EP1309734B2 - 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 Download PDF

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EP1309734B2
EP1309734B2 EP02732754A EP02732754A EP1309734B2 EP 1309734 B2 EP1309734 B2 EP 1309734B2 EP 02732754 A EP02732754 A EP 02732754A EP 02732754 A EP02732754 A EP 02732754A EP 1309734 B2 EP1309734 B2 EP 1309734B2
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EP
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steel
strip
cold
producing
sheet
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Harald Hofmann
Bernhard Engl
Manfred Menne
Thomas Heller
Werner Zimmermann
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Definitions

  • the invention relates to a Fe-Mn-Al-Si light carbon steel and a steel strip or sheet with good cold workability and higher strength. Moreover, the invention relates to a method for producing strips of such a steel and particularly suitable uses of such a steel.
  • a used for the production of body parts and the low temperature use lightweight steel is from the DE 197 27 759 C2 It contains besides Fe 10% to 30% Mn, 1% to 8% Al and 1 to 6% Si, the sum of the contents of Al and Si does not exceed 12%. In this known steel carbon is possibly contained in the impurity range.
  • carbon is provided as an optional alloying element.
  • the known lightweight steel has> 7% to 27% Mn,> 1% to 10% Al,> 0.7% to 4% Si, ⁇ 0.5% C, ⁇ 10% Cr, ⁇ 10% Nl and ⁇ 0, 3% Cu on. Further, in the steel, N, V, Nb, Ti, P may be contained, and the sum of these elements may not exceed 2%.
  • a comparable composite, high-strength and good cold-formable austenitic lightweight steel is in the DE 197 27 759 A1 described.
  • This steel contains (in% by weight) 9.5-12% (Al + Si), 10-30% Mn and the remainder essentially iron including common steel elements (C, P, S, O, N).
  • the Si content of this steel is 0.5-6% and its Al content 1-8% with a Mn content of 15-30%. Due to its particularly high tensile strength of up to 1100 MPa, this steel is particularly suitable for the production of body panels and stiffening structural assemblies of automobile bodies.
  • known light steel contains carbon, 0.001 to 1.6%.
  • this steel has 6 - 30% Mn, ⁇ 6% Al, 2.5% Si, ⁇ 10% Cr, ⁇ 10% Ni and ⁇ 5% Cu.
  • V, Ti, Nb, B, Zr and rare earths may be contained in the steel, the sum of their contents not exceeding 3%.
  • a method for producing gear parts by spin forming is known from DE 197 24 661 C2 According to this known method, a blank is formed from a microalloyed high strength structural steel having a lower yield strength of at least 500 N / mm 2 from a sheet. This blank is then cold worked by spin forming to the gearbox. In the course of forming the teeth, the sheet material is transformed to the limit of its forming capacity. Subsequently, a surface of the workpiece provided with the toothing is cured substantially free of thermal deformation while maintaining the temperature
  • the object of the invention is to provide, starting from the above-mentioned prior art, a light steel or a steel strip or sheet produced therefrom with good ductility and good strength, which can also be produced easily even on an industrial scale.
  • a method for producing a steel strip or plate and preferred uses for the steel are to be specified.
  • the object is achieved on the one hand by a light steel having the following composition (in% by weight): C: 0.1 - 1% Mn: 7.00 - 30.00% al: 1,00 - 10.00% Si: > 2.50 - 8.00% Al + Si: > 3.50 - 12.00% B: 0.002 - ⁇ 0.01% as well as optional Ni: ⁇ 8.00% Cu: ⁇ 3.00% N: ⁇ 0.60% Nb: ⁇ 0.30% Ti: ⁇ 0.30% V: ⁇ 0.30% P: ⁇ 0.01% Remaining iron and unavoidable impurities.
  • the impurities are sulfur and oxygen. attributed.
  • the targeted addition of boron in steels according to the invention leads to a marked improvement in the properties and the manufacturability.
  • the content of boron contained in the steel according to the invention causes a reduction of the yield strength, whereby the deformability is significantly improved.
  • the favorable influences of the alloy on the mechanical-technological properties of the invention are supported by the fact that the carbon content is 0.10-1.00% by weight, that is to say if a minimum of 0.10% by weight of carbon is present in the invention Steel is detectable.
  • steel or a steel strip or sheet produced therefrom has a significantly lower ⁇ r value compared to the sheets known from the prior art for the sheet material in question here in Rade.
  • composite cold rolled steel strips and sheets according to the invention are characterized by comparatively low yield strengths, improved ironing capability at elevated solidification exponents (n value), increased deep drawability (r value) and low 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 41,000 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 extremely high degree of uniform expansion of from 20% to more than 45%. N values of up to 0.7 are achieved.
  • a particularly good kaltverformbares lightweight steel strip or sheet is obtained, which is particularly suitable for the production of components for automobile bodies due to its relatively high strength and low density.
