DE69918393T2

DE69918393T2 - Verfahren zur herstellung von kaltgewalztem stahlblech mit ausgezeichneten alterungsbeständigkeits- und oberflächeneigenschaften

Info

Publication number: DE69918393T2
Application number: DE69918393T
Authority: DE
Inventors: Fusato Kitano; Takeshi Fujita; Tadashi Inoue; Michihito Hiasa; Takeo Toyota-shi ISHII
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1998-04-27
Filing date: 1999-04-22
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2019-04-23
Also published as: US6273971B1; EP0996750A1; KR20010014230A; KR100351483B1; JP4177477B2; JPH11310827A; EP0996750B1; BR9906399A; CN1266462A; DE69918393D1; CN1100885C; WO1999055922A1; TW428034B

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines kaltgewalzten Stahlblechs, das zur Verwendung bei der Herstellung von Karosserieblechen von Fahrzeugen, wie Türen, Hauben und Stoßstangen, geeignet ist, insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines kaltgewalzten Stahlblechs mit einer hervorragenden Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung, um die Fließdehnung bei Zug zu unterdrücken, sowie mit einer hervorragenden Umformbarkeit der Blechplatte, Formbarkeit der Blechplatte und Beständigkeit gegenüber Einbeulungen, d.h. Beständigkeit gegenüber einer örtlichen Austiefung.
Allgemeiner Stand der Technik
Stahl, der für die Herstellung von Karosserieblechen von Fahrzeugen, wie Türen, Hauben und Stoßstangen, verwendet wird, muß einerseits weich sein und zeigt vor dem Gestalten des Karosserieblechs eine hervorragende Umformbarkeit und muß andererseits nach dem Umformen der Blechplatte und dem Lackieren auch eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen, um die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen zu verbessern.
In den letzten Jahren wurde ein durch Glühen härtbares (BH), kaltgewalztes Stahlblech als Stahlblech entwickelt, das diese Forderungen erfüllt, und gegenwärtig wird dieses in großem Umfang verwendet. Intensive Untersuchungen hat man insbesondere bei einem Verfahren zum Herstellen eines BH-Stahlblechs durchgeführt, das eine hervorragende Tiefziehbarkeit aufweist, indem ein kaltgewalztes Stahlblech geglüht wurde, das hergestellt worden war, indem einem besonders kohlenstoffarmen Stahl mit einem auf etwa 50 ppm verringerten Kohlenstoffgehalt carbonitrierende Elemente, wie Nb und Ti, in einem auf das Kohlenstoffäquivalent bezogenen Atomverhältnis von 1 oder weniger zugesetzt wurden.
Die Japanische Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 60-46166 offenbart z.B. ein Verfahren zum Glühen eines besonders kohlenstoffarmen Stahls, dem Nb oder Ti zugesetzt wurden, bei einer hohen Temperatur, d.h. etwa 900 °C. Das in diesem Stand der Technik offenbarte Verfahren ist deshalb erwünscht, weil es, da der Stahl bei einer hohen Temperatur geglüht wird, möglich ist, die Härtbarkeit durch Glühen (BH), d.h. den Härtegrad des Stahls, zu verbessern, der erreicht werden kann, wenn Stahl unter Spannung geglüht wird, und den r-Wert zu verbessern, der einen Index der Tiefziehbarkeit darstellt.
Dieses Verfahren führt jedoch zu dem Problem, daß die Ferritkörner grober werden können, so daß der Oberflächenzustand des Stahlblechs beeinträchtigt wird. Da das Stahlblech selbst weich wird, ist auch die mechanische Festigkeit des Stahlblechs nach dem Umformen und Lackieren unbefriedigend, selbst wenn das Stahlblech eine gute BH-Eigenschaft erhalten hat.
Die Japanische Patentschrift (Kokai) Nr. 61-276928 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines BH-Stahlblechs durch Glühen eines besonders kohlenstoffarmem Stahls mit einem Nb-Zusatz in einem Temperaturbereich von etwa 700 °C bis 850 °C. Die in diesem Stand der Technik offenbarte Glühtemperatur ist im Vergleich mit derjenigen relativ niedrig, die im vorstehend genannten JP'166 offenbart ist. Diese niedrige Glühtemperatur ist in bezug auf die Oberfläche und die Streckgrenze des Stahlblechs erwünscht, sie ist jedoch für eine Verbesserung des r-Wertes und der BH-Eigenschaft unbefriedigend.
Obwohl der vorstehend als Beispiel aufgeführte jeweilige Stand der Technik die BH-Eigenschaft eines Stahlblechs verbessern soll, fördert eine Verbesserung der BH-Eigenschaft außerdem die natürliche Alterung. Daraus folgt, daß es bei der Lagerung bei Raumtemperatur wahrscheinlich zur Dehnung bei der Streckgrenze kommt, was dazu führt, daß beim Umformen der Blechplatte eine Fließfigur entstehen kann. Um diese Probleme zu vermeiden, wird die Verbesserung der BH-Eigenschaft eingeschränkt.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines kaltgewalzten Stahlblechs anzugeben, das eine hervorragende Umformbarkeit der Blechplatte und Beständigkeit gegenüber Einbeulungen aufweist, die bei einem Stahlblech erforderlich sind, das als Karosserieblech von Fahrzeugen verwendet wird, wobei die Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung erhalten bleibt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines feuerverzinkten Stahlblechs anzugeben, das eine hervorragende Umformbarkeit der Blechplatte und Beständigkeit gegenüber Einbeulungen aufweist, die bei einem Stahlblech erforderlich sind, das als Karosserieblech von Fahrzeugen verwendet wird, wobei die Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung erhalten bleibt.
