeit aufgelöst werden können, was zu einer hohen Festigkeit nach Abschrecken führt.
3. Herstellungsverfahren
Das Stahlblech zum Wärmebehandeln der vorliegenden Erfindung kann durch ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechs für Wärmebehandlung hergestellt werden, umfassend die Schritte: Warmwalzen einer Stahlbramme mit der vorher beschriebenen Zusammensetzung zu einem Stahlblech; Abkühlen des warmgewalzten Stahlblechs bei einer durchschnittlichen Abkühlrate von 30°C/Sek. oder weniger; und Aufwickeln des gekühlten Stahlblechs bei einer Aufwickeltemperatur von 500°C oder höher.
Bei dem Vorerwähnten wird das warmgewalzte Stahlblech bei einer durchschnittlichen Abkühlrate von 30°C/Sek. oder weniger aus dem Grund abgekühlt, dass eine durchschnittliche Abkühlrate überschreitend 30°C/Sek. zweite Phasen erzeugt, die die Umformbarkeit eines Stahlblechs verschlechtern. Aus dem gleichen Grund wird die Aufwickeltemperatur auf 500°C oder höher festgelegt.
Alternativ kann das Stahlblech für Wärmebehandlung der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechs für Wärmebehandlung hergestellt werden, umfassend die Schritte: Warmwalzen einer Stahlbramme mit der vorerwähnten Zusammensetzung zu einem Stahlblech; Kaltwalzen des warmgewalzten Stahlblechs; und Glühen des kaltgewalzten Stahlblechs zum Rekristallisieren, wobei das geglühte Stahlblech bei einer durchschnittlichen Abkühlrate von 30°C/Sek. oder weniger auf 400°C abgekühlt wird.
Das geglühte Stahlblech wird bei einer Abkühlrate von 30°C/Sek. oder weniger auf 400°C aus dem Grund abgekühlt, dass Erzeugung von zweiten Phasen gehemmt wird, um somit die Verschlechterung der Umformbarkeit des Stahlblechs zu verhindern.
Bei der vorliegenden Erfindung sollte die Erwärmungstemperatur der Stahlbramme vor dem Warmwalzen vorzugsweise auf 1200-1250°C im Hinblick zum Verbessern der Umformbarkeit festgelegt werden. Die Endtemperatur des Warmwalzens sollte vorzugsweise auf Ar₃-890°C im Hinblick zum Erzeugen eines einheitlichen und feinen Ferritgefü ges kontrolliert werden. Wenn die Flachheit eines warmgewalzten Stahlblechs verbessert wird und die Fließgrenzendehnung zum Verbessern der Umformbarkeit des warmgewalzten Stahlblechs entfernt wird, dann sollte vorzugsweise Nachwalzen bei einem Dehnungsverhältnis von 0,3-1,5% nach dem Aufwickeln durchgeführt werden.
Auch beim Herstellen eines kaltgewalzten Stahlblechs sollten die oben beschriebenen Warmwalzbedingungen, d.h. die Brammen-Erwärmungstemperatur festgelegt auf 1200-1250°C und die Endtemperatur festgelegt auf Ar₃-890°C, aus den gleichen Gründen vorzugsweise übernommen werden. Außerdem sollte die Abkühlrate nach Warmwalzen vorzugsweise auf 30°C/Sek. oder weniger aus dem Grund festgelegt werden, dass zweite Phasen erzeugt werden und somit die Herstellbarkeit verringert wird, wenn die durchschnittliche Abkühlrate von dem abschließenden Warmwalzdurchgang zum Aufwickeln 30°C/Sek. überschreitet.
Das Reduktionsverhältnis beim Kaltwalzen sollte vorzugsweise auf 60% oder mehr kontrolliert werden, um feine Eisenkarbide mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 2 μm oder weniger zu erhalten, welche für die vorliegende Erfindung wesentlich sind. Im Hinblick auf die Umformbarkeit sollte die Glühungstemperatur vorzugsweise auf 670-720°C bei Kistenglühen und 690-730°C oder 800-850°C bei Durchlaufglühen beschränkt werden. Wenn die Flachheit des kaltgewalzten Stahlblechs verbessert wird und die Fließgrenzendehnung zum Verbessern der Umformbarkeit des kaltgewalzten Stahlblechs entfernt wird, dann sollte vorzugsweise Nachwalzen bei einem Dehnungsverhältnis von 0,3 bis 1,5% nach dem Glühen durchgeführt werden.
