DE68922200T2

DE68922200T2 - Formbare dünne Stahlbleche und Verfahren zum Herstellen derselben.

Info

Publication number: DE68922200T2
Application number: DE68922200T
Authority: DE
Inventors: Hideo Technical Research D Abe; Toshiyuki Technical Resea Kato; Keiji Chiba Works Nishimura; Susumu Technical Researc Okada; Susumu Technical Researc Satoh; Yoshio Technical Rese Yamazaki
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1988-12-19
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1995-08-10
Anticipated expiration: 2009-12-15
Also published as: EP0375273A3; CA2005676A1; CA2005676C; AU4691289A; EP0375273A2; AU608183B2; US5053194A; DE68922200D1; KR970001408B1; KR900009154A; EP0375273B1

Description

Die Erfindung betrifft warmgewalzte Stahlbleche, kaltgewalzte Stahlbleche und Stahlbleche mit behandelter Oberfläche, die nicht nur eine bessere Formbarkeit beim Preßformen, Tiefziehen oder dergleichen, sondern auch eine bessere Ermüdungsfestigkeit an den Schweißverbindungen aufweisen.
Allgemein werden dünne Stahlbleche weithin beim Preßformen, Tiefziehen und dergleichen verwendet. Die dünnen Stahlbleche müssen jedoch auch Eigenschaften haben, die abhängig sind von der beabsichtigten Verwendung des Blechs. Dünne Stahlbleche werden häufig geschweißt, insbesondere punktgeschweißt, und zwar unabhängig davon, ob sie kaltgewalzte Bleche, warmgewalzte Bleche oder Bleche mit behandelter Oberfläche sind.
Besonders für Kraftfahrzeuge wird dünnes Stahlblech verwendet. In diesem Fall beträgt die Zahl der Punktschweißungen pro Fahrzeug bis zu einigen Tausend. Und an der Schweißverbindung kann sich die Belastung konzentrieren, erfolgt eine Beanspruchung von außen. Das heißt, ein Ermüdungsbruch wegen der wiederholten Belastungskonzentration in den Schweißverbindungen während des Betriebs des Kraftfahrzeugs führt zu ernsthaften Unfällen. Bei formbarem dünnem Stahlblech stellt die Ermüdungsfestigkeit der Schweißverbindung deshalb eine sehr wichtige Eigenschaft dar.
Für das dünne Stahlblech werden oftmals äußerst kohlenstoffarme Stähle verwendet, die eine bessere Formbarkeit besitzen als herkömmlicher kohlenstoffarmer Stahl. Die Ermüdungsbeständigkeit von extrem kohlenstoffarmem Stahl kann jedoch geringer sein, weil die Schweißbedingungen eine schlechte Struktur des thermisch beeinflußten Bereichs in der Schweißverbindung bewirken.
Zudem versucht man allgemein die Sicherheit von Maschinen und Bauteilen, z.B. Kraftfahrzeugen und dergleichen, zu verbessern und deshalb ist es wichtig, die Ermüdungsbeständigkeit der Schweißverbindung gegenüber der bei herkömmlichen Stahlblechen zu verbessern.
Hierzu wurden in den japanischen Offenlegungsschriften Nr. 54-135616, Nr. 53-52222, Nr. 61-246344, Nr. 58-25436, Nr. 53-137021, Nr. 58-110659 verschiedene Stahlbleche, etc. vorgeschlagen. Obwohl diese Verfahren alle die mechanischen Eigenschaften des kaltgewalzten Stahlblechs beschreiben, sagen sie nichts zur Ermüdungsbeständigkeit der Schweißverbindung.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 63-317625 beschreibt ferner ein Verfahren zur Begrenzung der Mengen an Ti, Nb und B auf bestimmte Bereiche, um die Ermüdungsfestigkeit der Schweißverbindung im Stahlblech zu verbessern. Bei diesem Verfahren wird jedoch die Ermüdung bei Zugscherbelastung im Punktschweißbereich und nicht die Ermüdung bei Kopfzugbelastung betrachtet. Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 225748 beschreibt außerdem kaltgewalzte Stahlbleche mit hervorragenden Ermüdungsfestigkeitseigenschaften. In diesem Fall werden jedoch nur die Ermüdungsfestigkeitseigenschaften des Blechs selbst verbessert.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, dünne Stahlbleche bereit zustellen, die nicht nur eine bessere Formbarkeit beim Preßformen, Tiefziehen etc. haben, sondern auch eine ausgezeichnete Ermüdungsfestigkeit an Schweißverbindungen, insbesondere eine ausgezeichnete Ermüdungsfestigkeit an Schweißpunkten besitzen.
Nach dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein formbares Stahlblech, das an den Scheißverbindungen ermüdungsbeständig ist, bereitgestellt, mit:
C in einer Menge von nicht mehr als 0,003 Gew.%,
Si in einer Menge von nicht mehr als 1,0 Gew.%,
Mn in einer Menge von nicht mehr als 1,0 Gew.%,
P in einer Menge von nicht mehr als 0,15 Gew.%,
S in einer Menge von nicht weniger als 0,0035 bis nicht mehr als 0,020 Gew.%,