Diese Aufgaben können mit dem folgenden Verfahren gelöst werden:
Einem Verfahren zum Herstellen eines kaltgewalzten Stahlblechs mit einer hervorragenden Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung und hervorragenden Eigenschaften der Blechplatte, das die folgenden Schritte aufweist:

– Herstellen von Stahl, der aus folgenden Komponenten besteht: 0,005 bis 0,012 Gew.-% C, 0,01 bis 0,4 Gew.-% Si, 0,15 bis 1,0 Gew.-% Mn, 0,01 bis 0,08 Gew.-% P, höchstens 0,02 Gew.-% S, 0,01 bis 0,1 Gew.-% sol. Al, höchstens 0,004 Gew.-% N, 0,01 bis 0,2 Gew.-% Nb und gegebenenfalls 0,04 bis 0,1 Gew.-% Ti und/oder 0,0002 bis 0,002 Gew.-% B,

X = (12/93 )(Nb %/C %) + (12/48) (Ti* %/C %) (1)

– Schmelzen des Stahls;
– Warmwalzen und Kaltwalzen des geschmolzenen Stahls;
– Ausgleichsglühen des kaltgewalzten Stahlblechs bei einer Temperatur T (°C), die der Formel Ac3 ≥ T (°C) ≥ 157log (X) + 737 entspricht; und
– Abkühlen des Stahlblechs nach dem Schritt des Ausgleichglühens mit einer Abkühlungsrate, die der Formel R (°C)/s ≤ -35 + 162/X entspricht.

Einem Verfahren, wie es vorstehend definiert ist, wobei der kaltgewalzte Stahl eine Streckgrenze von 212 bis 233 MPa, einen 2 %-BH-Wert, d.h. einen Härtegrad von 0 bis 11 MPa, der durch Glühen erreicht wird, nachdem er eine Dehnung von 2 % erfahren hat, eine bleibende Verformung δ30 von 0,18 bis 0,25 mm, nachdem eine Belastung von 30 kgf aufgebracht und anschließend entfernt worden ist, einen Wert ρ für das Zurückfedern von 1 bis 4 % und einen Wert für die Wiederherstellung der Dehnung bei der Streckgrenze ΔYPel nach einer sechsmonatigen Lagerung bei 25 °C von 0 % aufweist.
Einem Verfahren, wie es vorstehend definiert ist, wobei der kaltgewalzte Stahl eine Streckgrenze von 220 bis 231 MPa, einen 2 %-BH-Wert, d.h. einen Härtegrad von 5 bis 14 MPa, der durch Glühen erreicht wird, nachdem er eine Dehnung von 2 % erfahren hat, eine bleibende Verformung δ30 von 0,2 bis 0,23 mm, nachdem eine Belastung von 30 kgf aufgebracht und anschließend entfernt worden ist, einen Wert ρ für das Zurückfedern von 4 % und einen Wert für die Wiederherstellung der Dehnung bei der Streckgrenze ΔYPel nach einer sechsmonatigen Lagerung bei 25 °C von 0 % aufweist.
Einem Verfahren, wie es vorstehend definiert ist, wobei der kaltgewalzte Stahl eine Streckgrenze von 220 bis 233 MPa, einen 2 %-BH-Wert, d.h. einen Härtegrad von 0 bis 3 MPa, der durch Glühen erreicht wird, nachdem er eine Dehnung von 2 % erfahren hat, eine bleibende Verformung δ30 von 0,21 bis 0,25 mm, nachdem eine Belastung von 30 kgf aufgebracht und anschließend entfernt worden ist, einen Wert ρ für das Zurückfedern von 2 bis 4 % und einen Wert für die Wiederherstellung der Dehnung bei der Streckgrenze ΔYPel nach einer sechsmonatigen Lagerung bei 25 °C von 0 % aufweist.
Einem Verfahren, wie es vorstehend definiert ist, zum Herstellen eines feuerverzinkten Stahlblechs mit einer hervorragenden Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung und hervorragenden Eigenschaften der Blechplatte, das ferner einen Schritt des Galvanisierens des kaltgewalzten Stahlblechs aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein kaltgewalztes Stahlblech und ein feuerverzinktes Stahlblech in stabiler Weise hergestellt werden, bei denen die Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung, die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen nach dem Umformen der Blechplatte und die Formbarkeit hervorragend sind, was bei einem Stahlblech gefordert ist, das als Karosserieblech von Fahrzeugen verwendet wird, wenn die chemische Zusammensetzung des Stahls und die Glühbedingungen, wie die Glühtemperatur und die Abkühlungsrate, geeignet geregelt werden. Deshalb ist die vorliegende Erfindung in der Stahlindustrie und der Fahrzeugindustrie von besonderer Bedeutung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
Es zeigen:
1 die Änderungen der Form der Blechplatte von erfindungsgemäßen Materialien, die sich durch den 2 %-BH-Wert unterscheiden;
2 Verfahren zur Auswertung der Beständigkeit gegenüber Einbeulungen und der Formbarkeit gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 die Auswertungsergebnisse der Beständigkeit gegenüber Einbeulungen und der Formbarkeit der Blechplatte bei Stählen, die sich durch ihre Bestandteile unterscheiden;
4 eine graphische Darstellung des Einflusses der Glühtemperatur und der Bestandteile des Stahls auf die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen, die Formbarkeit der Blechplatte und die Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung; und
5 eine graphische Darstellung des Einflusses der Abkühlungsrate und der Bestandteile des Stahls auf die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen, die Formbarkeit der Blechplatte und die Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung.
Beste Art und Weise der Durchführung der Erfindung
Die Erfinder haben im vorliegenden Fall kürzlich festgestellt, daß die Blechplatteneigenschaften eines Stahlblechs, das ursprünglich eine sehr gute BH-Eigenschaft aufwies, im Vergleich mit denen eines Stahlblechs mit einer schlechten BH-Eigenschaft im Gegensatz zur natürlichen Alterung, wie sie vorstehend beschrieben ist, deutlich beeinträchtigt werden. Insbesondere haben die Erfinder im vorliegenden Fall ein Stahlblech mit den Maßen 300 mm × 300 mm zu einem Halbzylinder mit 850 mm R und 100 mm im Quadrat mit einer Formgebungsspannung von 2 % umgeformt, um die Form im glatten Teil der Blechplatte zu messen.
