EP1399598B2 - Verfahren zum herstellen von hochfesten, aus einem warmband kaltverformten stahlprodukten mit guter dehnbarkeit - Google Patents

Verfahren zum herstellen von hochfesten, aus einem warmband kaltverformten stahlprodukten mit guter dehnbarkeit Download PDF

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EP1399598B2
EP1399598B2 EP02738172A EP02738172A EP1399598B2 EP 1399598 B2 EP1399598 B2 EP 1399598B2 EP 02738172 A EP02738172 A EP 02738172A EP 02738172 A EP02738172 A EP 02738172A EP 1399598 B2 EP1399598 B2 EP 1399598B2
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EP
European Patent Office
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cold
hot
product
temperature
annealing
Prior art date
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EP02738172A
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EP1399598B1 (de
EP1399598A1 (de
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Thomas Heller
Bernhard Engl
Günter STICH
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Publication date
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    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
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    • C21D8/0226—Hot rolling
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    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
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    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
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    • C21D8/0278—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips involving a particular surface treatment

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a high-strength, from a hot strip cold-worked steel product with good formability.
  • a method of producing high strength hot rolled strip is known from DE 197 10 125 A1 known.
  • the hot strip obtained is cooled at a cooling rate of at least 30 ° C / s and then reeled at a reel temperature of at most 600 ° C. With the hot strip thus obtained, the strength is at least 900 MPa due to the relatively low reel temperature.
  • the hot strip produced by the known method has a good cold workability.
  • This formability can according to the from DE 197 10 125 A1 known processes are further increased by the fact that the hot strip is subjected after coiling a annealing in the temperature range of 500 ° C to 850 ° C.
  • This annealing achieves a material state which offers advantages for components which as a whole still have to have a high strength, above all yield strength, with good formability.
  • By choosing higher annealing temperatures, particularly high strengths can be achieved at extremely low yield strength ratios or equivalent high solidification with good elongation values.
  • the so annealed hot strip is suitable for cold rolling, in which a degree of deformation of at least 30% is achieved.
  • a cold-worked sheet product of high strength, further improved yield ratio and good hardening behavior can be produced.
  • the expansion behavior of the products produced by cold deformation according to the known methods is not sufficient for many applications.
  • the components produced by the known method do not have the necessary deformability after the cold deformation even then. If they are subjected to a recrystallizing annealing after cold working, although the formability increases, the strength is then no longer sufficient.
  • the object of the invention was to provide a method for producing a cold-formed product, which has a high ductility and a correspondingly good formability at elevated strength in the cold-worked state.
  • the invention is based on the surprising finding that activate the strength-enhancing properties of the microalloying elements contained in steels according to the invention in the production of hot strip by annealing the product obtained from the hot strip after reeling by cold working and thereby cold-formed products with particularly high strengths and a can also produce good forming capacity in the cold-formed state, without the need for a procedurally complex compensation would be required.
  • the good formability for example in crash-relevant components, such as bumpers, side impact beams, reinforcing elements, is fully available in order to be able to convert kinetic energy into transformation energy in the event of a collision with other objects on a large scale.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the production of components whose dimensional and dimensional stability are just as demanding as their strength in use.
  • a typical example of such an application is for screens which, in picture tubes of televisions or computer monitors, must maintain the shadow mask under uniform tension in a fixed plane due to the heat load during their assembly and operation.
  • the required high strength receives the component thus cold-formed in the course of the heat treatment carried out according to the invention after cold working, so that as a result an exactly shaped, high-strength component with a high yield strength is available.
  • An additional remuneration which can lead to the delay of the component and an impairment of the surface, is then no longer necessary.
  • a prerequisite for the success achieved by the invention is that during the hot processing of the steel used in the invention, the operating parameters including the reel temperature are chosen so that the possible by the presence of a sufficient amount of Mikrolegleitersommen per se possible increase in hardness in the course of reeling is not achieved, but that the micro-alloying elements after reeling in the non-precipitated, dissolved state.
  • the reel temperature according to the invention is always chosen so that it is at a significant distance below the temperature at which the precipitation maximum of the micro-alloying elements would be achieved.
  • the steel alloy used according to the invention comprises steel compositions from which dual phase steels, bainitic steels or complex phase steels can be produced, depending on the particular composition and production conditions.
  • the aim is generally steels with a fine-grained multi-phase structure, in which bainite, ferrite, martensite and retained austenite depending on the type of steel depending on the size are included.
  • this starting material is hot rolled into hot strip.
  • the hot rolling start temperature is chosen so that the micro-alloying elements remain largely dissolved in the steel so that they are available for the effects caused in the last step of the process according to the invention.
  • the initial rolling temperature should be at least 1050 ° C for this purpose.
  • thin-slab or thin strip casting processes are particularly suitable for the production of the primary material, with which it is particularly possible due to the fact that the need for re-heating of the starting material or a solution of the micro-alloying elements does not exist and, on the other hand, the cooling rates of the strand can be high. keep the micro-alloying elements largely dissolved until the start of the hot rolling process.
  • the hot rolling end temperature should preferably be in the austenite region, ie above the Ar 3 temperature, in order to obtain the fine-grained, multiphase microstructure desired according to the invention.
  • composition of the microstructure of the hot strip obtained is determined by the chemical properties, the warm-up, rolling and cooling conditions and the coiler temperatures. It has been found that the effect achieved according to the invention of increasing strength and formability in dual-phase steels is particularly certain when the reel temperature is at most 300 ° C. For steels with a predominantly bainitic structure, this effect is reliably achieved at reel temperatures which are between 350 ° C and 450 ° C. Complex-phase steels should preferably be coiled at temperatures of 450 ° C to 550 ° C.
  • thermoformed state steels of the type used according to the invention have a high strength of at least 550 N / mm 2 .
