EP2318556A2 - Verfahren zur herstellung von stahlband mit dualphasengefüge - Google Patents

Verfahren zur herstellung von stahlband mit dualphasengefüge

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EP2318556A2
EP2318556A2 EP09736097A EP09736097A EP2318556A2 EP 2318556 A2 EP2318556 A2 EP 2318556A2 EP 09736097 A EP09736097 A EP 09736097A EP 09736097 A EP09736097 A EP 09736097A EP 2318556 A2 EP2318556 A2 EP 2318556A2
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EP
European Patent Office
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strip
elements
temperature
cooled
carbide
Prior art date
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Application number
EP09736097A
Other languages
English (en)
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Inventor
Christian Klinkenberg
Christian Bilgen
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Siemag AG
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of semi-finished products, in particular steel strip, with dual-phase structure, called DP steel strip for short, and a tensile strength of between 500 and 1000 MPa.
  • High-strength steel sheets with good formability, durability of structural and mechanical properties to about 600 0 C are ben ⁇ tigt.ö in many areas
  • the sheets should also have the ability to Schmelztauchveredelung.
  • steels with an already set dual-phase structure have the disadvantage that heating above 200 ° C., as occurs during or in conjunction with hot-dip finishing, generally results in an undesirable, pronounced yield strength.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a method for producing a semifinished product, in particular DP steel strip, which is inexpensive and can be produced with a DP steel strip, which not only has optimized forming properties, but also a temperature resistance to 600 0 C and which is therefore also suitable for hot dip finishing.
  • This object is achieved according to the invention with a method for producing semifinished products, in particular steel strip, with dual-phase structure and a tensile strength between 500 and 1000 MPa, which is characterized in that for setting a structure of hard constituents, such as martensite, bainite, carbide with small proportions retained austenite in a ferritic matrix which is largely free of interstitially dissolved elements (IF character), the elements interstitially dissolved in the ferritic matrix, such as carbon and nitrogen, by carbide, nitride or carbonitride-forming alloying elements such as Al, Mo, Nb, Ti, V are tied off.,
  • IF character interstitially dissolved elements
  • the alloy content of the alloying elements is adjusted stoichiometrically to the ferrite content and to the solubility of carbon and nitrogen at the temperature of a subsequent heating or heat treatment of the DP structure.
  • the hot strip is cooled after leaving the finishing scale in the two-phase region to adjust an appropriate amount of retained austenite and then accelerated cooled to a temperature below the martensite start or -Finish temperature.
  • the cold strip is heated to adjust a suitable amount of retained austenite in the two-phase region and then accelerated cooled to a temperature below the martensite start or -Finish temperature.
  • This heat treatment is preferably carried out in a continuous annealing plant. example
  • the N content should be as low as possible and bound by Al and possibly Ti addition.
  • a correspondingly increased V content can also be used to bind the nitrogen.
  • Table 1 contains some possible chemical compositions.
  • Figure 1 shows an example of the cooling curve of a steel sheet after hot rolling to set a dual-phase structure
  • Figure 2 shows a typical stress-strain diagram for a DP steel with a low yield ratio ( ⁇ 75%) and without a pronounced yield strength.
  • Figure 1 shows the austenite part on the left above the time axis and the core temperature on the right.
  • the cooling curve of a steel sheet after hot rolling is shown to set a dual phase structure.
  • the aim is a reel temperature of about 200 0 C.
  • the solid line shows the Austenitzerfall with increasing cooling time.
  • the dashed curve shows - also over the cooling time - the decrease in the core temperature, which is seen accelerated between about 600 0 C and the trapping temperature of 200 0 C accelerated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbzeug, insbesondere Stahlband, mit Dualphasengefüge und einer Zugfestigkeit zwischen 500 und 1000 MPa. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass zur EInstellung eines Gefüges aus harten Bestandteilen, wie Martensit, Bainit, Karbid mit geringen Anteilen von Restaustenit in einer ferritischen Matrix, die weitgehend frei von interstitiell gelösten Elementen ist (IF-Charakter), die in der ferritischen Matrix interstitiell gelösten Elemente, wie Kohlenstoff und Stickstoff, durch Karbid, Nitrid oder Karbonnitrid bildende Legierungselemente wie Al, Mo, Nb, Ti, V abgebunden werden.

