DE68901870T3

DE68901870T3 - Verfahren zur Herstellung von nichtalternden, niedriglegierten, warmgewalzten Stahlblechbändern

Info

Publication number: DE68901870T3
Application number: DE68901870T
Authority: DE
Inventors: Huibert Willem Den Hartog; Erik Bernard Van Perlstein
Original assignee: Hoogovens Groep BV
Current assignee: Tata Steel Ijmuiden BV
Priority date: 1988-02-17
Filing date: 1989-02-07
Publication date: 2000-05-18
Anticipated expiration: 2009-02-08
Also published as: DE68901870D1; NL8800391A; EP0329220A1; DE68901870T2; GR3005028T3; ES2032650T5; JPH01247560A; US4985090A; ES2032650T3; GR3031792T3; CA1318836C; ATE77659T1; EP0329220B1; EP0329220B2; JPH0617541B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von nicht-alternden, niedriglegierten, warmgewalzten und umformbaren Stahlblechen. Der Stahl besitzt gute mechanische Eigenschaften und gute Oberflächeneigenschaften. Normalerweise weist ein derartiger Stahl eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 5,0 mm auf.
Ein niedriglegiertes, warmgewalztes Stahlblech mit gegebener Dicke und gegebenem C-Gehalt kann in Übereinstimmung mit einem bekannten Verfahren, bei dem eine gegossene Stahlplatte mit einer Dicke zwischen 25 und 300 mm zuerst abgekühlt wird und dann vor dem Warmwalzen auf eine Temperatur zwischen 1100ºC und 1250ºC erwärmt und homogenisiert wird, erzielt werden.
Wenn die Platte abkühlt, verbindet sich der in dem Stahl enthaltene Stickstoff mit Aluminium zu Aluminiumnitrid. Diese Bindungen des N bleiben erhalten, wenn die Platte wiedererwärmt wird, sofern die Temperatur auf nicht mehr als etwa 1100ºC gehalten wird. So wird ein nicht alterndes Produkt erzeugt.
Wenn der Stahl auf eine höhere Temperatur erwärmt wird, geht freier Stickstoff vermehrt im Stahl in Lösung, d. h., daß der Stahl weniger nicht-alternd wird. Diese Alterung tritt insbesondere nach Gelbbrennen und erneutem Walzen des warmgewalzten Stahlblechs auf. Diese Alterung besitzt eine nachteilige Wirkung auf die mechanischen Eigenschaften des Stahlblechs. Während der Umformung von alterungsgehärtetem Stahl entwickeln sich Fließlinien an der Oberfläche, d. h., daß die Oberflächenqualität des Endprodukts, nicht ideal ist (anisotrop).
Auch wenn die Platte vor der Wiedererwärmung nicht ausreichend gekühlt wird, oder wenn sie direkt von der Gußwärme in einen Homogenisierungsofen gegeben wird, wird freier Stickstoff in dem Stahl verbleiben, da Stickstoffe nicht umgeformt werden können. Dann wird ebenfalls kein nicht-altendes Material erzeugt, auch wenn die Ofentemperatur gering ist. Aufgrund von Energieeinsparung und Lagerbegrenzung wird es zunehmend üblich, die Gußplatten nicht auf Umgebungstemperatur abzukühlen, sondern sie bei höherer Temperatur im Ofen zu plazieren oder sie sogar direkt nach dem Gießen durch einen Ofen zu leiten. Weiterhin wird aufgrund von Energieeinsparung und Materialeinsparung und Produkteigenschaften angestrebt, die Ofentemperatur auf 1000ºC oder sogar auf 850ºC zu reduzieren. So ist in diesem bekannten Verfahren die erwünschte Energieeinsparung unmöglich, wenn ein nichtalterndes Produkt hergestellt werden soll.
Es sollte bemerkt werden, daß gelöster Stickstoff im Stahl auch eine nachteilige Wirkung auf das Erzielen einer guten Blechform und sogar auf die Dicke haben kann. Dies ist insbesondere der Fall, wenn aufgrund von Energieeinsparung eine geringe Temperatur im Wiedererwärmungsofen angestrebt wird. Eine geringe Temperatur im Wiedererwärmungsofen impliziert geringe Walztemperaturen. Bei diesen relativ geringen Walztemperaturen verhindert gelöster Stickstoff eine komplette Rekristallisation des Stahls zwischen den verschiedenen Umformschritten in dem Warmwalzverfahren. D. h., daß die Härte des Stahls beträchtlich während der Umformung variieren kann, was zu den beschriebenen Nachteilen führt.
