EP0910675B1 - Warmband aus stahl und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Warmband aus stahl und verfahren zu seiner herstellung Download PDF

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EP0910675B1
EP0910675B1 EP97931775A EP97931775A EP0910675B1 EP 0910675 B1 EP0910675 B1 EP 0910675B1 EP 97931775 A EP97931775 A EP 97931775A EP 97931775 A EP97931775 A EP 97931775A EP 0910675 B1 EP0910675 B1 EP 0910675B1
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EP
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hot
less
rolled strip
steel
temperature
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EP97931775A
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Manfred Espenhahn
Thomas Heller
Jürgen Esdohr
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
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ThyssenKrupp Stahl AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226—Hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite

Definitions

  • the invention relates to a hot strip which is at most 5 mm thick made of high strength steel and a process for its Production.
  • Hot strip means hot rolled Tape.
  • hot strip is only manufactured up to strengths of around 800 N / mm 2 . These are thermomechanically rolled micro-alloyed steels. For applications that require additional strengths, soft hot strip is used and the strength required on the component is set by a subsequent heat treatment. For the thickness range below 2.0 mm, additional cold rolling is usually required to set the desired thickness. The required strength is also set in this case by a suitable heat treatment.
  • From GB 2 195 658 A1 are forgings from one Steel with 0.01 to 0.20% C, up to 1.0% Si, 0.5 to 2.25% Mn, up to 1.5% Cr, up to 0.05% Ti, up to 0.10% Nb, 0.005 to 0.015% N and up to 0.06% A1 are known.
  • the cooling of the Steel from the austenite area is to be controlled that the structure is fully martensitic. Be revealed however only examples with carbon contents below 0.10% and silicon contents over 0.17%. The Sulfur contents are relatively high at over 0.01%.
  • the hot strip has after a broken cooling a dual-phase structure made of polygonal ferrite and one Mixture of pearlite and bainite.
  • the hot strip known from DE 30 07 560 A1 is also used after hot rolling at a cooling rate cooled from 1 K / s or faster to a dual phase structure to produce from ferrite and martensite.
  • a cooling rate cooled from 1 K / s or faster to a dual phase structure to produce from ferrite and martensite.
  • Respect for satisfactory ductility and Weldability properties are carbon content in the Range of 0.02 to 0.09% recommended.
  • the preferred Silicon content is relatively high at 1.0%.
  • EP 0 492 623 A1 describes a steel made from a silicon-calmed steel Hot strip known, the Si contents of 0.1 wt .-% and more and has a martensite content of 60 - 100%.
  • the known Hot strip is used for the production of welded steel pipe without that special emphasis is placed on a good surface quality becomes. Lowering the Si content below a lower limit of 0.03 % By weight is advised against on the grounds that lower ones Si content no longer has the properties of the known hot strip let achieve.
  • the invention has for its object to produce a hot strip with tensile strength values over 800 N / mm 2 and at the same time good cold formability in the thickness range ⁇ 5 mm. This would mean an expansion of the direct use of hot strip for cold forming purposes, such as cold pressing, with clear economic advantages that result from the elimination of cold rolling and heat treatment.
  • Carbon can preferably be from 0.08 to 0.15%, manganese from 1.75 to 1.90%, chromium from 0.5 to 0.6% and Nitrogen from 0.005 to 0.009% may be included.
  • the tensile strength of the hot strip is preferably set to a value in the range from 800 to 1400 N / mm 2 by appropriate selection of the reel temperature within the aforementioned temperature range.
  • the hot strip can be hot-dip galvanized to to become more corrosion resistant.
  • Well cold-formable high-strength galvanized sheets are preferred for mechanically highly stressed components in automotive engineering used, e.g. for side impact beams and bumpers.
  • the steel according to the invention achieves high strength without expensive alloying elements and without annealing like this is the case with known steels.
  • a steel with 0.15% C, 0.01% Si, 1.77% Mn, 0.014% P, 0.003% S, 0.028% Al, 0.0043% N, 0.526% Cr, 0.017% Cu, 0.003% Mo, 0.027% Ni, balance Fe became to shed a slab.
  • the slab was reduced to approx. 1250 ° C warmed up, at approx. Pre-rolled at 1120 ° C and at 840 ° C Final temperature rolled to a final thickness of 2 mm, then cooled and coiled at 50 ° C. This creates a Structure with more than 95% martensite.
  • the yield strength reached values of 1120 N / mm 2 and the tensile strength values of 1350 N / mm 2 with elongation values A 50 to 11.1%.
  • Example 2 A steel with the same analysis as in Example 1 was processed into 3.5 mm thick hot strip. The data are given in Table 1. The strength values are significantly higher when reeling instead of over 400 ° C to 95 ° C. sample Final rolling temperature ° C Reel temperature ° C Rp0.2 N / mm 2 rm N / mm 2 1 845 95 940 1243 2 845 95 997 1305 3 845 95 983 1199 4 * 850 420 742 803 5 * 850 420 691 793 6 * 850 420 641 741 7 845 95 916 1089 8th 845 95 1037 1293 9 845 95 1073 1328 10 * 835 455 672 768 11 * 835 455 643 760 12 * 835 455 676 778
  • the hot strip can be hot-dip galvanized into the final shape before cold forming. Through the heat treatment cycle at. The martensite is left galvanized. Starting from a hot strip with tensile strengths in the range of 1200 - 1400 N / mm 2 , depending on the heat treatment cycle, tensile strengths between 800 and 1100 N / mm 2 are established during galvanizing.
  • a 2.0 and 1.6 mm thick hot strip was galvanized.
  • the following table 2 compares the properties in the rolled state and after galvanizing: rolled condition after galvanizing thickness re rm A80 re rm A80 mm N / mm 2 % N / mm 2 % 1.6 1052 1393 5.7 1065 1095 7 1.6 1048 1387 7.6 1040 1082 5.5 2.0 1098 1361 6.6 1058 1082 5.9

