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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Niob enthaltenden Stahl, extra weich, mit Aluminium beruhigt und
frei von Titan, für
kaltgewalzte und geglühte
Flachprodukte, der eine chemische Zusammensetzung in Gewichts-%
aufweist, welche folgendes umfaßt:
von
0,010% bis höchstens
0,100% C,
höchstens
1,000% Mn,
höchstens
0,100% P,
höchstens
0,020% S,
höchstens
0,080% Al,
höchstens
0,500% Si,
einen Gehalt an N größer als 0 und von höchstens
0,012%,
wobei der Rest aus Eisen und Restverunreinigungen besteht.
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Bereits seit langem sind Niob enthaltende
Stähle
dieser Art bekannt (siehe beispielsweise EP-0101740, DE-19547181
und EP-A-0421087).
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Der von Titan freie Stahl, der in
der EP-A-0421087 angegeben ist, ist ein Stahl mit einem extrem niedrigen
Gehalt an Kohlenstoff, nämlich
kleiner als 0,007 Gewichts-%, in welchem der Gehalt an Nb sehr viel
größer ist
als der Gehalt an Stickstoff, in der Größenordnung des 20-fachen. Der
Stickstoff ist daher in diesem Stahl vollständig in Form von nitridiertem
Niob gebunden und wenn Bor verwendet wird, verbleibt es frei und nicht
nitriert. Bor ist vorgesehen, um die Bindungen der ferritischen
Körner
im Hinblick darauf zu schützen,
die Brüchigkeit
bei der Kaltumformung zu vermeiden. Dieser Stahl erlaubt es, bei
der Herstellung ein den IF (Interstitial Free)-Stählen gleichwertiges
oder verwandtes Blech zu erhalten, das zwar sehr hohe Tiefziehkoeffizienten
r aufweist, aber auch ein sehr hohes Δr (starke ebene Anisotropie).
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In der EP-0101740 wird die Herstellung
von Flachprodukten vorgeschlagen, deren Gehalt an Nb kleiner als
oder gleich dem Gehalt an N ist. Nach einem Warmwalzen bei einer
Endtemperatur kleiner als Ar3, einem Kaltwalzen
und einem Glühen
werden Produkte erhalten, die geringe mechanische Festigkeitseigenschaften
aufweisen, manchmal sogar geringere als die üblichen minimalen Anforderungen.
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In der DE-19547181 wird ein Niob
enthaltender Stahl hergestellt, in welchem der Gehalt an Nb mindestens
das 6-fache desjenigen des Stickstoffs betragen soll. Das Herstellungsverfahren
umfaßt
auch hier ein Warmwalzen bei einer Endtemperatur kleiner als Ar3, ein Kaltwalzen und ein Glühen sowie
ein Brennen nach Auftragung eines Firnisses. Die erhaltenen Endprodukte
weisen einen deutlich größeren Gehalt
an Niob auf, obgleich die mechanischen Festigkeitseigenschaften
nicht sehr verbessert sind.
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In der EP-B-0400031 wird schließlich als
Vergleichsbeispiel ein Niob enthaltender Stahl ohne Titan vorgeschlagen,
der einen Gehalt aufweist, der mehr als das 12-fache des Gehalts
an Stickstoff umfaßt.
Nach einem Warmwalzen bei einer Endtemperatur größer als Ar3,
einem Kaltwalzen und einem Glühen
wird ein Produkt erhalten, das sogar nach Ansicht der Patentinhaberin
für ein
starkes Tiefziehen nicht geeignet ist, wie auch immer die während des
Kaltwalzens verwendeten Reduktionsgrade sind.
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Das Dokument EP-A-0 816 524 offenbart
einen kohlenstoffarmen Stahl, der die folgende chemische Zusammensetzung
in Gewichts-% aufweist:
C 0,0010–0,01%; Si 0–0,2%; Mn
0,1–1,5%;
P 0–0,05%;
S 0–0,02%;
Al 0,03–0,10%,
fest; N 0–0,0040%;
mindestens ein Element ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Nb 0,005–0,08% und Ti 0,01–0,07%;
der Rest besteht aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen, wobei
die Gehalte an Nb, Ti und C zusätzlichen
Bedingungen genügen
müssen.
