EP1918402A1 - Verfahren zum Herstellen von Stahl-Flachprodukten aus einem ein Komplexphasen-Gefüge bildenden Stahl - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Stahl-Flachprodukten aus einem ein Komplexphasen-Gefüge bildenden Stahl Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem sich hochfeste Stahl-Flachprodukte über eine große Bandbreite von geometrischen Abmessungen bei vermindertem Herstellaufwand erzeugen lassen. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß ein ein Komplexphasen-Gefüge bildender Stahl mit (in Gew.-%) C: 0,08 - 0,11 %, Mn: 1,00 - 1,30 %, P: ‰ 0,030 %, S: ‰ 0,004 %, Si: 0,60 - 0, 80 %, Al: ‰ 0,05 %, N: ‰ 0,0060 %, Cr: 0,30 - 0,80 %, Ti: 0,060 - 0,120 %, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, zu einem gegossenen Band mit einer Dicke von 1 - 4 mm vergossen, das gegossene Band in einem kontinuierlichen Arbeitsablauf mit einem Umformgrad von mehr als 20 % in-Line bei einer im Bereich von 900 - 1100 °C liegenden Warmwalzendtemperatur zu einem Warmband mit einer Dicke von 0,5 - 3,2 mm warmgewalzt und das Warmband bei einer 550 - 620 °C betragenden Haspeltemperatur gehaspelt, so dass ein Warmband erhalten wird, dessen Zugfestigkeit R m mindestens 800 MPa bei einer Bruchdehnung A 80 von mindestens 10 % beträgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahl-Flachprodukten, wie Bändern oder Blechzuschnitten, aus hochfesten Komplexphasenstählen. Derartige CP-Stähle gehören zur Gruppe der Mehrphasenstähle. Bei diesen handelt es sich üblicherweise um Stähle, deren Eigenschaften durch Art, Menge und Anordnung der Phasen des Gefüges bestimmt werden. Im Gefüge liegen daher mindestens zwei Phasen vor (z. B. Ferrit, Martensit, Bainit). Dadurch haben sie eine gegenüber konventionellen Stählen überlegene Festigkeits-/Umformbarkeitskombination.
  • Aufgrund dieser Besonderheiten sind Mehrphasenstähle insbesondere für den Automobilbau von großem Interesse, da sie aufgrund ihrer hohen Festigkeit zum einen die Verwendung geringerer Materialstärken und damit einhergehend eine Reduzierung des Fahrzeuggewichts erlauben und zum anderen die Sicherheit der Fahrzeugkarosserie im Fall eines Zusammenstoßes (Crash-Verhalten) verbessern. So ermöglichen Mehrphasenstähle bei mindestens gleich bleibender Festigkeit der Gesamtkarosse eine Reduzierung der Blechdicke eines aus solchen Mehrphasenstählen hergestellten Bauteils gegenüber einer aus konventionellen Stählen hergestellten Karosserie.
  • Üblicherweise werden Mehrphasenstähle im Konverterstahlwerk erschmolzen und auf einer Stranggießanlage zu Brammen oder Dünnbrammen vergossen, die dann zu Warmband warmgewalzt und gehaspelt werden. Durch eine gezielt gesteuerte Abkühlung des Warmbands nach dem Warmwalzen mit dem Ziel einer Einstellung bestimmter Gefügeanteile können dabei die mechanischen Eigenschaften des Warmbandes variiert werden. Die Warmbänder können darüber hinaus zu Kaltband kaltgewalzt werden, um auch dünnere Blechdicken zur Verfügung zu stellen ( EP 0 910 675 B1 , EP 0 966 547 B1 , EP 1 169 486 B1 , EP 1 319 725 B1 , EP 1 398 390 A1 ).
  • Probleme bereitet diese Herstellungsroute insbesondere beim Vergießen von peritektisch erstarrenden Zusammensetzungen. Bei diesen Stahlgüten besteht die Gefahr der Bildung von Längsrissen beim Stranggießen. Die Entstehung von derartigen Längsrissen kann die Qualität der aus den gegossenen Brammen bzw. Dünnbrammen erzeugten Warmbänder so stark herabsetzen, dass sie unbrauchbar werden. Um dieser Gefahr vorzubeugen, sind umfangreiche Maßnahmen, wie ein erhöhter Flämmaufwand, erforderlich, der so weit gehen kann, dass die Verarbeitung derartiger Stahlgüten unwirtschaftlich wird. Beim Vergießen von Stählen mit hohen Al-Gehalten kommt es darüber hinaus zu unerwünschten Wechselwirkungen mit dem Gießpulver, durch die die Qualität eines aus diesen Stählen gefertigten Flachprodukts ebenfalls negativ beeinflusst wird.