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Description

Die Erfindung betrifft ein höchstens 5 mm dickes Warmband aus Stahl hoher Festigkeit und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Unter "Warmband" versteht man warmgewalztes Band.
Nach heutigem Stand der Technik wird Warmband nur bis zu Festigkeiten von etwa 800 N/mm2 hergestellt. Dabei handelt es sich um thermomechanisch gewalzte mikrolegierte Stähle. Bei Anwendungen, die darüber hinausgehende Festigkeiten erfordern, setzt man weiches Warmband ein und stellt die am Bauteil erforderliche Festigkeit durch eine anschließende Wärmebehandlung ein. Für den Dickenbereich unter 2,0 mm ist üblicherweise ein zusätzliches Kaltwalzen erforderlich, um die gewünschte Dicke einzustellen. Die erforderliche Festigkeit wird auch in diesem Fall durch eine geeignete Wärmebehandlung eingestellt.
Aus der US 4 406 713 ist ein hochfester und hochzäher Stahl mit guter Bearbeitbarkeit bekannt, der 0,005 bis 0,3 % C, 0,3 bis 2,5 % Mn, bis 1,5 % Si und wenigstens einen Karbid- und Nitridbildner aus der Gruppe Nb, V, Ti und Zr in Mengen von bis 0,1 %, bis 0,15 %, bis 0,3 % und 0,3 % jeweils enthält. Dieser Stahl wird nach dem Austenitisieren derart abgeschreckt, daß er 5 bis 65 % Ferrit, Rest Martensit enthält. Gedacht ist insbesondere an die Herstellung von Drähten und Stäben.
Aus der GB 2 195 658 A1 sind Schmiedeteile aus einem Stahl mit 0,01 bis 0,20 % C, bis 1,0 % Si, 0,5 bis 2,25 % Mn, bis 1,5 % Cr, bis 0,05 % Ti, bis 0,10 % Nb, 0,005 bis 0,015 % N und bis 0,06 % A1 bekannt. Die Abkühlung des Stahls aus dem Austenitgebiet soll so gesteuert werden, daß das Gefüge voll martensitisch ist. Offenbart werden allerdings nur Beispiele mit Kohlenstoffgehalten unter 0,10 % und Siliziumgehalten über 0,17%. Die Schwefelgehalte sind mit über 0,01 % relativ hoch.
Auch die aus der EP 0 072 867 A1 bekannten Stähle haben Kohlenstoffgehalte unter 0,10 % und Siliziumgehalte über 0,15 %. Das Warmband hat nach einer gebrochenen Abkühlung ein Dualphasen-Gefüge aus polygonalem Ferrit und einer Mischung aus Perlit und Bainit.
Auch das aus der DE 30 07 560 A1 bekannte Warmband wird nach dem Warmwalzen mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 1 K/s oder schneller abgekühlt, um ein Dualphasen-Gefüge aus Ferrit und Martensit zu erzeugen. Mit Rücksicht auf befriedigende Duktilitäts- und Schweißbarkeitseigenschaften werden Kohlenstoffgehalte im Bereich von 0,02 bis 0,09 % empfohlen. Der bevorzugte Siliziumgehalt liegt mit 1,0 % relativ hoch.
Aus der EP 0 492 623 A1 ist ein aus einem siliziumberuhigten Stahl erzeugtes Warmband bekannt, der jeweils Si-Gehalte von 0,1 Gew.-% und mehr aufweist und einen Martensitgehalt von 60 - 100 % besitzt. Das bekannte Warmband wird zur Herstellung von geschweißtem Stahlrohr genutzt, ohne dass dabei besonderen Wert auf eine gute Oberflächenbeschaffenheit gelegt wird. Von einer Absenkung der Si-Gehalte unter eine Untergrenze von 0,03 Gew.-% wird dabei mit der Begründung abgeraten, dass sich bei niedrigeren Si-Gehalten die Eigenschaften des bekannten Warmbands nicht mehr erreichen lassen.