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Das Dokument EP-A-0 822 266 offenbart
einen kohlenstoffarmen Stahl, der die folgende chemische Zusammensetzung
in Gewichts-% aufweist:
C 0–0,06%; Si 0–0,03%;
Mn 0,1–0,3%;
P 0–0,02%;
S 0,005–0,015%;
Al 0,01–0,10,
fest; N 0–0,004%;
B 0,0005–0,0015;
O 0–0,0025%;
der Rest besteht aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen,
wobei die Gehalte an O und S sowie B und N zusätzlichen Bedingungen genügen müssen.
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Die vorliegende Erfindung hat zur
Aufgabe, einen Niob enthaltenden Stahl vorzuschlagen, der hinsichtlich
der mechanischen Eigenschaften von kaltumgewalzten und geglühten Bändern einen
geeigneten Kompromiß zwischen
den Festigkeitseigenschaften, wie beispielsweise die Elastizitätsgrenze
und die Bruchlast, und den Duktilitätseigenschaften, wie beispielsweise
die gleichmäßige Dehnung,
der Kaltumformungskoeffizient und die Gesamtdehnung, aufweist.
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Um diese Probleme zu lösen, ist
erfindungsgemäß, wie im
Anspruch 1 definiert, ein Niob enthaltender Stahl wie der zu Anfang
beschriebene vorgesehen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß dieser
Stahl einen Gehalt an Niob, der größer ist als 0 und höchstens
gleich groß ist
wie das 4-fache des N-Gehalts,
und einen Gehalt an Bor, der größer ist
als 0 und höchstens
gleich groß ist
wie 0,012 Gewichts-%, oder einen Gehalt an Zirkon, der größer ist
als 0 und höchstens
gleich groß ist
wie 0,080 Gewichts-%, aufweist, wobei dieser Gehalt an Bor oder
Zirkon ausreichend ist, um den nicht durch das Niob gebundenen Stickstoff
zu binden.
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Dieser Stahl weist den Vorteil auf,
einen wenig hohen Gehalt an Niob aufweisen zu können und daher die Duktilitätseigenschaften
des Stahls nicht zu ändern,
während
eine feste und vorzugsweise frühzeitige
Bindung des Stickstoffs durch die gleichzeitige Anwesenheit von
Bor oder Zirkon und von Niob erhalten wird. Vorteilhafterweise ist
der Gehalt an Niob höchstens
gleich groß wie
das 3-fache desselben.
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Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung weist der Stahl einen Gehalt an Nb kleiner als 0,040
Gewichts-% und vorzugsweise zwischen 0,005 und 0,030 Gewichts-%
auf. Vorteilhafterweise weist er einen Gehalt an Bor zwischen 0,0005
und 0,012 Gewichts-%, vorzugsweise zwischen 0,0015 und 0,012 Gewichts-%, oder
auch einen Gehalt an Zirkon zwischen 0,020 und 0,080 Gewichts-%
auf.
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Der Gehalt an Kohlenstoff ist gleich
groß wie
oder größer als
0,010 Gewichts-%.
Die Menge an Nb kann so im Vergleich zu dem Gehalt an Kohlenstoff
verhältnismäßig gering
sein, was die Herstellung eines Stahls mit günstigen mechanischen Eigenschaften
erlaubt.
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Weitere besondere Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Stahls
können
den nachstehend angegebenen Ansprüchen 2 bis 9 entnommen werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren
zur Herstellung von kaltgewalzten und geglühten Flachprodukten auf der
Grundlage eines Niob enthaltenden Stahls, der eine chemische Zusammensetzung
wie die oben angegebene aufweist. Dieses in dem Anspruch 10 beschriebene
Verfahren umfaßt
ein
Gießen
dieses Stahls in Brammen,
ein Wiedererwärmen der Brammen auf eine Temperatur
größer als
oder gleich groß wie
1000°C,
ein
Warmwalzen der Brammen zum Bilden von Bändern, mit einer Walz-Endtemperatur
größer als
Ar3,
ein Aufwickeln der Bänder bei
einer Aufwicklungstemperatur zwischen 500 und 750°C,
ein
Kaltwalzen der Bänder
mit einem vorherbestimmten Reduktionsverhältnis,
ein Rekristallisationsglühen und
einen
finalen Kaltumformungsdurchgang (der Außenhaut).
