EP2964792B1 - Verfahren zum erzeugen eines kaltgewalzten stahlflachprodukts für tiefzieh- und abstreckziehanwendungen, stahlflachprodukt und verwendung eines solchen stahlflachprodukts - Google Patents

Verfahren zum erzeugen eines kaltgewalzten stahlflachprodukts für tiefzieh- und abstreckziehanwendungen, stahlflachprodukt und verwendung eines solchen stahlflachprodukts Download PDF

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EP2964792B1
EP2964792B1 EP14708856.1A EP14708856A EP2964792B1 EP 2964792 B1 EP2964792 B1 EP 2964792B1 EP 14708856 A EP14708856 A EP 14708856A EP 2964792 B1 EP2964792 B1 EP 2964792B1
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EP
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cold
flat steel
hot
steel product
rolling
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Eberhard Sowka
Burkhard KAUP
Stephan SCHIESTER
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp Rasselstein GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp Rasselstein GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a cold-rolled, up to 0.5 mm thick flat steel product for deep-drawing and ironing applications. Moreover, the invention relates to a flat steel product produced according to such a method and to an advantageous use of a corresponding flat steel product.
  • the inclusions (oxides, sulfides) contained in the cast molten steel can neither rise during continuous casting nor strip casting due to the significantly higher casting speeds in the mold and can be deposited in the foundry slag.
  • the calcium aluminate inclusions resulting from the calcium-treated melts and remaining in the slab in the slab or thin slab are not comminuted during hot rolling, but retain their size. The same applies to strip casting.
  • Macroscopic Ca-aluminate inclusions can therefore, for example, cause shell defects on the product surface during cold-rolling or forming processes or, in the case of very thin end material, holes in the rolled material.
  • a method for producing a steel strip or sheet from a ULC steel in which a molten steel is cast into a slab or a cast strip containing (in% by weight) ⁇ 0.003% C, 0.05-0, 35% Mn, ⁇ 0.025% P, ⁇ 0.020% S, ⁇ 0.004% Si, ⁇ 0.002 Al, ⁇ 0.004% N, in total ⁇ 0.1% Cr, Cu, Ni, Sn and Mo, ⁇ 0.004% N, each ⁇ 0.005% Nb, Ti, Zr and V, ⁇ 0.0030% B and balance Fe and unavoidable impurities.
  • the steel melt according to the known method after its melting is first subjected to a vacuum treatment and then a ladle furnace treatment.
  • the purpose of the ladle furnace treatment is in particular the setting of a minimized oxygen and aluminum content in each obtained after casting thin slab or cast strip obtained after casting.
  • the oxygen activity of the molten steel for continuous casting or strip casting should be as low as possible in order to avoid pore formation in the cast product and casting defects.
  • the adjustment of the oxygen content or the oxygen activity is carried out by a targeted addition of aluminum in an amount that is determined depending on the result of monitoring the current oxygen activity of the melt according to the target that the oxygen content of the melt at the end of the pans Treatment is below 100 ppm.
  • the object to be solved by the invention was to provide a method by which can be produced in a reliable manner from thin slabs or cast strip a thin, maximum 0.5 mm thick cold-rolled steel flat product, which also meets the highest demands on his thermoforming and Ironing suitability is fair.
  • a correspondingly procured flat steel product and a particularly expedient use of such a flat steel product should be specified.
  • this object has been achieved according to the invention, that in the production of cold-rolled, up to 0.5 mm thick flat steel products for thermoforming and ironing the specified in claim 1 operations are passed.
  • a flat steel product produced in accordance with this invention is particularly suitable for thermoforming applications in which the tip heights determined according to ISO 11531 at a deep drawing ratio ⁇ of 1.8 and a cup diameter of 33 mm are in the range of 0.2 - 0.7 mm. Such conditions are particularly in so-called “twist-off closures” (cam latches) and “DRD Cans", but also in general before thin-walled beverage cans.
  • a steel melt is produced in step a) which contains (in% by weight) up to 0.008% C, up to 0.005% Al , up to 0.043% Si, 0.15-0.5% Mn, up to 0.02% P, up to 0.03% S, up to 0.020% N, and each optionally up to 0.03% Ti and up to to 0.03% Nb and balance iron and unavoidable impurities, with unavoidable impurities containing up to 0.08% Cr, up to 0.08% Ni, up to 0.08% Cu, up to 0.02 % Sn, up to 0.01% Mo, up to 0.0020% V, up to 0.007% B, up to 0.05% Co and up to 0.0060% Ca.