Schließlich ist aus der US 4,437,903 ein Stahl bekannt, dessen Kohlenstoffgehalt jeweils so eingestellt ist, dass sicher ein zweiphasiges Gefüge erreicht wird. Das Ziel dieser Maßnahme bestand dabei darin, ein Gefüge mit möglichst hohem Anteil an weichem Ferrit zu erhalten. Aus demselben Grund wird bei diesem Stand der Technik eine ausreichende Abkühlgeschwindigkeit vorgeschrieben, um die Koexistenz von Ferrit und Austenit zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Warmband mit Zugfestigkeitswerten über 800 N/mm2 und gleichzeitig guter Kaltumformbarkeit im Dickenbereich ≤ 5 mm herzustellen. Dies würde eine Erweiterung des direkten Einsatzes von Warmband zu Kaltumformzwecken, wie Kaltpressen, mit deutlichen wirtschaftlichen Vorteilen, die sich aus dem Entfall des Kaltwalzens und einer Wärmebehandlung ergeben, bedeuten.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Warmband mit einer Dicke unter 5 mm, insbesondere unter 2 mm, vorgeschlagen, das aus einem Stahl, der (in Masse-%)
   0,08 bis 0,25 % Kohlenstoff,
   1,20 bis 2,0 % Mangan,
   0,02 bis 0,05 % Aluminium,
   weniger als 0,04 % Silizium,
   sowie wahlweise eines oder mehrere der Elemente Chrom, Kupfer, Molybdän, Nickel, Stickstoff, Titan und Bor mit folgenden Gehalten
      bis 1,0 % Chrom,
      bis 0,1 % Kupfer,
      bis 0,5 % Molybdän,
      bis 0,1 % Nickel,
      bis 0,009 % Stickstoff,
      Titan in einer zur stöchiometrischen Abbindung des im Stahl vorhandenen Stickstoffs ausreichenden Menge (Ti = 3,4 % N), bis zu 0,0025 % B
   und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, einschl. bis 0,015 % Phosphor und bis 0,003% Schwefel enthält, und ein martensitisches Gefüge mit weniger als 5 % insgesamt an anderen Gefügebestandteilen aufweist.
Kohlenstoff kann bevorzugt von 0,08 bis 0,15 %, Mangan von 1,75 bis 1,90 %, Chrom von 0,5 bis 0,6 % und Stickstoff von 0,005 bis 0,009 % enthalten sein.
Titan kann in einer zur stöchiometrischen Abbindung (Ti = 3,4 % N) des im Stahl vorhandenen Sickstoffs ausreichenden Menge zugesetzt werden, um einen Zusatz von bis zu 0,0025 % B vor der Bindung an N zu schützen, damit es zur Festigkeitssteigerung und Durchhärtbarkeit beitragen kann.
Durch die Begrenzung des Siliziumgehaltes auf unter 0,04 % wird eine Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit erreicht.
Ein Verfahren zur Herstellung von Warmband einer Enddicke von weniger als 5 mm, insbesondere weniger als 2 mm, aus einem Stahl der beanspruchten Zusammensetzung mit Zugfestigkeitswerten über 800 N/mm2 umfaßt folgende Maßnahmen:
  • eine Bramme wird auf 1000 bis 1300°C erwärmt, im Temperaturbereich von 950 bis 1150°C vorgewalzt und bei einer Endwalztemperatur oberhalb Ar3 fertiggewalzt, das so erzeugte Warmband wird auf eine Haspeltemperatuim Bereich von 20 °C bis unterhalb der Martensitstarttemperatur zur Umwandlung in martensitisches Gefüge mit einem Gesamtgehalt anderer Gefügebestandteile von weniger als 5 % abgekühlt und gehaspelt.
    • Vorzugsweise soll die Abkühlung von Endwalztemperatur auf die Haspeltemperatur mit t 8/5 von kleiner 10 s erfolgen. (t 8/5 = Abkühlungszeit von 800 °C auf 500°C)
