DE68921761T2

DE68921761T2 - Feuerverzinktes Stahlband mit verbesserter Punktschweissbarkeit.

Info

Publication number: DE68921761T2
Application number: DE1989621761
Authority: DE
Inventors: Hideo C O Technical Re Koumura; Koji C O Technical Rese Yamato; Akira C O Technical Res Yasuda; Koichi C O Technical Re Yasuda
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2009-12-29
Also published as: DE68921761D1; ATE119946T1

Description

HINTERGRUND DIESER ERFINDUNG

Gebiet dieser Erfindung

Die Erfindung betrifft ein galvanisiertes getempertes Stahlblech, das zur Herstellung von Karosserieteilen von Kraftfahrzeugen geeignet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Beschreibung des zugehörigen Fachgebietes

Galvanisierte getemperate Stahlbleche zeigen eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und werden deshalb in großem Umfang als Material für Karosserieteile von Kraftfahrzeugen verwendet. Materialien für Karosserieteile von Kraftfahrzeugen müssen die Eigenschaft der Korrosionsbeständigkeit und auch andere Merkmale aufweisen, z.B. Preßformbarkeit, Beständigkeit gegenüber dem Abblättern der Überzugsschicht beim Preßformen und Punktschweißbarkeit.
Das kontinuierliche Feuerverzinkungsverfahren erlaubt keinen ausgedehnten Zeitraum für das Erwärmen und Durchwärmen. Bei der Herstellung von galvanisierten Stahlblechen für Karosserieteile von Kraftfahrzeugen, die eine hohe Preßformbarkeit aufweisen müssen, werden deshalb Stahlbleche mit sehr geringem Kohlenstoffgehalt als Grundmaterialien verwendet, die im allgemeinen eine hervorragende Preßformbarkeit bei kurzem Erwärmen und Tempern zeigen, wie es zum Beispiel in der Japanischen Patentschrift Nr. 60-48571 beschrieben ist.
Galvanisierte getemperte Stahlbleche mit einem sehr geringen Kohlenstoffgehalt zeigen jedoch aus später zu erklärenden Gründen schlechte Eigenschaften bei der Punktschweißbarkeit.
Dadurch wird die Leistungsfähigkeit des Montageverfahrens der Kraftfahrzeugkarosserie ernsthaft beeinträchtigt.
Zur Lösung dieser Probleme wurde vorgeschlagen, den Fe-Gehalt in der Überzugsschicht des galvanisierten getemperaten Blechs zu erhöhen oder die Oberfläche der Überzugsschicht mit einer Eisenlegierung zu beschichten. Das erstgenannte Verfahren ist jedoch deshalb von Nachteil, da die Überzugsschicht leicht abblättert oder abplatzt, wenn der Ke-Gehalt auf einen Wert erhöht wird, der für den gewünschen Wert der Punktschweißbarkeit sorgt. Das zweitgenannte Verfahren erhöht andererseits die Produktionskosten deutlich und verringert die Korrosionsbeständigkeit nach dem Anstrich.