  • the S-contents of the melt according to the invention are typically in the range of 0.005-0.03 wt%.
  • the Al content of the melt is typically at least 0.001% by weight.
  • optimum Al contents of the molten steel ready for casting are in the range of 0.001-0.002% by weight.
  • the molten steel is subjected to a secondary metallurgical treatment, which, in addition to a conventional vacuum treatment, results in a ladle furnace.
  • Treatment includes.
  • the molten steel is held according to the invention under a slag, for whose Mn content% Mn and Fe content% Fe is% Mn +% Fe ⁇ 15 wt .-%, in particular ⁇ 9 wt .-%.
  • the measures provided for in the production of the molten steel according to the invention are based on the finding that the ladle slag must be kept well fluid for a good absorption of non-metallic inclusions in the melt. This can not be achieved by a conventional vacuum treatment in a RH or DH plant.
  • the ladle slag can be intensively liquefied via the heating with electrodes. As a result, it is very well suited to absorb non-metallic inclusions rising to the bath surface and thus further improve the degree of purity of the molten steel after the vacuum treatment.
  • the Fe content% Fe and Mn content% Mn of the ladle slag can be used as an indirect measure of the oxygen activity.
  • the sum% Fe +% Mn of the Fe and Mn contents of the ladle slag is set to less than 15% by weight, in particular ⁇ 9% by weight, it is ensured that the oxygen activity "a O -Melt" can be set in the optimum range of 40-60 ppm, without having to continuously perform a measurement of the oxygen content of the slag. This is especially true if the Fe content% Fe of the ladle slag is:% Fe ⁇ 10 wt .-%, in particular% Fe ⁇ 6 wt .-%.
  • the molten steel produced in the manner according to the invention is continuously cast into a strand in step b), from which one or more thin slabs are then separated in a conventional manner, which are then fed to further processing in a continuous process sequence.
  • the melt produced in accordance with the invention can be cast into a cast strip, for example by means of a two-roll strip casting device or according to the DSC process.
  • the thus obtained cast precursor in the form of a thin slab or a cast strip is then hot rolled in step c) in a conventional manner into a hot strip having a thickness of less than 2.5 mm, in particular less than 2.3 mm.
  • the respective precursor can be brought to a temperature of 1000 - 1250 ° C optimal for the further process sequence before hot rolling. This can be done for example by a targeted cooling of the case in this case for hot rolling still hot respectively cast precursor or by a targeted heating of the excessively cooled in this case precursor.
  • the hot rolling itself is optimally started with a hot rolling start temperature which is in the range of 950 - 1200 ° C and finished with a hot rolling end temperature which is in the range of 800 - 950 ° C.
  • the hot strip obtained is conventionally wound into a coil at a coiler temperature typically of 500 - 750 ° C.
  • the hot strip After cooling in the coil, the hot strip is cold rolled to the thickness of up to 0.5 mm, in particular at most 0.26 mm thick, cold-rolled steel flat product.
  • Cold rolling may be preceded by a surface treatment which mechanically or chemically removes scale and other contaminants adhering to the hot strip in a conventional manner.
  • the cold rolling itself can be carried out in one or more stages.
  • a recrystallizing intermediate annealing can be carried out between the cold rolling steps.
  • the first stage of cold rolling should be carried out with a degree of deformation of more than 85%, in particular more than 90%, and the second stage of cold rolling with a degree of deformation of 0.4-50%, in particular at least 1% , where degrees of deformation of 4 - 42% are particularly practical.
  • the resulting cold-rolled steel flat product can be provided with a protective coating for protection against corrosive attacks.
  • the cold-rolled steel flat product according to the invention can be coated with a metallic protective layer.
  • it can for example undergo an electrolytic tinning.
  • the method according to the invention can thus be avoided by the purity grade-based disadvantages of the production of particularly thin, designed for deep drawing and ironing cold rolled steel flat products via thin slab continuous casting and other near-net casting or casting rolling process, characterized in that the flat steel products based on a Alloy concept with minimized Al levels are generated. At such low Al contents can be dispensed with a Ca treatment of the melt, so that the formation of the deformation properties interfering calcium aluminates is excluded.
  • flat steel products produced according to the invention fulfill the highest demands on their formability. So they are suitable for all forming applications, for one according to ISO 11531 certain tension of less than 0.86 mm is required.