    Die Ar3-Temperatur kann durch folgende Gleichung abgeschätzt werden: Ar3=910-310x(%C)-33x(%Mn)-22x(%Cr)-17x(%Ni)-11x(%Si)-11x(%Mo) Die Martensitstart-Temperatur Ms kann durch folgende Gleichung abgeschätzt werden: Ms=500-300x(%C)-33x(%Mn)-22x(%Cr)-1,7x(%Ni)-11x(%Si)-11x(%Mo)
    Bevorzugt wird durch entsprechende Wahl der Haspeltemperatur innerhalb des vorerwähnten Temperaturbereichs die Zugfestigkeit des Warmbandes auf einen Wert im Bereich von 800 bis 1400 N/mm2 eingestellt.
    Das Warmband kann feuerverzinkt werden, um korrosionsbeständiger zu werden. Gut kaltverformbare hochfeste verzinkte Bleche werden bevorzugt für mechanisch hochbelastete Bauteile im Automobilbau eingesetzt, z.B. für Seitenaufprallträger und Stoßfänger.
    Der erfindungsgemäße Stahl erreicht hohe Festigkeit ohne teure Legierungselemente und ohne Glühbehandlung wie dies bei bekannten Stählen der Fall ist.
    Anhand der folgenden Beispiele wird die Erfindung erläutert.
    Beispiel 1:
    Ein Stahl mit 0,15 % C, 0,01 % Si, 1,77 % Mn, 0,014 % P, 0,003 % S, 0,028 % Al, 0,0043 % N, 0,526 % Cr, 0,017 % Cu, 0,003 % Mo, 0,027 % Ni, Rest Fe wurde zu einer Bramme vergossen. Die Bramme wurde auf rd. 1250 °C aufgewärmt, bei rd. 1120 °C vorgewalzt und mit 840°C Endtemperatur auf eine Enddicke von 2 mm gewalzt, danach abgekühlt und mit 50 °C gehaspelt. Dabei entsteht ein Gefüge mit mehr als 95 % Martensit.
    Die Streckgrenze erreichte werte von 1120 N/mm2 und die Zugfestigkeit Werte von 1350 N/mm2 bei Dehnwerten A50 bis 11,1 %.
    Beispiel 2:
    Ein Stahl mit derselben Analyse wie im Beispiel 1 wurde zu 3,5 mm dickem Warmband verarbeitet. Die Daten sind in Tabelle 1 mitgeteilt. Die Festigkeitswerte sind deutlich höher, wenn statt über 400°C bis 95°C gehaspelt wird.
    Probe Endwalztemperatur °C Haspeltemperatur °C Rp0,2
    N/mm2     		Rm
    N/mm2
    1 845 95 940 1243
    2 845 95 997 1305
    3 845 95 983 1199
    4* 850 420 742 803
    5* 850 420 691 793
    6* 850 420 641 741
    7 845 95 916 1089
    8 845 95 1037 1293
    9 845 95 1073 1328
    10* 835 455 672 768
    11* 835 455 643 760
    12* 835 455 676 778
    Das Warmband kann vor dem Kaltverformen in die Endform feuerverzinkt werden. Durch den Wärmebehandlungszyklus beim. Verzinken wird der Martensit angelassen. Ausgehend von einem, Warmband mit Zugfestigkeiten im Bereich von 1200 - 1400 N/mm2 stellen sich je nach Wärmebehandlungszyklus beim Verzinken Zugfestigkeiten zwischen 800 und 1100 N/mm2 ein.
    Beispiel 3:
    Ein 2,0 und 1,6 mm dickes Warmband wurden verzinkt. Die folgende Tabelle 2 stellt die Eigenschaften im Walzzustand und nach dem Verzinken gegenüber:
    Walzzustand nach dem Verzinken
    Dicke Re Rm A80 Re Rm A80
    mm N/mm2 % N/mm2 %
    1,6 1052 1393 5,7 1065 1095 7
    1,6 1048 1387 7,6 1040 1082 5,5
    2,0 1098 1361 6,6 1058 1082 5,9
    Beispiel 4:
    1,6 und 1,8 mm dickes Warmband wurde in der im. Beispiel 1 beschriebenen Weise erzeugt. Die Herstellungsparameter und die ermittelten Festigkeitseigenschaften sind in Tabelle 3 mitgeteilt, die auch die chemische Zusammensetzung des untersuchten Werkstoffes enthält.
    Beispiel 5:
    In Tabelle 4 sind die entsprechenden Daten für 1,4 mm dickes Warmband mitgeteilt.
    Figure 00090001
    Figure 00100001