O in einer Menge von nicht mehr als 0,0045 Gew.%,
N in einer Menge von nicht mehr als 0,0020 Gew.%,
Al in einer Menge von nicht mehr als 0,15 Gew.%, vorausgesetzt, daß das Verhältnis Al/N nicht weniger als 30 beträgt, wobei der Stahl wahlfrei mindestens ein Element enthält aus:
Nb in einer Menge von nicht weniger als 0,001 bis nicht mehr als 0,025 Gew.%,
B in einer Menge von nicht weniger als 0,0002 bis nicht mehr als 0,002 Gew.%,
Ti in einer Menge von nicht mehr als 0,10 Gew.%,
V in einer Menge von nicht mehr als 0,10 Gew.%,
Zr in einer Menge von nicht mehr als 0,10 Gew. %,
Ca in einer Menge von nicht mehr als 0,10 Gew.%,
Cr in einer Menge von nicht mehr als 1,0 Gew.%,
Cu in einer Menge von nicht mehr als 1,0 Gew.%, und
Ni in einer Menge von nicht mehr als 1,0 Gew.%,
wobei der Rest aus Eisen und zufälligen Verunreinigungen besteht.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Stahlblech mindestens 0,001 bis 0,025 Gew.% Nb oder 0,0002 bis 0,0020 Cew.% B, oder enthält außerdem zumindest einen der folgenden Bestandteile: nicht mehr als 0,10 Oew.% Ti, nicht mehr als 0,10 Gew.% V, nicht mehr als 0,10 Gew.% Zr, nicht mehr als 0,10 Gew.% Ca, nicht mehr als 1,0 Gew.% Cr, nicht mehr als 1,0 Gew.% Cu und nicht mehr als 1,0 Gew.% Ni.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines formbaren Stahlblechs mit einer besseren Ermüdungsfestigkeit an den Schweißverbindungen bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
(a) Warmwalzen des Stahlblechs nach Anspruch 1 bei einer Endtemperatur von nicht weniger als 600ºC,
(b) Kaltwalzen des warmgewalzten Stahlblechs bei einer Dickenminderung durch das Walzen von nicht weniger als 60%, und
(c) Rekristallisationstempern des kaltgewalzten Stahlblechs bei einer Temperatur nicht oberhalb des AC3-Umwandlungspunktes.
Bei den bevorzugten Ausführungsformen wird das warmgewalzte Blech nach dem Warmwalzen bei einer Aufrolltemperatur von nicht weniger als 200ºC aufgerollt. Das resultierende dünne Stahlblech wird galvanisiert oder elektroplattiert.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um deren Durchführung zu zeigen, wird nachfolgend auf die beigefügten Zeichnungen, die nur ein Beispiel sind, Bezug genommen. Es zeigt:
Fig. 1 eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Sauerstoffmenge, dem Al/N-Verhältnis und dem Zugscher- Ermüdungsgrenzwert der Punktschweißverbindung eines kaltgewalzten Stahlblechs darstellt;
Fig. 2 eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Sauerstoffmenge, dem Al/N-Verhältnis und dem Zugscher- Ermüdungsgrenzwert der Punktschweißverbindung eines warmgewalzten Stahlblechs darstellt;
Fig. 3 eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Sauerstoffmenge und dem Zugscher-Ermüdungsgrenzwert der Punktschweißverbindung darstellt, wenn das Al/N- Verhältnis des warmgewalzten Stahlblechs etwa 37 beträgt;
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht von der Probe, die für die Ermüdungsfestigkeitsprüfung bei Zugscherbelastung einer Punktschweißverbindung eingesetzt wurde, und von der Rißstelle bei der Ermüdungsfestigkeitsprüfung;
Fig. 5 eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Sauerstoffmenge, dem Al/N-Verhältnis und dem Ermüdungsgrenzwert bei Kopfzugbelastung der Punktschweißverbindung darstellt;
Fig. 6a und 6b Kurven, die die Beziehung von Al/N-Verhältnis, Ermüdungsgrenzwert bei Kopfzugbelastung und der Ermüdungsfestigkeitsgrenze bei Zugscherbelastung der Punktschweißverbindung darstellen, wenn die Sauerstoffmenge etwa 0,0030 Gew.% beträgt; und
Fig. 7a und 7b schematische Darstellungen der Formen einer punktgeschweißten Probe bei der Ermüdungsfestigkeitsprüfung bei Zugscherbelastung bzw. bei Kopfzugbelastung.
Die Erfinder haben den Einfluß der Stahlbestandteile auf die Ermüdungsfestigkeitseigenschaften der Schweißverbindung, insbesondere die Ermüdungsfestigkeitseigenschaften der Punktschweißverbindung verschiedenerlei untersucht und folgendes gefunden:
Die Erfindung wird unter Bezug auf Versuchsergebnisse beschrieben, die zum Erfolg der Erfindung führten. Die für die Punktschweißverbindung angewendete Ermüdungsfestigkeitsprüfung erfolgt nach dem Ermüdungsfestigkeitsprüfverfahren für Punktschweißverbindungen nach JIS Z3138. Der Ermüdungsgrenzwert bedeutet die Obergrenze des Beiastungsbereiches, wenn die Beanspruchung 10.000.000mal auf die Versuchsprobe erfolgt.