  • flat steel products according to the invention are suitable for uniformity-critical forming applications and sophisticated deep-drawing and ironing applications in which the di-minidity determined according to ISO 11531 is less than 0.7 mm.
  • flat steel products produced according to the invention are particularly suitable for the production of packaging for loose goods.
  • packages are typically cans and similar containers used for the packaging of food, beverages, pet food and other pourable, free-flowing or pourable goods and products.
  • goods and products also include, for example, general chemical or biological products, such as gases or aerosols.
  • flat steel products according to the invention can be used for the production of closures for such containers, bottle caps for closing bottles or spray cans.
  • the composition of the oxide limestone shorts remaining in the molten steel (size range ⁇ 10 ⁇ m) changes compared with aluminum tempering and production via a conventional continuous casting plant.
  • the inventively achieved minimization of the proportion of hard Al 2 O 3 particles in the structure of a flat steel product according to the invention results in the production of deep drawn or ironed products from a cold rolled flat steel product according to the invention not only to an optimal forming behavior of the material, but also to a significant increase in the service life of each forming tool used. Due to the low Al content, the nitrogen in the steel is not bound as AIN, but is essentially interstitially dissolved. This results in a significantly higher solidification potential.
  • very good rated samples can be used without restriction for all packaging steel applications.
  • "Satisfactory” rated samples can be used for certain non-critical packaging steel applications. In general, samples rated “Inadequate” are not suitable for packaging steel applications.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines kaltgewalzten, bis zu 0,5 mm dicken Stahlflachprodukts für Tiefzieh- und Abstreckziehanwendungen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein gemäß einem solchen Verfahren hergestelltes Stahlflachprodukt und eine vorteilhafte Verwendung eines entsprechenden Stahlflachprodukts.
  • Verfahren der hier in Rede stehenden Art werden auf so genannten "Gieß-Walz-Anlagen", abgekürzt "GWA" oder "CSP", durchgeführt, bei denen das Vergießen des Stahls zu einem Strang und die anschließenden Walzprozesse bei der Warmbandherstellung so aufeinander abgestimmt sind, dass eine kontinuierliche Abfolge der Gieß- und der Walzvorgänge möglich ist. Auf diesem Wege lässt sich der bei konventioneller Brammenfertigung für die Wiedererwärmung und das Vorwalzen anfallende Aufwand umgehen.
  • In Gieß-Walz-Anlagen wird der Stahl zu einem kontinuierlich abgezogenen Strang vergossen, von dem anschließend "in line" Dünnbrammen abgeteilt werden, die dann ebenso "in line" zu Warmband warmgewalzt werden. Die beim Betrieb von Gieß-Walz-Anlagen gewonnenen Erfahrungen und die Vorteile des Gieß-Walzens sind beispielsweise in W. Bald et al. "Innovative Technologie zur Banderzeugung", Stahl und Eisen 119 (1999) Nr. 9, Seiten 77 - 85, oder C. Hendricks u.a. "Inbetriebnahme und erste Ergebnisse der Gießwalzanlage der Thyssen Krupp Stahl AG", Stahl und Eisen 120 (2000) Nr. 2, Seiten 61 - 68, dokumentiert. Mit heute zur Verfügung stehenden Gieß-Walz-Anlagen lassen sich Warmbänder mit Warmbanddicken erzeugen, die weniger als 3 mm betragen.
  • Trotz der Verfahrenvorteile, die konventionelle Gieß-Walz-Anlagen bieten, ist es seit der großtechnischen Einführung solcher Anlagen nicht mit der notwendigen Zuverlässigkeit gelungen, Stähle, die eine für Tiefzieh- und Abstreckziehanwendungen ausreichende Isotropie ihrer Verformungseigenschaften aufweisen, über Dünnbrammen-Stranggießanlagen bzw. die zugehörigen Gieß-Walz-Anlagen zu erzeugen. So zeigte sich, dass übliche, aus aluminiumberuhigten Stählen gegossene Dünnbrammen und daraus hergestellte Warmbänder nicht für Produkte mit höchsten Reinheitsgrad- und Oberflächenansprüchen geeignet sind. Warmband, das insbesondere für die Erzeugung von Weißblech mit einer typischen Dicke von höchstens 0,5 mm, insbesondere höchstens 0,251 mm, bestimmt ist, ließ sich daher in der Vergangenheit nicht auf einer Gieß-Walz-Anlage herstellen. Weißbleche dieser Dicke werden beispielsweise zur Herstellung von Getränkedosen oder desgleichen benötigt. Noch kritischer ist die Situation, wenn über eine Gieß-Walz-Anlage Vormaterial für bis zu 0,1 mm, insbesondere bis zu 0,06 mm, dünnen Verpackungsstahl erzeugt werden soll.