Es wurde festgestellt, daß der Stahl (2) mit einer sehr guten BH-Eigenschaft stark zurückfedert, wohingegen der Stahl (1) mit einer schlechten BH-Eigenschaft wenig zurückfedert. Das bedeutet, daß es bei einem Stahlblech schwierig ist, die Form barkeit beim Umformen der Blechplatte zu erreichen, selbst wenn das Stahlblech die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen erfüllt und eine BH-Eigenschaft aufweist, bei der die natürliche Alterung keine Probleme mit sich bringt.
Bei dieser Sachlage sind die Erfinder zu der Auffassung gelangt, daß es für die Herstellung eines Stahlblechs mit einer hervorragenden Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung und einer hervorragenden Formbarkeit der Blechplatte im Gegensatz zur herkömmlichen, auf der BH-Eigenschaft basierenden Materialausführung wichtig ist, daß die BH-Eigenschaft schlechter wird.
Als eine Maßnahme zur Verbesserung der Beständigkeit gegenüber Einbeulungen haben die Erfinder im vorliegenden Fall beim Umformen einer Blechplatte anstelle des Index der BH-Eigenschaft der Kalthärtungseigenschaft in einem Bereich mit einer geringen Dehnung Aufmerksamkeit geschenkt und haben unter der Annahme extensiv weitergeforscht, daß die Materialausführung für die Verbesserung der Kalthärtungseigenschaften auch eine Verbesserung der Beständigkeit gegenüber Einbeulungen bewirkt.
Dadurch wurde festgestellt, daß es für die Verbesserung der Beständigkeit gegenüber Einbeulungen neben dem Verfestigungsmechanismus von Stahl effektiv ist, in der Matrix des Stahls insbesondere feine Carbonitridpartikel zu dispergieren, die die Kalthärtungseigenschaft beeinflussen.
Die Erfinder haben auch festgestellt, daß ein Stahlblech, das sowohl die Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung als auch die Eigenschaften der Blechplatte erfüllt, erhalten werden kann, wenn die im Stahl enthaltenen Mengen von C, Nb und Ti geregelt werden und das sich bildende Carbonitrid in einem bestimmten Bereich liegt und wenn die Temperatur beim Ausgleichsglühen und die Abkühlungsrate nach dem Ausgleichsglühen so gesteuert werden, daß sie beim Glühschritt nach dem Warmwalzen und dem Kaltwalzen innerhalb vorbestimmter Bereiche liegen, und gelangten somit zur vorliegenden Erfindung.
Nachstehend werden die Gründe für die Verwendung von Zusätzen für den Stahl beschrieben, um die Einschränkungen für die Zusatzkomponenten und die Einschränkungen für die im erfindungsgemäßen Verfahren angewendeten Fertigungs bedingungen zu spezifizieren. In der folgenden Beschreibung steht "%" für "Gew.-%".
(1) Bereich der Zusatzkomponenten:
C: 0,005 bis 0,012 %
Kohlenstoff wird zusammen mit Nb oder Ti sowie auch N zugesetzt, um Carbonitrid zu erhalten, das entsteht und zur Verbesserung der Kalthärtungseigenschaft beim Umformen der Blechplatte beiträgt. Um diese Aufgabe zu lösen, ist mindestens 0,005 % C erforderlich. Wenn die Kohlenstoffmenge 0,012 % übersteigt, wird das Stahlblech hart, so daß die Formbarkeit der Blechplatte beeinträchtigt wird. Daraus folgt, daß die Kohlenstoffmenge im Bereich von 0,005 bis 0,012 % liegen sollte.
Si: 0,01 bis 0,4 %
Silicium bewirkt eine Verfestigung des Stahls. Wenn die Siliciummenge kleiner als 0,01 % ist, kann die Fähigkeit zur Mischkristallverfestigung nicht erreicht werden. Wenn die Siliciummenge andererseits 0,4 % übersteigt, wird die Umformbarkeit des Stahls beeinträchtigt. Außerdem kann die Stahloberfläche nicht befriedigend feuerverzinkt werden. Daraus folgt, daß die Siliciummenge im Bereich von 0,01 bis 0,4 % liegen sollte.
Mn: 0,15 bis 1,0 %
Mangan wird zugesetzt, damit S fest wird, das in Form von MnS zur Warmbrüchigkeit des Stahls führt. Wenn die Menge von Mn kleiner als 0,15 % ist, kann dieser bestimmte Effekt nicht erzielt werden. Andererseits wird dieser bestimmte Effekt bereits erfüllt, wenn die Menge von Mn 1,0 % erreicht hat. Daraus folgt, daß die Menge von Mn im Bereich von 0,15 bis 1,0 % liegen sollte.
P: 0,01 bis 0,08 %
Phosphor ruft die markanteste Fähigkeit zur Mischkristallverfestigung hervor. Somit ist mindestens 0,01 % P erforderlich. Wenn die Menge von P jedoch 0,08 % übersteigt, nimmt die Geschmeidigkeit des Stahls deutlich ab. Außerdem kann bei der Galvanisierungsbehandlung keine gute Legierungsbildung erfolgen. Daraus folgt, daß die Menge von P im Bereich von 0,01 bis 0,08 % liegen sollte.
S: ≤ 0,02 %
Schwefel führt zur Warmbrüchigkeit und sollte folglich in einer Menge von 0,02 % oder weniger verwendet werden.
Sol. Al: 0,01 bis 0,1 %
Sol. Al wird für die Desoxidation des Stahls und zum Fixieren des gelösten N im Stahl zugesetzt. Um diesen Zweck zu erfüllen, muß mindestens 0,01 % sol. Al zugesetzt werden. Wenn die Zugabemengen jedoch 0,1 % übersteigt, werden die Oberflächeneigenschaften des Stahlblechs deutlich schlechter. Daraus folgt, daß die Menge von sol. Al im Bereich von 0,01 bis 0,1 % liegen sollte.