  • the steels solidify very strongly.
  • the elongation decreases sharply, so that a high-strength, but difficult to deform product is obtained.
  • Due to their reduced formability, such cold formed components have only a small forming reserve and a correspondingly reduced energy absorption capacity. As such, for example, they are only of limited use for the production of components which are to be used as bumpers in crash-prone areas of an automobile.
  • the yield strength of the steel used is further increased.
  • the annealing of its elongation values are raised again approximately to the level at which the ductility of the hot strip was before the cold deformation.
  • the annealing temperatures during annealing following cold working are in the range of 450 ° C to 700 ° C, preferably in the range of 550 ° C to 650 ° C.
  • Glow time and annealing temperature are interchangeable in a limited scope. That is, at high temperatures only low hold times are required and vice versa. Accordingly, the heat treatment can be carried out as a separately performed treatment step in a hood or in a continuous annealing. Annealing, conventionally carried out under conditions which would result in complete recrystallization, would nullify the effect achieved by the invention.
  • This step may, for example, be a galvanizing or other process for coating or passivating the surface of the cold-worked product, which is carried out at temperatures in the range of the temperatures intended for the annealing treatment.
  • the degrees of deformation achieved in the course of cold working amount to 5% to 20%, in particular 5% to 10%.
  • the cold deformation can be carried out, for example, as roll profiling, drawing, pressing or hydroforming. Cold rolling at relatively low degrees of deformation is also suitable.
  • At least one of the elements Ti, Nb and / or V is used as a micro-alloying element in steel according to the invention.
  • these elements can be added in combined amounts that are sufficient to trigger the elimination process effected at the end of the process according to the invention.
  • particularly preferred is the use of Ti, which is characterized by a particularly favorable excretion behavior.
  • Ti is used according to a preferred embodiment of the invention as the sole micro-alloying element, its content should be at least 3.4 times the content of N in order to ensure a sufficient solution potential of the micro-alloying element.
  • the Ti content of the steel is preferably in the range from 0.07 to 0.15% by weight, while the nitrogen content is preferably less than 0.007% by weight. With Ti contents of this order of magnitude, the formation of Feinstauscheidungen with curing effect is optimally supported.
  • the Al content is preferably in the range of 0.015 to 0.08 wt%. or 0.5 to 1.5 wt .-%.
  • Steel sheets produced in accordance with the invention are preferably suitable for cold forming into components whose high demands are placed on high strength coupled with good elongation behavior and correspondingly good deformation behavior and high geometric dimensional stability.
  • components produced by the invention are characterized by low weight and high energy absorption capacity.
  • An example of an advantageous use of steel sheets produced according to the invention is the production of frames for flat screens.
  • components for bodies of motor vehicles or attachments from steel sheets produced according to the invention, which on the one hand have to be particularly strong and, on the other hand, for example in the event of a collision with another vehicle, have to convert the kinetic energies released during the impact into deformation energy.
  • These are u.a. Longitudinal members, so-called “crash boxes", chassis parts, hollow structural parts and reinforcing parts, such as the A, B or C pillar of the car body.
  • Hot rolled strip produced according to the invention is basically suitable for galvanizing. In this case, however, taking place at relatively low temperatures, in particular piecemeal, hot-dip galvanizing, galvanizing, in which temperatures above 750 ° C, are less suitable because it can be exceeded in terms of the effect achieved according to the invention critical temperatures in each processed workpiece ,
  • a composite according to Table 1 steel has been cast on a continuous casting to a pre-slab, which has then been hot-rolled as a starting material with a temperature of 1125 ° C in a hot strip mill to a hot strip.
  • the hot rolling end temperature was 925 ° C.
  • the reel temperature was 475 ° C.
  • the hot strip was pickled and delivered to a cold rolling mill in the pickled state.
  • Table 1 C Si Mn P S al N Cr 0.12 0.46 1.93 0,014 0.001 0.048 0.0061 0.29 Cu Not a word Ni Nb Ti Ti sl V CE 0.056 0,008 0.034 0.001 0,190 0.0081 0,008 0.51
  • G1 sheet metal has not undergone annealing following cold working, while G2 sheet metals are at 500 ° C, G3 sheet metals at 550 ° C, G4 sheet metals at 600 ° C and sheets the Group G5 were annealed at 650 ° C in a hood oven for one hour and then cooled in air.
  • Table 2 shows the material properties determined in the tensile test for each of the sheets of groups G1 - G5.
  • Table 2 group Ser. No. Cold rolling reduction [%] Anlasstemp. [° C] R eL [N / mm 2 ] R p0,2 [N / mm 2 ] R m [N / mm 2 ] R eL / R m [N / mm 2 ] A 80 [%] A gl [%] G1 G1.0 0 - 804 937 0.86 14.4 8.0 G1.1 5 - 845 995 0.85 13.4 6.3 G1.2 10 - 957 1046 0.91 7.4 2.3 G1.3 20 - 1090 1121 0.97 4,9E 1.2 G2 G2.1 5 500 947 967 0.98 12.0 7.0 G2.2 10 500 986 981 1.01 8.7 5.1 G2.3 20 500 1067 1069 1.00 7,1E 0.6 G3 G3.1 5 550 968 986 0.98 13.7 8.7 G3.2 10 550 1026 10
  • Table 3 gives a second example of a steel composition used in the invention.
