EP1017863B1 - Verfahren zur erzeugung von einbrennlackierten bauteilen aus alterungsempfindlichem stahl - Google Patents

Verfahren zur erzeugung von einbrennlackierten bauteilen aus alterungsempfindlichem stahl Download PDF

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EP1017863B1
EP1017863B1 EP98943833A EP98943833A EP1017863B1 EP 1017863 B1 EP1017863 B1 EP 1017863B1 EP 98943833 A EP98943833 A EP 98943833A EP 98943833 A EP98943833 A EP 98943833A EP 1017863 B1 EP1017863 B1 EP 1017863B1
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    • C21D8/0442—Flattening; Dressing; Flexing

Definitions

  • the invention relates to a method for producing dent-resistant enamelled components made of cold strip, which is made of age-sensitive steel with high bake-hardening potential, especially of more than 70 N / mm2, consists.
  • Aging can be caused by the diffusion of dissolved carbon and / or nitrogen.
  • the influence of temperature on the aging time can be estimated as follows: The times t 1 and t 2 required for the same aging effects behave in the opposite way to the associated temperature-dependent diffusion coefficients of carbon in the ⁇ -iron.
  • Table 1 shows the factors calculated according to equation [1] for the time delay of an aging effect due to reduced temperatures. At -10 ° C, for example, the aging time is extended 62 times compared to aging at room temperature. Aging temperature (° C) 10 5 0 -5 -10 factor 3.6 7 14 29 62
  • Table 2 shows the factors for the delay in an aging effect caused by dissolved nitrogen, calculated according to equation [2]. Aging temperature (° C) 10 5 0 -5 -10 factor 3.1 5.5 10 19 36.5
  • the invention is based on the object Process for the aging-free further processing of Cold strips made of a steel sensitive to aging high bake hardening potential for production stoved component to be specified.
  • Equation [3] follows from equation [2] and relates on a steel that due to nitrogen aging after exceeding a storage time of more than 2 days at 20 ° C no longer processed properly can be. Because of the lower diffusion rate of carbon compared to Nitrogen is caused by both elements when aging just taking nitrogen into account is sufficient.
  • Fig. 1 shows the temporal development of R eh -R el at room temperature, 60 ° C and 100 ° C.
  • the value R eh -R el 2 N / mm 2 can be seen as a limit for error-free processing. If the values are higher than 2 N / mm 2 , flow figures must be expected, since there is a pronounced load drop in the stress-strain curve.
  • Table 4 shows the mechanical values of the steel, its 0.2% proof stress (Rp 0.2 ), tensile strength (Rm), elongation (A80), uniform elongation (Ag), the r-value and its bake-hardening potential BH 0 and the contents of dissolved C and N in the initial state are listed.
  • Rp 0.2 N / mm 2 Rm N / mm 2 A80% Ag% r-value BH 0 N / mm 2 C gel ppm N gel.
  • a steel with high levels of dissolved carbon and / or nitrogen, which is not at room temperature is resistant to aging by using one of the both methods according to the invention even after a long time Storage time without risk of surface defects to be processed further.
  • the advantage of the method according to the invention is that Harnessing a high bake-hardening potential that Compared to conventional aging-resistant at room temperature Bake hardening steels higher Dent resistance of the components made from it allows.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von beulfesten einbrennlackierten Bauteilen aus Kaltband, welches aus alterungsempfindlichem Stahl mit hohem Bake-hardening-Potential, insbesondere von mehr als 70 N/mm2, besteht.
Für das Erreichen eines hohen Bake-hardening-Potentials werden allgemein Stähle verwendet, die neben gelöstem Kohlenstoff zusätzlich gelösten Stickstoff enthalten. Beispiele hierfür sind unberuhigte Stähle. Die Lagerung von Kaltbändern aus solchen Stählen bei Raumtemperatur führt schon nach kurzer Zeit von ein oder zwei Tagen zu Alterungsvorgängen, die eine einwandfreie Weiterverarbeitung, insbesondere Kaltumformung unmöglich machen. Auch die Oberflächenbeschaffenheit der Kaltbänder wird beeinträchtigt.
Alterung kann durch Diffusion von gelöstem Kohlenstoff und/oder Stickstoff hervorgerufen werden. Bei reiner Kohlenstoffalterung kann der Einfluß der Temperatur auf die Alterungszeit wie folgt abgeschätzt werden:
Die für gleiche Alterungseffekte benötigten Zeiten t1 bzw. t2 verhalten sich umgekehrt wie die zugehörigen temperaturabhängigen Diffusionskoeffizienten von Kohlenstoff im α-Eisen.