N: ≤ 0,004 %
Stickstoff wird in Form von AlN immobilisiert. Wenn die Menge von N jedoch 0,004 % übersteigt, kann die Geschmeidigkeit des Stahlblechs durch AlN beeinträchtigt werden. Außerdem kann gelöster N im Stahl das natürliche Altern des Stahlblechs fördern. Daraus folgt, daß die Menge von N nicht größer als 0,004 %, vorzugsweise nicht größer als 0,003 % sein sollte.
Nb: 0,01 bis 0,2 %
Niob wird zugesetzt, um Carbonitrid zu bilden, das zur Kalthärtungseigenschaft beim Umformungsschritt einer Blechplatte beiträgt. Wenn die Zugabemenge weniger als 0,01 % beträgt, kann die gewünschte Wirkung nicht erzielt werden, wobei es nicht zu einer ausreichenden Verbesserung der Beständigkeit gegenüber Einbeulungen kommt. Wenn die Zugabemenge andererseits 0,2 % übersteigt, wird das Stahlblech hart. In diesem Fall wird die Formbarkeit der Blechplatte beeinträchtigt, obwohl die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen besser ist. Daraus folgt, daß die Zugabemenge von Nb zwischen 0,01 und 0,2 %, vorzugsweise zwischen 0,023 und 0,1 %, liegen sollte.
Ti: 0,04 bis 0,1 %
Wie Niob dient Titan dazu, Carbonitrid zu bilden, so daß beim Schritt zum Umformen der Blechplatte die Kalthärtung im Bereich mit einer geringen Dehnung verbessert wird. Wenn die Zugabemenge von Ti weniger als 0,04 % beträgt, kann kein ausreichender Effekt der Bildung von Carbonitrid erzielt werden. Wenn die Zugabemenge 0,1 % übersteigt, steigt die Streckgrenze des Stahlblechs jedoch derart, daß die Formbarkeit der Blechplatte beeinträchtigt wird. Außerdem werden die Oberflächeneigenschaften des Stahlblechs nach der Galvanisierungsbehandlung deutlich beeinträchtigt. Daraus folgt, daß die Zugabemenge von Ti im Bereich von 0,04 bis 0,1 %, vorzugsweise von 0,05 bis 0,09 %, liegen sollte. 1,2 ≤ X ≤ 2,5 X = (12/93 ) (Nb %/C %) + (12/48) (Ti* %/C %)mit Ti* % = Ti % – (48/14) N % – (48/32) S %,
wobei, wenn Ti* in der vorstehend angegebenen Gleichung nicht größer als 0 ist, der Wert von Ti* als 0 angesehen wird.
X ist ein Index, der den Einfluß auf die Verbesserung der Kalthärtungseigenschaften bezeichnet, der beim Umformungsschritt einer Blechplatte von Carbonitrid der Nb,Ti-Reihe hervorgerufen wird.
Wenn der Wert für X kleiner als 1,2 ist, kann das Carbonitrid der Nb,Ti-Reihe beim Schritt zum Umformen der Blechplatte keinen ausreichenden Einfluß auf die Verbesserung der Kalthärtungseigenschaften ausüben. Außerdem ist es unmöglich, Kohlenstoff in Form von Carbonitrid ausreichend im Stahl zu immobilisieren, so daß es zu der BH-Eigenschaft kommt, die eine nachteilige Wirkung auf die Formbarkeit der Blechplatte ausübt. Wenn der Wert für X andererseits 2,5 übersteigt, wird die Streckgrenze des Stahlblechs so erhöht, daß die Formbarkeit der Blechplatte beeinträchtigt wird, obwohl die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen der Blechplatte besser ist. Daraus folgt, daß X im Bereich von 1,2 bis 2,5, d.h. 1,2 ≤ X ≤ 2,5, vorzugsweise zwischen 1,3 und 2,2, d.h. 1,3 ≤ X ≤ 2,2, liegen sollte.
Von den verschiedenen, in der vorliegenden Erfindung verwendeten Zusatzkomponenten sind Nb und Ti sowohl für die Verbesserung der Formbarkeit der Blechplatte als auch der Beständigkeit gegenüber Einbeulungen am wirksamsten. Wenn Zr oder V verwendet werden, übt das entstehende Carbonitrid keine befriedigende Wirkung aus.
3 ist eine graphische Darstellung, die auf der Abszisse die Formbarkeit der Blechplatte und auf der Ordinate die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen in bezug auf die Nb-Reihe (Ο), die Nb,B-Reihe (ο), die Ti-Reihe (Δ), die Nb,Ti-Reihe (☐), die V-Reihe (☐), die Zr-Reihe (
) und die Nb-Reihe (0,0015 ≤ C ≤ 0,004, X = 0,5) (
) angibt.
Wie aus 3 ersichtlich, ist irgendeine aus der Nb-Reihe, der Nb,B-Reihe und der Nb,Ti-Reihe, die in der vorliegenden Erfindung angegeben sind, sowohl bei der Formbarkeit der Blechplatte als auch der Beständigkeit gegenüber Einbeulungen zufriedenstellend.
Bei der V-Reihe, der Zr-Reihe und Nb-Reihe der Vergleichsbeispiele ist es jedoch im Vergleich mit der vorliegenden Erfindung nicht möglich, gleichzeitig sowohl die Formbarkeit der Blechplatte als auch die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen zu erreichen.
Um die Versprödungsbeständigkeit beim Nachziehen und die Beständigkeit der Blechplatte gegenüber Einbeulungen zu verbessern, kann der erfindungsgemäße Stahl zudem auch B in der nachstehend aufgeführten Menge enthalten:
B: 0,0002 bis 0,002 %
Wenn Bor zugesetzt wird, wird die Ferritkorngrenze gefestigt und die Mikrostruktur von Ferrit feiner. Die gefestigte Korngrenze ermöglicht eine Verbesserung der Versprödungsbeständigkeit beim Nachziehen. Andererseits wird es durch das feine Ferrit möglich, die Streckgrenze des Stahlblechs zu sichern, so daß die Beständigkeit der Blechplatte gegenüber Einbeulungen verbessert wird.