  • Table 3 C Si Mn P S al N Cr 0.126 0.69 1.79 0,013 ⁇ 0.001 0,050 0.0060 0.33 Cu Not a word Ni Nb Ti B V CE 0,020 0,010 0,040 0.0040 .1470 0.0002 - -
  • a correspondingly alloyed steel was melted and cast into slabs. Subsequently, the slabs were reheated to a temperature of more than 1150 ° C and hot rolled with a hot rolling temperature of at least 850 ° C. After being rewound at a temperature of less than 600 ° C, for a first untreated tape sample T2.0 of the tape, for a 30 minutes at 580 ° C annealed and then air cooled tape sample T2.1, for a at a cold working degree of 10 % only cold rolled strip sample T2.2 and for a cold rolled in accordance with the invention at a cold working degree of 10%, then annealed for 30 minutes at 580 ° C and then cooled in air tape sample T2.3 the mechanical properties R p0,2 , R m , R e / R m A 5 , A 50 and A 80 were determined.
  • these slabs were reheated to a temperature greater than 1150 ° C., with a hot rolling temperature of at least 850 ° C. and a temperature of less than 600 ° C. Then there are six Tape samples T3.0 to T3.2 have been taken.
  • the tape sample T3.2 clearly demonstrates that high-strength cold-formed sheet metal products can be obtained which, as a comparison of the extensibility values shows, are superior in terms of their formability to the undeformed tape sample T3.0.
  • property improvements of the present invention are achieved when cold rolled strip is subjected to much longer times at relatively low temperatures, e.g. 450 ° C to 550 ° C, annealed in a hood.
  • An example of a particularly advantageous use of a steel produced according to the invention is the production of frames in which the shadow masks of television tubes are held.
  • the frame with the shadow mask is exposed for a sufficient time to a temperature typically about 570 ° C.
  • Another advantageous application of the method according to the invention consists in the production of galvanized side impact beams or other crash-relevant components for vehicle bodies.
  • the respective component is first cold-formed, for example, by a deep-drawing operation from inventively produced hot strip.
  • the cold-formed component is then subjected to a piece galvanizing at temperatures in the range of 470 ° C.
  • the component is also maintained at a temperature level at which the invention achieves increasing the ductility and strength sets.
  • the side impact beam thus obtained Due to its good ductility and simultaneously high strength, the side impact beam thus obtained has a particularly high energy absorption capacity, by means of which it converts a large part of the kinetic energy thus released into deformation energy in the event of a collision with another vehicle and requires it for the survival of the occupants Can secure space.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines hochfesten, aus einem Warmband kaltverformten Stahlprodukts mit guter Umformbarkeit.
  • Ein Verfahren zum Herstellen von eine hohe Festigkeit aufweisendem Warmband ist aus der DE 197 10 125 A1 bekannt. Gemäß dem bekannten Verfahren wird ein (in Gew.-%) 0,1 - 0,2 % C, 0,3 bis 0,6 % Si, 1,5 bis 2,0 % Mn, ≤ 0,08 % P, 0,3 bis 0,8 % Cr, ≤ 0,4 % Mo, ≤ 0,2 % Ti, ≤ 0,08 % Nb und als Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen enthaltender Complexphasenstahl erschmolzen, zu Brammen abgegossen und anschließend zu Warmband ausgewalzt, wobei die Warmwalzendtemperatur oberhalb von 800 °C liegt. Anschließend wird das erhaltene Warmband bei einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 30 °C/s abgekühlt und dann bei einer Haspeltemperatur von höchstens 600 °C gehaspelt. Bei so erhaltenem Warmband beträgt die Festigkeit aufgrund der relativ niedrigen Haspeltemperatur mindestens 900 MPa. Darüber hinaus besitzt das nach dem bekannten Verfahren erzeugte Warmband eine gute Kaltumformbarkeit.
  • Diese Umformbarkeit kann gemäß dem aus der DE 197 10 125 A1 bekannten Verfahren dadurch noch gesteigert werden, dass das Warmband nach dem Haspeln einer Glühung im Temperaturbereich von 500 °C bis 850 °C unterzogen wird. Durch diese Glühung wird ein Werkstoffzustand erreicht, der Vorteile für Bauteile bietet, die insgesamt noch eine hohe Festigkeit, vor allem Streckgrenze, bei guter Umformbarkeit besitzen müssen. Durch die Wahl höherer Glühtemperaturen können dabei besonders hohe Festigkeiten bei außerordentlich niedrigen Streckgrenzenverhältnissen oder gleichbedeutend hoher Verfestigung bei guten Dehnungswerten erreicht werden.
  • Gemäß der DE 197 10 125 A1 eignet sich das derart glühbehandelte Warmband zum Kaltwalzen, bei dem ein Umformgrad von mindestens 30 % erreicht wird. Indem das derart kaltverformte Band anschließend bei Temperaturen von 700 °C bis 900 °C rekristallisierend durchlaufgeglüht wird, kann ein kaltverformtes Blechprodukt von hoher Festigkeit, weiter verbessertem Streckgrenzenverhältnis und gutem Verfestigungsverhalten erzeugt werden.
  • Allerdings zeigt sich, dass das Dehnungsverhalten der gemäß den bekannten Verfahren durch Kaltverformung erzeugten Produkte für viele Anwendungsfälle nicht ausreicht. So ist es beispielsweise schwer, mit aus einem solchen Stahl hergestellten Bauteilen, die zum Schutz der Insassen eines Fahrzeugs im Fall eines Unfalls eingesetzt werden sollen, die an derartige Teile hinsichtlich der Festigkeit einerseits und des Energieaufnahmevermögens andererseits gestellten Anforderungen zu erfüllen. Die nach dem bekannten Verfahren erzeugten Bauteile besitzen nach der Kaltverformung auch dann nicht die notwendige Verformbarkeit. Wenn sie nach der Kaltverformung einer rekristallisierenden Glühung unterzogen werden, nimmt zwar die Umformbarkeit zu, die Festigkeit ist dann allerdings nicht mehr ausreichend.
  • Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, ein Verfahren zum Herstellen eines kaltverformten Produkts zu schaffen, das bei erhöhter Festigkeit im kaltverformten Zustand eine hohe Dehnbarkeit und eine dementsprechend gute Umformbarkeit besitzt.
  • Ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ist diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst worden.
  • Die Erfindung basiert auf der überraschenden Feststellung, dass sich die festigkeitssteigernden Eigenschaften der in erfindungsgemäßen Stählen enthaltenen Mikrolegierungselemente bei erfindungsgemäßer Erzeugung des Warmbandes durch eine Glühung des aus dem Warmband nach dem Haspeln durch Kaltverformung erhaltenen Produktes aktivieren und sich dabei kaltverformte Produkte mit besonders hohen Festigkeiten und einem auch im kaltverformten Zustand guten Umformvermögen herstellen lassen, ohne dass dazu eine verfahrenstechnisch aufwendige Vergütung erforderlich wäre.
  • Durch die erfindungsgemäß nach der Kaltverformung durchgeführte Wärmebehandlung wird der mit der Kaltverformung regelmäßig einhergehende Verlust an Verformungsfähigkeit ohne Festigkeitseinbußen ausgeglichen. Dies gilt beispielsweise auch für Aufhärtungen im Bereich der Schnittkanten beim Schneiden oder Stanzen sowie die damit einhergehende ansteigende Empfindlichkeit gegen Rissbildung. Statt dessen zeigt sich, dass es im Zuge der nach der Kaltverformung durchgeführten Wärmebehandlung zu einer weiteren Steigerung der Festigkeit kommt, so dass bei einem erfindungsgemäß erzeugten kaltverformten Produkt eine hohe Festigkeit gezielt mit einem hohen Umformvermögen kombiniert ist. Diese Kombination vorteilhafter Eigenschaften ermöglicht es beispielsweise, das kaltverformte und anschließend wärmebehandelte Produkt nochmals kaltzuverformen, um es so in seine Endform zu bringen. Zudem steht das gute Umformvermögen beispielsweise bei crash-relevanten Bauteilen, wie Stoßfänger, Seitenaufprallträger, Verstärkungselemente, im vollen Umfang zur Verfügung, um im Falle eines Zusammenpralls mit anderen Gegenständen im großen Umfang kinetische Energie in Umformenergie umwandeln zu können.
  • Ebenso eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders zur Erzeugung von Bauteilen, an deren Maß- und Formhaltigkeit ebenso hohe Anforderungen gestellt werden wie an ihre Festigkeit im Einsatz. Ein typisches Beispiel für eine solche Anwendung stellen Rahmen für Bildschirme dar, die in Bildröhren von Fernsehern oder Computermonitoren die Schattenmaske aufgrund der Wärmebelastung während ihres Zusammenbaus und ihres Betriebes unter gleichmäßiger Spannung in einer fest definierten Ebene halten müssen. Die geforderte hohe Festigkeit erhält das so kaltverformte Bauteil dann im Zuge der nach der Kaltverformung erfindungsgemäß durchgeführten Wärmebehandlung, so dass im Ergebnis ein exakt geformtes, hochfestes Bauelement mit hoher Dehngrenze zur Verfügung steht. Eine zusätzliche Vergütung, die zum Verzug des Bauteils und einer Beeinträchtigung der Oberfläche führen kann, ist dann nicht mehr notwendig.
  • Voraussetzung für den durch die Erfindung erzielten Erfolg ist, dass während der Warmverarbeitung des erfindungsgemäß verwendeten Stahls die Betriebsparameter einschließlich der Haspeltemperatur so gewählt werden, dass die durch die Anwesenheit einer ausreichenden Menge von Mikrolegierungselementen an sich mögliche Härtesteigerung im Zuge des Haspelns nicht erreicht wird, sondern dass die Mikrolegierungselemente nach dem Haspeln im nicht ausgeschiedenen, gelösten Zustand vorliegen. Aus diesem Grund wird die Haspeltemperatur erfindungsgemäß stets so gewählt, dass sie mit einem deutlichen Abstand unterhalb der Temperatur liegt, bei der das Ausscheidungsmaximum der Mikrolegierungselemente erreicht würde.
  • Die gemäß der Erfindung verwendete Stahllegierung umfasst Stahlzusammensetzungen, aus denen sich abhängig von der jeweiligen Zusammensetzung und den Produktionsbedingungen Dualphasenstähle, bainitische Stähle oder Complexphasenstähle herstellen lassen. Angestrebt werden dabei grundsätzlich Stähle mit einem feinkörnigen mehrphasigen Gefüge, in dem Bainit, Ferrit, Martensit und Restaustenit in abhängig vom jeweiligen Typ des Stahles abhängigen Umfang enthalten sind.
  • Nachdem aus einem Stahl mit einer erfindungsgemäß verwendeten Zusammensetzung ein Vormaterial erzeugt worden ist, wird dieses Vormaterial zu Warmband warmgewalzt. Die Warmwalzanfangstemperatur wird dabei so gewählt, dass die Mikrolegierungselemente weitestgehend in dem Stahl gelöst bleiben, damit sie für die im letzten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens bewirkten Effekte zur Verfügung stehen.
  • Bei konventionell vergossenen Brammen sollte die Walzanfangstemperatur zu diesem Zweck mindestens 1050 °C betragen. Besonders eignen sich zur Herstellung des Vormaterials allerdings Dünnbrammen- oder Dünnbandgießverfahren, mit denen es aufgrund des Umstandes, dass die Notwendigkeit einer Wiedererwärmung des Vormaterials bzw. einer Lösung der Mikrolegierungselemente nicht besteht und andererseits die Abkühlgeschwindigkeiten des Stranges hoch sein können, besonders sicher möglich ist, die Mikrolegierungselemente bis zum Beginn des Warmwalzprozesses weitgehend gelöst zu halten.