  • Die Gründe für die Probleme bei der Erzeugung sehr dünner, für Tiefzieh- und Abstreckziehanwendungen bestimmter kaltgewalzter Stahlflachprodukte über eine GWA sind an sich bekannt. Beim Dünnbrammen-Stranggießen oder Bandgießen von Al-beruhigten Stählen, mit Al-Gehalten, die typischerweise im Bereich von 0,010 - 0,060 Gew.-% liegen, ist zur Vermeidung eines Zusetzens der für das Vergießen erforderlichen Tauchrohre durch Tonerde-Einschlüsse ("Clogging") eine Calcium-Behandlung der Stahlschmelze im Stahlwerk erforderlich. Hierbei müssen in der Stahlschmelze reproduzierbar sicher flüssige Calcium-Aluminate mit Gehalten von circa 50 % CaO und 50 % Al2O3 erzeugt werden.
  • Wenn diese Einschluss-Zusammensetzung nicht ausreichend exakt getroffen wird und ein signifikanter Unterschuss oder Überschuss an CaO in den nichtmetallischen Einschlüssen gegeben ist oder Spinell-Einschlüsse (mit MgO-Anteil) entstehen, tritt beim Stranggießen trotz Ca-Behandlung ein ausgeprägtes Clogging mit verstärkten Badspiegelschwankungen in der Kokille auf. Eine solche Situation führt zum Einspülen von Gießschlacke in den gegossenen Strang, wodurch ein generell verschlechterter Reinheitsgrad und vermehrte Schalenfehler an der Strangoberfläche verursacht werden. Im Ergebnis führt eine unzureichende Einstellung der CaO- und Al2O3-Einschlüsse bei der Herstellung von Warmband über eine Gieß-Walz-Anlage daher zu einer Verschlechterung der Innen- und Oberflächen-Beschaffenheit der vom so gegossenen Strang abgetrennten Dünnbrammen und, dadurch bedingt, von dem aus diesen Dünnbrammen jeweils warmgewalzten Warmband. Dasselbe Problem ergibt sich bei Bandgießanlagen, bei denen die Stahlschmelze zu gegossenem Band vergossen und anschließend in-line zu einem Warmband gewalzt wird.
  • Beim Dünnbrammen-Stranggießen oder Bandgießen ist es daher wichtig, einen sehr guten nichtmetallischen Reinheitsgrad bereits in der Sekundärmetallurgie zu erreichen. Anders als beim konventionellen Brammenguss können die in der vergossenen Stahlschmelze enthaltenen Einschlüsse (Oxyde, Sulfide) weder beim Stranggießen noch beim Bandgießen in Folge der deutlich höheren Gießgeschwindigkeiten in der Kokille aufsteigen und sich in der Gießschlacke abscheiden. Anders als die bei der konventionellen Erzeugung üblichen Tonerde-Einschlüsse werden die bei Calcium-behandelten Schmelzen entstehenden und beim Stranggießen in der Bramme oder Dünnbramme verbleibenden Calcium-Aluminat-Einschlüsse im Zuge des Warmwalzens auch nicht zerkleinert, sondern behalten ihre Größe bei. Gleiches gilt für das Bandgießen. Makroskopische Ca-Aluminat-Einschlüsse können deshalb bei Kaltwalz- bzw. Umformprozessen beispielsweise Schalenfehler an der Produktoberfläche oder, insbesondere bei sehr dünnem Endmaterial, Löcher im Walzmaterial verursachen.
  • Vor diesem Hintergrund ist in der WO 2011/012242 A1 ein Verfahren zur Erzeugung eines Stahlbands oder -blechs aus einem ULC-Stahl vorgeschlagen worden, bei dem eine Stahlschmelze zu einer Bramme oder einem gegossenen Band vergossen wird, die (in Ges.-%) ≤ 0,003 % C, 0,05 - 0,35 % Mn, < 0,025 % P, < 0,020 % S, < 0,004 % Si, ≤ 0,002 Al, < 0,004 % N, in Summe ≤ 0,1 % Cr, Cu, Ni, Sn und Mo, ≤ 0,004 % N, jeweils ≤ 0,005 % Nb, Ti, Zr und V, ≤ 0,0030 % B und als Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen enthalten.
