EP1309734A1 - Höherfester, kaltumformbarer stahl und stahlband oder -blech, verfahren zur herstellung von stahlband und verwendungen eines solchen stahls - Google Patents

Höherfester, kaltumformbarer stahl und stahlband oder -blech, verfahren zur herstellung von stahlband und verwendungen eines solchen stahls

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EP1309734A1
EP1309734A1 EP02732754A EP02732754A EP1309734A1 EP 1309734 A1 EP1309734 A1 EP 1309734A1 EP 02732754 A EP02732754 A EP 02732754A EP 02732754 A EP02732754 A EP 02732754A EP 1309734 A1 EP1309734 A1 EP 1309734A1
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Bernhard Engl
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Thomas Heller
Werner Zimmermann
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ThyssenKrupp Stahl AG
ThyssenKrupp Steel AG
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    • C21D8/0273—Final recrystallisation annealing

Definitions

  • the invention relates to an Fe-Mn-Al-Si light steel with carbon and a steel strip or sheet with good cold formability and higher strength.
  • the invention relates to a method for producing strips from such a steel and particularly suitable uses of such a steel.
  • a light steel used for the production of body components and for low-temperature use is known from DE 197 27 759 C2.
  • Fe contains 10% to 30% Mn, 1% to 8% Al and 1 to 6% Si, the sum of the contents of Al and Si not exceeding 12%.
  • carbon is at most contained in the contamination area.
  • carbon is provided as an optional alloy element.
  • the known light steel has> 7% to 27% Mn,> 1% to 10% Al,> 0.7% to 4% Si, ⁇ 0.5% C, ⁇ 10% Cr, ⁇ 10% Ni and ⁇ 0, 3% Cu.
  • the steel can contain N, V, Nb, Ti, P, the sum of these elements not exceeding 2%.
  • the light steel known from EP 1 067 203 AI also contains carbon, namely 0.001 to 1.6%. In addition to Fe 6 - 30% Mn, ⁇ 6% A1, ⁇ 2.5% Si, ⁇ 10% Cr, ⁇ 10% Ni and ⁇ 5% Cu.
  • V, Ti, Nb, B, Zr and rare earths can be contained in the steel, the sum of their contents not exceeding 3%.
  • the known steel may include P, Sn, Sb, and As, the sum of the contents of these elements should not be greater than 0.2%.
  • a method for producing gear parts by pressure rolling is known from DE 197 24 661 C2.
  • a microalloy is made high-strength structural steel, which has a lower yield strength of at least 500 N / mm 2 , is formed from a sheet metal into a blank. This blank is then cold formed into the gear by spinning rolls. In the course of forming the toothing, the sheet metal material is formed to the limit of its forming capacity. Subsequently, a surface of the workpiece provided with the toothing is hardened essentially without heat distortion while maintaining the temperature.
  • the object of the invention is, based on the above-described prior art, to provide a light steel or a steel strip or sheet produced therefrom with good deformability and good strength, which can also be easily produced on an industrial scale.
  • a method for producing a steel strip or sheet and preferred uses for the steel are to be specified.
  • a light steel which has the following composition (in% by weight):
  • the targeted addition of boron leads to a significant improvement in the properties and the manufacturability in the steels according to the invention.
  • the boron content in the steel according to the invention thus brings about a reduction in the yield strength, as a result of which the deformability is significantly improved.
  • the favorable effects of the alloy on the mechanical-technological properties of the steel according to the invention can be further supported by the fact that the carbon content is 0.10-1.00% by weight, if a minimum of 0.10% by weight of carbon is detectable in the steel according to the invention.
  • steel according to the invention or a steel strip or sheet produced from it has a significantly lower ⁇ r value than the sheets known from the prior art and belonging to the type in question here.
  • cold-rolled steel strips and sheets composed according to the invention are distinguished by comparably low yield strengths, improved yield strength with increased hardening exponents (n-value), increased deep-drawing capability (r-value) and lower planar anisotropy ( ⁇ r-value) as well as an increased product of yield strength and elongation out.
  • the tensile strength of steel strips and sheets according to the invention is at least 680 MPa.
  • the product of tensile strength and elongation is at least 41000 MPa.
  • the yield strength of steel sheets and strips according to the invention does not exceed 520 MPa.
  • steels according to the invention or sheets and strips produced therefrom have an extraordinarily high uniform expansion of 20% to more than 45%. N values of up to 0.7 are achieved.
  • a particularly good cold-formable light steel strip or sheet is obtained which, due to its comparatively high strength and low density, is particularly suitable for the production of components for automobile bodies.