Diese Wirkungen können jedoch nicht erzielt werden, wenn die Zugabemenge von Bor weniger als 0,0002 % beträgt. Wenn die Zugabemenge 0,002 % übersteigt, wird das Stahlblech auch deutlich härter. Daraus folgt, daß die Zugabemenge von Bor im Bereich von 0,0002 bis 0,002 %, vorzugsweise von 0,0004 bis 0,0008 % liegen sollte.
Das erfindungsgemäße Stahlblech kann wie folgt aus einem Stahl mit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung hergestellt werden.
(2) Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechs
Im ersten Schritt wird Stahl mit der in der vorliegenden Erfindung angegebenen Zusammensetzung geschmolzen. Im allgemeinen wird zum Schmelzen ein Konverterverfahren angewendet, obwohl auch ein Elektroofenverfahren angewendet werden kann. Die entstehende Stahlschmelze wird zu einer Bramme stranggegossen, darauf folgt das sofortige Warmwalzen der gegossenen Bramme. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird die gegossene Bramme einer Wärmebehandlung unterzogen, darauf folgt das Warmwalzen.
Es ist erwünscht, das Warmwalzen bei Bedingungen durchzuführen, bei denen die Temperatur für das Fertigwalzen bei (Ar3 -100) °C oder mehr und die Aufrolltemperatur bei 500 °C bis 700 °C eingestellt werden. Wenn die Temperatur für das Fertigwalzen wie vorstehend angegeben eingestellt wird, kann die Mikrostruktur von Ferrit des warmgewalzten Stahlblechs feiner werden. Wenn die Aufrolltemperatur im vorstehend angegebenen Bereich gesteuert wird, kann die Art des Carbonitrids der Nb-Reihe geregelt werden.
Im nächsten Schritt wird das warmgewalzte Stahlblech dem sauren Beizen und dem Kaltwalzen nach einem üblichen Verfahren, gefolgt vom Durchgangsglühen unterzogen. Beim Schritt des Durchgangsglühens wird das Stahlblech durchweg bei einer Temperatur T (°C) dem Ausgleichsglühen unterzogen, die die nachstehend aufgeführte Bedingung erfüllt, darauf folgt das Abkühlen mit einer Abkühlungsrate R (°C/s), die die nachstehend aufgeführte Bedingung erfüllt.
Insbesondere sollte die Temperatur beim Ausgleichsglühen T (°C) im nachstehend angegebenen Bereich liegen: Ac3 ≥ T (°C) ≥ 157log (X) + 737wobei X, das ein Parameter ist, der durch die Zugabemengen von C, Nb und Ti definiert wird, wie folgt ist: X = (12/93) (Nb %/C %) + (12/48) (Ti*/C)mit Ti* = Ti % – (48/14) N % – (48/32) S %,
wenn Ti* in der vorstehenden Gleichung nicht größer als 0 ist, wird Ti* als 0 angesehen.
Wenn die Temperatur beim Ausgleichsglühen T (°C) unter der vorstehend angegebenen Untergrenze von 157log (X) + 737 liegt, kann das Stahlblech beim Glühschritt nicht ausreichend weich werden, was zu einer stärkeren Beeinträchtigung der Formbarkeit der Blechplatte führt, die sich von der hohen Streckgrenze ableitet.
Wenn die Temperatur beim Ausgleichsglühen T (°C) andererseits die Obergrenze Ac3 übersteigt, schreitet das Auflösen des Carbonitrids beim Glühprozeß fort, was dazu führt, daß die Formbarkeit der Blechplatte entsprechend der Verbesserung der BH-Eigenschaft, die durch eine Zunahme der Menge an gelöstem Kohlenstoff hervorgerufen wird, auffallend beeinträchtigt wird. Daraus folgt, daß die Temperatur für das Ausgleichsglühen T (°C) folgende Bedingung erfüllen sollte: Ac3 ≥ T (°C) ≥ 157log (X) + 737
4 ist eine graphische Darstellung, die die Formbarkeit der Blechplatte und die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen gegenüber den Werten von X und der Temperatur beim Ausgleichsglühen T (°C) zeigt, die den Fall abdeckt, bei dem ein erfindungsgemäßes Stahlblech der Nb,Ti-Reihe, das 0,008 bis 0,01 Gew.-% Kohlenstoff enthielt, mit einer Abkühlungsrate von 20 °C/s abgekühlt wurde.
Wie aus 4 ersichtlich, ist das erfindungsgemäße Stahlblech sowohl in bezug auf die Formbarkeit der Blechplatte als auch die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen im Umfang der vorliegenden Erfindung zufriedenstellend.
In der vorliegenden Erfindung sollte die Abkühlungsrate R (°C/s) nicht höher als –35 + 162/X, d.h. R (°C/s) ≤ –35 + 162/X, sein. Wenn die Abkühlungsrate R (°C/s) –35 + 162/X übersteigt, wird Carbonitrid beim Abkühlungsschritt nach dem Ausgleichsglühen nicht ausreichend gefällt, als Ergebnis liegt im Stahl eine übermäßig große Menge von gelöstem Kohlenstoff vor.
In diesem Fall kommt es beim Umformen der Blechplatte unvermeidlich zu einer Beeinträchtigung der Form der Blechplatte, die durch die verbesserte BH-Eigen schaft hervorgerufen wird. Daraus folgt, daß die Obergrenze der Abkühlungsrat in der vorliegenden Erfindung bei –35 + 162/X festgelegt werden sollte.
5 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Formbarkeit der Blechplatte und der Beständigkeit gegenüber Einbeulungen gegenüber den Werten von X und der Abkühlungsrate, die den Fall abdeckt, bei dem ein erfindungsgemäßes Stahlblech der Nb-Reihe, das 0,0085 bis 0,01 Gew.-% Kohlenstoff enthielt, bei einer Temperatur von 830 °C geglüht wurde.