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Dieses Verfahren bietet den Vorteil
einer festen Bindung des Stickstoffs in Form von Bor- oder Zirkonnitrid
sowie in Form von Niobcarbonitrid, und dies in einem sehr frühen Stadium
des Verfahrens. Die gleichzeitige Anwesenheit von Bor oder Zirkon
und von Niob begünstigt
außerdem,
während
des Warmwalzens, eine verminderte Größe des austenitischen Korns.
Bei der angewendeten Wiedererwärmungstemperatur
geht das vorhandene Niob vorteilhafterweise in Lösung.
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Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Warmwalz-Endtemperatur vorzugsweise gleich groß wie oder
kleiner als 900°C.
Es ist genau bei dieser Temperatur, das heißt zwischen der Temperatur
des Übergangs
von γ → α (Ar3) und 900°C,
daß die
Bornitride und die Niobcarbonitride in dem erfindungsgemäßen Verfahren
präzipitieren,
was den Stickstoff bindet. Die oben genannte maximale Temperatur
ist jedoch nicht kritisch und sie soll nur als eine bevorzugte Temperatur
angesehen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung liegt das Reduktionsverhältnis beim Kaltwalzen in der
Größenordnung
von 40 bis 85%, vorzugsweise von 55–80%. Dieses Reduktionsverhältnis wird gemäß der folgenden
Formel berechnet:
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Weitere besondere Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
können
den nachstehend angegebenen Ansprüchen 11 bis 17 entnommen werden.
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Weitere Details und Besonderheiten
der Erfindung können
der nachstehend als nicht einschränkendes Beispiel angegebenen
Beschreibung entnommen werden.
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Der erfindungsgemäße Niob enthaltende Stahl ist üblicherweise
ein durch Konversion erzeugter oder ein konventionell elektrisch
hergestellter Stahl, der kontinuierlich gegossen wird. Dieser Stahl
sollte extra weich sein, das heißt einen äußerst niedrigen Gehalt an Kohlenstoff
aufweisen, kleiner als 0,100 Gewichts-%, während minimale Gehalte von
bis zu 0,020% oder weniger erreicht werden können. Vorteilhafterweise jedoch
unterschreitet der Gehalt an Kohlenstoff nicht einen Wert kleiner
als 0,010 Gewichts-%.
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Dieser Stahl muß auch mit Aluminium mit einem
Gehalt kleiner als 0,080 Gewichts-% beruhigt sein.
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Er umfaßt selbstverständlich Niob
und ist völlig
frei von Zusätzen
von Titan.
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Die chemische Zusammensetzung dieses
Stahls in Gewichts-% kann demnach die folgende sein:
0,010 < C < 0,100
0,100 < Mn < 1,000
P < 0,100
S < 0,020
Al < 0,080
N < 0,012
Si < 0,500
mit
gewollten Zusätzen
von Niob, die mit einem Zusatz von Bor oder Zirkon kombiniert werden,
beispielsweise:
Nb ≤ 0,040
Gewichts-% und
0,0015 ≤ B ≤ 0,0120 Gewichts-%
oder
0,020 ≤ Zr ≤ 0,080 Gewichts-%,
wobei
der Rest aus Eisen und Restverunreinigungen von beispielsweise Cu,
Ni, Cr und Sn besteht.
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Tatsächlich berechnen sich die passenden
Werte von Nb, B und Zr hauptsächlich
in Abhängigkeit
vom Stickstoff, der in dem Stahl im Verlauf der Behandlung vorliegt.