  • the excellent ratio of strength and weight makes a steel sheet produced according to the invention for the production of wheels for vehicles, in particular motor vehicles, for the production of components molded by internal high pressure or external high pressure, for the production of high-strength engine parts, such as camshafts or piston rods, for the production of suitable for protection against impulses, such as shelling, certain components, such as armor plates, as well as protective elements intended to protect people, in particular against shelling.
  • the comparatively low weight of the steel sheet according to the invention and the high strength at the same time have a positive effect.
  • Steel sheets according to the invention are also particularly suitable for the production of non-magnetic components with a purely austenitic structure.
  • inventive materials retain their strength even at particularly low temperatures. As such, they are particularly suitable for the production of components used in cryogenics, such as containers or pipes for refrigeration.
  • the positive effects of boron in steel used according to the invention can be achieved particularly safely if the boron content is 0.002% by weight to 0.01% by weight, in particular 0.003 to 0.008% by weight.
  • the C content in the range from 0.1% to 1.0% also ensures improved producibility of steel sheets and strips according to the invention.
  • the formation of intermetallic phases is suppressed due to the presence of carbon. Cracks and instabilities in the band edge area, as they arise in the steel strips produced from the known steels, are thus considerably reduced, the instabilities decreasing to a particular extent with increasing C content.
  • a further improvement in strip edge quality is achieved by adding boron. As a result, the combined Addition of C and B band edge instabilities can be avoided almost completely.
  • the C and B contents provided according to the invention open up a wide range of hot rolling parameters. It has thus been found that the characteristic values of steels according to the invention obtained when high hot rolling temperatures and coiling temperatures are selected are essentially the same as those obtained at low hot rolling temperatures and coiling temperatures. This insensitivity in hot strip production also favors the simple manufacture of steel sheets according to the invention.
  • Si content of steel strips and sheets according to the invention Due to the Si content of steel strips and sheets according to the invention, which are limited to contents above 2.50% by weight, preferably above 2.70% by weight, an improvement over those of light steel strips or sheets having low Si contents was improved Cold rollability.
  • the high addition of Si is expressed in more uniform yield strengths and Tensile strength values as well as higher elongation at break and uniform elongation values.
  • Si in steels according to the invention also leads to higher r and n values and to an isotropic formation of the mechanical properties.
  • the upper limit of the sum formed from AI and Si contents is 12%, since a sum of the AI and Si contents going beyond this limit would entail the risk of embrittlement.
  • a starting material such as slabs, thin slabs or strip
  • the hot-rolling the hot-rolled strip according to the invention at at least 800 ° C., and coiling it at low temperatures, the aforementioned positive effect of carbon and in particular boron is used to the full extent.
  • Boron and carbon for example, produce higher tensile strength and yield strength values with strips that are hot-rolled in this area, while still maintaining acceptable elongation at break values.
  • With increasing hot rolling temperature tensile strength and yield point decrease, while the elongation values increase.
  • the final roll temperatures within the scope specified by the invention, the influence the desired properties of the steel strip obtained in a targeted and simple manner.
  • Hot strip produced according to the invention is characterized by good usage properties. If thinner sheets or strips are to be produced, the hot strip can be cold-rolled into cold strip after coiling, the cold rolling advantageously being carried out with a degree of cold rolling of 30% to 75%.
  • the cold strip obtained is then preferably subjected to annealing, the annealing temperatures being between 600 ° C. and 1100 ° C. Annealing can be carried out in the hood in the temperature range from 600 ° C to 750 ° C or in a continuous process in the annealing furnace at temperatures from 750 ° C to 1100 ° C.
  • annealing can be carried out in the hood in the temperature range from 600 ° C to 750 ° C or in a continuous process in the annealing furnace at temperatures from 750 ° C to 1100 ° C.
  • steel according to the invention or steel strips and sheets produced therefrom consists in the production of cold-formed components by pressure rolling.
  • blanks are produced from the steel, which are then finished by the pressure rolling. Due to its special property profile is suitable Steel according to the invention or sheet metal blanks produced therefrom in a special way for this purpose.
  • a purely austenitic or a structure consisting of a mixture of ferrite and austenite with portions of martensite can be set in the steel according to the invention.
  • the steels according to the invention can therefore be shaped much better. In the course of cold forming, they harden significantly more strongly than the high-strength micro-alloyed or multi-phase steels known to be used for the production by pressure rolling. Depending on the cold deformation, component strengths in the range from 1400 N / mm 2 to 2200 N / mm 2 can be achieved. Additional hardening of the components produced after cold forming can therefore be dispensed with. It also has a favorable effect, in particular in the production of toothed gear components, with regard to the intended use, that the steels used according to the invention for their production are reduced in density due to the high content of light elements such as Si, Al.