Fig. 1 zeigt die Beziehung zwischen der Sauerstoffmenge, dem Al/N-Verhältnis und dem Zugscher-Ermüdungsgrenzwert an der Punktschweißverbindung in einem kaltgewalzten Stahlblech mit einer Dicke von 0,8 mm. Die chemische Zusammensetzung der bei der Ermüdungsfestigkeitsprüfung verwendeten Stähle ist in Tabelle 1 gezeigt, und die Bedingungen des Punktschweißens sind in Tabelle 2 gezeigt. Das Stahlblech wurde bei einer Endtemperatur von etwa 900 ºC warmgewalzt, bei einer Dickenminderung durch das Walzen von 75 bis 80% kaltgewalzt und bei einer Temperatur von 820 bis 840 ºC kontinuierlich getempert.
In Fig. 1 zeigt die schattierte Fläche den Bereich, in dem der Ermüdungsgrenzwert 10% oder mehr oberhalb des Werts eines herkömmlichen kohlenstoffarmen, mit Aluminium beruhigten und kastengetemperten Stahlblechs liegt (Ermüdungsfestigkeitsgrenze bei Zugscherbelastung: 82 kgf (804 N)). Dies entspricht einem Bereich, in dem die Sauerstoffmenge nicht mehr als 0,0045 Cew.% und das Al/N-Verhältnis nicht weniger als 30 betragen. Tabelle 1 (Gew.%) Stahlsorte Nb, B nicht zugesetzt kohlenstoffarmer Stahl* * vergleichsweiser Stahl Tabelle 2 Probengröße Schweißbedingungen Breite Länge Substanz Schweißpreßkraft Schweißstrom Durchschnittlicher Durchmesser der Schweißlinse CF-Modell
Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Sauerstoffmenge, dem Al/N-Verhältnis und dem Zugscher-Ermüdungsgrenzwert einer Punktschweißverbindung eines warmgewalzten Stahlblechs mit einer Dicke von 2,6 mm. Die chemische Zusammensetzung der bei der Ermüdungsfestigkeitsprüfung verwendeten Stähle ist in Tabelle 3 gezeigt, und die Bedingungen beim Punktschweißen sind in Tabelle 4 gezeigt. Das Stahlblech wurde bei einer Endtemperatur von etwa 900 ºC warmgewalzt und bei einer Aufrolltemperatur von 550ºC aufgerollt.
In Fig. 2 zeigt die schattierte Fläche den Bereich, in dem der Ermüdungsgrenzwert 10% oder mehr über dem eines herkömmlichen kohlenstoffarmen, mit Aluminium beruhigten und warmgewalzten Stahlblechs liegt (Ermüdungsfestigkeitsgrenze bei Zugscherbelastung: 168 kgf (1648 N)). Das entspricht einem Bereich, in dem die Sauerstoffmenge nicht mehr als 0,0045 Gew.% und das Al/N-Verhältnis nicht weniger als 30 betragen - wie im Falle des kaltgewalzten Blechs. Tabelle 3 (Gew.%) Stahlsorte Nb, B nicht zugesetzt kohlenstoffarmer Stahl* * vergleichsweiser Stahl Tabelle 4 Probengröße Schweißbedingungen Breite Länge Substanz Schweißpreßkraft Schweißstrom Durchschnittlicher Durchmesser der Schweißlinse CF-Modell
Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Zugscher-Ermüdungsgrenzwert und der Sauerstoffmenge, wenn das Al/N-Verhältnis etwa 37 beträgt. Es wird deutlich, daß ein Ermüdungsgrenzwert erhalten wird, der höher als der des herkömmlichen kohlenstoffarmen, mit Aluminium beruhigten und warmgewalzten Stahlbiechs (Ermüdungsfestigkeitsgrenze bei Zugscherbelastung: 160 kgf (1648 N)) ist, wenn die Menge an O nicht mehr als 0,0045 Gew.% beträgt.
Bei diesen Versuchen entsteht der Ermüdungsbruch durch Risse, die sich am thermisch beeinflußten Bereich bilden, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, in der der Buchstabe A die Stelle eines gebildeten Risses, der Buchstabe B den Abschnitt der Schweißlinse, der Buchstabe C den thermisch beeinflußten Bereich und der Buchstabe D das dünne Stahlblech bezeichnen.
Zum besseren Verständnis dieser Beobachtungen haben die Erfinder die Verteilung der Härte im Schweißabschnitt einer Probe untersucht, der einen hohen Ermüdungsgrenzwert aufweist. Die Erfinder haben festgestellt, daß der Härteunterschied, der vom verschmolzenen Bereich bis zum thermisch beeinflußten Bereich reicht, im Vergleich mit einem Stahlblech mit einem geringen Ermüdungsgrenzwert gering ist, und daß die Verteilung gleichmäßig ist. Daraus folgt, daß der geringe Härteunterschied das Auftreten und Ausbreiten von Ermüdungsrissen wirksam verringert, die auf einer Belastungskonzentration in dem Abschnitt der Schweißverbindung beruhen, auf den die Belastung wirkt.
Aus den Fig. 1 bis 3 ist außerdem ersichtlich, daß der Ermüdungsgrenzwert in Stahlblechen zunimmt, die Nb oder B in der definierten Menge enthalten.