Ungelöster Stickstoff kann auch eine vollständige Rekristallisation des warmgewalzten Stahls verhindern, wenn der Stahl bei einer Temperatur unterhalb von 700ºC gewickelt wird. Eine Wickeltemperatur unterhalb von 700ºC ist hinsichtlich der Oxidsteuerung und Gleichmäßigkeit der mechanischen Eigenschaften wünschenswert. Der Grad der mechanischen Eigenschaften wird von der unvollständigen Rekristallisation stark beeinflußt.
Im Folgenden wird auf einige spezielle Vorschläge des Stands der Technik Bezug genommen, wobei diese einfacher im Rahmen der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung diskutiert werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von nicht-alternden, niedriglegierten, warmgewalzten Stahlblechen zu schaffen, das preiswert ausgeführt werden kann und bei dem alle oder die meisten der oben beschriebenen Probleme vermieden oder reduziert werden.
Die Erfindung besteht aus dem Verfahren nach Anspruch 1. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gegeben.
Das Schriftstück "Verbesserung der Eigenschaften von Warmbreitband aus weichem unlegierten Stahl", Stahl und Eisen 106 (1986), Nr. 3 Seiten 122 bis 128 offenbart ein nicht alterndes, nicht legiertes, warmgewalztes Stahlband, worin dem Stahl Ti zugegeben wurde, um den Stickstoff zu binden, um die nicht-alternde Eigenschaft zu erzielen. Ti soll Stickstoff stabiler als Aluminium binden. Es wird ein Verhältnis von Ti-Gehalt und N-Gehalt von zwischen 2 und 4 angestrebt. Es wird eine Dicke des warmgewalzten Stahlblechs von 2 bis 8 mm erwähnt.
Es muß angemerkt werden, daß die Zugabe von Ti zum Stahl in der Praxis bekannt ist, aber in Kombination mit anderen Kohlenstoffgehalten im Stahl und um andere Wirkungen zu erzielen. Ebenso ist die Zugabe von zwischen 0,05 und 0,30% Ti zu einem Stahl mit 0,03 und 0,15% C zur Herstellung eines Umformstahls hoher Festigkeit bekannt. In solchen Fällen ist der Ti-Gehalt beträchtlich höher, als zum Binden von N zu Nitriden erforderlich ist, so daß sich Karbidniederschläge bilden, die eine festigende Wirkung aufweisen.
Weiterhin ist eine Anmeldung bekannt, in der durch Zugabe von Ti zu einem ultra-niedrig-gekohlten Stahl ein sogenannter "zwischengitterplatzfreier" Tiefziehstahl erzeugt wird. Dieser Stahl besitzt einen Kohlenstoffgehalt unter halb von 0,01% C (spezifisches Volumen beispielsweise 0,003% C). Dieser ultra-geringe Kohlenstoffgehalt wird durch Entkohlen des flüssigen Stahls unter Vakuum, das auch praktisch allen ungelösten Stickstoff verschwinden läßt, erzielt. Dieser Verfahrensschritt vergrößert den Kostenpreis des Produkts. Es muß dem "zwischengitterplatzfreien" Stahl ausreichend Titan zugegeben werden, um den gesamten Kohlenstoff zu binden. Praktische Werte für den Titangehalt im Stahl liegen zwischen 0,03 und 0,15% Ti.
Eine Alternative zu dem "zwischengitterplatzfreien" Tiefziehstahl ist ein Stahl mit ultra-geringem Kohlenstoffgehalt, zu dem Titan und Niob in Kombination zugegeben werden. Ein derartiger Stahl besitzt eine Zusammensetzung mit beispielsweise 0,003% C, 0,01% Ti und 0,02% Nb.