Wie aus 5 ersichtlich, ist das erfindungsgemäße Stahlblech sowohl in bezug auf die Formbarkeit der Blechplatte auch die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen zufriedenstellend, wenn das Abkühlen im in der vorliegenden Erfindung angegebenen Bereich der Abkühlungsrate durchgeführt wird.
Das so erhaltene Stahlblech wird mit einem üblichen Verfahren feuerverzinkt. Selbst wenn bei dem Stahlblech eine Oberflächenbehandlung, wie eine Beschichtungsbehandlung mit Zinkphosphat oder eine Passivierungsbehandlung, durchgeführt wird, kommt es übrigens bei den Eigenschaften des resultierenden Stahlblechs nicht zu Problemen.
Wie vorstehend beschrieben, können mit der vorliegenden Erfindung ein kaltgewalztes Stahlblech und ein feuerverzinktes Stahlblech erhalten werden, die eine hervorragende Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung und eine hervorragende Beständigkeit der Blechplatte gegenüber Einbeulungen aufweisen und somit für die Verwendung als Karosseriebleche eines Fahrzeugs geeignet sind, wenn Stahl, der vorbestimmte Zusatzkomponenten enthält und bei dem der Rest aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, dem in der vorliegenden Erfindung angegebenen Verfahren unterzogen wird.
Nunmehr werden einige Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Beispiel 1
Jeder Stahl mit den in Tabelle 1 gezeigten Zusatzkomponenten wurde im Labor geschmolzen und dann zu einer Bramme mit einer Dicke von 50 mm stranggegossen. Die Bramme wurde mit einem Vorwalzwerk gewalzt, um die Dicke auf 30 mm zu verringern, danach wurde sie bei einer Temperatur von 1200 °C erhitzt und anschließend warmgewalzt. Beim Warmwalzen wurde zuerst vorgewalzt, darauf folgte das Fertigwalzen bei 890 °C. Außerdem wurde eine Behandlung durchgeführt, die dem Aufrollprozeß bei einer Temperatur von 620 °C entspricht, so daß ein warmgewalztes Blech mit einer Dicke von 3,2 mm erhalten wurde. Das so erhaltene warmgewalzte Blech wurde mit einer Säure gebeizt, danach folgte das Kaltwalzen, so daß die Dicke des Blechs auf 0,70 mm verringert wurde.
Dann wurde das Blech für 120 Sekunden einer Ausgleichsglühbehandlung bei 830 °C unterzogen, gefolgt vom Abkühlen des Blechs auf etwa Raumtemperatur (etwa 30 °C) mit einer durchschnittlichen Abkühlungsrate von 15 °C/s, so daß ein geglühtes Blech erhalten wurde. Außerdem wurde das geglühte Blech dem Kaltnachwalzen bei einer Dehnung von 1,0 % unterzogen, so daß die zu testenden Proben erhalten wurden. Bei diesen Proben wurden die mechanischen Eigenschaften, die Eigenschaften in bezug auf das natürliche Altern und die Eigenschaften der Blechplatte wie folgt gemessen.
Um jeweils sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch die Eigenschaften in bezug auf das natürliche Altern zu messen, wurde ein Teststück JIS Nr. 5 verwendet. Die mechanischen Eigenschaften wurden nach einem Zugtest, der in JIS Z 2241 beschrieben ist, und durch die Prüfung des 2 %-BH-Wertes nach dem Verfahren, das in JIS G 3135 beschrieben ist, gemessen.
Für die Prüfung des 2 %-BH-Wertes wird auf den parallelen Teil eines Teststücks eine Zugdehnung von 2 % aufgebracht. Dann wird das Teststück für 20 Minuten einer Wärmebehandlung bei 170 °C unterzogen, danach wird das Teststück erneut einem Zugtest unterzogen. Der 2 %-BH-Wert wird mit der nachstehend angegebenen Gleichung berechnet: 2 % – BH = (A – B)/C,wobei A den Fließdruck nach der Wärmebehandlung angibt, B für die Belastung in dem Schritt steht, bei dem vor der Wärmebehandlung eine Dehnung von 2 % aufgebracht wird, und C die Querschnittsfläche im parallelen Teil des Teststücks vor dem Test bezeichnet.
Die Eigenschaften in bezug auf das natürliche Altern wurden anhand des Wertes für die Wiederherstellung der Dehnung bei der Streckgrenze (ΔYPel) beim Zugtest des Stahlblechs ausgewertet, das nach dem Kaltnachwalzen 6 Monate bei 25 °C gelagert worden war. Wenn der Wert für die Wiederherstellung ΔYPel 0 % betrug, wurde die Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung als befriedigend bewertet (Bezeichnung "Ο").
Wenn der Wert für die Wiederherstellung ΔYPel 0 bis 0,2 % betrug, wurde die Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung als etwas beeinträchtigt bewertet (Bezeichnung "Δ"). Wenn zudem der Wert für die Wiederherstellung ΔYPel mehr als 0,2 % betrug, wurde die Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung als beeinträchtigt bewertet (Bezeichnung "X").
Die Eigenschaften der Blechplatte, wie die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen und die Formbarkeit, wurden unter Verwendung einer Blechplatte gemessen, die hergestellt worden war, indem ein flaches Blech mit den Maßen 300 mm × 300 mm zu einer halbzylindrischen Form mit 1000 mm R und 100 mm im Quadrat geformt wurde, wie es in 2 gezeigt ist.
Für die Messung der Beständigkeit gegenüber Einbeulungen wurde das Testblech einer Belastung von 300 kgf ausgesetzt, und die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen wurde anhand von δ30 (mm) ausgewertet, das die bleibende Vertiefung darstellt, nachdem die Last entfernt worden ist. Wenn δ30 weniger als 0,3 mm betrug, wurde die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen mit befriedigend bewertet (Bezeichnung "O"). Wenn δ30 bei 0,3 mm oder darüber lag, wurde die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen als schlecht bewertet (Bezeichnung "X").