In einem anderen Fall wurde ein kaltgewalztes Ti-haltiges Stahlblech mit einer Dicke von 0,7 mm und der in Tabelle 5 gezeigten chemischen Zusammensetzung bei den Punktschweißbedingungen geschweißt, die in Tabelle 6 gezeigt sind, und der Ermüdungsfestigkeitsprüfung bei Kopfzugbelastung unterworfen. Dabei wurde das Stahlblech bei einer Endtemperatur von etwa 900 ºC warmgewalzt, bei einer Dickenminderung durch das Walzen von 75 bis 80% kaltgewalzt und bei einer Temperatur von 820 bis 840ºC kontinuierlich getempert. Tabelle 5 (Gew. %) Stahlsorte kein Zusatz Dem Stahl wurde Ti zugesetzt Dem Stahl wurde Ti, Nb, B zugesetzt kohlenstoffarmer Stahl* * vergleichsweiser Stahl Tabelle 6 Probengröße Schweißbedingungen Breite Länge Substanz Schweißpreßkraft Schweißstrom Durchschnittlicher Durchmesser der Schweißlinse CF-Modell
Die Beziehung zwischen der Sauerstoffmenge, dem Al/N-Verhältnis und dem Ermüdungsgrenzwert bei Kopfzugbelastung ist für diesen Versuch in Fig. 5 gezeigt. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß der Ermüdungsgrenzwert bei Kopfzugbelastung beträchtlich steigt, wenn die Sauerstoffmenge und das Al/N- Verhältnis sowohl im Ti-haltigen Stahl als auch im Stahl, der Ti, Nb und B enthält, in den durch die schattierte Fläche gezeigten Bereichen liegen, d.h. die Sauerstoffmenge nicht mehr als 0,0045 Gew.% und das Al/N-Verhältnis nicht weniger als 30 betragen.
Fig. 6a zeigt die Beziehung zwischen der Ermüdungsfestigkeitsgrenze bei Kopfzugbelastung und dem Al/N-Verhältnis, wenn die Sauerstoffmenge 0,0030 Gew.% beträgt. Wie in Fig. 6a gezeigt, wird sowohl bei Ti-haltigem Stahl als auch bei Stahl, der Ti-Nb-B enthält, ein hoher Ermüdungsgrenzwert erhalten, wenn das Al/N-Verhältnis nicht weniger als 30 beträgt. Durch die gleichzeitig vorgenommene Ermüdungsfestigkeitsprüfung bei Zugscherbelastung wird ferner verständlich, daß der Zusatz von Ti oder Ti-Nb-B die Ermüdungsfestigkeitsgrenze nicht beeinflußt, dies ist in Fig. 6b gezeigt.
Für warmgewalzte Stahlbleche werden zudem ähnliche Ergebnisse erhalten.
Der Grund, daß bei den oben genannten Bedingungen ein hervorragender Ermüdungsgrenzwert bei Kopfzugbelastung erhalten wird, wird wie folgt angenommen: zum Bruch durch Ermüdung kommt es durch die Risse, die selbst bei der Ermüdungsfestigkeitsprüfung mit Kopfzugbelastung am thermisch beeinflußten Bereich gebildet werden. Bei Ti-haltigem Stahl verbessern vermutlich die ausgefällte Feststofflösung von Ti oder der Ti-Reihen die Zähigkeit des thermisch beeinflußten Bereichs, wodurch die Ermüdungsfestigkeitseigenschaften bei Kopfzugbelastung verbessert werden.
Ein ähnlicher Effekt wurde außer bei Stahl, der nur Ti enthielt, auch dann erhalten, wenn mindestens eines der Elemente Ti, V, Zr, Ca, Cr, Cu und Ni in definierten Bereichen zugesetzt werden.
Als Hinweis sind in der Fig. 7a bzw. 7b die Verfahren der Ermüdungsfestigkeitsprüfungen bei Zugscherbelastung und Kopfzugbelastung von punktgeschweißten Proben schematisch dargestellt. Aus den Fig. 7a und 7b ist ersichtlich, daß die Verformungsart bei beiden Prüfungsverfahren recht verschieden ist.
Nachfolgend wird beschrieben, weshalb die chemische Zusammensetzung des bei der Erfindung verwendeten Stahls auf den oben beschriebenen Bereich begrenzt ist:
C: Die Menge an C sollte beträchtlich geringer als die bei einem herkömmlichen kohlenstoffarmen Stahl sein, damit Stähle mit guter Dehnung und einem guten r-Wert erhalten werden. Die Ermüdungsfestigkeit wird außerdem verbessert, wenn nach der Erfindung die Menge an C im Stahl verringert wird. Deshalb beträgt die Menge an C nicht mehr als 0,003 Gew.%, vorzugsweise nicht mehr als 0,0015 Gew.%.
Si: Die Menge an Si sollte nicht mehr als 1,0 Gew.% betragen, da bei Überschreiten der Menge von 1,0 Gew.% die Dehnung und Streckbarkeit des Stahlblechs abnehmen.
Mn: Eine zu hohe Zugabe an Mn verringert die Dehnung und Streckbarkeit des Stahlblechs wie bei Si, so daß die Menge an Mn nicht mehr als 1,0 Gew.% betragen sollte.
P: Wenn die Menge an P 0,15 Gew.% übersteigt, sondert sich P in die Korngrenze ab, wodurch eine Versprödung hervorgerufen wird, deshalb sollte sie nicht mehr als 0,15 Gew.% betragen.
S: Wenn die Menge an S zu gering ist, nimmt das Abbeizvermögen ab, womit die Oberflächeneigenschaften verschlechtert werden; deshalb beträgt die Untergrenze 0,0035 Gew.%. Wenn die Menge jedoch 0,020 Gew.% übersteigt, nimmt die Korrosionsbeständigkeit beträchtlich ab, so daß die Obergrenze 0,020 Gew.% beträgt.
O: Die Menge an O ist bei der Erfindung besonders wichtig, da angenommen wird, daß O in Form einer Feststofflösung oder eines Oxids das Auftreten und die Ausbreitung von Rissen beeinflußt. Damit Ermüdungsfestigkeitseigenschaften erhalten werden, die besser als die des herkömmlichen kohlenstoffarmen Stahls sind, darf die Menge an O nicht mehr als 0,0045 Gew.% betragen. Sie ist vorzugsweise nicht größer als 0,0035 Gew.%.