  • Table 1 shows the compositions of four steels A, B, C, D, E, of which steels A, B and C correspond to the alloy provided according to the invention, while steels D and E are comparative examples.
  • the steel strips produced from steels A to C according to the invention have excellent cold formability. With high strength and high elongation at break, they each have a pronounced isotropic deformation behavior (r ⁇ 1, ⁇ r ⁇ 0).
  • the steel strips produced from the carbon-free but boron-containing steel C according to the invention also have low yield strengths, increased elongation at break and uniform elongation and isotropic deformation behavior.
  • all variants of steel sheets according to the invention are particularly suitable for the production of Body components, especially for the outer sheets of an automobile body, of wheels for vehicles, in particular motor vehicles, of non-magnetic components, of containers used in cryotechnology, of components molded by internal high pressure or external high pressure, of pipes, in particular for the production of high-strength engine parts such as camshafts or Piston rods are intended for protection against impulses, such as shelling, certain components or protective elements, such as armor plates, or body armor for the human or animal body.
  • Highly resilient gear components can also be produced from steel sheets according to the invention, which are characterized by a low weight and good usage properties, without the need for additional heat treatment.

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Abstract

Ein erfindungsgemässes Stahlband oder -blech mit guter Kaltumformbarkeit und höherer Festigkeit besteht aus einem Leichtstahl, der (in Gewichts-%) C: </=1,00 %, Mn: 7,00 - 30,00 %, Al: 1,00 - 10,00 %, Si: > 2,50 - 8,00 %, Al + Si: > 3,50 - 12,00 %, B: > 0,00 - < 0,01 %, sowie wahlweise Ni: < 8,00 %, Cu: < 3,00 %, N: < 0,60 %, Nb: < 0,30 %, Ti: < 0,30 %, V: < 0,30 %, P: < 0,01 %, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist.

Description

Höherfester, kaltuπvformbarer Stahl und Stahlband oder -blech, Verfahren zur Herstellung von Stahlband und Verwendungen eines solchen Stahls
Die Erfindung betrifft einen Fe-Mn-Al-Si-Leichtstahl mit Kohlenstoff sowie ein Stahlband oder -blech mit guter Kaltumformbarkeit und höherer Festigkeit. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Bändern aus einem solchen Stahl und besonders geeignete Verwendungen eines solchen Stahls.
Ein für die Herstellung von Karosseriebauteilen und den Tieftemperatureinsatz verwendeter Leichtstahl ist aus der DE 197 27 759 C2 bekannt. Er enthält neben Fe 10 % bis 30 % Mn, 1 % bis 8 % AI und 1 bis 6 % Si, wobei die Summe der Gehalte an AI und Si 12 % nicht überschreitet. In diesem bekannten Stahl ist Kohlenstoff allenfalls im Verunreinigungsbereich enthalten.
Beim aus der DE 199 00 199 AI bekannten Leichtbaustahl ist dagegen Kohlenstoff als optionales Legierungselement vorgesehen. Der bekannte Leichtstahl weist > 7 % bis 27 % Mn, > 1 % bis 10 % AI, > 0,7 % bis 4 % Si, < 0,5 % C, < 10 % Cr, < 10 % Ni und < 0,3 % Cu auf. Des weiteren können in dem Stahl N, V, Nb, Ti, P enthalten sein, wobei die Summe dieser Elemente 2 % nicht überschreiten darf. Auch der aus der EP 1 067 203 AI bekannte Leichtstahl enthält Kohlenstoff, und zwar 0,001 bis 1,6 %. Zudem weist dieser Stahl neben Fe 6 - 30 % Mn, ≤ 6 % A1, < 2,5 % Si, < 10 % Cr, ≤ 10 % Ni und ≤ 5% Cu auf. Zusätzlich können V, Ti, Nb, B, Zr und Seltene Erden in dem Stahl enthalten sein, wobei die Summe ihrer Gehalte 3 % nicht überschreitet. Ebenso kann der bekannte Stahl P, Sn, Sb, und As beinhalten, wobei die Summe der Gehalte dieser Elemente nicht größer als 0,2 % sein soll.
Es hat sich gezeigt, dass sich derart zusammengesetzte Stähle trotz der Anwesenheit von Kohlenstoff nur unter Schwierigkeiten warm- und kaltwalzen lassen. So zeigen sich an den Bandkanten häufig Instabilitäten oder Risse, welche die großtechnische Herstellung von Bändern oder Blechen aus solchen Stählen in der Praxis schwierig machen. Des weiteren weisen diese Stähle ein sehr stark isotropes Verformungsverhalten auf, welches sich in einem hohen Δr-Wert äußert. Auch infolge der schlechten Verformbarkeit wird die Weiterverarbeitung der nach dem bekannten Verfahren erzeugten Stahlbleche erschwert.