Zusammenfassung dieser Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht folglich in der Bereitstellung eines galvanisierten getemperten Stahlblechs, das als Blechgrundmaterial ein Stahlblech verwendet, das einen sehr geringen Kohlenstoffgehalt hat, und das eine hervorragende Preßformbarkeit und eine verbesserte Beständigkeit gegenüber dem Abblättern oder Abplatzen der Überzugsschicht beim Preßformen und auch eine hervorragende Punktschweißbarkeit beim Punktschweißen an aufeinanderfolgenden Punkten zeigt, wodurch die bereits beschriebenen Probleme des Standes der Technik gelöst werden.
In JP-A-62-40353 wird ein Verfahren zur selektiven Herstellung eines üblichen feuerverzinkten Stahls und eines einer Legierungsbehandlung unterzogenen Stahls in einer gemeinsamen kontinuierlichen Tauchverzinkungsanlage beschrieben. Es wird ein Bad einer Zinkschmelze verwendet, die nicht weniger als 0,15% Aluminium enthält. Der Stahl, der der Legierungsbehandlung unterzogen werden soll, weist einen Gehalt an Ti im Bereich von 0,02 bis 0,5% auf, und die Temperatur, bei der der Legierungsbehandlung zu unterziehende Stahl in das Bad der Zinkschmelze getaucht wird, beträgt 460 bis 550ºC. Dieser Stahl ist kein Stahl mit sehr geringem Kohlenstoffgehalt, der Nb und B enthält, und es gibt keinen Hinweis darauf, daß die Punktschweißbarkeit des Stahls verbessert wird.
JP-A-1-123058 betrifft die Bereitstellung eines feuerverzinkten Stahlblechs für das Hochleistungsziehen, das sich durch Tiefziehfähigkeit, Formbarkeit, Beständigkeit gegenüber der Versprödung bei der Nachbearbeitung und die Eigenschaft der Beständigkeit gegenüber dem Bepudern auszeichnet. Dieses Patent befaßt sich nicht mit der Verbesserung der Schweißbarkeit. Der Gehalt an Fe der Überzugsschicht beträgt 15 bis 35 Gew.%.
Nach einem Aspekt dieser Erfindung wird ein galvanisiertes getempertes Stahlblech bereitgestellt, das hervorragende Eigenschaften bei der Punktschweißbarkeit aufweist, und das ein Stahlblech, das aus einem Material kaltgewalzt wurde, das 0,005 Gew.% oder weniger C, 0,005 bis 0,05 Gew.% Ti, 0,01 bis 0,1 Gew.% Al, 0,005 bis 0,015 Gew.% Nb und 0,0002 bis 0,002 Gew.% B, nicht mehr als 0,1 Gew.% Si und nicht mehr als 0,1 Gew.% Mn enthält, wobei der Rest aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, und eine durch Tauchverzinken und Legieren hergestellte Überzugsschicht umfaßt, die 9 bis 12 Gew.% Fe und mindestens 0,13 Gew.% Al enthält.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines galvanisierten getemperten Stahlblechs mit hervorragenden Eigenschaften der Punktschweißbarkeit bereitgestellt, welches die Schritte umfaßt: Herstellen eines kaltgewalzten Stahlblechs, das 0,005 Gew.% oder weniger C, 0,005 bis 0,05 Gew.% Ti, 0,01 bis 0,1 Gew.% Al, 0,005 bis 0,015 Gew.% Nb und 0,0002 bis 0,002 Gew.% B, nicht mehr als 0,1 Gew.% Si und nicht mehr als 0,1 Gew.% Mn enthält, wobei der Rest aus Ee und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht; Tempern des Stahlblechs bei einer Temperatur von 770 bis 900ºC, schnelles Abkühlen des getemperten Stahlblechs auf eine Temperatur von 380 bis 530ºC bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 10ºC/s oder mehr; Tauchen des Stahlblechs in ein Galvanisierbad, das eine heiße Schmelze der Zinkbeschichtung mit einem Gehalt an Al von 0,13 Gew.% oder mehr umfaßt, wodurch auf dem Blech eine Überzugsschicht gebildet wird; und legierende Wärmebehandlung des Blechs, wodurch ein galvanisiertes getempertes Blech erhalten wird, bei dem der Gehalt an Fe in der Überzugsschicht im Bereich von 9 bis 12 Gew.% liegt.
Die hier genannten Erfinder haben entdeckt, daß die schlechte Punktschweißbarkeit beim Schweißen an aufeinanderfolgenden Schweißpunkten, die ein herkömmliches galvanisiertes getempertes Stahlblech zeigt, folgenden Tatsachen zugeschrieben werden kann. Stahl mit einem sehr geringen Kohlenstoffgehalt wird im Vergleich mit üblichen Stählen mit geringem Kohlenstoffgehalt durch das Erwärmen deutlich erweicht. Damit wird beim Punktschweißen die Kontaktfläche zwischen der Elektrode und der Plattenoberfläche vergrößert, außerdem wird die Reaktion zwischen der Elektrode und Zink gefördert, dies führt zur Zersetzung der Elektrode.
Zur Herstellung eines galvanisierten getemperten Stahlblechs mit guten Eigenschaften der Preßformbarkeit und der Punktschweißbarkeit ist es deshalb vorteilhaft, wenn ein Stahlblech verwendet wird, das bei normaler Temperatur weich genug ist, so daß es eine hervorragende Preßformbarkeit zeigt, und das beim Erwärmen nicht so leicht weich wird.
In Anbetracht dessen wurde das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Grundstahlblech entwickelt. Es folgt eine Beschreibung der Gründe für die Begrenzung des Gehaltes der entsprechenden Komponenten des Stahls.
C ist ein Element, das die Preßformbarkeit nachteilig beeinflußt. Der Gehalt an C sollte deshalb nicht mehr als 0,005 Gew.% betragen, damit ein Stahlblech erhalten wird, das bei den Bedingungen eine hervorragende Preßformbarkeit zeigt, bei denen das Erwärmen und Durchwärmen innerhalb kurzer Zeit vorgenommen werden müssen, wie es beim Tempern in einem kontinuierlichen Feuerverzinkungsverfahren der Fall ist.