N: Wenn die Menge an N zunimmt, wird die erforderliche Menge an Al zu hoch, dies verursacht eine Beeinträchtigung der Oberflächeneigenschaften, wie es später erwähnt werden wird. Deshalb beträgt die Menge an N nicht mehr als 0,0020 Gew.%, vorzugsweise nicht mehr als 0,0017 Gew. %.
Al: Die Menge an Al ist bei der Erfindung ebenfalls wichtig, da angenommen wird, daß die Ermüdungsfestigkeitseigenschaften durch den Einfluß des Verteilungszustandes der gefällten Feststofflösung von Al oder AlN auf die Struktur des thermisch beeinflußten Bereichs verbessert werden. Deshalb steht sie in einem engen Zusammenhang mit der Menge an N. Damit die Ermüdungsfestigkeitseigenschaften der Schweißverbindung verbessert werden, muß ein Verhältnis von Al (Gew.%)/N (Gew.%) von nicht weniger als 30 vorliegen. Wenn die Menge an Al jedoch zu hoch ist, werden die Oberflächeneigenschaften beeinträchtigt, so daß die Obergrenze 0,15 Gew.% beträgt.
Nb, B: Diese Elemente bewirken eine Verbesserung der Ermüdungsfestigkeitseigenschaften; wenn die zugesetzte Menge jedoch zu groß wird, wird die Rekristallisationstemperatur unerwünscht hoch. Deshalb kann Nb oder B im Bereich von 0,001 Gew.% ≤ Nb ≤ 0 025 Gew.% bzw. 0,0002 Gew.% ≤ B ≤ 0,0020 Gew.% zugesetzt werden, damit die Ermüdungsfestigkeitseigenschaften verbessert werden.
Ti, V, Zr, Ca, Cr, Cu, Ni: Es wird angenommen, daß jedes dieser Elemente im Zustand der Feststofflösung oder der Ausfällung die Struktur des thermisch beeinflußten Bereichs beeinflußt, wodurch die Ermüdungsfestigkeitseigenschaften verbessert werden. Eine zu hohe Zugabe verringert jedoch die Qualität des Stahlblechs. Deshalb kann mindestens eines der Elemente Ti, V, Zr, Ca, Cr, Cu und Ni in Bereichen von nicht mehr als 0,10 Gew.% für jeweils Ti, V, Zr und Ca bzw. nicht mehr als 1,0 Gew.% für jeweils Cr, Cu und Ni zugegeben werden, damit die Ermüdungsfestigkeitseigenschaften bei Kopfzugbelastung besonders verbessert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend bezüglich der bevorzugten Bedingungen bei der Herstellung formbarer dünner Stahlbieche beschrieben, wobei ein Stahl mit der oben genannten chemischen Zusammensetzung als Ausgangsmaterial verwendet wird.
Bei der Herstellung von warmgewalzten Stahlblechen ist die Endtemperatur auf nicht weniger als 600ºC begrenzt, da bei einer Endtemperatur beim Warmwalzen von weniger als 600ºC die Tiefziehfähigkeit beeinträchtigt wird. Die Aufrolltemperatur ist auf nicht weniger als 200ºC begrenzt, da bei einer Aufrolltemperatur von weniger als 200ºC die Qualität abnimmt.
Bei der Herstellung kaltgewalzter Stahlbleche liegt die Endtemperatur des Warmwalzschrittes nicht unterhalb von 600ºC, vorzugsweise nicht unterhalb von 800ºC, da die Tiefziehfähigkeit beeinträchtigt wird, wenn sie unterhalb 600ºC liegt. Die Dickenminderung durch das Walzen beträgt beim Kaltwalzschritt nicht weniger als 60%, damit eine befriedigende Formbarkeit erhalten wird. Die Temperatur beim kontinuierlichen Temperschritt nach dem Kaltwalzen liegt nicht oberhalb des AC3-Punktes, da die Kristallkörner sonst grob werden. Die Untergrenze der Temperatur beim Tempern ist nicht kritisch, sie liegt jedoch vorzugsweise 30ºC oberhalb der Rekristallisationstemperatur. Als Temperverfahren kann das Kastentempern verwendet werden.
Natürlich können die dünnen Stahlbleche im üblichen Bereich durch eine Dressierwalze geleitet werden, d.h. etwa wenige Prozent der Blechstärke (mm), um die Form des Blechs etc. zu korrigieren.
Selbst wenn das dünne Stahlblech galvanisiert oder elektroplattiert wird, entsteht der Bruch bei der Ermüdungsfestigkeitsprüfung vom thermisch beeinflußten Bereich, so daß das dünne Stahlblech bei der Erfindung anschließend einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden kann, z.B. dem Galvanisieren, Elektroplattieren o.ä.
Unabhängig davon, ob außer dem Punktschweißen das MIG-Verfahren, das TIG-Verfahren etc. angewendet werden oder nicht, stellt die Ermüdungsbeständigkeit im thermisch beeinflußten Bereich ein Problem beim Schweißverfahren dar; so daß die Ermüdungsbeständigkeit der Schweißverbindung selbst bei diesen Schweißverfahren durch die Erfindung wirksam verbessert wird.
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht einschränken.