Im Temperaturbereich bis 100 °C gilt damit t1(T1)/t2(T2) = D(T2)/D(T1) = = exp(-21,1 / (1,987 · 10-3 · T2) exp(-21,1 / (1,987 · 10-3 · T1) mit T1,2 in K
In Tabelle 1 sind die nach Gleichung [1] berechneten Faktoren für die zeitliche Verzögerung eines Alterungseffektes durch abgesenkte Temperaturen angegeben. Es ergibt sich z.B. bei -10 °C im Vergleich zur Auslagerung bei Raumtemperatur eine Verlängerung der Alterungszeit um das 62-fache.
Alterungstemperatur (°C) 10 5 0 -5 -10
Faktor 3,6 7 14 29 62
Die quantitative Beschreibung des Einflusses von gelöstem Stickstoff auf die Stahlalterung kann unter Verwendung des Diffusionskoeffizienten für Stickstoff analog zur Beschreibung der Kohlenstoffalterung nach Gleichung [1] erfolgen. Der Zusammenhang von Alterungszeit und Alterungstemperatur ergibt sich damit wie folgt: t1(T1)/t2(T2) = D(T2)/D(T1) = = exp(-18,33 / (1,987 · 10-3 · T2) exp(-18,33 / (1,987 · 10-3 · T1) mit T1,2 in K
In Tabelle 2 sind die nach Gleichung [2] berechneten Faktoren für die Verzögerung eines Alterungseffektes, hervorgerufen durch gelösten Stickstoff, angegeben.
Alterungstemperatur (°C) 10 5 0 -5 -10
Faktor 3,1 5,5 10 19 36,5
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum alterungsfreien Weiterverarbeiten von Kaltbändern aus einem alterungsempfindlichen Stahl mit hohem Bake-hardening-Potential zum fertigen einbrennlackierten Bauteil anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren nach Anspruch 1 oder ein Verfahren nach Anspruch 3 vorgeschlagen.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 1 wird die Alterung von dressiertem Kaltband durch seine Lagerung bei tiefer Temperatur unterdrückt. Bei dem Alternativverfahren nach Anspruch 3 verhindert das kurzzeitig nach der formgebenden Weiterverarbeitung erfolgende Einbrennlackieren durch den dabei ausgelösten Bakehardening-Effekt eine Alterung des kurzzeitig vor der Weiterverarbeitung dressierten Kaltbandes.
Um den positiven Einfluß einer Absenkung der Umgebungstemperatur während der Lagerung von Kaltbändern zu nutzen, kann die Lagerungstemperatur T in K (Grad Kelvin) in Abhängigkeit von der geplanten Lagerungszeit in h (Stunden) erfindungsgemäß wie folgt abgeschätzt werden: T = 9225 / (31,48 - ln (48/t)
Die Gleichung [3] folgt aus Gleichung [2] und bezieht sich auf einen Stahl, der infolge einer Stickstoffalterung nach Überschreitung einer Lagerzeit von mehr als 2 Tagen bei 20 °C nicht mehr einwandfrei verarbeitet werden kann. Aufgrund der geringeren Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs im Vergleich zum Stickstoff ist bei einer Alterung durch beide Elemente nur die Berücksichtigung von Stickstoff ausreichend.
Am Beispiel eines Kaltbandes aus einem Stahl mit 0,003 % C, 0,27 % Mn, 0,003 % Si, 0,007 % P, 0,006 % S, 0,046 % Al, 0,001 % N und Cu+Ni+Cr < 0,1 % (Angaben in Masse-%) wurde die Veränderung der Werkstoffeigenschaften durch Alterung bei verschiedenen Temperaturen gemessen. Nach der Warm- und Kaltwalzung wurde der Stahl in einer kontinuierlichen Feuerbeschichtungsanlage mit einer maximalen Glühtemperatur von 820 °C verzinkt und anschließend mit 1,5 % dressiert. Als Maß für die Gefahr von Fließfiguren wurde die Differenz zwischen oberer und unterer Streckgrenze (Reh-Rel) aus dem Zugversuch ausgewertet.
Fig. 1 zeigt die zeitliche Entwicklung von Reh-Rel bei Raumtemperatur, 60 °C und 100 °C. Der Wert Reh-Rel = 2 N/mm2 kann als Grenzwert für eine fehlerfreie Verarbeitung angesehen werden. Bei höheren Werten als 2 N/mm2 muß mit dem Auftreten von Fließfiguren gerechnet werden, da in der Spannungs-Dehnungs-Kurve ein ausgeprägter Lastabfall vorliegt.