  • Die Warmwalzendtemperatur sollte bevorzugt im Austenitgebiet, also oberhalb der Ar3-Temperatur liegen, um die erfindungsgemäß angestrebte feinkörnige, mehrphasige Gefügestruktur zu erhalten.
  • Die genaue Zusammensetzung der Gefügestruktur des erhaltenen Warmbands wird durch die chemischen Eigenschaften, die Aufwärm-, Walz- und Abkühlbedingungen sowie die Haspeltemperaturen bestimmt. Es hat sich gezeigt, dass sich die erfindungsgemäß erzielte Wirkung der Steigerung von Festigkeit und Umformbarkeit bei Dualphasenstählen besonders sicher dann einstellt, wenn die Haspeltemperatur maximal 300 °C beträgt. Bei Stählen mit überwiegend bainitischem Gefüge wird diese Wirkung bei Haspeltemperaturen sicher erreicht, die 350 °C bis 450 °C betragen. Complexphasenstähle sollten bevorzugt bei Temperaturen von 450 °C bis 550 °C gehaspelt werden.
  • Schon im warmverformten Zustand besitzen Stähle der gemäß der Erfindung eingesetzten Art eine hohe Festigkeit von mindestens 550 N/mm2. Im Zuge der anschließenden Kaltverformung verfestigen die Stähle sehr stark. Gleichzeitig nimmt die Dehnung stark ab, so dass ein zwar hochfestes, jedoch nur schwer verformbares Produkt erhalten wird. Derart beschaffene kaltgeformte Bauteile besitzen aufgrund ihrer verminderten Umformbarkeit nur eine geringe Umformreserve und ein dementsprechend vermindertes Energieaufnahmevermögen. Sie sind als solche beispielsweise nur eingeschränkt für die Herstellung von Bauelementen geeignet, die als Stoßfänger in crashgefährdeten Bereichen eines Automobils eingesetzt werden sollen.
  • Indem erfindungsgemäß nach der Kaltverformung eine Glühung des erhaltenen Produkts bei Temperaturen und für Zeiten durchgeführt wird, durch welche die vollständige Rekristallisation sicher vermieden wird, , wird einerseits die Streckgrenze des verwendeten Stahls weiter angehoben. Andererseits werden durch die Glühung dessen Dehnungswerte wieder annähernd bis auf das Niveau angehoben, auf dem sich die Dehnbarkeit des Warmbandes vor der Kaltverformung befand. Auf diese Weise lassen sich die unmittelbar nach der Kaltverformung ursprünglich nur schwer umformbaren Produkte zu Bauteilen machen, die nicht nur hochfest sind, sondern aufgrund ihrer guten Dehnungseigenschaften auch ein hohes Umformvermögen besitzen. Sie eignen sich als solche für diejenigen Anwendungen, für die sie vor der Glühbehandlung gerade nicht geeignet gewesen sind.
  • Die Glühtemperaturen während des auf die Kaltverformung folgenden Glühens liegen im Bereich von 450 °C bis 700 °C, vorzugsweise im Bereich von 550 °C bis 650 °C. Glühzeit und Glühtemperatur sind dabei im begrenzten Rahmen gegeneinander austauschbar. D.h., bei hohen Temperaturen sind nur geringe Haltezeiten erforderlich und umgekehrt. Dementsprechend kann die Wärmebehandlung als separat durchgeführter Behandlungsschritt in einer Haube oder in einer Durchlaufglühe erfolgen. Eine in konventioneller Weise bei Bedingungen, die zu einer vollständigen Rekristallisation führen würde, erfolgende Glühbehandlung würde die durch die Erfindung erreichte Wirkung zunichte machen.
  • Besonders günstig ist es, den Glühschritt einzubinden in eine Wärmebehandlung, der das aus dem Warmband kaltverformte Produkt im Zuge seiner Weiterverarbeitung ohnehin unterzogen wird. Bei diesem Schritt kann es sich beispielsweise um eine Verzinkung oder ein anderes Verfahren zur Beschichtung oder Passivierung der Oberfläche des kaltverformten Produktes handeln, das bei im Bereich der für die Glühbehandlung vorgesehenen Temperaturen durchgeführt wird.
  • Die im Zuge der Kaltverformung erzielten Verformungsgrade betragen 5 % bis 20 %, insbesondere 5 % bis 10 %. Die Kaltverformung kann beispielsweise als Rollprofilieren, Ziehen, Pressen oder Innenhochdruckumformen durchgeführt werden. Ein Kaltwalzen bei verhältnismäßig niedrigen Verformungsgraden ist dazu ebenfalls geeignet.
  • Als Mirkolegierungselement kommt in erfindungsgemäßem Stahl mindestens eines der Elemente Ti, Nb und / oder V zum Einsatz. Selbstverständlich können diese Elemente kombiniert in Mengen zugegeben werden, die zur Auslösung der am Ende des erfindungsgemäßen Verfahrens bewirkten Ausscheidungsvorganges ausreichend sind. Besonders bevorzugt ist allerdings die Verwendung von Ti, das sich durch ein besonders günstiges Ausscheidungsverhalten auszeichnet. Wird Ti gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung als einziges Mikrolegierungselement verwendet, so sollte sein Gehalt mindestens das 3,4-fache des Gehalts an N betragen, um ein ausreichendes Lösungspotential des Mikrolegierungselementes sicherzustellen. Bevorzugt liegt der Ti-Gehalt des Stahls zu diesem Zweck im Bereich 0,07, bis 0,15 Gew.-%, während der Stickstoffgehalt vorzugsweise weniger als 0,007 Gew.-% beträgt. Bei Ti-Gehalten in dieser Größenordnung wird die Bildung von Feinstauscheidungen mit aushärtender Wirkung optimal unterstützt.
  • Abhängig vom Typ des jeweils verarbeiteten Stahls liegt der Al-Gehalt bevorzugt im Bereich von 0,015 bis 0,08 Gew.-%. bzw. 0,5 bis 1,5 Gew.-%.