  • Ein weiteres Problem bei der Fertigung von Flachprodukten aus hochfesten Mehrphasenstählen besteht darin, dass beim Walzen derartiger Stähle hohe Walzkräfte aufgebracht werden müssen. Diese Anforderung hat zur Folge, dass in der Regel mit den derzeit üblicherweise zur Verfügung stehenden Fertigungsanlagen hochfeste Warmbänder aus Stählen der in Rede stehenden Art vielfach nur in einer Breite und Dicke zur Verfügung gestellt werden können, die den heute im Bereich des Automobilbaus gestellten Anforderungen nicht mehr in vollem Umfang gerecht werden. Es besteht zusätzlicher Bedarf an Bändern geringer Dicke bei ausreichenden Breiten. Auch erweist es sich bei konventioneller Vorgehensweise in der Praxis als schwierig, aus Mehrphasenstählen Kaltbänder mit Festigkeiten von mehr als 800 MPa herzustellen.
  • Ein alternativer Weg der Herstellung von Stahlbändern aus einem Mehrphasenstahl ist in der EP 1 072 689 B1 ( DE 600 09 611 T2 ) vorgeschlagen worden. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird zur Herstellung von dünnen Stahlbändern zunächst eine Stahlschmelze, die (in Gew.-%) 0,05 und 0,25 % C, in Summe 0,5 - 3 % Mn, Cu und Ni, in Summe 0,1 - 4 % Si und Al, in Summe bis zu 0,1 % P, Sn, As und Sb, in Summe weniger als 0,3 % Ti, Nb, V, Zr und REM sowie jeweils weniger als 1 % Cr, Mo und V, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, zu einem gegossenen Band mit einer Dicke von 0,5 - 10 mm, insbesondere 1 - 5 mm, vergossen. Das gegossene Band wird anschließend in-Line in ein oder mehreren Stichen mit einem zwischen 25 % und 70 % liegenden Umformgrad zu einem Warmband warmgewalzt. Die Endtemperatur des Warmwalzens liegt dabei oberhalb der Ar3-Temperatur. Nach dem Ende des Warmwalzens wird das erhaltene Warmband dann zweistufig abgekühlt. In der ersten Stufe dieser Abkühlung wird eine Abkühlgeschwindigkeit von 5 - 100 °C/s eingehalten, bis eine zwischen 400 - 550 °C liegende Temperatur erreicht ist. Bei dieser Temperatur lässt man dann das Warmband für eine Pausenzeit verweilen, die benötigt wird, um eine bainitische Umwandlung des Stahls mit einem Restaustenitanteil von mehr als 5 % zu ermöglichen. Die Bildung von Perlit soll dabei vermieden werden. Nach einer für die Einstellung der geforderten Gefügestruktur ausreichenden Pausenzeit wird der Umwandlungsvorgang durch den Beginn der zweiten Stufe der Abkühlung abgebrochen, bei der das Warmband auf eine Temperatur unter 400 °C gebracht wird, um es anschließend bei einer unter 350 °C liegenden Haspeltemperatur zu einem Coil zu wickeln.
  • Mit der in der EP 1 072 689 B1 beschriebenen Vorgehensweise soll eine einfache Herstellung von Warmband mit bainitischen Gefügeanteilen aus einem Mehrphasenstahl möglich sein, das TRIP-Eigenschaften ("TRIP" = "Transformation Induced Plasticity") aufweist. Derartige Stähle weisen relativ hohe Festigkeiten bei guter Verformbarkeit auf. Allerdings reichen die Festigkeiten für viele Anwendungsfälle insbesondere im Bereich des Automobilbaus nicht aus.
  • Die Aufgabe der Erfindung bestand daher darin, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem sich hochfeste Stahl-Flachprodukte über eine große Bandbreite von geometrischen Abmessungen bei vermindertem Herstellaufwand erzeugen lassen.
  • Ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ist diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen von Stahl-Flachprodukten gelöst worden, bei dem erfindungsgemäß ein ein Komplexphasen-Gefüge bildender Stahl, der (in Gew.-%) 0, 08 - 0,11 % C, 1,00 - 1,30 % Mn, bis zu 0,030 % P, bis zu 0,004 % S, 0,60 - 0,80 % Si, bis zu 0,05 % Al, bis zu 0,0060 % N, 0,30 - 0,80 % Cr, 0,060 - 0,120 % Ti und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, zu einem gegossenen Band mit einer Dicke von 1 - 4 mm vergossen wird, bei dem das gegossene Band in einem kontinuierlichen Arbeitsablauf mit einem Umformgrad von mehr als 20 % in-Line bei einer im Bereich von 900 - 1100 °C liegenden Warmwalzendtemperatur zu einem Warmband mit einer Dicke von 0,5 - 3,2 mm warmgewalzt wird und bei dem das Warmband bei einer 550 - 620 °C betragenden Haspeltemperatur gehaspelt wird, so dass ein Warmband erhalten wird, dessen Zugfestigkeit Rm mindestens 800 MPa bei einer Bruchdehnung A80 von mindestens 10 % beträgt.