Die FR-A-2 115 327 beschreibt ein Stahlprodukt mit sehr geringem Kohlenstoffgehalt (< 0,01%, beispielsweise 0,004%), was durch Entkohlung bei 750ºC erreicht wird. Es liegt Ti vor, um Nitride und Karbide zu bilden, was als wichtig für die gewünschten Eigenschaften beschrieben wird.
Die US-A-3 765 874 schlägt ähnlich einen vakuumentgasten, kohlenstoffarmen (0,002 bis 0,020% C, vorzugsweise 0,002 bis 0,01% C) Stahl, in dem Ti und Nb in gewählten Mengen vorhanden sind, um alle C als Karbide zu binden, vor.
Im Gegensatz zu diesen bekannten Stahlarten schafft die vorliegende Erfindung einen Stahl, der nicht unter Vakuum entkohlt werden muß und in dem sich keine Titankarbide oder Niobkarbide bilden. Der Grund für die Zugabe von Titan besteht nur darin, den unvermeidbaren Stickstoff im Stahl in einer stabilen Form zu binden, so daß die vorher beschriebenen Probleme verhindert und ein gut umformbarer, warmgewalzter Stahl bei geringem Kostenpreis erzielt wird.
Die besten Eigenschaften hierfür werden erreicht, wenn die folgenden Bedingungen für Stickstoff, Schwefel und nicht-oxidisch gebundenes Titan erfüllt werden:
Ti ≥ 3,42 N
Ti ≤ 3,43 N + 1,5 S
Um den Stickstoff im Stahl zu Nitriden zu binden, ist es bekannt, dem Stahl eine geringe Menge von Bor in dem Gewichtsverhältnis B/N - 0,77 zuzugeben. Jedoch sind Bornitride viel weniger stabil als Titannitride. Bornitride bilden sich teilweise während des Warmwalzens und teilweise während der langsamen Abkühlung der gewickelten warmgewalzten Wicklungen, vorausgesetzt, daß die Wicklungstemperatur ausreichend hoch ist. Während weiterer Bearbeitung bleiben Titannitride stabil. So muß der Stahl gemäß der Erfindung auch nicht bei hohen Temperaturen gewickelt werden. Eine geringe Wickeltemperatur ist für die Erhaltung einer guten Homogenität über der Bandlänge und die Wachstumsbeschränkung des Oxidausmaßes an dem warmgewalzten Band vorzuziehen.
Wenn es beabsichtigt ist, ein warmgewalztes Band mit einer Dicke von zwischen 0,5 und 1,5 mm herzustellen, dann ist es notwendig, daß der letzte Reduktionsschritt in einem Temperaturbereich stattfinden muß, in dem der Stahl im wesentlichen eine ferritische Kristallstruktur aufweist. Die Verteilung der Bornitride in diesem Temperaturbereich verhindert eine vollständige Rekristallisation des Stahls nach dem letzten Reduktionsschritt. Daher kann mit der Anwesenheit von Bor und ohne Titan kein Stahlband mit guten mechanischen Eigenschaften erzeugt werden. Mit dem Stahl gemäß der Erfindung, in dem Stickstoff in Titannitrid gebunden wird, kommt dieses Problem nicht auf.
In der Erfindung ist ein bevorzugter minimaler Anteil für C 0,03 Gewichtsprozent (wt.%> . Für N ist ein typischer minimaler Anteil 0,001 wt.% und das bevorzugte Maximum beträgt 0,002 wt.%. Für S ist ein typischer minimaler Anteil 0,005 und der bevorzugte maximale Anteil 0,05 wt.%. Andere Legierungselemente können innerhalb der Forderungen für ein nicht alterndes, niedriglegiertes warmgewalztes Stahlblechband vorhanden sein. Während es nicht nötig ist, all diese Elemente und ihre bevorzugten Gehalte dem Fachmann näher zu erläutern, ist die folgende Richtschnur gegeben:
Al ist optional, und wenn es vorhanden ist, beträgt sein bevorzugtes Maximum 0,1 wt.%, und der mehr bevorzugte Bereich 0,003 bis 0,006 wt.%.
Mn ist optional, und wenn es vorhanden ist, betragt sein bevorzugtes Maximum 1,0 wt.%, und der mehr bevorzugte Bereich 0,1 bis 0,5 wt.%.