Gut verformbare Stähle mit höheren Festigkeiten werden auch für die Fertigung von Bauteilen benötigt, die mit Verzahnungen oder vergleichbaren Formelementen versehen sind. Bei diesen Bauteilen handelt es sich typischerweise um mit Innen- oder Außenverzahnungen versehene Getriebeteile. Diese lassen sich kostengünstig und mit hoher Maßhaltigkeit durch Drückwalzen herstellen.
Ein Verfahren zum Herstellen von Getriebeteilen durch Drückwalzen ist aus der DE 197 24 661 C2 bekannt. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird aus einem mikrolegierten hochfesten Baustahl, der eine untere Streckgrenze von mindestens 500 N/mm2 besitzt, aus einem Blech ein Rohling geformt. Dieser Rohling wird dann durch Drückwalzen zu dem Getriebe kaltverformt . Im Zuge des Einformens der Verzahnung wird das Blechmaterial bis an die Grenze seines Umformvermögens umgeformt. Anschließend wird eine Oberfläche des mit der Verzahnung versehenen Werkstücks im wesentlichen unter Beibehaltung der Temperatur wärmeverzugsfrei gehärtet .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik einenLeichtstahl bzw. ein daraus erzeugtes Stahlbandoder -blech mit guter Verformbarkeit und guter Festigkeit zu schaffen, der bzw. das sich auch im großtechnischen Maßstab einfach herstellen lässt. Darüber hinaus sollen ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlbandes oder - blechs sowie bevorzugte Verwendungen für den Stahl angegeben werden.
Die Aufgabe wird zum einen durch einen Leichtstahl gelöst, der folgende Zusammensetzung aufweist (in Gewichts - %) :
C: ≤ 1,00 %
Mn: 7,00 - 30,00 %
AI: 1,00 - 10,00 %
Si: > 2,50 - 8,00 %
AI + Si: > 3,50 - 12,00 %
B: > 0,00 - < 0,01 % sowie wahlweise
Ni: < 8,00 % Cu : < 3 , 00 %
N : < 0 , 60 %
Nb : < 0 , 30 %
Ti : < 0 , 30 %
V : < 0 , 30 %
P : < 0 , 01 %
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen. Den Verunreinigungen werden dabei Schwefel und Sauerstoff zugerechnet .
Überraschend hat sich herausgestellt, dass die gezielte Zugabe Bor bei erfindungsgemäßen Stählen zu einer deutlichen Verbesserung der Eigenschaften und der Herstellbarkeit führt. So bewirkt der im erfindungsgemäßen Stahl enthalte Gehalt an Bor eine Verminderung der Streckgrenze, wodurch die Verformbarkeit deutlich verbessert wird. Die günstigen Einflüsse der Legierung auf die mechanisch-technologischen Eigenschaf en erfindungsgemäßen Stahls kann dadurch noch unterstützt werden, dass der Kohlenstoffgehalt 0,10 - 1,00 Gew.-% beträgt, wenn also ein Mindestmaß von 0,10 Gew.-% an Kohlenstoff im erfindungsgemäßen Stahl nachweisbar ist.
Dabei hat die Anwesenheit dieser Elemente eine besonders gute Kombination von mechanischen und technologischen Eigenschaften zur Folge. So weist erfindungsgemäßer Stahl bzw. ein daraus erzeugtes Stahlband oder und -blech einen gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten, zur hier in Rede stehenden Gattung gehörenden Bleche einen deutlich niedrigeren Δr-Wert auf. Zusätzlich zeichnen sich erfindungsgemäß zusammengesetzte kaltgewalzte Stahlbänder und -bleche durch vergleichbar niedrige Streckgrenzen, verbesserte Streckziehfähigkeit bei erhöhten Verfestigungsexponenten (n-Wert) , erhöhter Tiefziehfähigkeit (r-Wert) und niedriger planarer Anisotropie (Δr-Wert) sowie ein erhöhtes Produkt aus Streckgrenze und Dehnung aus. So liegt die Zugfestigkeit erfindungsgemäßer Stahlbänder und -bleche mindestens bei 680 MPa. Das Produkt aus Zugfestigkeit und Dehnung beträgt mindestens 41000 MPa. Die Streckgrenze erfindungsgemäßer Stahlbleche und -bänder überschreitet 520 MPa nicht. Gleichzeitig besitzen erfindungsgemäße Stähle bzw. daraus erzeugte Bleche und Bänder eine außerordentlich hohe Gleichmaßdehnung von 20 % bis zu mehr als 45 %. Es werden n-Werte von bis zu 0,7 erreicht.