  • 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 particularly suitable for the production of non-magnetic components in the case of a purely austenitic microstructure.
  • the inventive maintain their strength even at very low temperatures. They are suitable as such, in particular for the production of components used in cryotechnology, such as containers or pipes for refrigeration.
  • the positive effects of boron in steel used according to the invention can be achieved particularly reliably if the boron content is 0.003 to 0.008% by weight.
  • the C content lying in the range of 0.1% to 1.0% ensures improved manufacturability 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 strip edge area, as they occur in the steel strips produced from the known steels, are thus significantly reduced, with increasing C content, the instabilities in particular decrease. Further improvement in strip edge quality is achieved by the addition of boron. As a result, tape edge instabilities can be almost completely avoided by the combined addition of C and B.
  • inventively provided C and B contents open up a wide range of hot rolling parameters.
  • Steel strips and sheets according to the invention can preferably be produced by a method in which a starting material, such as slabs, thin slabs or strip, is cast from a composite according to the invention in the above-described manner, in which the cast starting material is heated to ⁇ 1100 ° C. is used directly at such a temperature, in which the preheated starting material is hot rolled to hot strip at a hot end temperature of at least 800 ° C and in which the finish rolled hot strip is coiled at a 450 ° C to 700 ° C amounting reel temperature.
  • a starting material such as slabs, thin slabs or strip
  • the hot-rolled strip according to the invention at hot-end temperatures of at least 800 ° C. and coiled at low temperatures, the mentioned positive effect of the carbon and in particular of the boron is fully utilized. Boron and carbon, for example, produce higher tensile strength and yield strength values for tapes which have been hot-rolled in this area, while the elongation at break values are still acceptable. As the hot rolling end temperature increases, the tensile strength and yield strength decrease while the elongation values increase.
  • the desired properties of the steel strip obtained can be selectively and easily influenced in a targeted manner and can influence the desired properties of the steel strip obtained in a targeted and simple manner.
  • hot strip is characterized by good Nutzseigenhack. If thinner sheets or strips are to be produced, then the hot strip can be cold rolled after being rolled into cold strip, wherein the cold rolling is advantageously carried out with a cold rolling degree of 30% to 75%.
  • the resulting cold strip is then subjected to an annealing, the annealing temperatures should be between 600 ° C to 1100 ° C.
  • the annealing can be carried out in the hood in the temperature range of 600 ° C to 750 ° C or in the annealing furnace at temperatures of 750 ° C to 1100 ° C.
  • a purely austenitic structure or a microstructure consisting of a mixture of ferrite and austenite with proportions of martensite can be incorporated into steel according to the invention.
  • the steels according to the invention can therefore be shaped much better. In the course of cold working, they solidify much more strongly than the high-strength microalloyed or multiphase steels known for production by pressure-rolling. Thus, depending on cold deformation, component strengths ranging from 1400 N / mm 2 to 2200 N / mm 2 can be achieved. An additional hardening of the components produced after the cold deformation can therefore be omitted. Also, it has a favorable effect, in particular in the production of toothed transmission components with respect to the intended use, that the steels used according to the invention for their production are reduced in density because of the high content of light elements, such as Si, Al.
  • the steel according to the invention allows the cost-effective Production of lightweight, heavy duty and dimensionally stable components by cold forming, in particular spin forming.
  • Table 1 the compositions of four steels A, B, C, D, E are indicated, of which the steels A and B correspond to the alloy provided according to the invention, while the steels C, D and E are comparative examples.
  • Table 1 stolen C Mn al Si B Fe, impurities A 0.5 15 3 3 0,003 rest B 0.5 20 3 3 0,003 rest C - 20 3 3 0,003 rest D - 14 3 3 - rest e - 19 3 3 - rest
  • the steels A to E of the respective compositions have been melted and cast into slabs. Subsequently, the slabs were preheated to a temperature of 1150 ° C. The preheated slabs are then hot rolled and then rewound.
  • the resulting hot strips are then cold-rolled with a strain of about 65% cold and annealed at 950 ° C. in one pass.
  • the mechanical properties of the cold-rolled steel sheets thus obtained are shown in Table 3 entered.
  • all variants of steel sheets according to the invention are particularly suitable for the production of body components, especially for the outer panels of an automobile body, wheels for vehicles, in particular motor vehicles, non-magnetic components, containers used in cryotechnology, internal high-pressure or external high-pressure deformed components Tubing intended in particular for the manufacture of high-strength engine parts, such as camshafts or piston rods, of impulse-impacting loads, such as bombardment, specific components or protective elements, such as armor plating, or body armor for the human or animal body.
  • high-strength transmission components can be produced from steel sheets according to the invention, which are distinguished by their low weight and good service properties, without the need for additional heat treatment.

