DE69719898T2

DE69719898T2 - Warmgewalztes Stahlblech zum Tiefziehen

Info

Publication number: DE69719898T2
Application number: DE69719898T
Authority: DE
Inventors: Xavier Bano; Christian Giraud
Original assignee: Sollac SA; Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
Current assignee: Sollac SA
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1997-09-08
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2017-09-09
Also published as: EP0835945A1; FR2753399A1; CA2215570A1; DE69719898D1; JPH10102198A; ES2193338T3; EP0835945B1; FR2753399B1; PT835945E; US5873957A; DK0835945T3; KR19980024716A; ATE234944T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein warmgewalztes Stahlblech zum Tiefziehen, hergestellt in einem Bandwalzwerk.
Die Formgebungseigenschaften der Stähle sind wichtig für die Herstellung von tiefgezogenen Werkstücken komplexer Formen. Im Bereich der warmgewalzten Flachprodukte, deren mechanische Eigenschaften durch gesteuertes Breitbandwalzen erhalten werden, sind die Stähle, die die besten Tiefzieheigenschaften aufweisen, die so genannten 3C- und 3CTi-Stähle.
Diese Stähle haben Zusammensetzungen aus Kohlenstoff, Mangan, Titan und weisen sehr geringe Anteile von Zusatzelementen auf, die es ermöglichen, die mechanischen Eigenschaften abzuschwächen. Dennoch besitzen sie gammagene Elemente wie Kohlenstoff und Mangan, deren Anteile hoch genug sind, um eine relativ niedrige ferritische Umwandlungstemperatur zu haben, wie beispielsweise eine Umwandlungstemperatur AR3 von 840°C bei einer Dicke von 4,5 mm. Es ist erforderlich, über dieser Temperatur zu walzen, d. h. im austenitischen Bereich, um zu vermeiden, im zweiphasigen austenitischen-ferritischen Bereich zu walzen, ein Walzbereich, der die Formgebungseigenschaften des Stahls verschlechtert.
Andererseits können die mit diesen Stählen hergestellten Bleche im Dauerbetrieb auf einer Galvanisierungsstrasse beschichtet werden, um sie gegen Korrosion zu schützen. Diese Beschichtungsweise führt dazu, die Bleche einem Wärmezyklus zu unterwerfen, der in dem Stahl der besagten Bleche durch Verteilung des Kohlenstoffs und des Stickstoffs eine Erhöhung der elastischen Grenze des Stahls und eine Verringerung seiner Streckgrenze bewirkt.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Stahlblech bereit zu stellen, das einerseits gute Formgebungseigenschaften für das Tiefziehen und andererseits nach dem Warmwalzen und nach der Dauergalvanisierung vergleichbare mechanische Eigenschaften aufweist.
Der Gegenstand der Erfindung ist ein warmgewalztes Stahlblech zum Tiefziehen, gekennzeichnet durch folgende gewichtsanalytische Zusammensetzung:
0,010% < Kohlenstoff < 0,080%
0,1 % < Mangan < 0,5%
0,02% < Aluminium < 0,08%
Silizium < 0,1%
Phosphor < 0,04%
Schwefel < 0,025%
Titan < 0,05%
Stickstoff < 0,09%
0,001% < Bor < 0,01%
0,1% < Kupfer < 0,8% 0,05% < Nickel < 0,6%
Ein anderes Merkmal der Erfindung ist:

– dass der Nickelgehalt etwa gleich der Hälfte des Kupfergehalts ist. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines warmgewalzten Stahlblechs zum Tiefziehen, bei dem die Zusammensetzung des Stahls nach seiner Erzeugung folgendem unterzogen wird:
– einer Warmwalzung, bei einer Temperatur höher als die Umwandlungstemperatur AR3,
– einer Abkühlung, welche in einem Zeitintervall kleiner als 10 Sekunden nach dem Warmwalzen beginnt, die Abkühlung einerseits zwischen 3°C pro Sekunde und 80°C pro Sekunde stattfindet, und andererseits bis zu einer Temperatur zwischen 600°C und 750°C durchgeführt wird.