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Die Menge an hinzuzufügendem Nb
ist demzufolge in Wirklichkeit stöchiometrisch deutlich geringer als
der Stickstoff. Der nicht durch das Niob gebundene Stickstoff wird
durch B oder Zr gebunden, was einen geringeren Zusatz von Nb, als
er normalerweise erforderlich ist, erlaubt, um die ausreichenden
mechanischen Festigkeitseigenschaften seitens eines Niob enthaltenden
Stahls, ohne Titan, zu erhalten. Dieser minimale Zusatz von Nb erlaubt
es, gleichzeitig gute Duktilitätseigenschaften
zu erhalten. Er bietet in Anbetracht der für das Niob nicht unerheblichen
Kosten außerdem
beträchtliche
wirtschaftliche Vorteile.
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Der oben beschriebene Stahl wird
in Brammen gegossen, die in einem herkömmlichen Ofen, beispielsweise
einem Hubbalkenofen oder einem Durchstoßofen, wiedererwärmt werden,
damit sie im Kern eine Temperatur größer als oder gleich groß wie 1000°C erreichen,
die ausreichend ist, um das präzipitierte
Niob in Lösung
zu bringen.
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Es wird dann ein Warmwalzen auf einer
herkömmlichen
Walzstraße
durchgeführt,
im allgemeinen in zwei Schritten:
- – ein Vorwalzen,
um einen Rohling mit einer Dicke von 35 mm ± 10 mm bei einer mittleren
Temperatur von 1050°C
herzustellen, und
- – eine
Endbearbeitung, um ein Warmband mit einer Dicke von 1 bis 10 mm
herzustellen, bei der eine minimale Warmwalz-Temperatur, die größer als
die Temperatur der Umwandlung der γ-Phase in die α-Phase (Ar3) sein sollte, zu berücksichtigen ist.
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Es ist zwischen 900°C und dieser
Umwandlungstemperatur, daß die
Bornitride und die Niobcarbonitride mit der Folge einer sehr frühzeitigen
Bindung des Stickstoffs präzipitieren.
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Das Band wird dann kontrolliert abgekühlt und
schließlich
bei einer Temperatur in der Größenordnung von
625°C ± 125°C aufgewickelt.
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Nach einem kontinuierlichen Ätzen in
herkömmlichen
Anlagen (HCl oder H2SO4)
wird das Band kalt umgewalzt, und dies mit einem Reduktionsverhältnis der
Dicke zwischen 40 und 85%.
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Das kaltgewalzte Band wird dann einem
Rekristallisationsglühen
unterworfen, um ihm die erforderlichen mechanischen Eigenschaften
zu verleihen. Dieses Glühen
kann in Form eines statischen Glühens
erfolgen, beispielsweise in einer kompakten oder lockeren Wicklung
bei einer Temperatur in der Größenordnung von
620–680°C, oder in
Form eines kontinuierlichen Glühens
bei einer Temperatur von 680–850°C. Das letztere
Glühen
kann mit einem möglichen
Beschichten durch Tauchbeschichtung oder anderen Verfahren kombiniert
werden oder nicht.
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Ein letzter Walzschritt wird noch
in Form einer finalen Kaltumformung durchgeführt, um die Phänomene von "Lüders-Bändern" zu unterdrücken und um eine gute Rauhigkeit
der Oberfläche
sowie eine Ebenheit des Produktes zu gewährleisten.
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Die vorliegende Erfindung wird in
detaillierterer Weise unter Zuhilfenahme der als nicht einschränkend angegebenen
Beispiele erläutert.
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Vergleichsbeispiel 1
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Stahl mit einem äußerst niedrigen Gehalt an Kohlenstoff,
ohne Niob, aber mit einem Zusatz von Bor.
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Chemische
Zusammensetzung (in 10
–3%).
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Warmgewalztes Band mit einer Dicke
von 3 mm.
Warmwalz-Endtemperatur | 870°C |
Wicklungstemperatur | 620°C |
HCl-Ätzen | |
Reduktionsverhältnis | 66% |
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Kaltgewalztes Band mit einer Dicke
von 1 mm.