Description

Verfahren zur Herstellung von Halbzeug, insbesondere Stahlband, mit Dualphasengefüge
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbzeug, insbesondere Stahlband, mit Dualphasengefüge, kurz DP-Stahlband genannt, und einer Zugfestigkeit zwischen 500 und 1000 MPa.
Hochfeste Stahlbleche mit guten Umformeigenschaften, Beständigkeit von Gefüge und mechanischen Eigenschaften bis etwa 6000C werden auf vielen Gebieten benόtigt.ö
Hierzu gehört beispielsweise die Automobilindustrie, die einerseits bemüht ist, durch Gewichtsreduzierung der Karosseriebauteile zu Emissionsreduzierungen zu kommen, weil sich durch die Gewichtsreduzierung der Verbrauch an Treibstoff verringern lässt.
Andererseits besteht aber auch der Wunsch, eine höhere Festigkeit der eingesetzten Bleche zu erreichen.
Schließlich sollen die Bleche aber auch die Eignung zur Schmelztauchveredelung haben.
Stähle mit einem bereits eingestellten Dualphasengefüge haben aber den Nachteil, dass bei einer Erwärmung über 2000C, wie sie während oder in Verbindung mit der Schmelztauchveredelung auftritt, sich in der Regel eine unerwünschte, ausgeprägte Streckgrenze ergibt.
Aufgrund dieser nicht vorhandenen Temperaturbeständigkeit der Werkstoffe ab etwa 2000C, sind Halbzeuge, wie Bänder, Bleche, Rohre und andere Bauteile oder Werkstücke aus DP- Stahl nicht zur Schmelztauchveredelung geeignet. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeuges, insbesondere DP-Stahlbandes anzugeben, das kostengünstig ist und mit dem sich ein DP-Stahlband erzeugen lässt, das nicht nur optimierte Umformeigenschaften aufweist, sondern auch eine Temperaturbeständigkeit bis 6000C und das damit auch zur Schmelztauchveredelung geeignet ist.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung von Halbzeug, insbesondere Stahlband, mit Dualphasengefüge und einer Zugfestigkeit zwischen 500 und 1000 MPa, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Einstellung eines Gefüges aus harten Bestandteilen, wie Martensit, Bainit, Karbid mit geringen Anteilen von Restaustenit in einer ferritischen Matrix, die weitgehend frei von interstitiell gelösten Elementen ist (IF-Charakter), die in der ferritischen Matrix interstitiell gelösten Elemente , wie Kohlenstoff und Stickstoff, durch Karbid, Nitrid oder Karbonnitrid bildende Legierungselemente wie AI, Mo, Nb, Ti, V abgebunden werden.,
Der Legierungsgehalt der Legierungselemente wird dabei stöchiometrisch an den Ferritgehalt und an die Löslichkeit von Kohlenstoff und Stickstoff bei der Temperatur einer nachfolgenden Erwärmung oder Wärmebehandlung des DP-Gefüges angepasst.
Damit wird erreicht, dass das Halbzeug oder ein daraus gefertigtes Bauteil auch nach einer anschließenden Wärmebehandlung oder Erwärmung, insbesondere Schmelztauchveredelung, und ggf. nachfolgendem Dressieren, die für einen DP-Stahl charakteristischen Eigenschaften bezüglich Gefüge, Festigkeit, Mindestdehnung, Streckgrenzenverhältnis und n-Wert behält.
Für die Herstellung von Warmband mit DP-Gefüge, wird das Warmband nach Verlassen der Fertigstaffel in den Zweiphasenbereich abgekühlt, um eine geeignete Menge an Restaustenit einzustellen und anschließend beschleunigt auf eine Temperatur unterhalb der Martensit- Start bzw. -Finish Temperatur abgekühlt.