Ein anderes Merkmal der Erfindung ist:

– dass die Warmwalzung mit einer Temperatur in einem Intervall von 10°C bis 120°C über der Umwandlungstemperatur AR3 durchgeführt wird.

Die nachfolgende Beschreibung und die beigefügten Figuren sind ein unbegrenzendes Beispiel und dienen zum besseren Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
1 den Einfluss der Anteile der Elemente Kohlenstoff, Bor, Kupfer plus Nickel an der Herabsetzung des Umwandlungspunkts AR3.
2 die Entwicklung von AR3 entsprechend der Walztemperatur für einen Stahl, der 0,002% Bor und einen Stahl der kein Bor enthält.
3 die Entwicklung der Behandlung des Bleches bei seinem Herstellungsverfahren.
Der warmgewalzte Stahl zum Tiefziehen mit folgender Zusammensetzung:
0,010% < Kohlenstoff < 0,080%
0,1% < Mangan < 0,5%
0,02% < Aluminium < 0,08%
Silizium < 0,1%
Phosphor < 0,04%
Schwefel < 0,025%
Titan < 0,05%
Stickstoff < 0,09%
0,001% < Bor < 0,01%
0,1% < Kupfer < 0,8%
0,05% < Nickel < 0,6%
wobei der Rest aus Eisen und aus Verunreinigungen, die von der Stahlerzeugung herrühren, besteht, ermöglicht die Herstellung einer homogenen Ferrit-/Zementit-Mikrostruktur.
Der Umwandlungspunkt wird von den Elementen Kupfer, Nickel und Bor herabgesetzt, ohne Erhärten der Struktur.
1 zeigt den Einfluss der Anteile der Elemente Kohlenstoff, Bor, Kupfer plus Nickel an der Herabsetzung des Umwandlungspunkts AR3.
Die Hinzufügung von Nickel eines Gehalts, der gleich der Hälfte des Kupfergehalts beträgt, ist erforderlich, um die Oberflächenfehler des Blechs zu reduzieren.
Kupfer und Nickel verbessern die Korrosionsbeständigkeit des Stahlblechs.
Kohlenstoff, mit einem Gehalt von weniger als 0,08%, ermöglicht, gute Formgebungseigenschaften zu erhalten. Der niedrige Kohlenstoffgehalt gewährleistet eine Begrenzung des Erhärtens der Matrix aufgrund eines niedrigen Gehalts karburierter Phasen.
Die Hauptfunktion des Titans besteht darin, sich mit Stickstoff zu kombinieren, um beim Festwerden des Stahls sehr stabile Titannitrid-Niederschläge zu bilden. Titan in Überstöchiometrie (3,4 < Ti/N < 10) schlägt während des Abkühlens als Titankarbid nieder und hält somit einen Teil des Kohlenstoffs im Stahl fest. Das Verhältnis Ti/N muss unter 10 bleiben, um das Erhärten durch Niederschlag von Titankarbid zum vermeiden.
Demnach muss der Titangehalt begrenzt bleiben, um das Erhärten durch die Niederschläge zu vermeiden. In hohem Gehalt innerhalb des angegebenen Intervalls kann in Form von TIC gefälltes Titan ein Vorteil für Emaillierungsstähle sein, da es ermöglicht, die mechanischen Eigenschaften nach der Formgebung des Blechs und der Emaillierungswärmebehandlung zu behalten.
Die Funktion des Bors besteht insbesondere darin, die Keimung und das Wachstum des Ferrits zu kontrollieren und demzufolge gute Formgebungseigenschaften zu erhalten, Eigenschaften, die durch eine verbesserte Streckbarkeit des Stahls gekennzeichnet sind. Bor schlägt andererseits mit dem Kohlenstoff in Form von Borkarbiden oder Segregationen an den Kornfugen nieder.
Im erfindungsgemäßen borhaltigen Stahl senkt sich der Anfangspunkt der ferritischen Umwandlung ab, wenn man die Walztemperatur erhöht. Diese Bemerkung ermöglicht, die Temperatur am Beginn der ferritischen Umwandlung beträchtlich abzusenken, und vermeidet damit das Walzen in zwei Phasen, ein Walzen unter der Anfangstemperatur der Ferrit-/Bainit-Umwandlung. Das Walzen in zwei Phasen führt in der Tat zu Fehlern des Typs Apfelsinenhaut an der Oberfläche, aufgrund der Vergrößerung des ferritischen Korns mit verschlechterten Formgebungseigenschaften. Die hervorgehobene Erscheinung ermöglicht, die Kohlenstoff- und Mangangehalte zu senken, und demzufolge die Formgebungseigenschaften zu verbessern, dank einer weicheren Struktur mit einer höheren ferritischen Korngröße, und demnach eine größere Streckbarkeit ohne Risiko des Walzens in zwei Phasen.
2 zeigt die Entwicklung von AR3 entsprechend der Walztemperatur für einen Stahl, der 0,002% Bor und einen Stahl, der kein Bor enthält.
Wie aus 2 hervorgeht, ermöglicht das Bor, die Anfangstemperatur der ferritischen Umwandlung in Verbindung mit der Endtemperatur des Walzens zu steuern.
Die Verbindung von Titan und Bor ermöglicht durch ihren Niederschlag, die mechanischen Eigenschaften zu behalten, die nach dem Warmwalzen während der Wärmebehandlung auf der Galvanisierungsstrasse gewonnen wurden.
Die Walztemperatur wird so gewählt, dass sie in Bezug auf den Wert des Umwandlungspunkts AR3 um 10°C bis 120°C höher liegt, um das Walzen im Austenit-/Ferrit-Bereich zu vermeiden, das den Formgebungseigenschaften abträglich ist.
3 zeigt die Entwicklung der Wärmebehandlung des Blechs bei seinem Herstellungsverfahren. Vor der ersten Abkühlungs-Wärmebehandlung ist eine Zeit von weniger als 10 Sekunden erforderlich, wobei das Abkühlen je nach Dicke des gewalzten Blechs bei einer Geschwindigkeit zwischen 3°C/s und 80°C/s stattfindet, wodurch eine kontrollierte und homogene Keimung des Ferrits gewährleistet wird. Nach dem Abkühlen des Blechs bis auf eine Temperatur zwischen 600°C und 750°C gewährleistet die aus Ferrit/Zementit bestehende endgültige Struktur einerseits eine mechanische Beständigkeit zwischen 250 MPa und 370 MPa, und andererseits eine Elastizitätsgrenze zwischen 180 MPa und 280 MPa, sowie eine Streckbarkeit von über 30%.
Bei einem Anwendungsbeispiel wird ein warmgewalztes Stahlblech zum Tiefziehen ab einem Stahl mit folgender gewichtsanalytischer Zusammensetzung erzeugt:
0,020% < Kohlenstoff < 0,040%
0,15% < Mangan < 0,25%
0,02% < Aluminium < 0,04%