Ti ist ein Element, das mit Kohlenstoff und unvermeidbar vorhandenen Elementen, z.B. N, reagiert, wodurch TiC und TiN gebildet werden, womit diese Elemente fixiert werden und die unerwünschte Wirkung dieser Elemente bei der Preßformbarkeit beseitigt wird; der verbessernde Einfluß von B wird später aufgeführt. Damit durch das vorhandene Ti eine merkliche Wirkung erreicht wird, sollte der Gehalt an Ti mindestens 0,005 Gew.% betragen. Wenn der Zusatz an Ti andererseits jedoch 0,05 Gew.% übersteigt, verursacht dies beim Galvanisierungs-Temper-Verfahren Brennschäden. Der Gehalt an Ti sollte deshalb 0,05 Gew.% nicht übersteigen.
Al ist ein Element, das zugesetzt wird, um die Oxidation der Elemente, wie Ti, Nb und B, zu verhindern, die der Stahlschmelze zugesetzt werden. Damit die Stahlschmelze ausreichend desoxidiert wird, muß Al in einer Menge zugesetzt werden, die nicht geringer als 0,01 Gew.% ist. Der Zusatz von Al mit mehr als 0,1 Gew.% verursacht andererseits einen Kostenanstieg. Deshalb sollte der Gehalt an Al nicht geringer als 0,01 Gew.% und nicht größer als 0,1 Gew.% sein.
Nb und B sind Elemente, die das Erweichen des Stahlblechs bei hoher Temperatur verhindern. Diese vorteilhafte Wirkung wird nur erhalten, wenn sowohl Nb als auch B gleichzeitig vorhanden sind. Damit das Erweichen bei hoher Temperatur deutlich verhindert wird, sollte der Gehalt an Nb nicht geringer als 0,005 Gew.% und der an B nicht geringer als 0,0002 Gew.% sein. Ein größerer Zusatz an Nb als 0,015 Gew.% verringert die Formbarkeit des Stahlblechs bei normaler Temperatur auf unerwünschte Weise, wodurch die Preßformbarkeit beeinträchtigt wird. Ein Gehalt an B von mehr als 0,002 Gew.% verursacht andererseits eine Verringerung des Lankford-Wertes r, der den Index der Tiefziehfähigkeit beim Preßformen darstellt, und beeinträchtigt somit die Preßformbarkeit. Der Gehalt an Nb und B wird folglich auf 0,005 bis 0,015 Gew.% bzw. 0,0002 bis 0,002 Gew.% begrenzt.
Si ist ein Element, das den Stahl festigt, und wird je nach Bedarf zur Festigung zugesetzt. Eine größere Zugabe von Si als 0,1 Gew.% beeinträchtigt jedoch die Tiefziehfähigkeit und die Dehnung, so daß der Gehalt an Si mit nicht mehr als 0,1 Gew.-% festgelegt wird.
Mn ist ebenfalls ein Element, daß den Stahl festigt. Der Gehalt an Mn ist jedoch auf nicht mehr als 1,0 Gew.% begrenzt, da ein Gehalt an Mn von mehr als 1,0 Gew.% die Tiefziehfähigkeit auf unerwünschte Weise verringert.
Ein kaltgewalztes Stahlblech, bei dem der Gehalt seiner Komponenten wie oben beschrieben geregelt ist, zeigt nach dem Tempern eine hervorragende Preßformbarkeit, wenn es auf eine Temperatur im Bereich von 770 bis 900ºC wiedererwärmt wird. Wenn die Temperatur des Temperns unter 770ºC liegt, kann keine ausreichende Rekristallisationswirkung erhalten werden. Wenn die Temperatur beim Tempern andererseits 900ºC übersteigt, findet eine Transformation statt, wodurch der Lankford-Wert r verringert wird, damit wird eine schlechtere Formbarkeit verursacht. Die Temperatur beim Tempern sollte somit bei 770 bis 900ºC festgelegt werden.
Abkühlungsgeschwindigkeit des getemperten kaltgewalzten Stahlblechs sollte vor dem Eintritt in das Bad der Zinkschmelze mindestens 10ºC/s betragen. Diese Abkühlungsgeschwindigkeit bewirkt, daß im Stahlblech ein niedriger Wert der inneren Spannung erzeugt wird, damit wird eine größere Beständigkeit gegenüber dem Erweichen der Abschnitte des Stahlblechs erreicht, die beim Punktschweißen thermisch beeinflußt werden.
Zur Verbesserung dieser vorteilhaften Wirkung ist es bevorzugt, die Abkühlung bei einer Geschwindigkeit vorzunehmen, die 20ºC/s oder mehr beträgt.
Die Abkühlung bei einer derart hohen Geschwindigkeit, d.h. das Abschrecken, wird beim Eintauchen des Stahlblechs in das Bad der Zinkschmelze beendet. Das Stahlblech muß auf höchstens 530ºC abgekühlt werden, ehe es in das Bad der Zinkschmelze eintritt. Eine Abkühlung unter die Temperaturuntergrenze von 380ºC verursacht andererseits einen Fehler der Beschichtung.
Der Gehalt an Al im Bad stellt keinen Faktor dar, der die Punktschweißbarkeit direkt beeinflußt. Er unterdrückt jedoch das Abblättern oder Abplatzen der Überzugsschicht beim Preßformen wirksam, besonders dann, wenn der Gehalt an Fe der Überzugsschicht vergleichsweise hoch ist. Es kann eine ausreichend hohe Beständigkeit gegenüber dem Abblättern oder Abplatzen der Überzugsschicht beim Preßformen erreicht werden, damit das galvanisierte Stahlblech als Karosserieteil für Kraftfahrzeuge verwendet werden kann, insbesondere wenn der Fe-Gehalt der Überzugsschicht im Bereich von 9 bis 12 Gew.% liegt, vorausgesetzt, daß der Gehalt an Al im Galvanisierbad 0,13 Gew.% oder mehr beträgt und vorzugsweise gleich oder größer als 0,15 Gew.% ist.
Das kritische Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Überzugsschicht des galvanisierten getemperaten Blechs einen Gehalt an Fe von nicht weniger als 9 Gew.% hat. Wenn der Gehalt an Fe unter 9 Gew.% liegt, kann die erforderliche Punktschweißbarkeit nicht erhalten werden, selbst wenn der Gehalt der Komponenten des Grundstahlblechs wie oben beschrieben geregelt wird. Dies wird der Tatsache zugeschrieben, daß ein Gehalt an Fe von weniger als 9 Gew.% in der Überzugsschicht ungünstigerweise eine η-Phase mit einem niedrigen Schmelzpunkt ermöglicht, so daß der Verbrauch der Punktschweißelektrode bedenklich gefördert wird. Ein Gehalt an Fe in der Überzugsschicht von mehr als 12 Gew.% verringert andererseits die Beständigkeit gegenüber dem abblätternden Abplatzen der Überzugsschicht beim Preßformen, wodurch schnell das als "Bepudern" bekannte Phänomen verursacht wird. Aus diesen Gründen ist der Gehalt an Fe -in der Überzugsschicht auf 9 bis 12 Gew.% begrenzt.