  • Um eine Legierung dieser Reinheit zu erzeugen, wird die Stahlschmelze gemäß dem bekannten Verfahren nach ihrer Erschmelzung zunächst einer Vakuum-Behandlung und dann einer Pfannenofen-Behandlung unterzogen. Zweck der Pfannenofen-Behandlung ist dabei insbesondere die Einstellung eines minimierten Sauerstoff- und Aluminium-Gehalts in der jeweils nach dem Vergießen erhaltenen Dünnbramme oder dem nach dem Vergießen erhaltenen gegossenen Band. Hierbei soll die Sauerstoffaktivität der Stahlschmelze für das Stranggießen beziehungsweise das Bandgießen möglichst niedrig sein, um eine Porenbildung im Gussprodukt und Gussstörungen zu vermeiden. Die Einstellung des Sauerstoff-Gehalts beziehungsweise der Sauerstoffaktivität erfolgt dabei durch eine gezielte Zugabe von Aluminium in einer Menge, die in Abhängigkeit vom Ergebnis einer Überwachung der aktuellen Sauerstoffaktivität der Schmelze gemäß der Zielvorgabe bestimmt wird, dass der Sauerstoff-Gehalt der Schmelze am Ende der Pfannen-Behandlung unter 100 ppm liegt.
  • Abgesehen von den hohen technischen Anforderungen, die eine permanente Überwachung des Sauerstoffgehalts einer Schmelze mit sich bringen, lassen praktische Erfahrungen beim Erzeugen von sehr dünnen kaltgewalzten Stahlflachprodukten für Tiefzieh- und Abstreckziehanwendungen ("Weißblech") erwarten, dass über die im voranstehend erläuterten Stand der Technik hinausgehende Maßnahmen erforderlich sind, um bei einer Erzeugung über eine Gieß-Walz-Anlage oder eine Bandgießanlage den für ein Stahlflachprodukt mit optimaler Tiefzieh- und Abstreckzieheignung sehr guten nichtmetallischen Reinheitsgrad der Stahlschmelze zu gewährleisten.
  • Die von der Erfindung zu lösende Aufgabe bestand daher darin, ein Verfahren zu nennen, mit dem sich auf betriebssichere Weise aus Dünnbrammen oder gegossenem Band ein dünnes, maximal 0,5 mm dickes kaltgewalztes Stahlflachprodukt erzeugen lässt, das auch höchsten Anforderungen an seine Tiefzieh- und Abstreckzieheignung gerecht wird. Darüber hinaus sollte ein entsprechend beschaffenes Stahlflachprodukt und eine besonders zweckmäßige Verwendung eines solchen Stahlflachprodukts angegeben werden.
  • In Bezug auf das Verfahren ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, dass bei der Herstellung von kaltgewalzten, bis zu 0,5 mm dicken Stahlflachprodukten für Tiefzieh- und Abstreckziehanwendungen die in Anspruch 1 angegebenen Arbeitsschritte durchlaufen werden.
  • In Bezug auf das Stahlflachprodukt ist die voranstehend genannte Aufgabe dementsprechend dadurch gelöst worden, dass ein solches Stahlflachprodukt in erfindungsgemäßer Weise hergestellt ist.
  • Ein solchermaßen erfindungsgemäß hergestelltes Stahlflachprodukt eignet sich in besonderer Weise für Tiefziehanwendungen, bei denen die gemäß ISO 11531 ermittelte Zipfelhöhen bei einem Tiefziehverhältnis ß von 1,8 und einem Napfdurchmesser von 33 mm im Bereich von 0,2 - 0,7 mm liegen. Solche Verhältnisse liegen insbesondere bei so genannten "Twist-Off-Closures" (Nockendrehverschlüssen) und "DRD Cans", aber auch allgemein bei dünnwandingen Getränkedosen vor.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines kaltgewalzten, bis zu 0,5 mm dicken Stahlflachprodukts für Tiefzieh- und Abstreckziehanwendungen wird im Arbeitsschritt a) eine Stahlschmelze erzeugt, die (in Gew.-%) bis zu 0,008 % C, bis zu 0,005 % Al, bis zu 0,043 % Si, 0,15 - 0,5 % Mn, bis zu 0,02 % P, bis zu 0,03 % S, bis zu 0,020 % N sowie jeweils optional bis zu 0,03 % Ti und bis zu 0,03 % Nb und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, wobei den unvermeidbaren Verunreinigungen Gehalte von bis zu 0,08 % Cr, bis zu 0,08 % Ni, bis zu 0,08 % Cu, bis zu 0,02 % Sn, bis zu 0,01 % Mo, bis zu 0,0020 % V, bis zu 0,007 % B, bis zu 0,05 % Co und bis zu 0,0060 % Ca zuzurechnen sind. In der Praxis liegen die S-Gehalte der erfindungsgemäßen Schmelze typischerweise im Bereich von 0,005 - 0,03 Gew.-%. Gleichzeitig beträgt bei praxisgerechter Ausführung der Erfindung der Al-Gehalt der Schmelze typischerweise mindestens 0,001 Gew.-%. Im Hinblick auf das erfindungsgemäß angestrebte Arbeitsergebnis optimale Al-Gehalte der zum Vergießen fertigen Stahlschmelze liegen im Bereich von 0,001 - 0,002 Gew.-%.