Im Ergebnis wird so ein besonders gut kaltverformbares Leichtstahlband oder -blech erhalten, das sich aufgrund seiner vergleichsweise hohen Festigkeit und geringen Dichte insbesondere für die Herstellung von Bauteilen für Automobilkarossen eignet . Ebenso macht das ausgezeichnete Verhältnis von Festigkeit und Gewicht ein erfindungsgemäß erzeugtes Stahlblech für die Herstellung von Rädern für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, für die Herstellung von innenhochdruck- oder außenhochdruckverformten Bauteilen, für die Herstellung von hochfesten Motorteilen, wie Nockenwellen oder Kolbenstangen, für die Herstellung von für den Schutz gegen impulsförmig auftreffende Belastungen, wie Beschuss, bestimmten Bauelementen, wie Panzerblechen, sowie Schutzelemente geeignet, die zum Schutz von Personen insbesondere gegen Beschuss bestimmt sind. Insbesondere im Falle der letztgenannten Anwendung macht sich das vergleichsweise geringe Gewicht des erfindungsgemäßen Stahlblechs und die gleichzeitig hohe Festigkeit positiv bemerkbar.
Erfindungsgemäße Stahlbleche eignen sich bei rein austenitischer Gefügestruktur darüber hinaus in besonderer Weise zur Herstellung von nichtmagnetischen Bauelementen.
Des weiteren hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäßen auch bei besonders niedrigen Temperaturen ihre Festigkeit beibehalten. Sie eignen sich als solche insbesondere zur Herstellung von in der Kryotechnik eingesetzte Bauelemente, wie Behälter oder Rohre für die Kältetechnik.
Besonders sicher erreichen lassen sich die positiven Wirkungen von Bor in erfindungsgemäß verwendetem Stahl, wenn der Borgehalt 0,002 Gew.-% bis 0,01 Gew.-%, insbesondere 0,003 bis 0,008 Gew.-%, beträgt.
Auch der im Bereich von 0,1 % bis 1,0 % liegende C-Gehalt gewährleistet eine verbesserte Herstellbarkeit erfindungsgemäßer Stahlbleche und -bänder. Bei erfindungsgemäßen Stählen ist aufgrund der Anwesenheit von Kohlenstoff die Bildung intermetallischer Phasen unterdrückt. Risse und Instabilitäten im Bandkantenbereich, wie sie bei den aus den bekannten Stählen erzeugten Stahlbändern entstehen, werden so erheblich reduziert, wobei mit zunehmendem C-Gehalt die Instabilitäten in besonderem Maße abnehmen. Ein weitere Verbesserung der Bandkantenqualität wird durch die Zugabe von Bor erzielt. Im Ergebnis können durch die kombinierte Zugabe von C und B Bandkanteninstabilitäten nahezu vollständig vermieden werden.
Bor substituiert in seiner Wirkung auf die mechanischtechnologischen Eigenschaften das Legierungelement Mn. So ist festgestellt worden, dass ein Stahl mit 20 % Mn und 0,003 % Bor ein ähnliches Eigenschaftsprofil aufweist wie ein Stahl, der 25 % Mn, jedoch kein B enthält. Daher können erfindungsgemäße Leichtbaustähle relativ niedrige Mn-Gehalte bei dennoch vergleichsweise hohen Festigkeiten besitzen. Dies führt zu verminderten Legierungsmittelkosten und erleichtert die schmelzmetallurgische Herstellung eines erfindungsgemäß verwendeten Leichtstahls.
Zusätzlich eröffnen die erfindungsgemäß vorgesehenen C- und B-Gehalte ein weites Spektrum der Warmwalzparameter. So ist festgestellt worden, dass die bei Wahl hoher Warmwalzendtemperaturen und Haspeltemperaturen erhaltenen Kennwerte erfindungsgemäßer Stähle im wesentlichen gleich denen sind, die bei niedrigen Warmwalzendtemperaturen und Haspeltemperaturen erhalten werden. Auch diese Unempfindlichkeit bei der Warmbandherstellung begünstigt die einfache Herstellbarkeit erfindungsgemäßer Stahlbleche.