BEISPIELE

Nachfolgend werden praktische Beispiele dieser Erfindung beschrieben. Bei jedem Stahlblech (0,7 mm dick) mit den in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen wurde das Feuerverzinken vorgenommen, danach folgte das Galvanisierungs-Tempern. Es wurden die Eigenschaften des Überzugs (Beständigkeit gegenüber dem Bepudern im Verhältnis zum Gehalt an Fe (Gew.%) in der Überzugsschicht); die Preßformbarkeit (mechanische Eigenschaften, insbesondere Dehnung El und Lankford-Wert r); und die Punktschweißbarkeit (Anzahl der kontinuierliche geschweißten Punkte) geprüft, und die Ergebnisse sind zusammen mit den Bedingungen beim Tempern und Galvanisieren in Tabelle 2 gezeigt.
Aus Tabelle 2 wird deutlich, daß das nach der vorliegenden Erfindung hergestellte galvanisierte getemperte Stahlblech in allen Punkten der Beständigkeit gegenüber dem Bepudern, der Preßformbarkeit und der Punktschweißbarkeit hervorragend ist.
Der Gehalt an Fe in der Überzugsschicht wurde durch Auflösen der Überzugsschicht in einer Säure und Erfassen des Gehaltes an Fe durch Atomspektralabsorption gemessen.
Die Beständigkeit gegenüber dem Bepudern wurde gemessen, wenn das galvanisierte Stahlblech um 90º gebogen, wieder gerade gebogen, auf die abgeblätterte Überzugsschicht Klebeband aufgebracht und die abgeblätterte Überzugsschicht auf dem Band durch Röntgenfluoreszenzanalyse untersucht wurde, so daß die Anzahl der dem Zink zuzuschreibenden Röntgenstrahlen pro Sekunde (Zn cps) gemessen wurde. Danach wurde die Beständigkeit gegenüber dem Bepudern nach den folgenden fünf Stufen ausgewertet. Auswertungsstufe Zn cps
Die Punktschweißbarkeit wurde durch Zählen der Anzahl der Punkte gemessen, die bei folgenden Schweißbedingungen kontinuierlich geschweißt worden waren.