  • Um einerseits eine gute Vergießbarkeit und andererseits eine optimale Reinheit des aus dieser Stahlschmelze zu gießenden Strangs oder Bands zu gewährleisten, wird die Stahlschmelze bei ihrer Erzeugung unter Verzicht auf eine Ca-Behandlung einer sekundärmetallurgischen Behandlung unterzogen, die neben einer konventionellen Vakuum-Behandlung eine Pfannenofen-Behandlung umfasst. Bei der Pfannenofen-Behandlung wird die Stahlschmelze erfindungsgemäß unter einer Schlacke gehalten, für deren Mn-Gehalt %Mn und Fe-Gehalt %Fe gilt %Mn + %Fe < 15 Gew.-%, insbesondere < 9 Gew.-%.
  • Den erfindungsgemäß bei der Erzeugung der Stahlschmelze vorgesehenen Maßnahmen liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass für eine gute Aufnahme nichtmetallischer Einschlüsse in der Schmelze die Pfannenschlacke gut flüssig gehalten werden muss. Dies kann durch eine konventionelle Vakuumbehandlung in einer RH- oder DH-Anlage nicht erreicht werden. Bei der erfindungsgemäß vorgegebenen Pfannenofen-Behandlung kann jedoch über die Beheizung mit Elektroden die Pfannenschlacke intensiv verflüssigt werden. Sie ist infolgedessen sehr gut geeignet, zur Badoberfläche aufsteigende nichtmetallische Einschlüsse aufzunehmen und somit den Reinheitsgrad der Stahlschmelze nach der Vakuumbehandlung weiter zu verbessern.
  • Von besonderer Bedeutung für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zudem, dass bei der Vakuum- und der nachfolgenden Pfannenofen-Behandlung eine Schlacke in Kontakt mit der Stahlschmelze gehalten wird, bei der bereits vor der Vakuumbehandlung ein bestimmtes Sauerstoffpotential eingestellt ist. Dieses Sauerstoffpotential "aO-Slag" der Pfannenschlacke muss auf die erforderliche Sauerstoffaktivität "aO-Melt" der Stahlschmelze abgestimmt sein. Falls die Sauerstoffaktivität aO-Slag zu hoch ist, ergibt sich die ungünstige Situation, dass in Folge der Tendenz zur Gleichgewichtseinstellung zwischen Schlacke und Stahlschmelze zuviel Sauerstoff aus der Schlacke in die Stahlschmelze transportiert wird. Dieser Austausch würde in einer zu hohen Sauerstoffaktivität aO-Melt von z. B. 120 ppm, insbesondere 100 ppm, resultieren, so dass sich über Reaktionsprodukte mit der Stahlschmelze vermehrt Tonerde- bzw. Tonerde-Manganoxid-Einschlüsse bilden. Im Ergebnis würde sich demzufolge der Reinheitsgrad der Stahlschmelze verschlechtern. Zudem ergibt sich bei einer zu starken Sauerstoffaufnahme der Schmelze das Problem, dass dann die optimale Sauerstoffaktivität aO-Melt nicht mehr eingestellt werden kann, ohne gegen die Vorgaben "Sicherstellen geringster Gehalte an gelöstem Alsol", d. h. Zielgehalte für Alsol von insbesondere weniger als 0,0020 Gew.-%, einerseits und "Herbeiführen eines ausreichend teilberuhigten Zustands ohne Porenbildung beim Stranggießen" andererseits zu verstoßen. Dies erklärt sich daraus, dass die für die Einstellung eines als optimal erkannten Ziel-Bereichs der Sauerstoffaktivität aO-Melt von 40 - 60 ppm erforderliche Al-Zugabemenge so hoch wäre, dass in der Stahlschmelze ein zu hoher Al-Gehalt und damit einhergehend ein ungünstiger nichtmetallischer Reinheitsgrad resultieren würde. Durch diesen würde die Tiefzieh- und Abstreckzieheignung des herzustellenden Stahlflachprodukts in unzulässiger, den Anforderungen an moderne Umformprozesse, wie beispielsweise dem DWI-Prozess, nicht mehr genügender Weise verschlechtert.