Description

  • 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 % Al und 1 bis 6 % Si, wobei die Summe der Gehalte an Al und Si 12 % nicht überschreitet. In diesem bekannten Stahl ist Kohlenstoff allenfalls im Verunreinigungsbereich enthalten.
  • Beim aus der DE 199 00 199 A1 bekannten Leichtbaustahl ist dagegen Kohlenstoff als optionales Legierungselement vorgesehen. Der bekannte Leichtstahl weist > 7 % bis 27 % Mn, > 1 % bis 10 % Al, > 0,7 % bis 4 % Si, < 0,5 % C, < 10 % Cr, < 10 % Nl 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.
  • Ein vergleichbar zusammengesetzter, hochfester und gut kaltumformbarer austenitischer Leichtbaustahl ist in der DE 197 27 759 A1 beschrieben. Dieser Stahl enthält (in Gew.-%) 9,5 - 12 % (Al+Si), 10 - 30 % Mn und als Rest im wesentlichen Eisen einschließlich üblicher Stahlbegleitelemente (C, P, S, O, N). Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt der Si-Gehalt dieses Stahls 0,5 - 6 % und sein Al-Gehalt 1 - 8 % bei einem Mn-Gehalt von 15 - 30 %. Aufgrund seiner besonders hohen zugfestigkeit von bis zu 1100 MPa ist dieser Stahl besonders geeignet für die Herstellung von Karosserieblechen und versteifenden Strukturbautellen von Automobilkarosserien.
  • Auch der aus der EP 1 067 203 A1 bekannte Leichtstahl enthält Kohlenstoff, und zwar 0.001 bis 1,6 %. Zudem weist dieser Stahl neben Fe 6 - 30 % Mn, ≤ 6 % Al, 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 Stahlband- oder -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: 0,1 - 1%
    Mn: 7,00 - 30,00 %
    Al: 1,00 - 10,00 %
    Si: >2,50 - 8,00 %
    Al+Si: >3,50 - 12,00 %
    B: 0,002 - <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 von 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 Eigenschaften erfindungsgemäßen Stahis wird dabei dadurch unterstützt, 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 Rade 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 Tiefziehfäkigkeit (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 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 0,003 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 unterdrükt. 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 mechanisch-technologischen Eigenschaften das Legierungelement Mn. So ist festgestellt worden, dass ein Stahl mit 20 % Mn und 0,003 % Bot 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 verminden Legierungsmittelkosten und erleichtert die schmelzmetallurgische Herstellung eines erfindungsgemäß verwendeten Leichtstahls.
  • Zusätzlich eröffnen die erfindungsgemäß vorgesehen 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 Unempfindichkeit bei der Warmbandherstellung begünstigt die einfache Herstellbarkeit erfindungsgemäßer Stahlbleche.
  • Aufgrund des auf Gehalte oberhalte 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 sowie zu einer isotropen Ausbildung der mechanischen Eingenschaften. Die Obergrenze der aus Al- und Si-Gehalten gebildeten Summe liegt bei 12 % da eine über diese Grenze hinausgehende Summe der Al- 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 zusammengesetzten 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, gewünschten Eigenschaften des erhaltenen Stahlbandes gezielt und auf einfache Weise beeinflussen.
  • Durch die Beschrankung der Haspeltemperatur auf Werte von maximal 700°C 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 Gebrauchseigenschalten 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 erfindungsgemäßen Stahl eine rein austenitische oder eine aus einer Mischung von Ferrit und Austenit mit Anteilen von Martensit bestehende Gefügestruktur einsteilen. 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 Bauteiltestigkeiten 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, Al dichtereduziert sind.
  • Bei Verwendung eines-erfindungssemäß 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 Ausführungs- und Vergleichsbeispielen näher erläutert.