Schweßelektrode

Typ: CF
Durchmesser am oberen Ende: 4,5 mm
Winkel des oberen Endes: 120º
Außendurchmesser: 13 mm
Material: Cu-Cr

Schweißbedingungen

Schweißstrom: 8,8 kA
Zeitraum der Stromzufuhr: 0,2 S (bei 50 Hz)
Druckkraft: 170 kgf

Preßbedingungen

vor der Stromzufuhr: 0,6 s (bei 50 Hz)
nach der Stromzufuhr: 0,14 s (bei 50 Hz)
Die Auswertung der Punktschweißbarkeit erfolgte nach den folgenden vier Stufen a, b, c und d bezüglich der Anzahl der Punkte, die kontinuierlich auf Nuggetdurchmesser von nicht weniger als 4 t geschweißt worden waren, wobei t (mm) die Blechdicke darstellt. Auswertung Anzahl der Schweißpunkte mehr weniger
Wie es aus der vorangegangenen Beschreibung deutlich wird, kann nach der vorliegenden Erfindung ein galvanisiertes getempertes Stahlblech hergestellt werden, dessen Preßformbarkeit, Beständigkeit gegenüber dem Bepudern und Punktschweißbarkeit hervorragend sind, wodurch rostbeständige Stahlbleche bereitgestellt werden, die als Karosserieteile für Kraftfahrzeuge geeignet sind. Tabelle 1 Stahlsorte Tabelle 2 Bedingungen beim Tempern Bedingungen beim Galvanisieren Mechanische Eigenschaften Material Übersugsmenge, g/m² Fe-Geh. in der Überzugssch., % Fe Beständigk. ggüb dem Bepudern Punktschw.bark. Temp., ºC Abkühl.geschw., ºC/s Badtemp., ºC Stahltemp., ºC Al im Bad, %

Claims

1. Galvanisiertes getempertes Stahlblech mit hervorragenden Eigenschaften bei der Punktschweißbarkeit, das ein Stahlblech, das aus einem Material kaltgewalzt wurde, das 0,005 Gew.% oder weniger C, 0,005 bis 0,05 Gew.% Ti, 0,01 bis 0,1 Gew.% Al, 0,005 bis 0,015 Gew.% Nb und 0,0002 bis 0,002 Gew.% B, nicht mehr als 0,1 Gew.% Si und nicht mehr als 0,1 Gew.% Mn enthält, wobei der Rest aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, und eine durch Tauchverzinken und Legieren hergestellte Überzugsschicht umfaßt, die 9 bis 12 Gew.% Fe und mindestens 0,13 Gew.% Al enthält.

2. Verfahren zur Herstellung eines galvanisierten getemperten Stahlblechs mit hervorragenden Eigenschaften bei der Punktschweißbarkeit, welches die Schritte umfaßt: Herstellen eines kaltgewalzten Stahlblechs, das 0,005 Gew.% oder weniger C, 0,005 bis 0,05 Gew.% Ti, 0,01 bis 0,1 Gew.% Al, 0,005 bis 0,015 Gew.% Nb und 0,0002 bis 0,002 Gew.% B, nicht mehr als 0,1 Gew.% Si und nicht mehr als 0,1 Gew.% Mn enthält, wobei der Rest aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht; Tempern des Stahlblechs bei einer Temperatur von 770 bis 900ºC, schnelles Abkühlen des getemperten Stahlblechs bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 10ºC/s oder mehr auf eine Temperatur von 380 bis 530ºC; Tauchen des Stahlblechs in ein Galvanisierbad, das eine heiße Schmelze des Zinküberzugs mit einem Gehalt an Al von 0,13 Gew.% oder mehr umfaßt, wodurch auf dem Blech eine Überzugsschicht gebildet wird; und legierende Wärmebehandlung des Stahlblechs, wodurch ein galvanisiertes getempertes Blech erhalten wird, dessen Überzugsschicht einen Gehalt an Fe im Bereich von 9 bis 12 Gew.% aufweist.