    Claims (8)

    1. Warmband mit einer Dicke unter 5 mm, insbesondere unter 2 mm, das eine Zugfestigkeit von 800 bis 1400 N/mm2 besitzt,
      aus einem Stahl, der (in Masse-%)
         0,08 bis 0,25 % Kohlenstoff,
         1,20 bis 2,0 % Mangan,
         0,02 bis 0,05 % Aluminium,
         weniger als 0,04 % Silizium,
         sowie wahlweise eines oder mehrere der Elemente Chrom, Kupfer, Molybdän, Nickel, Stickstoff, Titan und Bor mit folgenden Gehalten
            bis 1,0 % Chrom,
            bis 0,1 % Kupfer,
            bis 0,5 % Molybdän,
            bis 0,1 % Nickel,
            bis 0,009 % Stickstoff,
            Titan in einer zur stöchiometrischen Abbindung des im Stahl vorhandenen Stickstoffs ausreichenden Menge (Ti = 3,4 % N),
            bis zu 0,0025 % B
         und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, einschl. bis 0,015 % Phosphor und bis 0,003 % Schwefel enthält,
         und ein martensitisches Gefüge mit weniger als 5 % insgesamt an anderen Gefügebestandteilen aufweist.
    2. Warmband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl 0,12 bis 0,25 % Kohlenstoff enthält.
    3. Warmband nach einem der voranstehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass (in Masse-%) der Gehalt an Kohlenstoff von 0,08 bis 0,15 %, an Mangan von 1,75 bis 1,90 %, an Chrom von 0,5 bis 0,6 % und Stickstoff von 0,005 bis 0,009 % beträgt.
    4. Warmband nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß es feuerverzinkt ist.
    5. Verfahren zur Herstellung von Warmband einer Enddicke von weniger als 5 mm, insbesondere weniger als 2 mm, aus einem Stahl der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit Zugfestigkeitswerten über 800 N/mm2,
      gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen:
      eine Bramme wird auf 1000 bis 1300 °C erwärmt,
      im Temperaturbereich von 950 bis 1150 °C vorgewalzt,
      bei einer Endwalztemperatur oberhalb Ar3 fertiggewalzt,
      das so erzeugte Warmband wird auf eine Haspeltemperatur im Bereich von 20°C bis unterhalb der Martensitstart-Temperatur abgekühlt und gehaspelt, wodurch ein Gefüge mit mehr als 95 % Martensit erzielt wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung von Endwalztemperatur auf die Haspeltemperatur mit t 8/5 von kleiner 10 s erfolgt.
    7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
      dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Wahl der Haspeltemperatur innerhalb des im Anspruch 5 erwähnten Temperaturbereichs die Zugfestigkeit des Warmbandes auf einen Wert im Bereich von 800 bis 1400 N/mm2 eingestellt wird.
    8. Verwendung von feuerverzinktem, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 beschaffenen-und nach einem gemäß den Ansprüchen 5 bis 7 ausgebildeten Verfahren hergestellten Warmband für mechanisch hochbelastete Bauteile im Automobilbau, z.B. Seitenaufprallträger und Stoßfänger.
    EP97931775A 1996-07-12 1997-07-04 Warmband aus stahl und verfahren zu seiner herstellung Expired - Lifetime EP0910675B1 (de)

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    DE19628135 1996-07-12
    DE19628135 1996-07-12
    DE19719546A DE19719546C2 (de) 1996-07-12 1997-05-09 Warmband aus Stahl und Verfahren zu seiner Herstellung
    DE19719546 1997-05-09
    PCT/EP1997/003541 WO1998002589A1 (de) 1996-07-12 1997-07-04 Warmband aus stahl und verfahren zu seiner herstellung

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    EP97931775A Expired - Lifetime EP0910675B1 (de) 1996-07-12 1997-07-04 Warmband aus stahl und verfahren zu seiner herstellung

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    US (1) US6284063B1 (de)
    EP (1) EP0910675B1 (de)
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    AT (1) ATE278811T1 (de)
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    CA (1) CA2260231A1 (de)
    CZ (1) CZ6999A3 (de)
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