Beispiel 1

Stahl mit der in Tabelle 7 gezeigten chemischen Zusammensetzung wurde geschmolzen, wodurch eine Bramme hergestellt wurde, die bei einer Endtemperatur von 850 bis 900ºC warmgewalzt, bei einer Dickenminderung durch das Walzen von 71 bis 78% kaltgewalzt und bei einer Temperatur von 790 bis 830ºC kontinuierlich getempert wurde, wodurch ein kaltgewalztes Stahlblech mit einer Dicke von 0,8 mm erhalten wurde. Der Stahl Nr. 18 war ein herkömmlicher kohlenstoffarmer, mit Aluminium beruhigter Stahl und wurde durch Kastentempern hergestellt.
Die Stähle Nr. 1 bis 9 lagen innerhalb der Erfindung, wobei die Stähle Nr. 1 und 8 galvanisiert bzw. elektroplattiert wurden.
Die Stähle Nr. 10 bis 17 waren Vergleichsbeispieie, deren chemische Zusammensetzungen außerhalb des Bereichs der Erfindung lagen.
Es wurden die mechanischen Eigenschaften und der Zugscher- Ermüdungsgrenzwert an der Punktschweißverbindung (Obergrenze des Belastungsbereiches, wenn die Zugbelastung 10.000.000mal wiederholt wurde) der kaltgewalzten Stahlbleche gemessen, wodurch die in Tabelle 8 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden.
Bei der Zugprüfung wurde eine Probe nach JTS Z2201 Nr. 5 verwendet, und die Bedingungen beim Punktschweißen und bei der Ermüdungsfestigkeitsprüfung bei Zugscherbelastung waren die gleichen wie in Tabelle 2. Tabelle 7 Chemische Zusammensetzung (Gew.%) andere Bemerkungen akteptables Beispiel Vergleichsbeispiel herkömml. Beispiel Tabelle 8 Oberflächenbehandlung Streckgrenze* Zugfestigk.* Dehnung r-Wert S-FL Bemerkungen keine Galvanisieren Verzinken akzeptables Beispiel Vergleichsbeispiel herkömmliches Beispiel S-FL: Ermüdungsfestigkeitsgrenze bei Zugscherbelastung * 1,0 kg/mm² = 9,81 MPa
Aus Tabelle 8 ist ersichtlich, daß alle erfindungsgemäßen Stähle gute mechanische Eigenschaften und gute Zugscher-Ermüdungsgrenzwerte aufweisen, während die vergleichsweisen Stähle und der herkömmliche Stahl entweder schleche mechanische Eigenschaften oder geringe Zugscher-Ermüdungsgrenzwerte haben.
Die erfindungsgemäßen Stähle mit behandelter Oberfläche haben naturgemäß im Vergleich mit den vergleichsweisen und herkömmlichen Stählen hervorragende Eigenschaften, da der Bruch bei der Ermüdungsfestigkeitsprüfung aus dem thermisch beeinflußten Bereich entsteht.
Die Stähle Nr. 5 bis 9, die entweder Nb oder B oder beide enthalten, wiesen zudem eine noch bessere Ermüdungsfestigkeit im thermisch beeinflußten Bereich auf, so daß sie höhere Zugscher-Ermüdungsgrenzwerte als die anderen erfindungsgemäßen Stähle hatten.