In Fig. 2 ist als Arrhenius-Darstellung für jede Temperatur die dazugehörige Zeit für das Erreichen des Wertes Reh-Rel = 2 N/mm2 aufgetragen. Wie bei allen diffusionsgesteuerten Vorgängen ergibt sich in guter Näherung eine Gerade. Der Einfluß einer weiter abgesenkten Temperatur kann durch Verlängerung der Geraden mit den Werten aus Tabelle 3 ermittelt werden.
Alterungstemperatur [°C] 30 20 5 0 -5 -10
Alterungszeit [h] 56 (2,3 Tage) 174 (7,3 Tage) 1118 (6,7 Wo) 2170 (13 Wo) 4320 (26 Wo) 8830 (53 Wo)
Während der kritische Wert der Alterungsbeständigkeit bei 30 °C und 20 °C nach 2 bzw. 7 Tagen erreicht wird, so ist eine fließfigurenfreie Verarbeitung bei 0 °C bis zu 13 Wochen und bei -10 °C sogar bis zu einem Jahr gewährleistet.
In Tabelle 4 sind die mechanischen Werte des Stahles, seine 0,2 %-Dehnungsgrenze (Rp0,2), Zugfestigkeit (Rm), Dehnung (A80), Gleichmaßdehnung (Ag), der r-Wert und sein Bake-hardening-Potential BH0 sowie die Gehalte an gelöstem C und N im Ausgangszustand aufgeführt.
Rp0,2 N/mm2 Rm N/mm2 A80 % Ag % r-Wert BH0 N/mm2 Cgel. ppm Ngel. ppm
215 310 44 23,5 1,75 73 30 < 1
Ein Stahl mit hohen Gehalten an gelöstem Kohlenstoff und/oder Stickstoff, der bei Raumtemperatur nicht alterungsbeständig ist, kann durch Anwendung eines der beiden erfindungsgemäßen Verfahren auch nach längerer Lagerzeit ohne Gefahr von Oberflächenfehlern weiterverarbeitet werden.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Nutzbarmachung eines hohen Bake-hardening-Potentials, das im Vergleich zu üblichen bei Raumtemperatur alterungsbeständigen Bake-hardening-Stählen höhere Beulfestigkeiten der daraus hergestellten Bauteile ermöglicht.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Herstellung eines beulfesten, einbrennlackierten Bauteils aus einem Kaltband, welches aus alterungsempfindlichem Stahl mit hohem Bake-hardening-Potential, insbesondere von mehr als 70 N / mm2, besteht,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Kaltband durch Dressieren in einen streckgrenzendehnungsfreien Zustand, in dem die Bedingung Reh - Rel < 2 N / mm2 erfüllt ist, überführt wird,
    daß das Kaltband dann bei einer unter Raumtemperatur liegenden Lagerungstemperatur für eine Lagerzeit gelagert wird, deren Länge maximal gleich der Länge des Zeitraums ist, an dessen Ende der sich in Abhängigkeit von der jeweiligen Lagerungstemperatur ergebende kritische Wert der Alterungsbeständigkeit, bei dem die Bedingung Reh - Rel = 2 N/mm2 erfüllt ist, erreicht wird,
    daß das Kaltband nach der Lagerung zu einem Bauteil kaltumgeformt wird und
    daß das Bauteil abschließend einbrennlackiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerungstemperatur T in [K] des Kaltbandes in Abhängigkeit von der geplanten Lagerzeit t in [h] nach Maßgabe der Gleichung T = 9225 / (31,48 - ln (48/t)) mit
    T:
    Lagerungstemperatur in [K]
    t:
    Lagerzeit in [h]
    gewählt wird.
  3. Verfahren zur Herstellung eines beulfesten einbrennlackierten Bauteils aus einem Kaltband, welches aus alterungsempfindlichem Stahl mit hohem Bake-hardening-Potential, insbesondere von mehr als 70 N / mm2, besteht,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Kaltband undressiert bei Raumtemperatur für eine Lagerzeit gelagert wird,
    daß das Kaltband nach Ablauf der Lagerzeit durch Dressieren in einen streckgrenzendehnungsfreien Zustand, in dem die Bedingung Reh-Rel < 2 N / mm2 erfüllt ist, überführt wird,
    daß das dressierte Kaltband anschließend zu einem Bauteil kaltumgeformt wird und
    daß das Bauteil abschließend einbrennlackiert wird.
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