Aufgrund des auf Gehalte oberhalb von 2,50 Gew.-%, bevorzugt oberhalb von 2,70 Gew.-%, beschränkten Si- Gehaltsweisen erfindungsgemäße Stahlbänder und -bleche eine gegenüber solchen Leichtstahlbändern oder -blechen, die geringe Si-Gehalte besitzen, verbesserte Kaltwalzbarkeit auf. Die hohe Zugabe von Si drückt sich in gleichmäßigeren Streckgrenzen- und Zugfestigkeitswerten sowie in höheren Bruchdehnungs- und Gleichmaßdehnungswerten aus. Si in erfindungsgemäßen Stählen führt darüber hinaus zu höheren r- und n-Werten sowie zu einer isotropen Ausbildung der mechanischen Eigenschaften. Die Obergrenze der aus AI- und Si-Gehalten gebildeten Summe liegt bei 12 %, da eine über diese Grenze hinausgehende Summe der AI- und Si-Gehalte die Gefahr einer Versprödung mit sich bringen würde.
Erfindungsgemäße Stahlbänder und -bleche lassen sich bevorzugt durch ein Verfahren herstellen, bei dem ein Vormaterial, wie Brammen, Dünnbrammen oder Band, aus einem erfindungsgemäß in der voranstehend erläuterten Weise zusammmengesetzten Stahl gegossen wird, bei dem das gegossene Vormaterial auf = 1100 °C erwärmt oder mit einer solchen Temperatur direkt eingesetzt wird, bei dem das vorgewärmte Vormaterial zu Warmband bei einer mindestens 800 °C betragenden Warmwalzendtemperatur warmgewalzt wird und bei dem das fertiggewalzte Warmband bei einer 450 °C bis 700 °C betragenden Haspeltemperatur gehaspelt wird.
Indem das Warmband erfindungsgemäß bei mindestens 800 °C liegenden Warmwalzendtemperaturen warmgewalzt und bei niedrigen Temperaturen gehaspelt wird, wird die erwähnte positive Wirkung des Kohlenstoffs und insbesondere des Bors im vollen Umfang genutzt. So bewirken Bor und Kohlenstoff bei in diesem Bereich warmgewalzten Bändern höhere Zugfestigkeits- und Streckgrenzen-Werte bei nach wie vor akzeptablen Bruchdehnungswerten. Mit zunehmender Warmwalzendtemperatur nehmen Zugfestigkeit und Streckgrenze ab, während die Dehnungswerte ansteigen. Durch Variation der Walzendtemperaturen im durch die Erfindung vorgegebenen Rahmen lassen sich so die gewünschten Eigenschaften des erhaltenen Stahlbandes gezielt und auf einfache Weise beeinflussen.
Durch die Beschränkung der Haspeltemperatur auf Werte von maximal 700 °C wird eine Werkstoffversprödung sicher vermieden. Es ist festgestellt worden, dass es bei höheren Haspeltemperaturen zur Bildung von Sprödphasen kommt, welche beispielsweise Materialabplatzungen nach sich ziehen können und als solche die Weiterverarbeitung erschweren oder sogar unmöglich machen.
Schon erfindungsgemäß erzeugtes Warmband zeichnet sich durch gute Gebrauchseigenschaften aus. Sollen dünnere Bleche oder Bänder erzeugt werden, so kann das Warmband nach dem Haspeln zu Kaltband kaltgewalzt werden, wobei das Kaltwalzen vorteilhafterweise mit einem Kaltwalzgrad von 30 % bis 75 % durchgeführt wird. Vorzugsweise wird das erhaltene Kaltband anschließend einer Glühung unterzogen, wobei die Glühtemperaturen zwischen 600 °C bis 1100 °C liegen sollten. Die Glühung kann dabei in der Haube im Temperaturbereich von 600 °C bis 750 °C oder im Durchlauf im Glühofen bei Temperaturen von 750 °C bis 1100 °C durchgeführt werden. Schließlich ist es im Hinblick auf die Kaltverformbarkeit und der Oberflächenausbildung günstig, das Kaltband abschließend zu dressieren.
Eine weitere besonders vorteilhafte Verwendung erfindungsgemäßen Stahls bzw. daraus hergestellter Stahlbänder und -bleche besteht in der Herstellung von kaltverformten Bauteilen durch Drückwalzen. Dazu werden aus dem Stahl Rohlinge hergestellt, die dann durch das Drückwalzen fertig geformt werden. Aufgrund seines besonderen Eigenschaftsprofils eignet sich erfindungsgemäßer Stahl bzw. daraus hergestellte Blechrohlinge in besonderer Weise für diesen Zweck.