Beispiel 2

Stahl mit der in Tabelle 9 gezeigten chemischen Zusammensetzung wurde geschmolzen, wodurch eine Bramme hergestellt wurde, die bei einer Endtemperatur von 830 bis 900ºC warmgewalzt und bei einer Aufrolltemperatur von 550 bis 650ºC aufgerollt wurde, wodurch ein warmgewalztes Stahlblech mit einer Dicke von 2,6 mm erhalten wurde.
Die Stähle Nr. 1 bis 9 lagen innerhalb der Erfindung, wobei die Stähle Nr. 2 und 3 galvanisiert bzw. elektroplattiert wurden.
Die Stähle Nr. 10 bis 17 waren Vergleichsbeispiele, deren chemische Zusammensetzungen außerhalb des Bereichs der Erfindung lagen, und der Stahi Nr. 18 war ein herkömmlicher kohienstoffarmer, mit Aluminium beruhigter Stahl.
Es wurden die mechanischen Eigenschaften und der Zugscher- Ermüdungsgrenzwert im Bereich der Punktschweißverbindung (Obergrenze des Belastungsbereichs, wenn die Zugbelastung 10.000.000mal wiederholt wurde) der warmgewalzten Stahlbleche gemessen, wodurch die in Tabelle 10 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden.
Bei der Zugprüfung wurde eine Probe nach JIS Z 2201 Nr. 5 verwendet, und die Bedingungen beim Punktschweißen und bei der Ermüdungsfestigkeitsprüfung bei Zugscherbelastung waren die gleichen wie in Tabelle 4. Tabelle 9 Chemische Zusasmmensetzun (Gew.%) Bemerkungen akteptables Beispiel Vergleichsbeispiel herkömml. Beispiel Tabelle 10 Oberflächenbehandlung Streckgrenze* Zugfestigk.* Dehnung % S-FL kgf Bemerkungen keine Galvanisieren Verzinken akzeptables Beispiel Vergleichsbeispiel herkömmliches Beispiel S-FL: Ermüdungsfestigkeitsgrenze bei Zugscherbelastung * 1,0 kg/mm² = 9,81 MPa
Aus Tabelle 10 ist ersichtlich, daß alle erfindungsgemäßen Stähle gute mechanische Eigenschaften und Zugscher-Ermüdungsgrenzwerte zeigen, wohingegen die vergleichsweisen Stähie und der herkömmliche Stahl entweder schlechte mechanische Eigenschaften oder geringe Zugscher-Ermüdungsgrenzwerte aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Stähle mit behandelter Oberfläche haben naturgemäß im Vergleich mit den vergleichsweisen und herkömmlichen Stählen hervorragende Eigenschaften, da der Bruch bei der Ermüdungsfestigkeitsprüfung aus dem thermisch beeinflußten Bereich entsteht.
Die Stähle Nr. 5 bis 9, die entweder Nb oder B oder beide enthalten, haben eine noch bessere Ermüdungsfestigkeit im thermisch beeinflußten Bereich, so daß sie höhere Zugscher- Ermüdungsgrenzwerte als die anderen erfindungsgemäßen Stähle aufweisen.

Beispiel 3

Stahl mit der in Tabelle 11 gezeigten chemischen Zusammensetzung wurde geschmolzen, wodurch eine Bramme hergestellt wurde, die den folgenden Behandlungen bei den in Tabelle 12 gezeigten Fertigungsbeindungen unterzogen wurde.
Das warmgewalzte Stahlblech mit einer Dicke von 2,6 mm wurde hergestellt, indem die Bramme bei einer Endtemperatur von 830 bis 900ºC bei einer Aufrolltemperatur von 550 bis 650ºC aufgerollt wurde.
Nach einer anderen Ausführungsform wurde die Bramme bei einer Endtemperatur von 830 bis 920ºC warmgewalzt und bei einer Aufrolitemperatur von 550 bis 650ºC aufgerollt, wodurch ein warmgewalztes Blech mit einer Dicke von 3,2 mm erhalten wurde. Danach wurde das warmgewalzte Blech bei einer Dickenminderung durch das Walzen von 78% bis zu einer Dicke von 0,7 mm kaltgewalzt, bei 750 bis 880ºC getempert und außerdem dem Dressierwalzen bei 0,7% unterzogen.
Ein Teil der warmgewalzten Stahlbleche und der kaltgewalzten Stahlbleche wurde außerdem galvanisiert oder elektroplattiert.
Die Stähle Nr. 1 bis 14 und Nr. 26 bis 36 lagen innerhalb der Erfindung, und die Stähle Nr. 15 bis 24 und Nr. 37 bis 43 waren Vergleichsbeispiele, deren chemische Zusammensetzungen außerhalb des Bereichs der Erfindung lagen. Die Stähle Nr. 25 und 44 waren herkömmliche kohlenstoffarme, mit Aluminium beruhigte Stähle, und der Stahl Nr. 25 wurde durch Kastentempern hergestellt.
Es wurden die mechanischen Eigenschaften und die Ermüdungsgrenzwerte bei Kopfzugbelastung im Bereich der Punkt schweißverbindung (Obergrenze des Belastungsbereichs, wenn die Zugbelastung 10.000.000mal wiederholt wurde) der dünnen Stahlbleche gemessen, wodurch die in Tabelle 12 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden.
Bei der Zugprüfung wurde eine Probe nach JIS Z2201 Nr. 5 verwendet, und die Bedingungen beim Punktschweißen und bei der Ermüdungsfestigkeitsprüfung bei Kopfzugbelastung waren im Falle der kaltgewalzten Stahlbleche die gleichen wie in Tabelle 6, und im Falle der warmgewalzten Stahlbleche waren die Bedingungen wie in Tabelle 13. Tabelle 11(a) Chemische Zusammensetzung (Gew.%) andere Bemerkungen akzeptables Beispiel Vergleichsbeispiel Tabelle 11(b) Chemische Zusammensetzung (Gew.%) andere Bemerkungen Vergleichsbeispiel herkömmliches Beispiel akzeptables Beispiel Vergleichsbeispiel Tabelle 12(a) Fertigungsbedingungen Stahlsorte Oberflächenbehandlung Streckgrenze* Zugfestigkeit* Dehnung r-wert C-FL kgf Bemerkungen kaltgewalztes Stahlbech keine Galvanisieren Verzinken akzeptables Beispiel C-FL: Ermündungsgrenzwert bei Kopfzugbelastung * 1,0 kg/mm² = 9,81 MPa Tabelle 12(b) Fertigungsbedingungen Stahlsorte Oberflächenbehandlung Streckgrenze* Zugfestigkeit* Dehnung r-wert C-FL kgf Bemerkungen kaltgewalztes Stahlbech keine Galvanisieren Verzinken akzeptables Beispiel Vergleichsbeispiel herkömmliches Beispiel C-FL: Ermündungsgrenzwert bei Kopfzugbelastung * 1,0 kg/mm² = 9,81 MPa Tabelle 12 (c) Fertigungsbedingungen Stahlsorte Oberflächenbehandlung Streckgrenze* Zugfestigkeit* Dehnung C-FL kgf Bemerkungen warmgewalztes Stahlblech keine Galvanisieren Verzinken akzeptables Beispiel Vergleichsbeispiel herkömmliches Beispiel C-FL: Ermündungsgrenzwert bei Kopfzugbelastung * 1,0 kg/mm² = 9,81 MPa Tabelle 13 Probengröße Schweißbedingungen Durchschnittlicher Durchmesser der Schweißlinse Breite Länge Substanz Schweißkraft Schweißstrom CF-Modell
Wie aus Tabelle 12 ersichtlich, zeigen alle erfindungsgemaßen Stähle gute mechanische Eigenschaften und Ermüdungsgrenzwerte bei Kopfzugbelastung, wohingegen die vergleichsweisen Stähle und der herkömmliche Stahl entweder schlechte mechanische Eigenschaften oder geringe Ermüdungsgrenzwerte bei Kopfzugbelastung haben.
Die erfindungsgemäßen Stähle mit behandelter Oberfläche haben ferner im Vergleich mit den vergleichsweisen und herkömmlichen Stählen hervorragende Eigenschaften, da der Bruch bei der Ermüdungsfestigkeitsprüfung vom thermisch beeinflußten Bereich entsteht.
Die Stähle Nr. 10 bis 14 und Nr. 34 bis 36, die entweder Nb oder B oder beide enthielten, wiesen zudem eine noch bessere Ermüdungsfestigkeit im thermisch beeinflußten Bereich auf, so daß sie höhere Ermüdungsgrenzwerte bei Kopfzugbelastung als die anderen erfindungsgemäßen Stähle hatten.
Wie oben erwähnt werden durch die Erfindung formbare dünne Stahlbleche erhalten, die nicht nur eine gute Formbarkeit beim Preßformen, Tiefziehen oder dergleichen, sondern auch bessere Ermüdungsfestigkeitseigenschaften an der Schweißverbindung aufweisen, so daß bei der Anwendung bei Kraftfahrzeugen, Bauteilen und dergleichen eine längere Haltbarkeit oder eine Verbesserung der Sicherheit erreicht wird.