  • Erfindungsgemäß erzeugte Stahlbleche eignen sich bevorzugt für die Kaltverformung zu Bauteilen, an deren Festigkeit bei gleichzeitig gutem Dehnungsverhalten und dementsprechend gutem Verformungsverhalten sowie hoher geometrischer Maßhaltigkeit hohe Anforderungen gestellt sind. Dabei zeichnen sich aus erfindungsgemäßen Blechen erzeugte Bauelemente durch geringes Gewicht und hohes Energieaufnahmevermögen aus.
  • Ein Beispiel für eine vorteilhafte Verwendung erfindungsgemäß erzeugter Stahlbleche ist die Herstellung von Rahmen für Flachbildschirme. Ebenso lassen sich aus erfindungsgemäß hergestellten Stahlblechen Bauelemente für Karosserien von Kraftfahrzeugen oder Anbauteile herstellen, die einerseits besonders fest und andererseits beispielsweise im Fall eines Zusammenstoßes mit einem anderen Fahrzeug die beim Aufprall frei werdenden kinetischen Energien in Verformungsenergie umwandeln müssen. Dies sind u.a. Längsträger, sog. "Crashboxen", Fahrwerksteile, Hohlstrukturteile und Verstärkungsteile, wie die A-, B- oder C-Säule der Automobilkarosserie.
  • Erfindungsgemäß erzeugtes Warmband ist grundsätzlich zur Verzinkung geeignet. Dabei ist jedoch eine bei relativ niedrigen Temperaturen stattfindende, insbesondere stückweise erfolgende, Feuerverzinkung vorzuziehen, Verzinkungen, bei denen Temperaturen über 750 °C anfallen, sind dazu weniger geeignet, da dabei die hinsichtlich des erfindungsgemäß erzielten Effekts kritischen Temperaturen im jeweils verarbeiteten Werkstück überschritten werden können.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Ein gemäß Tabelle 1 zusammengesetzter Stahl ist auf einer Stranggießanlage zu einer Vorbramme vergossen worden, welches anschließend als Vormaterial mit einer Temperatur von 1125 °C in einer Warmbandstraße zu einem Warmband warmgewalzt worden ist. Die Warmwalzendtemperatur betrug 925 °C. Die Haspeltemperatur lag bei 475 °C. Nach dem Haspeln ist das Warmband gebeizt und im gebeizten Zustand an ein Kaltwalzwerk geliefert worden. Tabelle 1
    C Si Mn P S Al N Cr
    0,12 0,46 1,93 0,014 0,001 0,048 0,0061 0,29
    Cu Mo Ni Nb Ti Ti s.l. V CE
    0,056 0,008 0,034 0,001 0,190 0,0081 0,008 0,51
  • Dort sind verschiedene Bandproben des Warmbands bei Kaltwalzgraden von 5 %, 10 %, 20 % kaltgewalzt worden. Aus den so erhaltenen Kaltbändern sind anschließend Gruppen G1 bis G5 zusammengestellt worden, wobei jeder Gruppe G1 bis G5 jeweils ein nicht kaltverformtes (Kaltverformungsgrad = 0 %), ein mit 5 %, ein mit 10 %, ein mit 20 %, Kaltverformungsgrad kaltverformtes Kaltband zugeordnet worden ist. Die Bleche der Gruppe G1 sind zu Vergleichszwecken keiner auf die Kaltverformung folgenden Anlassglühung unterzogen worden, während die Bleche der Gruppe G2 bei 500 °C, die Bleche der Gruppe G3 bei 550 °C, die Bleche der Gruppe G4 bei 600 °C und die Bleche der Gruppe G5 bei 650 °C in einem Haubenofen für jeweils eine Stunde anlassgeglüht und anschließend an Luft abgekühlt worden sind.
  • In Tabelle 2 sind für jedes der Bleche der Gruppen G1 - G5 die im Zugversuch ermittelten Werkstoffeigenschaften eingetragen. Tabelle 2
    Gruppe Lfd. Nr. Kaltwalzgrad
    [%]    		 Anlasstemp.
    [°C]    		 ReL
    [N/mm2]    		 Rp0,2
    [N/mm2]    		 Rm
    [N/mm2]    		 ReL/Rm
    [N/mm2]    		 A80
    [%]    		 Agl
    [%]
    G1 G1.0 0 - 804 937 0,86 14,4 8,0
    G1.1 5 - 845 995 0,85 13,4 6,3
    G1.2 10 - 957 1046 0,91 7,4 2,3
    G1.3 20 - 1090 1121 0,97 4,9E 1,2
    G2 G2.1 5 500 947 967 0,98 12,0 7,0
    G2.2 10 500 986 981 1,01 8,7 5,1
    G2.3 20 500 1067 1069 1,00 7,1E 0,6
    G3 G3.1 5 550 968 986 0,98 13,7 8,7
    G3.2 10 550 1026 1031 1,00 12,6 8,1
    G3.3 20 550 1087 1094 0,99 7,0 0,6
    G4 G4.1 5 600 987 1004 0,98 13,4 7,6
    G4.2 10 600 1017 1028 0,99 12,5 7,2
    G4.3 20 600 1081 1085 1,00 7,3E 0,6
    G5 G5.1 5 650 940 959 0,98 15,1 8,3
    G5.2 10 650 951 966 0,98 15,3 8,0
    G5.3 20 650 1004 1006 1,00 8,5E 0,6
    *) Bei den in der Spalte A80 mit "E" gekennzeichneten Beispielen kam es zum Endbruch.