Außerdem wurde die Formbarkeit anhand des Wertes für das Zurückfedern ρ (%) ausgewertet, der mit (R'/R – 1) × 100 definiert wird, wobei R den Durchmesser des Prägestempels bezeichnet und R' für den Durchmesser der Blechplatte steht. Wenn ρ kleiner als 6 % war, wurde die Formbarkeit der Blechplatte als befriedigend bewertet (Bezeichnung "O"). Wenn ρ bei 6 % oder darüber lag, wurde die Formbarkeit der Blechplatte als schlecht bewertet (Bezeichnung "X").
Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Auswertung der mechanischen Eigenschaften und der Eigenschaften der Blechplatte. Wie in Tabelle 2 gezeigt, lagen bei den Stahlproben Nr. 1 bis 10 die Werte für δ30 bei 0,18 bis 0,25 mm, was für eine befriedigende Beständigkeit gegenüber Einbeulungen sorgt. Die Streckgrenze YP war etwas niedrig, d.h. 212 bis 233 MPa, und der 2 %-BH-Wert war gering, d.h. 0 bis 11 MPa, die Werte für ρ betrugen 1 bis 4 %, was für eine befriedigende Formbarkeit der Blechplatte sorgt. Außerdem lag ΔYPel bei 0 %, was dafür sorgt, daß jede Stahlprobe eine hervorragende Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung aufweist.
Andererseits wurden bei den Stahlproben Nr. 11 bis 20 keine befriedigende Beständigkeit gegenüber Einbeulungen, keine befriedigende Formbarkeit der Blechplatte und keine befriedigende Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung festgestellt. Insbesondere hatte die Stahlprobe Nr. 11 einen hohen 2 %-BH-Wert, d.h. 35 MPa, was zu einem hohen Wert von ρ, d.h. 8 %, und einem hohen Wert von ΔYPel, d.h. 0,7 %, führt.
Mit anderen Worten, es wurden bei dieser Stahlprobe eine unbefriedigende Formbarkeit der Blechplatte und eine unbefriedigende Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung festgestellt. Die Stahlprobe Nr. 12 hatte eine etwas niedrige YP und einen etwas niedrigen 2 %-BH-Wert, was für eine befriedigende Formbarkeit der Blechplatte und eine befriedigende Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung sorgt.
Da der Wert für δ30 hoch war, d.h. 0,32 mm, hatte diese Probe jedoch eine geringe Beständigkeit gegenüber Einbeulungen. Jede der Stahlproben Nr. 13 und Nr. 14 hatte eine hervorragende Beständigkeit gegenüber Einbeulungen, die Formbarkeit der Blechplatte und die Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung waren jedoch schlecht. Jede der Stahlproben Nr. 15 und 16 hatte eine befriedigende Beständigkeit gegenüber Einbeulungen und gegenüber der natürlichen Alterung, jedoch eine hohe YP, was zu einer schlechten Formbarkeit der Blechplatte führt.
Jede der Stahlproben Nr.17 und 18 hatte eine etwas hohe YP, d.h. 238 bis 243 MPa, und einen hohen 2 %-BH-Wert, d.h. 40 bis 50 MPa, was darauf hinweist, daß diese Proben eine schlechte Formbarkeit der Blechplatte und eine schlechte Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung aufwiesen.
Außerdem hatte die Stahlprobe Nr. 19 einen Wert für δ30 von 0,32 mm, was auf eine schlechte Beständigkeit gegenüber Einbeulungen hinweist. Außerdem wurden bei der Stahlprobe Nr. 20 sowohl eine schlechte Formbarkeit der Blechplatte als auch eine schlechte Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung festgestellt.
Beispiel 2
Stahl mit der gleichen chemischen Zusammensetzung wie die Stahlprobe Nr. 3 oder 9, die in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde im Labor geschmolzen, danach wurde er zu einer Bramme mit einer Dicke von 60 mm stranggegossen. Die entstandene Bramme wurde mit einem Vorwalzwerk gewalzt, danach wurde sie sofort ohne Anwendung einer Wärmebehandlung warmgewalzt.
Beim Warmwalzen wurde nach dem Vorwalzen das Fertigwalzen bei 900 °C durchgeführt, gefolgt von einer Aufrollbehandlung bei 600 °C, so daß ein warmgewalztes Blech mit einer Dicke von 3,0 mm erhalten wurde. Das entstandene warmgewalzte Blech wurde bei Raumtemperatur gewalzt, um die Dicke des Blechs auf 0,7 mm zu verringern, danach wurde eine Durchgangsglühbehandlung angewendet.
Bei der Durchgangsglühbehandlung wurde die Temperatur für das Ausgleichsglühen bei 730 bis 850 °C eingestellt, und im Falle der Proben, die die gleiche chemische Zusammensetzung wie die Stahlprobe Nr. 3 aufwiesen, wurde mit einer Abkühlungsrate von 20 bis 100 °C/s etwa auf die Raumtemperatur von 25 °C abgekühlt.
Andererseits wurden im Falle der Proben, die die gleiche chemische Zusammensetzung wie die Stahlprobe Nr. 9 hatten, die Temperatur beim Ausgleichsglühen bei 800 bis 915 °C und die Abkühlungsrate bei 5 bis 30 °C/s eingestellt.
Nach der Durchgangsglühbehandlung wurde jede Stahlprobe galvanisiert. Die Galvanisiertemperatur wurde bei 450 °C eingestellt, und die Legierungsbehandlung erfolgte bei 550 °C. Schließlich wurde das Kaltnachwalzen des geglühten Blechs bei einer Dehnung von 0,8 % durchgeführt, so daß Stahlproben erhalten wurden.