0,02 < Silizium < 0,04%
Phosphor < 0,02%
Schwefel < 0,005%
Titan < 0,02%
Stickstoff < 0,009%
0,002% < Bor < 0,004%
0,35% < Kupfer < 0,45%
0,18% < Nickel < 0,23%
Als Warmwalztemperatur wird der Wert des Umwandlungspunkts AR3 plus 20°C gewählt. Die 1,5 Sekunden nach dem Warmwalzen beginnende Abkühlung erfolgt bei 30°C pro Sekunde bis zu einer Temperatur von 680°C. Die Streckbarkeit des erfindungsgemäßen warmgewalzten Blechs können für Blechdicken zwischen 1,8 und 2,8 mm 36% betragen, und für Blechdicken zwischen 3 und 8 mm Werte von über 40% erreichen.
Die Tabelle 1 zeigt zwei andere Zusammensetzungen des erfindungsgemäßen Stahlblechs.
Tabelle 1
Die Anfangstemperatur der ferritischen Umwandlung AR3 beträgt 818°C für Blech A und 842°C für Blech B.
Die wärmemechanische Behandlung der beiden erfindungsgemäßen Bleche umfasst ein Walzen bei einer Temperatur von 900°C, ein Wickeln bei einer Temperatur von 700°C, wobei das Abkühlen der Bleche bei einer Geschwindigkeit von 25°C pro Sekunde stattgefunden hat.
Tabelle 2 zeigt die mechanischen Merkmale der beiden Beispiels Bleche A und B.
Tabelle 2
Die nachfolgende Tabelle 3 zeigt, für ein Blech A, die sogenannten rohen mechanischen Merkmale, die vor der Galvanisierungs-Wärmebehandlung gewonnen wurden, und die mechanischen Merkmale nach der Galvanisierungs-Wärmebehandlung bei 700°C und 600°C.
Tabelle 3
Die Bedingungen der Wärmebehandlung während der Dauergalvanisierung sind die folgenden:
Die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit beträgt zwischen 3°C/s und 20°C/s, im Allgemeinen 8°C/s. Die Haltetemperatur liegt zwischen 550°C und 850°C und die laufende Temperatur 700°C, mit einer Haltezeit von 20 s bis 120 s und vorzugsweise von 60s. Dieser Temperaturanstieg wird gefolgt von einer Abkühlung bei einer Geschwindigkeit zwischen 3°C/s und 25°C/s, wobei der typische Wert der Abkühlungsgeschwindigkeit 10°C/s beträgt. Die Abkühlung erfolgt bis zur Temperatur des Galvanisierungsbads, d. h. 450°C.
Das erfindungsgemäße Stahlblech weist bei einer Dicke zwischen 1,5 mm und 8 mm zwischen dem Warmwalz-Rohzustand und dem galvanisierten Zustand vergleichbare mechanische Merkmale auf.