  • Es zeigt sich, dass sich bei den in erfindungsgemäßer Weise verarbeiteten Blechen in Folge der nach der Kaltverformung durchgeführten Wärmebehandlung gegenüber den nur kaltverformten und nicht wärmebehandelten Blechen G1.1 - G1.3 jeweils deutlich verbesserte Festigkeitswerte einstellen. Gleichzeitig wird durch die nach der Kaltverformung durchgeführte Wärmebehandlung eine Gleichmaßdehnung Agl erreicht, die jeweils annähernd der Gleichmaßdehnung Agl des nicht kaltverformten und nicht wärmebehandelten Blechs Gl1.0 entspricht. Dementsprechend weisen die erfindungsgemäß erzeugten kaltverformten und anschließend wärmebehandelten Stähle eine besonders gute Umformbarkeit und ein ebenso gutes Energieaufnahmevermögen auf.
  • In Tabelle 3 ist ein zweites Beispiel einer erfindungsgemäß verwendeten Stahlzusammensetzung angegeben. Tabelle 3
    C Si Mn P S Al N Cr
    0,126 0,69 1,79 0,013 <0,001 0,050 0,0060 0,33
    Cu Mo Ni Nb Ti B V CE
    0,020 0,010 0,040 0,0040 0,1470 0,0002 - -
  • Ein entsprechend legierter Stahl wurde erschmolzen und zu Brammen vergossen. Anschließend sind die Brammen auf eine Temperatur von mehr als 1150 °C wiedererwärmt und mit einer mindestens 850 °C betragenden Warmwalztemperatur warmgewalzt worden. Nach dem Haspeln bei einer Temperatur von weniger als 600 °C sind für eine erste unbehandelte Bandprobe T2.0 des Bandes, für eine 30 Minuten bei 580 °C geglühte und anschließend an Luft abgekühlte Bandprobe T2.1, für eine bei einem Kaltverformungsgrad von 10 % nur kaltgewalzte Bandprobe T2.2 und für eine in erfindungsgemäßer Weise bei einem Kaltverformungsgrad von 10 % kaltgewalzte, anschließend für 30 Minuten bei 580 °C geglühte und dann an Luft abgekühlte Bandprobe T2.3 die mechanischen Eigenschaften Rp0,2, Rm, Re/Rm A5, A50 bzw. A80 ermittelt worden. Die festgestellten Werte der mechanischen Eigenschaften sind in Tabelle 4 angegeben. Tabelle 4
    Bandprobe Kaltwalzgrad ReL Rp0,2 Rm ReL/Rm A5 A50 A80
    [%] [N/mm2] [%]
    T2.0 0 693 908 0,76 20,9 - 15,8
    T2.1 0 892 929 0,96 22,3 17,4 -
    T2.2 10 974 1050 0,93 14,4 8,2 -
    T2.3 10 1037 - 1005 1,03 22,0 15,7 -
  • Auch diese Beispiele belegen, dass durch die erfindungsgemäße Kombination von Kaltverformung und anschließender Wärme hochfeste Stähle erzeugt werden, die aufgrund ihrer guten Dehnbarkeit ein besonders hohes Umformvermögen besitzen. So ist die Festigkeit der erfindungsgemäß erzeugten Bandprobe T2.3 der Festigkeit der unbehandelten Bandprobe T2.0 weit überlegen, während seine Dehnungswerte denen der unverformten Bandprobe T2.0 entsprechen. Ebenso weist die nur kaltverformte Bandprobe T2.2 gegenüber der erfindungsgemäß erzeugten Bandprobe T2.3 nicht nur eine weit unterlegene Dehnbarkeit, sondern auch eine geringere Festigkeit auf. Bei der nur wärmebehandelten Bandprobe T2.1 liegt zwar die Dehnbarkeit auf einem mit der erfindungsgemäß erzeugten Bandprobe T2.3 vergleichbaren Niveau. Gleichzeitig ist aber die Festigkeit der Bandprobe T2.1 der Festigkeit der erfindungsgemäß erzeugten Bandprobe weit unterlegen.
  • Der entsprechend der in Tabelle 5 angegebenen Legierung zusammengesetzte Stahl ist ebenfalls erschmolzen und zu Brammen vergossen worden. Tabelle 5
    C Si Mn P S Al N Cr
    0,097 0,59 1,70 0,010 <0,001 0,035 0,0052 0,31
    Cu Mo Ni Nb Ti B V CE
    0,081 0,0057 0,0052 <0,0005 0,099 <0,0004 0,0033 -
  • Anschließend sind diese Brammen wie beim im Zusammenhang mit dem in den Tabellen 3/4 angegebenen Beispiel auf eine Temperatur von mehr als 1150 °C wiedererwärmt, mit einer mindestens 850 °C betragenden Warmwalztemperatur und bei einer Temperatur von weniger als 600 °C gehaspelt worden. Anschließend sind dann sechs Bandproben T3.0 bis T3.2 genommen worden.
  • Die mit den betreffenden Bandproben T3.0 bis T3.2 durchgeführten weiteren Verarbeitungsschritte sind ebenso wie die zugehörigen Werte der mechanischen Eigenschaften für eine der Bandmitte entnommene Probe in Tabelle 6 angegeben. Tabelle 6
    Bandprobe Verarbeitung ReL Rp0,2 Rm ReL/Rm A5 2) A80 2)
    N/mm2] [%]
    T3.0 Unbehandelt - 771 884 0,87 11,8E 8,9E
    T3.1 10% kaltgewalzt - 957 1010 0,95 9,2E 7,6E
    T3.2 10% kaltgewalzt geglüht bei 580°C 1) 946 - 960 0,99 16,8 15,4
    1) Glühdauer jeweils 30 Minuten, Abkühlung an Luft
    2) Bei den in der Spalte A80 mit "E" gekennzeichneten Beispielen kam es zum Endbruch.