  • Die Erfindung nutzt die Möglichkeit des Bandgießens dazu, einen hochfesten, peritektisch erstarrenden Komplexphasenstahl zu einem Warmband zu verarbeiten. Da das gegossene Band dabei selbst schon eine geringe Dicke besitzt, müssen im Zuge des Warmwalzens dieses Bandes nur relativ geringe Umformgrade eingehalten werden, um Flachprodukte mit geringen Dicken zu erzeugen, wie sie insbesondere im Bereich der Automobilindustrie benötigt werden. So ist es durch Vorgabe einer entsprechenden Ausgangsdicke des gegossenen Bandes problemlos möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Warmbänder herzustellen, die bei einer optimalen Eigenschaftsverteilung eine maximale Dicke von 1,5 mm aufweisen und aus denen sich beispielsweise Elemente für die Tragstruktur eines Automobils fertigen lassen.
  • Aufgrund der geringen Umformgrade während des Warmwalzens sind die dazu erforderlichen Walzkräfte verglichen mit den beim Warmwalzen von Brammen oder Dünnbrammen bei der konventionellen Vorgehensweise erforderlichen Kräften gering, so dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren problemlos Warmbänder von großer Breite erzeugt werden können, die deutlich über der Breite von in konventioneller Weise erzeugbaren Warmbändern derselben Festigkeits- und Dickenklasse liegen. So erlaubt es die Erfindung, hochfeste, aus einem Komplexphasenstahl der angegebenen erfindungsgemäß verarbeiteten Zusammensetzung bestehende Warmbänder sicher zu fertigen, deren Breite mehr als 1.200 mm, insbesondere mehr als 1.600 mm beträgt.
  • Die erfindungsgemäße Anwendung des Bandgießverfahrens bei der Verarbeitung von hochfesten Stählen der erfindungsgemäß zusammengesetzten Art bietet neben den voranstehend genannten Vorteilen auf Grund seiner verfahrensspezifischen Eigenschaften und Stellgrößen (z. B. Warmwalzendtemperatur, Abkühlung, Haspeltemperatur) die Möglichkeit, auch hinsichtlich ihres Erstarrungsverhalten kritische Stahlzusammensetzungen der erfindungsgemäß verarbeiteten Art sicher zu vergießen. So führt die für das Bandgießen charakteristische sehr rasche Erstarrung des gegossenen Bandes zu gegenüber einer konventionellen Fertigung deutlich verminderten Gefahr der Entstehung von Mittenseigerungen mit der Folge, dass das erfindungsgemäß erzeugte Warmband über seinen Querschnitt und seine Länge eine besonders gleichmäßige Eigenschaftsverteilung und Gefügestruktur aufweist.
  • Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise besteht darin, dass erfindungsgemäß erzeugtes Warmband hohe Festigkeiten von mindestens 800 MPa aufweist, ohne dass dazu ein besonderer Abkühlzyklus des Warmbands zwischen dem Ende des Warmwalzens und des Haspelns eingehalten werden muss, wie dies beispielsweise in der EP 1 072 689 B1 durch die Notwendigkeit einer Kühlpause vorgeschrieben ist. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muss lediglich sichergestellt sein, dass das Warmwalzen in einem relativ eng umgrenzten Temperaturfenster beendet und auch das Haspeln in einem exakt definierten Temperaturbereich durchgeführt wird. Dazwischen findet eine einstufige Abkühlung statt.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise besteht darin, dass eine Erweiterung der Spannbreite der mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäß erzeugten Bandes basierend auf nur einer Stahlanalyse durch eine Variation der Abkühl- und Walzbedingungen erreicht werden kann.