Nb ist vorzugsweise nicht vorhanden, aber kann in geringen Mengen und mit nicht mehr als 0,02 wt.% vorhanden sein.
B ist vorzugsweise nicht vorhanden, aber kann in geringen Mengen und mit nicht mehr als 0,01 wt.% vorhanden sein.
Zr und V sind vorzugsweise nicht vorhanden oder nur in geringen Mengen vorhanden.
P, Cr und Si können optional vorhanden sein.
Wie üblich sind unvermeidbare Verunreinigungen vorhanden. Der Stahl kann auf die Enddicke warmgewalzt oder warmgewalzt und dann kaltgewalzt werden, um die Enddicke zu erzielen. Ein folgendes Kaltwalzen, Rekristallisationsglühen wird bevorzugt. Der Titangehalt wird vorzugsweise der Schmelze zugeführt, bevor diese gegossen wird.
In den bisher praktizierten Herstellungsverfahren wird eine Stahlplatte mit einer Dicke von zwischen 200 und 250 mm gegossen. Neue Entwicklungen in der Gießtechnologie machten es möglich, Platten mit einer Dicke von zwischen 30 und 60 mm zu gießen. Diese dünnen Platten müssen nicht grob-gewalzt werden und können folglich direkt einer Endbearbeitungsfolge zugeführt werden. Prinzipiell erlaubt diese Entwicklung eine geringere Ofentemperatur, d. h., daß Energie gespart werden kann und der Materialverlust aufgrund von Oxidation geringer ist. Die oben vorgeschlagene Stahlherstellung gemäß der Erfindung ist ausgesprochen geeignet für diese neue Produktionstechnik. Es ist sogar möglich, die dünnen Platten in einem halbkontinuierlichen oder kontinuierlichen Verfahren direkt nach dem Gießen in den Homogenisierungsofen und dann in die Endbearbeitungsfolge zu transportieren. In diesem Fall kann die Platte nicht für eine ausreichende Zeitdauer bei einer solchen Temperatur, daß sich Aluminiumnitride ausbilden, gehalten werden. Mit einem derartigen Verfahren ist der Stahl sehr gut geeignet, um ein nichtalterndes Stahlblech mit guten mechanischen Eigenschaften zu erzeugen.
Wenn das Verfahren wie oben beschrieben verwendet werden soll, um aus nicht-entkohltem Stahl ein warmgewalztes Blech mit einer Dicke von zwischen 0,5 und 1,5 mm und mit guten mechanischen Eigenschaften und, wo es gewünscht wird, mit einer dünnen Oxidschicht herzustellen, dann werden mit dem Stahl gemäß der Erfindung gute Ergebnisse erzielt. Tatsächlich wurde festgestellt, daß Titan ein Basiselement ist, das dem Stahl bei akzeptablen Kosten zugegeben werden kann und das Stickstoff so bindet, daß ein vollständig rekristallisiertes warmgewalztes Blech mit einer Dicke von zwischen 0,5 und 1,5 mm erzielt werden kann. Es wurde festgestellt, daß das beschriebene warmgewalzte Blech gemäß der Erfindung ebenfalls geeignet ist, um durch andere Prozesse wie beispielsweise Gelbbrennen, Vergüten und/oder Galvanisieren nach dem Warmwalzen geleitet zu werden.

Beispiele

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine Anzahl von bevorzugten und vergleichenden Beispielen, deren Analyse in Tabelle 1 unten aufgeführt ist, nicht begrenzend dargestellt.
In Tabelle 1 sind die Stähle (A) und (B) niedriggekohlte, gemäß der Erfindung hergestellte Stähle. Beide Stähle wurden gemäß eines bekannten Herstellungsverfahrens in einem Sauerstoffstahlkonverter veredelt. Nachdem der Stahl mit Aluminium in der Gießpfanne beruhigt wurde, wird dem Stahl die vorgeschriebene Menge Titan zugegeben, um den Stickstoff, der unvermeidbar im Stahl vorhanden ist, zu binden.