  • Auch in diesem Fall belegt die Bandprobe T3.2 deutlich, dass sich bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise hochfeste kaltverformte Blechprodukte erhalten lassen, die, wie ein Vergleich der Dehnbarkeitswerte zeigt, hinsichtlich ihrer Umformbarkeit der unverformten Bandprobe T3.0 überlegen sind. Ebenso werden erfindungsgemäße Eigenschaftsverbesserungen erzielt, wenn kaltgewalztes Band über sehr viel längeren Zeiten bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen, z.B. 450 °C bis 550 °C, in einer Haube geglüht werden.
  • Ein Beispiel für eine besonders vorteilhafte Verwendung eines erfindungsgemäß erzeugten Stahls besteht in der Herstellung von Rahmen, in denen die Schattenmasken von Fernsehröhren gehalten werden. Zum Schwärzen der in einem derartigen Rahmen gespannten Schattenmaske wird der Rahmen mit der Schattenmaske über eine ausreichende Zeit einer Temperatur ausgesetzt, die typischerweise ca. 570 °C beträgt. Indem der Rahmen aus einem in erfindungsgemäßer Weise erzeugten Warmband unter Ausnutzung der in diesem Zustand hervorragenden Verformbarkeit des Warmbands durch Kaltverformung erzeugt und anschließend im Zuge des Schwärzens der von ihm gehaltenen Schattenmaske über eine ausreichende Zeit bei der zum Schwärzen erforderlichen Temperatur gehalten wird, erhöht sich die Festigkeit des Rahmens auf ein. Niveau, bei welchem der Rahmen sicher und formstabil die während der Herstellung und des Betriebs der Fernsehröhre auf ihn ausgeübte Wärmebelastung ertragen und Verzugsfreiheit der Schattenmaske gewährleisten kann.
  • Eine andere vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Herstellung von verzinkten Seitenaufprallträgern oder anderen crashrelevanten Bauelementen für Fahrzeugkarosserien. Dabei wird zunächst aus erfindungsgemäß erzeugtem Warmband das jeweilige Bauteil beispielsweise durch eine Tiefziehoperation kaltgeformt. Das kaltgeformte Bauteil wird dann bei Temperaturen im Bereich von 470 °C einer Stückverzinkung unterzogen. Im Zuge dieses Verzinkungsvorgangs wird das Bauteil ebenfalls auf einem Temperaturniveau gehalten, bei dem sich die erfindungsgemäß erreichte Steigerung der Dehnbarkeit und Festigkeit einstellt. Der so erhaltene Seitenaufprallträger weist aufgrund seiner guten Dehnbarkeit und gleichzeitig hohen Festigkeit ein besonders hohes Energieaufnahmevermögen auf, durch welches er im Fall eines Zusammenstoßes mit einem anderen Fahrzeug einen großen Teil der dabei frei werdenden kinetischen Energie in Verformungsenergie umwandeln und den für das Überleben der Insassen erforderlichen Raum absichern kann.

Claims (17)

  1. Verfahren zum Herstellen eines hochfesten, aus einem Warmband kaltverformten Produkts mit gutem Umformvermögen bei dem
    - ein Stahl mit (in Gewichts-%): C: 0,01 - 0,25 %, Si: 0,01 - 1,50 %, Mn: 0, 50 - 2,00 %, P: ≤ 0,08 %, S: ≤ 0,01 %, Al: 0, 001 - 1,50 %, Cr: ≤ 0,60 %, Mo: ≤ 0,60 %, N: < 0,02 %,
    sowie mindestens einem Mikrolegierungselement aus der Gruppe Ti: ≤ 0,20 %, Nb: ≤ 0,06 %, V: ≤ 0,15 %,
    Rest Eisen und übliche Verunreinigungen,
    zu einem Vormaterial, wie Brammen, Dünnbrammen oder gegossenes Band, vergossen wird,
    - bei dem das Vormaterial ausgehend von einer Warmwalzanfangstemperatur, bei der die Mikrolegierungselemente im wesentlichen gelöst bleiben, zu Warmband warmgewalzt wird,
    - bei dem das Warmband bei einer weniger als 600 °C betragenden Haspeltemperatur gehaspelt wird,
    - bei dem das Warmband anschließend bei einem mindestens 5 % und höchstens 20 % betragenden Kaltverformungsgrad zu einem Produkt kaltverformt wird, und
    - bei dem das durch Kaltverformung erzeugte Produkt bei im Bereich von 450 - 700 °C liegenden Glühtemperaturen geglüht wird, wobei die Glühtemperaturen und Glühzeiten unterhalb der zur vollständigen Rekristallisation erforderlichen Temperaturen und Zeiten liegen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl als einziges Mikrolegierungselement Ti enthält und dass das Verhältnis des Gehalts an Ti bezogen auf den Gehalt an N mindestens 3,4 beträgt.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmwalzendtemperatur mindestens gleich der Ar3-Temperatur ist.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haspeltemperatur weniger als 300°C beträgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haspeltemperatur 350 °C - 450 °C beträgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haspeltemperatur 450 °C - 550 °C beträgt.
  7. Verfahren nach der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltverformungsgrad 5 % bis 10 % beträgt.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühtemperatur 550 °C - 600 °C beträgt.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühung im Durchlauf durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühung im Haubenofen durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vormaterial als gegossenes Band auf einer Gießwalzanlage erzeugt wird.
  12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das durch Kaltverformung hergestellte Produkt ein Rahmen für Flachbildschirme ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das durch Kaltverformung hergestellte Produkt ein Bauelement für die Herstellung von Kraftfahrzeugkarosserien oder ein Anbauteil ist.
  14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt durch kalt erfolgendes Innenhochdruckumformen erzeugt wird.
  15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kaltverformte Produkt einer Verzinkung unterzogen wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzinkung als Feuerverzinkung durchgeführt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzinkung bei Temperaturen um 460 °C stattfindet.
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