  • Erfindungsgemäß erzeugte Warmbänder eignen sich besonders zur Weiterverarbeitung zu kaltgewalztem Band. Dementsprechend sieht eine praxisgerechte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Warmband zu einem Kaltband mit einer Dicke von 0,5 - 1,4 mm, insbesondere 0,7 mm bis 1,3 mm kaltgewalzt wird, wie es zum Bau von Automobilkarosserien benötigt wird. Um während des Kaltwalzens entstehende Verfestigungen zu beseitigen, kann das Kaltband bei einer Glühtemperatur von 750 - 850 °C geglüht werden. Für auf diese Weise aus dem erfindungsgemäß hergestellten Warmband erzeugtes Kaltband können Zugfestigkeiten von mindestens 800 MPa sicher gewährleistet werden. Die Bruchdehnung A50 des Kaltbands beträgt dabei ebenso sicher mindestens 10 %.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Kaltband in an sich bekannter Weise mit einer metallischen Beschichtung versehen, bei der es sich beispielsweise um eine Verzinkung handeln kann.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • In zum Nachweis der Wirkung der Erfindung durchgeführten Versuchen sind zwei erfindungsgemäß zusammengesetzte Stähle A und B mit der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung erschmolzen und in einer Zweiwalzengieß-Maschine jeweils zu gegossenem Band vergossen worden, das 1,6 mm dick war. Tabelle 1 (Angaben in Gew.-%)
    C Mn P S Si Al N Cr Ti
    A 0,09 1,17 0,005 0,003 0,71 0,019 0,0043 0, 68 0,065
    B 0,09 1,16 0,006 0,003 0,71 0,017 0,0047 0, 68 0,089
  • Die aus den Stählen A und B gegossenen Bänder sind im unmittelbaren Anschluss an das Bandgießen in-Line bei einer Warmwalzendtemperatur WET zu einem Warmband warmgewalzt worden, dessen Dicke 1,25 mm betrug. Anschließend ist das jeweils erhaltene Warmband direkt in einem Kühlschritt auf eine Haspeltemperatur HT abgekühlt und gehaspelt worden. Nach dem Haspeln wiesen die aus den Stählen A und B erzeugten Warmbänder jeweils eine Zugfestigkeit Rm und eine Bruchdehnung A80 auf, die wie die bei ihrer Herstellung jeweils eingehaltene Warmwalzendtemperatur WET und Haspeltemperatur HT in Tabelle 2 angegeben sind. Tabelle 2
    Stahl WET [°C] HT [°C] Rm [MPa] A80 [%]
    A 1000 580 836 11,0
    B 1030 615 813 11,7
  • Das aus dem Stahl B erzeugte Warmband ist nach dem Haspeln und Beizen zu einem 0,7 mm dicken Kaltband kaltgewalzt und bei einer Glühtemperatur von 800 °C im Durchlauf geglüht worden, um das Band zu rekristallisieren.
  • Bei einer Bruchdehnung A50 von 15,4 % betrug die Zugfestigkeit Rm des so erhaltenen Kaltbands 838 MPa.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Herstellen von Stahl-Flachprodukten,
    - bei dem ein ein Komplexphasen-Gefüge bildender Stahl folgender Zusammensetzung (in Gew.-%)
    C: 0,08 - 0,11 %
    Mn: 1,00 - 1,30 %
    P: ≤ 0,030 %
    S: ≤ 0,004 %
    Si: 0, 60 - 0,80 %
    Al: ≤ 0,05 %
    N: ≤ 0,0060 %
    Cr: 0,30 - 0,80 %
    Ti: 0,060 - 0,120 %
    Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen zu einem gegossenen Band mit einer Dicke von 1 - 4 mm vergossen wird,
    - bei dem das gegossene Band in einem kontinuierlichen Arbeitsablauf mit einem Umformgrad von mehr als 20 % in-Line bei einer im Bereich von 900 - 1100 °C liegenden Warmwalzendtemperatur zu einem Warmband mit einer Dicke von 0,5 - 3,2 mm warmgewalzt wird und
    - bei dem das Warmband bei einer 550 - 620 °C betragenden Haspeltemperatur gehaspelt wird,
    - so dass ein Warmband erhalten wird, dessen Zugfestigkeit Rm mindestens 800 MPa bei einer Bruchdehnung A80 von mindestens 10 % beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Warmbands mehr als 1.200 mm, insbesondere mehr als 1.600 mm beträgt.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Warmbands höchstens 1,5 mm beträgt.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmband zu einem Kaltband mit einer Dicke von 0,5 - 1,4 mm kaltgewalzt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltband bei einer Glühtemperatur von 750 - 850 °C geglüht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfestigkeit des Kaltbands mindestens 800 MPa beträgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltband eine Bruchdehnung A50 von mindestens 10 % aufweist.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmband oder das Kaltband mit einer metallischen Beschichtung versehen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Beschichtung eine Verzinkung ist.
EP06123134A 2006-10-30 2006-10-30 Verfahren zum Herstellen von Stahl-Flachprodukten aus einem ein Komplexphasen-Gefüge bildenden Stahl Not-in-force EP1918402B1 (de)

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