Bei der Herstellung von Kaltband mit DP-Gefüge, wird dagegen das Kaltband zur Einstellung einer geeigneten Menge an Restaustenit in das Zweiphasengebiet erwärmt und anschließend beschleunigt auf eine Temperatur unterhalb der Martensit-Start bzw. -Finish Temperatur abgekühlt. Vorzugsweise erfolgt diese Wärmebehandlung in einer Durchlaufglühanlage. Beispiel
Um einen Einfluss von gelöstem N auf das Alterungsverhalten auszuschließen, sollte der N- Gehalt möglichst niedrig und durch AI- und ggf. Ti-Zugabe abgebunden sein. Auch ein entsprechend angehobener V-Gehalt kann zum Abbinden des Stickstoffs genutzt werden. Tabelle 1 enthält einige mögliche chemische Zusammensetzungen.
Tabelle 1.: Chemische Zusammensetzung Konzept IF-DP in Masse-%
Bei den nachfolgenden Bildern zeigt:
Bild 1 beispielhaft die Abkühlkurve eines Stahlblechs nach dem Warmwalzen, um eine Dualphasengefüge einzustellen und
Bild 2 ein typisches Spannungs-Dehnungs-Diagramm für einen DP-Stahl mit niedrigem Streckgrenzenverhältnis (< 75%) und ohne ausgeprägte Streckgrenze.
Im Bild 1 ist links über der Zeitachse der Austenitanteil und rechts die Kerntemperatur (Core Temperature) aufgetragen.
Beispielhaft ist die Abkühlkurve eines Stahlblechs nach dem Warmwalzen gezeigt, um ein Dualphasengefüge einzustellen.
Dabei wird zunächst durch das Ferritgebiet gekühlt, wobei der größte Teil des Austenits innerhalb kürzester Zeit zu Ferrit umgewandelt wird. An diese erste Kühlstufe kann sich eine Haltezeit anschließen oder aber es wird direkt weiter abgekühlt auf Temperaturen unterhalb der Martensitstarttemperatur. Dabei wandelt der noch vorhandene Restaustenit zu Martensit um und erzeugt die zweite, harte Phase. Angestrebt wird eine Haspeltemperatur von ca. 200 0C.
Die durchgezogene Line zeigt den Austenitzerfall mit zunehmender Abkühlzeit. Die gestrichelte Kurve zeigt- ebenfalls über der Abkühlzeit - das Absinken der Kerntemperatur, wobei ersichtlich zwischen etwa 6000C und der Abfangtemperatur von 2000C beschleunigt abgekühlt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Halbzeug, insbesondere Stahlband, mit Dualphasengefüge und einer Zugfestigkeit zwischen 500 und 1000 MPa1. dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung eines Gefüges aus harten Bestandteilen, wie Martensit, Bainit, Karbid mit geringen Anteilen von Restaustenit in einer ferritischen Matrix, die weitgehend frei von interstitiell gelösten Elementen ist (IF-Charakter), die in der ferritischen Matrix interstitiell gelösten Elemente , wie Kohlenstoff und Stickstoff, durch Karbid, Nitrid oder Karbonnitrid bildende Legierungselemente wie AI, Mo1 Nb, Ti, V abgebunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Legierungsgehalt der vorstehend genannten Legierungselemente stöchiometrisch an den Ferritgehalt und an die Löslichkeit von Kohlenstoff und Stickstoff im Ferrit bei der Temperatur einer nachfolgenden Wärmebehandlung oder Erwärmung, insbesondere Schmelztauchveredelung, angepasst wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung von Warmband mit DP-Gefüge das Warmband nach Verlassen der Fertigstaffel des Walzwerkes in den Zweiphasenbereich abgekühlt wird, um eine zur Erreichung der jeweils angestrebten Festigkeitsklasse geeignete Menge an Restaustenit einzustellen und dass anschließend beschleunigt auf eine Temperatur unterhalb der Martensit-Start bzw. -Finish Temperatur abgekühlt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung von Kaltband mit DP-Gefüge das Kaltband zur Einstellung einer geeigneten Menge an Restaustenit in das Zweiphasengebiet erwärmt und anschließend beschleunigt auf eine Temperatur unterhalb der Martensit-Start bzw. -Finish Temperatur abgekühlt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung zur Einstellung des DP-Gefüges in Kaltband vorzugsweise in einer Durchlaufglühanlage erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung zwischen 4000C und A3 erfolgt.
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