  • In Tabelle 1 sind die Zusammensetzungen von vier Stählen A, B, C, D, E angegeben, von denen die Stähle A und B der erfindungsgemäß vorgesehenen Legierung entsprechen, während es sich bei den Stählen C, D und E um Vergleichsbeispiele handelt. Tabelle 1
    Stahl C Mn Al Si B Fe, Verunreinigungen
    A 0,5 15 3 3 0,003 Rest
    B 0,5 20 3 3 0,003 Rest
    C - 20 3 3 0,003 Rest
    D - 14 3 3 - Rest
    E - 19 3 3 - Rest
  • 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 Warmwatzendtemperaturen ET und Haspeltemperaturen HT sowie die jeweiligen Eigenschaften Zugfesfigkeit Rm, Streckgrenze Re, A50-Dehnung, Gleichmaßdehnung Agl und n-Wert der erhaltenen Warmbänder sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2
    Stahl ET [°C] HT [°C] Re [N/mm2] Rm [N/mm2] A50 [%] Agl [%] n
    A 960 500 486 792 42 38 0,31
    B 930 500 509 825 46 42 0,32
    C 920 500 496 818 31 27 -
    D 820 500 610 920 26 - -
    E 840 500 430 700 30 - -
  • Bis auf das aus dem nicht erfindungsgemäßen Stahl Dhergestellte Band, welches sich nicht kaltwalzen ließ, Sind die erhaltenen Warmbänder anschließend mit einem Verformungsgrand von ca. 65% kaltgewalzt und 950 °C im Durchlauf geglüht Die mechanischen Eigenschaften der so erhaltenen kaltgewalzten Stahlbleche sind in Tabelle 3 eingetragen. Tabelle 3
    Stahl Re [N/mm2] Rm [N/mm2] A50 [%] Agl [%] n r Δr
    A 408 775 64 64 0,33 1,02 -0,1
    B 411 785 61,1 61,1 0,33 1,0 -0,06
    C 284 714 58 56,8 0,39 1,05 -0,17
    D Nicht kaltwalzbar
    E 382 744 52,5 50,3 0,32 0,82 -0,25
  • Es zeigt sich, dass die aus den Stählen A und B 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 kohlenstoffreien, jedoch Bor enthaltenden erfindungsgemäßen Stahl C erzeugten Stahlbänder welsen 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 (29)

  1. Leichtstahl mit guter Kaltumformbarkeit und höherer Festigkeit mit folgender Zusammensetzung (in Gewichts - %): C: 0,1 - 1 % Mn: 7,00 - 30,00 % Al: 1,00 - 10,00 % Si: > 2,50 - 8,00 % Al + Si: > 3,50 - 12,00 % B: 0,002 - < 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, dadurch gekennzeichnet, daß der Si-Gehalt > 2,70 Gew.-% beträgt.
  3. Leichtstahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Borgehalt 0,003 bis 0,008 Gew.-% beträgt.
  4. Stahlband oder -blech hergestellt aus einem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 zusammengesetzten Stahl.
  5. Stahlband oder -blech nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass seine Zugfestigkeit mindestens 680 MPa beträgt.
  6. Stahlband oder -blech nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt aus seiner Zugfestigkeit und seiner Dehnung mindestens 41000 MPa beträgt.
  7. Stahlband oder -blech nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass seine Streckgrenze bis zu 520 MPa beträgt.
  8. 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 3 zusanunmengesetzten 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.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmband nach dem Haspeln zu Kaltband kaltgewalzt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltband einer Glühung bei einer Glühtemperatur von 600 °C bis 1100 °C unterzogen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühung als Haubenglühung bei einer 600 °C bis 750 °C betragenden Glühtemperatur durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühung als Durchlaufglühung bei einer 750°C bis 1100 °C betragenden Glühtemperatur durchgeführt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltband dressiert wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltwalzen mit einem Kaltwalzgrad von 30 % bis 75 % durchgeführt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem jeweils erhaltenen Warm- oder Kaltband Rohlinge erzeugt werden, die anschließend zu Bauelementen fertig kaltverformt werden.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltverformung als Drückwalzen durchgeführt wird.
  17. Verwendung eines stahles oder eines Stahlbandes oder bleches gemäß der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von tragenden Karrosseriebauteilen.
  18. Verwendung eines Stahles oder eines Stahlbandes oder -blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von von außen sichtbaren Teilen von Fahrzeugkarosserien.
  19. Verwendung eines Stahles oder Stahlbandes oder - blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Rädern für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge.
  20. Verwendung eines Stahles oder Stahlbandes oder - blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von nichtmagnetischen Bautelementen.
  21. Verwendung eines Stahles oder Stahlbandes oder - blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von in der Kryotechnik eingesetzte Bauelemente.
  22. Verwendung eines Stahles oder Stahlbandes oder - blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von innenhochdruck- oder außenhochdruckverformen Bauteilen.
  23. Verwendung eines Stahles oder Stahlbandes oder - blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung von Rohren, die insbesondere für die Herstellung von hochfesten Motorteilen, wie Nockenwellen oder Kolbenstangen, bestimmt sind.
  24. Vewendung eines Stahles oder Stahlbandes oder - blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von für den Schutz gegen impulsförmig auftreffende Belastungen, wie Beschuss, bestimmten Bauelementen, wie Panzerblechen.
  25. Verwendung eines Stahles oder Stahlbandes oder -blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von für den Schutz von Personen vor impulsförmig auftreffender Belastungen, wie Beschuss, bestimmten Schutzelementen, wie Helme und Körperpanzerungen.
  26. Verwendung eines Stahles oder Stahlbands oder -blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Bauteilen durch Drückwalzen.
  27. Verwendung eines Stahlbands oder -blech gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Getriebeteilen.
  28. Verwendung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeteile mit Verzahnungen versehen sind.
  29. Verwendung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeteile durch Drückwalzen hersgestellt sind.
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