Abhängig von der Zusammensetzung lässt sich in erfindungsgemäßem Stahl eine rein austenitische oder eine aus einer Mischung von Ferrit und Austenit mit Anteilen von Martensit bestehende Gefügestruktur einstellen. Die erfindungsgemäßen Stähle lassen sich daher wesentlich besser umformen. Im Zuge der Kaltumformung verfestigen sie deutlich stärker als die bekanntermaßen für die Herstellung durch Drückwalzen eingesetzten hochfesten mikrolegierten oder Mehrphasen-Stähle. So lassen sich je nach Kaltverformung Bauteilfestigkeiten im Bereich von 1400 N/mm2 bis 2200 N/mm2 erzielen. Eine zusätzliche Härtung der erzeugten Bauteile nach der Kaltverformung kann daher entfallen. Auch wirkt es sich insbesondere bei der Herstellung von verzahnten Getriebebauteilen in Bezug auf den Einsatzzweck günstig aus, dass die erfindungsgemäß zu ihrer Herstellung verwendeten Stähle aufgrund des hohen Gehaltes an leichten Elementen, wie Si, AI, dichtereduziert sind.
Bei Verwendung eines erfindungsgemäß zusammengesetzten und beschaffenen Stahls kann somit auf eine Wärmebehandlung oder ein Oberflächenhärten des drückgewalzten Bauteils verzichtet werden. Die durch diese zusätzlichen Behandlungsschritte beim Stand der Technik verursachte Gefahr von Verzug und Verzunderung besteht daher bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Stahles zur Herstellung von verzahnten, im Einsatz lokal starker Beanspruchung unterworfenen Bauelementen nicht mehr. So ermöglicht der erfindungsgemäße Stahl die kostengünstige Herstellung leichter, hochbelastbarer und maßhaltiger Bauelemente durch KaltVerformung, insbesondere Drückwalzen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsund Vergleichsbeispielen näher erläutert.
In Tabelle 1 sind die Zusammensetzungen von vier Stählen A,B,C,D,E angegeben, von denen die Stähle A,B und C der erfindungsgemäß vorgesehenen Legierung entsprechen, während es sich bei den Stählen D und E um Vergleichsbeispiele handelt.
Tabelle 1
Die Stähle A bis E der betreffenden Zusammensetzungen sind erschmolzen und zu Brammen vergossen worden. Anschließend sind die Brammen auf eine Temperatur von 1150 °C vorgewärmt worden. Die vorgewärmten Brammen sind dann warmgewalzt und anschließend gehaspelt worden.
Die jeweiligen Warmwalzendtemperaturen ET und Haspeltemperaturen HT sowie die jeweiligen Eigenschaften Zugfestigkeit Rm, Streckgrenze Re, A50-Dehnung, Gleichmaßdehnung Agi und n-Wert der erhaltenen Warmbänder sind in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Bis auf das aus dem nicht erfindungsgemäßen Stahl D hergestellte Band, welches sich nicht kaltwalzen ließ, sind die erhaltenen Warmbänder anschließend mit einem Verformungsgrand von ca. 65 % kaltgewalzt und bei 950 °C im Durchlauf geglüht Die mechanischen Eigenschaften der so erhaltenen kaltgewalzten Stahlbleche sind in Tabelle 3 eingetragen.
Tabelle 3
Es zeigt sich, dass die aus den Stählen A bis C erfindungsgemäß erzeugten Stahlbänder eine hervorragende Kaltverformbarkeit besitzen. Dabei weisen sie bei einer hohen Festigkeit und einer hohen Bruchdehnung jeweils ein ausgeprägt isotropes Verformungsverhalten (r ~ 1, Δr ~ 0) auf. Auch die aus dem kohlenstofffreien, jedoch Bor enthaltenden erfindungsgemäßen Stahl C erzeugten Stahlbänder weisen niedrige Streckgrenzen, erhöhte Bruch- und Gleichmaßdehnungen sowie ein isotropes Umformverhalten auf.
Somit eignen sich alle Varianten erfindungsgemäßer Stahlbleche in besonderer Weise für die Herstellung von Karosseriebauteilen, speziell für die Außenbleche einer Automobilkarosserie, von Rädern für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, von nichtmagnetischen Bauelementen, von in der Kryotechnik eingesetzte Behältern, von innenhochdruck- oder außenhochdruckverformten Bauteilen, von Rohren, die insbesondere für die Herstellung von hochfesten Motorteilen, wie Nockenwellen oder Kolbenstangen, bestimmt sind, von für den Schutz gegen impulsförmig auftreffende Belastungen, wie Beschuss, bestimmten Bauelementen oder Schutzelementen, wie Panzerblechen, oder Körperpanzerungen für den menschlichen oder tierischen Körper. Ebenso lassen sich aus erfindungsgemäßen Stahlblechen hochbelastbare Getriebebauteile herstellen, die sich durch ein geringes Gewicht und gute Gebrauchseigenschaften auszeichnen, ohne dass es dazu einer zusätzlichen Wärmebehandlung bedarf.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Leichtstahl mit guter Kaltumformbarkeit und höherer Festigkeit mit folgender Zusammensetzung (in Gewichts - %) :