Bei den entstandenen Stahlproben wurden der mechanische Test und der Test der Beständigkeit gegenüber Einbeulungen wie in Beispiel 1 mit den in Tabelle 3 aufgeführten Ergebnissen durchgeführt. Die in Tabelle 3 aufgeführten Stahlproben Nr. 1, 2, 7, 8, 15 und 16 sind Vergleichsbeispiele, wohingegen die Stahlproben Nr. 3 bis 6 und Nr. 9 bis 14 erfindungsgemäß sind.
Die Temperatur für das Glühen der jeweiligen Vergleichsbeispiele Nr. 1 und 2 lagen unter der Untergrenze des in der vorliegenden Erfindung angegebenen Bereichs. Als Ergebnis war bei diesen Vergleichsbeispielen die Streckgrenze (YP) hoch und die Formbarkeit der Blechplatte schlecht. Die Abkühlungsrate für jedes der Vergleichsbeispiele Nr. 7 und 8 lag über der Obergrenze des in der vorliegenden Erfindung angegebenen Bereichs.
Als Ergebnis waren bei diesen Vergleichsbeispielen der 2 %-BH-Wert hoch und die Formbarkeit der Blechplatte und die Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung schlecht. Außerdem lag die Temperatur beim Glühen bei jedem der Vergleichsbeispiele Nr. 15 und 16 nicht im in der vorliegenden Erfindung angegebenen Bereich.
Als Ergebnis waren bei diesen Vergleichsbeispielen YP und der 2 %-BH-Wert jeweils etwas hoch, und die Formbarkeit der Blechplatte und die Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung waren unbefriedigend, obwohl die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen zufriedenstellend war.
Andererseits waren bei jeder der erfindungsgemäßen Stahlproben Nr. 3 bis 6 und 9 bis 14 jeweils die Beständigkeit gegenüber Einbeulungen, die Formbarkeit der Blechplatte und Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung zufriedenstellend.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines kaltgewalzten Stahlblechs mit einer hervorragenden Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung und hervorragenden Eigenschaften der Blechplatte, das die folgenden Schritte aufweist: – Herstellen von Stahl, der aus folgenden Komponenten besteht: 0,005 bis 0,012 Gew.-% C, 0,01 bis 0,4 Gew.-% Si, 0,15 bis 1,0 Gew.-% Mn, 0,01 bis 0,08 Gew.-% P, höchstens 0,02 Gew.-% S, 0,01 bis 0,1 Gew.-% sol. Al, höchstens 0,004 Gew.-% N, 0,01 bis 0,2 Gew.-% Nb, und gegebenenfalls 0,04 bis 0,1 Gew.-% Ti und/oder 0,0002 bis 0,002 Gew.-% B, wobei X in der Formel (1), das durch den Gehalt an C, Nb und Ti definiert wird, im Bereich von 1,2 bis 2,5, d.h. 1,2 ≤ X ≤2,5, liegt und der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen sind: X = (12/93) (Nb %/C %) + (12/48) (Ti* %/C %) (1),mit Ti* % = Ti % – (48/14) N % – (48/32) S %, wobei, wenn Ti* in der vorstehend angegebenen Gleichung nicht größer als 0 ist, der Wert von Ti* als 0 angesehen wird; – Schmelzen des Stahls; – Warmwalzen und Kaltwalzen des geschmolzenen Stahls; – Ausgleichsglühen des kaltgewalzten Stahlblechs bei einer Temperatur T (°C), die der Formel Ac3 ≥ T (°C) ≥ 157log(X) + 737 entspricht; und – Abkühlen des Stahlblechs nach dem Schritt des Ausgleichglühens mit einer Abkühlungsrate, die der Formel R (°C)/s ≤ -35 + 162/X entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der kaltgewalzte Stahl eine Streckgrenze von 212 bis 233 MPa, einen 2 %-BH-Wert, d.h. einen Härtegrad von 0 bis 11 MPa, der durch Glühen erreicht wird, nachdem er eine Dehnung von 2 % erfahren hat, eine bleibende Verformung δ30 von 0,18 bis 0,25 mm, nachdem eine Belastung von 30 kgf aufgebracht und anschließend entfernt worden ist, einen Wert ρ für das Zurückfedern von 1 bis 4 %, und einen Wert für die Wiederherstellung der Dehnung bei der Streckgrenze ΔYPel nach einer sechsmonatigen Lagerung bei 25 °C von 0 % aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der kaltgewalzte Stahl eine Streckgrenze von 220 bis 231 MPa, einen 2 %-BH-Wert, d.h. einen Härtegrad von 5 bis 14 MPa, der durch Glühen erreicht wird, nachdem er eine Dehnung von 2 % erfahren hat, eine bleibende Verformung δ30 von 0,2 bis 0,23 mm, nachdem eine Belastung von 30 kgf aufgebracht und anschließend entfernt worden ist, einen Wert ρ für das Zurückfedern von 4 %, und einen Wert für die Wiederherstellung der Dehnung bei der Streckgrenze ΔYPel nach einer sechsmonatigen Lagerung bei 25 °C von 0 % aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der kaltgewalzte Stahl eine Streckgrenze von 220 bis 233 MPa, einen 2 %-BH-Wert, d.h. einen Härtegrad von 0 bis 3 MPa, der durch Glühen erreicht wird, nachdem er eine Dehnung von 2 % erfahren hat, eine bleibende Verformung δ30 von 0,21 bis 0,25 mm, nachdem eine Belastung von 30 kgf aufgebracht und anschließend entfernt worden ist, einen Wert ρ für das Zurückfedern von 2 bis 4 %, und einen Wert für die Wiederherstellung der Dehnung bei der Streckgrenze ΔYPel nach einer sechsmonatigen Lagerung bei 25 °C von 0 % aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen eines feuerverzinkten Stahlblechs mit einer hervorragenden Beständigkeit gegenüber der natürlichen Alterung und hervorragenden Eigenschaften der Blechplatte, das ferner einen Schritt des Galvanisierens des kaltgewalzten Stahlblechs aufweist.