Beispiel 1
Brammen wurden nach Vakuumschmelzen von Stählen 1-14 mit den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen gegossen. Nachdem sie bei 1250°C wiedererwärmt wurden, wurden die Brammen jeweils bei einer Endtemperatur von 870°C zu warmgewalzten Stahlblechen warmgewalzt. Die warmgewalzten Stahlbleche wurden jeweils auf 1,2 mm kaltgewalzt und Glühung bei 720°C × 2 min unterworfen um Durchlaufsglühen zu simulieren. Die somit erzeugten kaltgewalzten Stahlbleche 1-14 wurden bei einer durchschnittlichen Abkühlrate von 10°C/Sek. abgekühlt und bei einem Dehnungsverhältnis von 1,5% nachgewalzt. Die kaltgewalzten Stahlbleche 13 und 14 wurden jeweils bei 600°C zum Kontrollieren des Karbiddurchmessers wärmebehandelt.
JIS Nr. 5 Zugfestigkeitsprobestücke wurden aus den kaltgewalzten Stahlblechen in die Richtung rechtwinklig zu der Walzrichtung (d.h. Breitenrichtung) zum Messen von mechanischen Eigenschaften entnommen.
Danach wurde für diese kaltgewalzten Stahlbleche Zugfestigkeiten gemessen, nachdem Abschrecken unter den folgenden drei Bedingungen durchgeführt wurde:

Bedingung 1: Wasserabschrecken nach 1000°C × 5 min Erwärmen
Bedingung 2. Wasserabschrecken nach 1000°C × 5 min Erwärmen und Luftkühlen auf 800°C
Bedingung 3: Wasserabschrecken nach 900°C × 5 s Erwärmen.

Bedingung 1 ist eine ideale Lösungsbehandlung und Abschreckbedingung. Bedingung 2 ist eine Bedingung von verspätetem Abschrecken nach Lösungsbehandlung. Bedingung 3 ist eine Bedingung, die eine Niedrigtemperatur und Kurszeit-Lösungsbehandlung, wie beispielsweise Abschrecken nach Induktionserwärmen simuliert. Für ein Stahlblech zum Wärmebehandeln gemäß der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass eine hohe Festigkeit zuverlässig nach Abschrecken gemäß irgendeiner der Bedingungen 1 bis 3 erzielt werden kann.
Außerdem wurden 30 × 100 mm rechteckige Probestücke aus den kaltgewalzten Stahlblechen, abgeschreckt unter der Bedingung 1, ausgeschnitten und auf 180° bei einem Radius von 10 mmR gebogen, wodurch diese zu einer U-Form geformt wurden. Dann wurden die U-geformten Probestücke mit Bolzen an beiden Enden des Probestücks durch eine Kraft entsprechend Rückfedern festgezogen und in eine 0,1 N Salzsäurelösung zum Messen der Zeit bis Risse auftreten, eingetaucht. Auf diese Weise wurde der Wasserstoffversprödungs-Widerstand untersucht. Ein Kriterium zum exzellenten Wasserstoffversprödungs-Widerstand ist, dass kein Riss für zumindest 30 Tage eintritt (verzögerte Bruchzeit: wenigstens 30 Tage).
Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaften, Zugfestigkeiten nach Abschrecken und verzögerte Bruchzeit.
Jedes der Stahlbleche 2, 7 und 11 bis 13 hat eine hohe Duktilität (EI), was zu einer exzellenten Umformbarkeit führt, eine Zugfestigkeit von 1200 MPa oder höher nach Abschrecken unabhängig von den Abschreckbedingungen und 30 Tage oder mehr verzögerter Bruchzeit, was zu einem exzellenten Wasserstoffversprödungs-Widerstand führt.