Claims

1. Formbares Stahlblech, das an den Schweißverbindungen ermüdungsbeständig ist, mit

C in einer Menge von nicht mehr als 0,003 Gew.0-0,

Si in einer Menge von nicht mehr als 1,0 Gew.%,

Mn in einer Menge von nicht mehr als 1,0 Gew.%,

P in einer Menge von nicht mehr als 0,15 Gew.%,

S in einer Menge von nicht weniger als 0,0035 bis nicht mehr als 0,020 Gew.%,

O in einer Menge von nicht mehr als 0,0045 Gew. %,

N in einer Menge von nicht mehr als 0,0020 Gew. %,

Al in einer Menge von nicht mehr als 0,15 Gew.%,

vorausgesetzt, daß das Al/N-Verhältnis nicht weniger als 30 beträgt,

wobei der Stahl wahlfrei mindestens ein Element enthält aus:

Nb in einer Menge von nicht weniger als 0,001 bis nicht mehr als 0,025 Gew.%,

B in einer Menge von nicht weniger als 0,0002 bis nicht mehr als 0,002 Gew.%,

Ti in einer Menge von nicht mehr als 0,10 Gew.%,

V in einer Menge von nicht mehr als 0,10 Gew.%,

Zr in einer Menge von nicht mehr als 0,10 Gew.%,

Ca in einer Menge von nicht mehr als 0,10 Gew.%,

Cr in einer Menge von nicht mehr als 1,0 Gew.%,

Cu in einer Menge von nicht mehr als 1,0 Gew.%, und

Ni in einer Menge von nicht mehr als 1,0 Gew.%, wobei der Rest aus Eisen und zufälligen Verunreinigungen besteht.

2. Verfahren zur Herstellung eines formbaren Stahlbiechs, das an den Schweißverbindungen eine größere Ermüdungsbeständigkeit besitzt, umfassend die Schritte:

(a) Warmwalzen eines Stahlblechs nach Anspruch 1 bei einer Endtemperatur von nicht weniger als 600ºC,

(b) Kaltwalzen des warmgewalzten Stahlblechs mit einer Walzminderung von nicht weniger als 60%, und

(c) Rekristallisationstempern des kaltgewalzten Stahlblechs bei einer Temperatur nicht über dem AC3- umwandlungspunkt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei nach dem Warmwalzen das warmgewalzte Blech bei nicht weniger als 200ºC Wickeltemperatur aufgerollt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Stahlblech nach dem Wickeln galvanisiert oder getempert wird.