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Kontinuierliches Rekristallisationsglühen bei
700°C, 40
s lang, gefolgt von einem Abschrecken mit warmem Wasser, mit 50°C/s bis auf
400°C, einem
Durchführen
einer Vergütung
bei 400°C,
120 s lang, und einem Abkühlen
durch Düsen
bis auf eine Temperatur von 120°C,
einem Ätzen
mit Ameisensäure,
einem Spülen,
einem Trocknen und dann einer Durchführung einer finalen Kaltumformung
mit einem Verhältnis
von 0,8%.
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Mechanische
Eigenschaften
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Vergleichsbeispiel 2
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Der gleiche Stahl wie derjenige,
der in dem Vergleichsbeispiel 1 verwendet wird.
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Es wird das gleiche Verfahren angewendet,
mit dem Unterschied des Rekristallisationsglühens, welches dieses Mal statisch
ist, mit 640°C
am kältesten
Punkt (mit einer maximalen Temperatur von 700°C), 2 Stunden lang. Dann wird
die Behandlung in vorstehend beschriebener Weise beendet. Mechanische
Eigenschaften
Rp
0,2 = | 175
MPa |
Rm
= | 310
MPa |
A%
= | 40% |
n = | 0,230 |
r travers
= | 1,25 |
Δr = | 0,050 |
r im
Mittel = | 1,01 |
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Vergleichsbeispiel 3
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Niob enthaltender Stahl mit einem äußerst geringen
Gehalt an Kohlenstoff, ohne Bor.
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Chemische
Zusammensetzung (in 10
–3%)
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Das angewendete Verfahren ist das
gleiche wie das des Vergleichsbeispiels 1 mit diesen einigen Unterschieden:
Wicklungstemperatur: | 600 °C |
Reduktionsverhältnis: | 50% |
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Statisches Rekristallisationsglühen bei
660°C am
kältesten
Punkt (mit einer maximalen Temperatur von 680°C), 2 Stunden lang, oder kontinuierliches
Glühen
bei ungefähr
790°C, 1
Minute lang, und Vergütung bei
400 °C,
180 Sekunden lang, und dann Durchführung einer finalen Kaltumformung
mit einem Verhältnis
von 1,4%. Mechanische
Eigenschaften (in der Länge)
Rp
0,2 = | 350
MPa |
Rm
= | 440
MPa |
A%
= | 26% |
n = | 0,155 |
r travers
= | 1,2 |
r Länge = | 0,7 |
Δr = | –0,250 |
r im
Mittel = | 1,1 |
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Beispiel 4
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Erfindungsgemäßer Niob enthaltender Stahl
mit einem Zusatz von Bor.
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Chemische
Zusammensetzung (in 10
–3)
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Das angewendete Verfahren ist das
gleiche wie dasjenige, welches in dem Vergleichsbeispiel 1 beschrieben
ist, mit diesen einigen Unterschieden:
Wicklungstemperatur: | 500°C |
Reduktionsverhältnis: | 80% |
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Statisches Rekristallisationsglühen bei
660°C am
kältesten
Punkt (mit einer maximalen Temperatur von 710°C), 2 Stunden lang, dann Durchführung einer
finalen Kaltumformung mit einem Verhältnis von 1,5%. Mechanische
Eigenschaften
Rp
0,2 = | 290
MPa |
Rm
= | 390
MPa |
A%
= | 36,5% |
n = | 0,195 |
r travers
= | 1,1 |
Δr = | –0,005 |
r im
Mittel = | 1,0 |
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Beispiel 5
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Erfindungsgemäßer Niob enthaltender Stahl
mit einem Zusatz von Bor.