Im Vergleich hat Stahlblech 1 des Vergleichsbeispiels einen C-Anteil von geringer als der Bereich der vorliegenden Erfindung, so dass die Zugfestigkeit nach Abschrecken ungenügend ist. Stahlblech 3 hat einen C-Anteil von mehr als der Bereich der Erfindung, so dass die verzögerte Bruchzeit nur 3 Tage ist, was zu einem schlechten Wasserstoffversprödungs-Widerstand führt. Außerdem hat Blech 3 einen durchschnittliche Karbiddurchmesser, überschreitend 2 μm, so dass die Zugfestigkeit nach Abschrecken bei einer Niedrigtemperatur und Kurzzeit-Lösungsbehandlung unter der Bedingung 3 ungenügend ist. Stahlblech 4 hat einen Mn-Anteil von weniger als der Bereich gemäß der Erfindung, so dass die Zugfestigkeit nach Abschrecken unter der Bedingung 2 ungenügend ist. Stahlblech 5 hat einen Mn-Anteil, der größer als der Bereich gemäß der Erfindung ist, so dass die Duktilität niedrig ist, was folglich zur schlechten Umformbarkeit führt. Stahlblech 6 hat einen Ti-Anteil von weniger als der Bereich gemäß der Erfindung, so dass die Zugfestigkeit nach Abschrecken unter der Bedingung 2 ungenügend ist. Stahlblech 8 hat einen Ti-Anteil von mehr als dem erfindungsgemäßen Bereich, so dass das Stahlblech eine niedrige Duktilität hat, was folglich eine geringe Umformbarkeit bereitstellt. Stahlblech 9 hat einen B-Anteil von weniger als dem erfindungsgemäßen Bereich, so dass das Stahlblech eine ungenügende Zugfestigkeit nach Abschrecken unter der Bedingung 2 aufweist. Stahlblech 10 hat einen B-Anteil von mehr als dem erfindungsgemäßen Bereich, so dass das Stahlblech eine niedrige Duktilität hat und folglich eine schlechte Umformbarkeit bereitstellt. Stahlblech 14 hat einen durchschnittlichen Karbiddurchmesser überschreitend 2 μm, so dass das Stahlblech eine ungenügende Zugfestigkeit bei Niedrigtemperatur und Kurzzeitwänrmebehandlung unter der Bedingung 3 aufweist.
Beispiel 2
Durch Nutzung der Stähle 2 und 7, wie in Tabelle 1 gezeigt, wurden Stahlbleche A bis G unter den in Tabelle 3 angegebenen Herstellungsbedingungen hergestellt. Für diese Stahlbleche wurde Abschrecken unter ähnlichen Bedingungen wie die in Beispiel 1 und ähnliche Messungen durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Jedes der Stahlbleche A, D, E und F hat eine hohe Duktilität (EI), was zu einer exzellenten Umformbarkeit führt, Zugfestigkeit von 1200 MPa oder höher nach Abschrecken, unabhängig von den Bedingungen, und 30 Tage oder längere verzögerte Bruchzeit, was zu exzellentem Wasserstoffversprödungs-Widerstand führt.
Im Vergleich haben Stahlbleche B und C (Vergleichsbeispiele) jeweils niedrige Duktilität und stellen somit eine schlechte Umformbarkeit bereit. Die Ursache ist, dass Stahlblech B eine schnelle Abkühlung nicht nur nach Warmwalzen, sondern auch nach Durchlaufglühen erhalten hat und dass Stahlblech C Niedrigtemperatur-Aufwickeln nach Warmwalzen erhalten hat.
Tabelle 4

Claims

Ein zum Wärmebehandeln nach Umformen geeignetes Stahlblech, umfassend, in Gew.-%, 0,05-0,09% an C, unterhalb 1% an Si, 1,6-2,4% an Mn, 0,02% oder weniger an P, 0,02% oder weniger an S, 0,01-0,1% an gelöstem Al, 0,005% oder weniger an N, 0,0003-0,003% an B, Ti erfüllt Gleichung (1), und der Rest ist Fe und unvermeidbare Verunreinigungen: (48/32)S + (48/14)N ≤ Ti ≤ 2[(48/32)S + (48/14)N] (1)(der Anteil von jedem durch das Elementensymbol in Gleichung (1) gezeigtem Element wird durch Gew.-% angegeben), wobei der durchschnittliche Durchmesser von in dem Stahl ausgefällten Eisenkarbiden 2 μm oder weniger ist.
Stahlblech zum Wärmebehandeln nach Anspruch 1, ferner umfassend wenigstens ein Element, ausgewählt aus 0,1-2% an Cr und 0,1-2% an Mo anstelle von Eisen.
Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechs zum Wärmebehandeln, umfassend die Schritte: Warmwalzen einer Stahlbramme mit einer wie in Anspruch 1 oder 2 angegebenen Zusammensetzung zu einem Stahlblech; Abkühlen des warmgewalzten Stahlblechs bei einer durchschnittlichen Abkühlrate von 30°C/Sek. oder weniger; und Aufwickeln des abgekühlten Stahlblechs bei einer Aufwickeltemperatur von 500°C oder höher.
Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechs zum Wärmebehandeln, umfassend die Schritte: Warmwalzen einer Stahlbramme, enthaltend eine Zusammensetzung wie in Anspruch 1 oder 2 angegeben, zum dem Stahlblech; Kaltwalzen des warmgewalzten Stahlblechs; und Glühen des kaltgewalzten Stahlblechs zum Rekristallisieren, wobei das geglühte, kaltgewalzte Stahlblech nach dem Glühen bei einer durchschnittlichen Abkühlrate von 30°C/Sek. oder weniger auf 400°C abgekühlt wird.