Die Stähle (C) und (D) sind "zwischengitterplatzfreie" Tiefziehstähle, die, nachdem sie in dem Sauerstoffstahlkonverter veredelt wurden, unter Vakuum entkohlt werden, woraufhin dem Stahl eine Menge von Titan und/oder Niob, die ausreicht, um alle Stickstoffe und Kohlenstoffe entsprechend in Nitriden und Karbiden zu binden, zugegeben wird. Diese Stähle fallen nicht in den Bereich der Erfindung.
Die Stähle (E) und (F) sind kohlenstoffarme Stähle, die in einem Elektroofen hergestellt werden. In derartigen Stählen ist der Stickstoffgehalt gewöhnlich höher als in Stählen, die durch Sauerstoffstahlverfahren hergestellt werden. Daher muß diesen Stählen mehr Titan zugegeben werden als den Sauerstoffstählen. Die Stähle (E) und (F) fallen in den Bereich der Erfindung, da ausreichend Titan zugegeben wird, um den gesamten Stickstoff zu binden, während keine Titankarbide gebildet werden. Um die Bildung von Titankarbiden bei einer unsachgemäßen und zu reichlichen Zugabe von Titan zu verhindern, wird in dem Stahl (F) der Schwefelgehalt erhöht.
Stahl (G) ist ein umformbarer Stahl mit erhöhter Festigkeit, der nicht in den Bereich der Erfindung fällt. Die Festigkeitssteigerung in diesem Stahl resultiert aus der Ausscheidungshärtung durch Titankarbide.
Stahl (H) ist ein kohlenstoffarmer Stahl, dem Bor und kein Titan zugegeben wird. Dieser Stahl fällt nicht in den Bereich der Erfindung.
Stahl (I) ist ein kohlenstoffarmer Stahl, dem mehr Titan zugegeben wurde, als gemäß der Erfindung erlaubt ist. In diesem Stahl bilden sich feine Titankarbide, welche die Rekristallisation des Bleches während des Warmwalzens verhindern. Daher fällt der Stahl nicht in den Bereich der Erfindung.
Stahl J ist ein kohlenstoffarmer Stahl, dem zu wenig Titan zugegeben wurde, um allen Stickstoff in stabilen Nitriden zu binden. Da Dank dieser geringen Zugabe eine ausreichend klare Verbesserung der Eigenschaften festgestellt wurde, wie hierin beschrieben ist, fällt dieser Stahl in den Bereich der Erfindung.
Stahl (K) ist ein Stahl, der nach dem Sauerstoffstahlverfahren unter Vakuum beruhigt wird, woraufhin dem Stahl die gemäß der Erfindung vorgeschriebene Menge Titan zugegeben wird. Daher fällt dieser Stahl in den Bereich der Erfindung. Tabelle 1
Die mit * gekennzeichneten Stähle gehören nicht zur Erfindung

Claims

1. Verfahren für die Herstellung eines nicht-alternden, nieriglegierten, warmgewalzten, streifenförmigen, verformbaren Stahls, der eine Zusammensetzung mit einem Kohlenstoffgehalt in dem Bereich von 0,02 bis 0,10 Gew.-%, einem Stickstoffgehalt von weniger als 0,02 Gew.-%, einem Schwefelgehalt von weniger als 0,05 Gew.-% hat, wobei die Gehalte von nichtoxidgebundenem Titan, Stickstoff und Schwefel in Gew.-% den Bedingungen Ti ≥ 2,28 N und Ti ≤ 3,43 N + 1,5 S genügen und der Stahl frei von Titancarbid und Niobcarbid ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine gegossene Stahlplatte mit dieser Zusammensetzung von der Gießwärme thermisch homogenisiert und dann auf eine Dicke in dem Bereich von 0,5 bis 1,5 mm warmgewalzt wird und daß die letzte Reduktionsstufe in einem Temperaturbereich ausgeführt wird, wo der Stahl im wesentlichen eine Ferritkristallstruktur hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehalte von nichtoxidgebundenem Titan, Stickstoff und Schwefel den Bedingungen Ti ≥ 3,42 N; Ti ≤ 3,43 N + 1,5 S genügen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der warmgewalzte Streifen auf eine Dicke in dem Bereich von 0,5 bis 1,5 mm kaltgewalzt und dann einer Rekristallisationsglühung unterworfen wird.