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Chemische
Zusammensetzung (in 10
–3%)
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Das angewendete Verfahren ist das
gleiche wie das in dem Vergleichsbeispiel 1 beschriebene mit diesen
einigen Unterschieden:
Warmwalz-Endtemperatur: | 875°C |
Wicklungstemperatur: | 640°C |
Reduktionsverhältnis: | 55% |
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Kontinuierliches Glühen zum
Verzinken bei 850°C
(Temperatur des Zinkbades: 480°C)
mit einer Vergütung
bei 480 °C,
dann Durchführung
einer finalen Kaltumformung mit einem Verhältnis von 1,2%. Mechanische
Eigenschaften
Rp
0,2 = | 300
MPa |
Rm
= | 400
MPa |
A%
= | 33% |
n = | 0,175 |
r travers
= | 1,1 |
Δr = | 0,005 |
r im
Mittel = | 1,0 |
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Vergleichsbeispiel 6
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Stahl mit einem äußerst niedrigen Gehalt an Kohlenstoff,
ohne Niob, aber mit einem Zusatz von Zirkon.
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Chemische
Zusammensetzung (in 10
–3%)
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Das angewendete Verfahren ist das
gleiche wie das des Vergleichsbeispiels 1 mit diesen einigen Unterschieden:
Warmwalz-Endtemperatur: | 885°C. |
Wicklungstemperatur: | 650°C. |
statisches
Rekristallisationsglühen
(Basisglühen)
bei | 610°C. |
Verhältnis der
finalen Kaltumformung: | 0,9%. |
Mechanische
Eigenschaften
Rp
0,2 = | 224
MPa |
Rm
= | 351
MPa |
A%
= | 37,6% |
n = | 0,206 |
Δr = | 0,308 |
r im
Mittel = | 0,96 |
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Beispiel 7
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Niob enthaltender Stahl mit einem äußerst niedrigen
Gehalt an Kohlenstoff, mit einem Zusatz von Zirkon.
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Chemische
Zusammensetzung (in 10
–3%)
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Das angewendete Verfahren ist das
gleiche wie das des Vergleichsbeispiels 1 mit diesen einigen Unterschieden:
Wicklungstemperatur: | 640°C. |
Reduktionsverhältnis: | 58,3%. |
Statisches
Rekristallisationsglühen
(Basisglühen)
bei | 700°C. |
Verhältnis der
finalen Kaltumformung: | 0,8% |
Mechanische
Eigenschaften
Rp
0,2 = | 255
MPa |
Rm
= | 361
MPa |
A%
= | 36,4% |
n = | 0,190 |
Δr = | 0,040 |
r im
Mittel = | 1,01 |
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Wie ausgehend von diesen Beispielen
festgestellt werden kann, sind die extra weichen Stähle mit
Bor oder Zirkon, ohne Niob, sehr duktil und weisen unzureichende
schwache mechanische Festigkeitswerte auf, die den vom Verbraucher
geforderten minimalen Werten verhältnismäßig nahe sind (RP0,2
größer als
oder gleich groß wie
220 MPa und Rm größer als
oder gleich groß wie
320 MPa).
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Der extra weiche Niob enthaltende
Stahl, ohne Bor und ohne Zirkon, des Vergleichsbeispiels 3 weist gute
mechanische Festigkeitswerte auf, aber seine Duktilitätseigenschaften
sind völlig
unzufriedenstellend, während
im allgemeinen eine Bruchdehnung größer als oder gleich groß wie 32%
und ein Kaltumformungskoeffizient größer als oder gleich groß wie 0,170
gefragt ist.
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Die erfindungsgemäßen Niob enthaltenden Stähle bieten
gleichzeitig weitaus größere mechanische Festigkeitseigenschaften
als die gewöhnlichen
Untergrenzen und gute Duktilitätseigenschaften,
so daß sie demzufolge
einen völlig
geeigneten Kompromiß für die nachfolgenden
Behandlungen liefern.
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Besonders überraschenderweise weisen die
erfindungsgemäßen Niob
enthaltenden Stähle
in kaltumgewalzten und geglühten
Bändern
in der Ebene des Bandes mechanische Eigenschaften auf, die im wesentlichen
unabhängig
von der Richtung in Bezug auf die Walzrichtung sind, sowie eine
zu einer rationalen Kontraktion in der Dicke im wesentlichen identische
rationale Kontraktion in der Breite. Sie vereinigen daher alle die
Bedingungen, um schwierigen Tiefziehbehandlungen und Behandlungen
anderen Typs unterzogen zu werden.