C: < 1,00 %
Mn: 7,00 - 30,00 %
AI: 1,00 - 10,00 %
Si: > 2,50 - 8,00 %
AI + Si: > 3,50 - 12,00 %
B: > 0,00 - < 0,01 % sowie wahlweise
Ni: < 8,00 %
Cu: < 3,00 %
N: < 0,60 %
Nb: < 0,30 %
Ti: < 0,30 %
V: < 0,30 %
P: < 0,01 %
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
2. Leichtstahl nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß der Kohlenstoffgehalt 0,10 - 1,00 Gew.-% beträgt
3. Leichtstahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Si-Gehalt > 2,70 Gew.-% beträgt.
4. Leichtstahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Borgehalt 0,002 Gew.-% bis 0,01 Gew.-%, insbesondere 0,003 bis 0,008 Gew.-%, beträgt.
5. Stahlband oder -blech hergestellt aus einem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 zusammengesetzten Stahl.
6. Stahlband oder -blech nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, d a s s seine Zugfestigkeit mindestens 680 MPa beträgt.
7. Stahlband oder -blech nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Produkt aus seiner Zugfestigkeit und seiner Dehnung mindestens 41000 MPa beträgt.
8. Stahlband oder -blech nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, d a s s seine Streckgrenze bis zu 520 MPa beträgt.
9. Verfahren zur Herstellung eines kaltumformbaren höherfesten Stahlbandes oder -blechs,
- bei dem ein Vormaterial, wie Brammen, Dünnbrammen oder Band, aus einem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 zusammmengesetzten Stahl gegossen wird,
- bei dem das gegossene Vormaterial auf = 1100 °C erwärmt oder mit einer solchen Temperatur direkt eingesetzt wird,
- bei dem das vorgewärmte Vormaterial zu Warmband bei einer mindestens 800 °C betragenden
Warmwalzendtemperatur warmgewalzt wird, und
- bei dem das fertiggewalzte Warmband bei einer 450 °C bis 700 °C betragenden Haspeltemperatur gehaspelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Warmband nach dem Haspeln zu Kaltband kaltgewalzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Kaltband einer Glühung bei einer Glühtemperatur von 600 °C bis 1100 °C unterzogen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Glühung als Haubenglühung bei einer 600 °C bis 750 °C betragenden Glühtemperatur durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Glühung als Durchlaufglühung bei einer 750°C bis 1100 °C betragenden Glühtemperatur durchgeführt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Kaltband dressiert wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Kaltwalzen mit einem Kaltwalzgrad von 30 % bis
75 % durchgeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s aus dem jeweils erhaltenen Warm- oder Kaltband Rohlinge erzeugt werden, die anschließend zu Bauelementen fertig kaltverformt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Kaltverformung als Drückwalzen durchgeführt wird.
18. Verwendung eines Stahles oder eines Stahlbandes oder -bleches gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von tragenden Karrosseriebauteilen.
19. Verwendung eines Stahles oder eines Stahlbandes oder -blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von von außen sichtbaren Teilen von Fahrzeugkarosserien.
20. Verwendung eines Stahles oder Stahlbandes oder - blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von Rädern für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge .
21. Verwendung eines Stahles oder Stahlbandes oder - blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von nichtmagnetischen Bautelementen.
22. Verwendung eines Stahles oder Stahlbandes oder - blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von in der Kryotechnik eingesetzte Bauelemente.
23. Verwendung eines Stahles oder Stahlbandes oder - blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von innenhochdruck- oder außenhochdruckverformten Bauteilen.
24. Verwendung eines Stahles oder Stahlbandes oder - blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Rohren, die insbesondere für die Herstellung von hochfesten Motorteilen, wie Nockenwellen oder Kolbenstangen, bestimmt sind.
25. Verwendung eines Stahles oder Stahlbandes oder - blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von für den Schutz gegen impulsförmig auftreffende Belastungen, wie Beschuss, bestimmten Bauelementen, wie Panzerblechen.
26. Verwendung eines Stahles oder Stahlbandes oder - blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von für den Schutz von Personen vor impulsförmig auftreffender Belastungen, wie Beschuss, bestimmten Schutzelementen, wie Helme und Körperpanzerungen.
27. Verwendung eines Stahles oder Stahlbands oder -blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von Bauteilen durch Drückwalzen.
28. Verwendung eines Stahlbands oder -blech gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von Getriebeteilen.
29. Verwendung nach Anspruch 28, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Getriebeteile mit Verzahnungen versehen sind.
30. Verwendung nach Anspruch 28 oder 29, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Getriebeteile durch Drückwalzen hergestellt sind.
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