Claims

Warmgewalztes Stahlblech zum Tiefziehen, gekennzeichnet durch folgende gewichtsanalytische Zusammensetzung: 0,010% < Kohlenstoff < 0,080% 0,1% < Mangan < 0,5% 0,02% < Aluminium < 0,08% Silizium < 0,1% Phosphor < 0,04% Schwefel < 0,025% Titan < 0,05% Stickstoff < 0,009% 0,001% < Bor < 0,01% 0,1% < Kupfer < 0,8% 0,05% < Nickel < 0,6% der Rest besteht aus Eisen und aus Verunreinigungen die von der Stahlerzeugung herrühren.
Blech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickelgehalt etwa gleich der Hälfte des Kupfergehaltes ist.
Blech nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung: 0,020% < Kohlenstoff < 0,040% 0,15% < Mangan < 0,25% 0,02% < Aluminium < 0,04% 0,02% < Silizium < 0,04% Phosphor < 0,02% Schwefel < 0,005% Titan < 0,02% Stickstoff < 0,009% 0,002% < Bor < 0,004% 0,30% < Kupfer < 0,40% 0,15% < Nickel < 0,20% der Rest besteht aus Eisen und aus Verunreinigungen die von der Stahlerzeugung herrühren.
Verfahren zur Herstellung eines Stahlbleches nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl, welcher folgende gewichtsanalytische Zusammensetzung hat: 0,010% < Kohlenstoff < 0,080% 0,1% < Mangan < 0,5% 0,02% < Aluminium < 0,08% Silizium < 0,1% Phosphor < 0,04% Schwefel < 0,025% Titan < 0,05% Stickstoff < 0,009% 0,001% < Bor < 0,01% 0,1% < Kupfer < 0,8% 0,05% < Nickel < 0,6% nach seiner Erzeugung folgendem unterzogen wird: – einer Warmwalzung, bei einer Temperatur höher als die Umwandlungstemperatur AR3, – einer Abkühlung, welche in einem Zeitintervall kleiner als 10 Sekunden nach dem Warmwalzen beginnt, die Abkühlung einerseits zwischen 3°C pro Sekunde und 80°C pro Sekunde stattfindet, und andererseits bis zu einer Temperatur, zwischen 600°C und 750°C durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmwalzung mit einer Temperatur in einem Intervall von 10°C bis 120°C über der Umwandlungstemperatur AR3, durchgeführt wird.