  • Als indirektes Maß für die Sauerstoffaktivität aO-Slag können der Fe-Gehalt %Fe und Mn-Gehalt %Mn der Pfannenschlacke herangezogen werden. Indem erfindungsgemäß die Summe %Fe + %Mn der Fe- und Mn-Gehalte der Pfannenschlacke auf weniger als 15 Gew.-%, insbesondere < 9 Gew.-%, eingestellt wird, ist sichergestellt, dass die Sauerstoffaktivität "aO-Melt" im optimalen Bereich von 40 - 60 ppm eingestellt werden kann, ohne dass dazu laufend eine Messung des Sauerstoffgehalts der Schlacke durchgeführt werden muss. Dies gilt insbesondere dann, wenn für den Fe-Gehalt %Fe der Pfannenschlacke gilt: %Fe < 10 Gew.-%, insbesondere %Fe < 6 Gew.-%.
  • Die in der erfindungsgemäßen Weise erzeugte Stahlschmelze wird im Arbeitsschritt b) kontinuierlich zu einem Strang vergossen, von dem dann in konventioneller Weise eine oder mehrere Dünnbrammen abgetrennt werden, welche anschließend in einem kontinuierlichen Verfahrensablauf der Weiterverarbeitung zugeführt werden. Alternativ kann die in erfindungsgemäßer Weise erzeugte Schmelze, beispielsweise mittels einer Zwei-Walzen-Bandgieß-Vorrichtung oder gemäß dem DSC-Verfahren, zu einem gegossenen Band vergossen werden.
  • Das auf diese Weise erhaltene, in Form einer Dünnbramme oder eines gegossenen Bands vorliegende gegossene Vorprodukt wird dann im Arbeitsschritt c) in konventioneller Weise zu einem Warmband warmgewalzt, das eine Dicke von weniger als 2,5 mm, insbesondere weniger als 2,3 mm, aufweist, wobei sich Warmbanddicken von weniger als 2 mm im Hinblick auf die weitere Verarbeitung als besonders günstig erweisen. Falls dies erforderlich ist, kann das jeweilige Vorprodukt vor dem Warmwalzen auf eine für den weiteren Verfahrensablauf optimale Temperatur von 1000 - 1250 °C gebracht werden. Dies kann beispielsweise durch eine gezielte Abkühlung des in diesem Fall für das Warmwalzen noch zu heißen jeweiligen gegossenen Vorprodukts oder durch eine gezielte Erwärmung des in diesem Fall zu stark abgekühlten Vorprodukts erfolgen. Gegebenenfalls kann es auch zweckmäßig sein, das jeweilige gegossene Vorprodukt einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um seine Temperaturverteilung zu vergleichmäßigen, bevor das Warmwalzen beginnt. Das Warmwalzen selbst wird optimalerweise mit einer Warmwalzanfangstemperatur begonnen, die im Bereich von 950 - 1200 °C liegt, und mit einer Warmwalzendtemperatur beendet, die im Bereich von 800 - 950 °C liegt.
  • Nach dem Warmwalzen wird das erhaltene Warmband in konventioneller Weise bei einer typischerweise 500 - 750 °C betragenden Haspeltemperatur zu einem Coil gewickelt.
  • Nach der Abkühlung im Coil wird das Warmband zu dem bis zu 0,5 mm, insbesondere höchstens 0,26 mm, dicken kaltgewalzten Stahlflachprodukt kaltgewalzt. Dem Kaltwalzen kann eine Oberflächenbehandlung vorangehen, bei der auf konventionelle Weise auf dem Warmband haftender Zunder und andere Verschmutzungen mechanisch oder chemisch entfernt werden.
  • Das Kaltwalzen selbst kann ein- oder mehrstufig durchgeführt werden. Bei einer mehrstufigen Kaltwalzung kann zwischen den Kaltwalzschritten eine rekristallisierende Zwischenglühung durchgeführt werden.
  • Im Fall eines zweistufig durchgeführten Kaltwalzens sollte die erste Stufe des Kaltwalzens mit einem Umformgrad von mehr als 85%, insbesondere mehr als 90 %, und die zweite Stufe des Kaltwalzens mit einem Umformgrad von 0,4 - 50 %, insbesondere mindestens 1 % durchgeführt werden, wobei Umformgrade von 4 - 42 % besonders praxisgerecht sind.
  • Schließlich kann das erhaltene kaltgewalzte Stahlflachprodukt zum Schutz gegen korrosive Angriffe mit einer Schutzbeschichtung versehen werden. Hierzu kann das kaltgewalzte erfindungsgemäße Stahlflachprodukt mit einer metallischen Schutzschicht beschichtet werden. Zu diesem Zweck kann es beispielsweise eine elektrolytische Verzinnung durchlaufen.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit die beim Stand der Technik auftretenden reinheitsgradbegründeten Nachteile der Herstellung von besonders dünnen, für Tiefzieh- und Abstreckziehanwendungen bestimmten kaltgewalzten Stahlflachprodukten über Dünnbrammen-Strangguß und andere endabmessungsnahe Gieß- bzw. Gießwalzverfahren dadurch vermieden werden, dass die Stahlflachprodukte auf Basis eines Legierungskonzepts mit minimierten Al-Gehalten erzeugt werden. Bei solch niedrigen Al-Gehalten kann auf eine Ca-Behandlung der Schmelze verzichtet werden, so dass die Entstehung von die Verformungseigenschaften störenden Calcium-Aluminaten ausgeschlossen ist.
  • Erfindungsgemäß erzeugte Stahlflachprodukte erfüllen demgemäß höchste Anforderungen an ihre Umformbarkeit. So eignen sie sich für alle Umformanwendungen, für die eine nach ISO 11531 bestimmte Zipfligkeit von weniger als 0,86 mm gefordert wird. Insbesondere eignen sich erfindungsgemäße Stahlflachprodukte für zipfeligkeitskritische Umformanwendungen und anspruchsvolle Tiefzieh- und Abstreckziehanwendungen, bei denen die nach ISO 11531 ermittelte Zipfligkeit weniger als 0,7 mm betragen soll.
  • Aufgrund ihrer durch die erfindungsgemäße Herstellweise erzielten besonders guten Verformbarkeit eignen sich erfindungsgemäß erzeugte Stahlflachprodukte besonders zur Herstellung von Verpackungen für lose Güter. Bei diesen Verpackungen handelt es sich typischerweise um Dosen und vergleichbare Behälter, die für die Verpackung von Lebensmitteln, Getränken, Tiernahrung und andere schütt-, fließ- oder rieselfähige Güter und Produkte eingesetzt werden. Zu diesen Gütern und Produkten zählen beispielsweise auch allgemein chemische oder biologische Produkte, wie Gase oder Aerosole. Ebenso lassen sich erfindungsgemäße Stahlflachprodukte für die Herstellung von Verschlüssen für derartige Behälter, Kronkorken zum Verschließen von Flaschen oder Sprühdosen verwenden.
  • Auf Grundlage der erfindungsgemäßen Art und Weise der Erzeugung der Stahlschmelze wird ein sehr guter nichtmetallischer Reinheitsgrad des Warmbandes erzielt, welcher die Voraussetzung für ein optimal beschaffenes kaltgewalztes Stahlflachprodukt der erfindungsgemäßen Art ist. So zeigte in erfindungsgemäßer Weise hergestelltes, beispielsweise 0,13 mm dickes Weißblech für den besonders reinheitsgradkritischen Verwendungszweck "Herstellung von Twist-Off-Closures" in Prüfungen mittels Wirbelstrom und Magnetpulver nur eine minimale Anzahl von Einschlüssen mit einem Durchmesser von mehr als 70 µm. Das so beschaffene Stahlflachprodukt-Material erfüllte somit die strengen Reinheitsgrad-Anforderungen für diesen kritischen Verwendungszweck sicher. Hingegen wiesen zum Vergleich erzeugte Stahlflachprodukte, die aus konventionellem Alberuhigten LC-Stahl mit einem Al-Gehalt von 0,033 Gew.-% bestanden, einen für Weißblech ungeeigneten Reinheitsgrad auf.
  • Gleichzeitig belegten die Vergleichsuntersuchungen, dass beim Vergießen einer erfindungsgemäß erzeugten, Al-freien ULC-Stahlschmelze Clogging-Effekte beim Dünnbrammen-Stranggießen nur schwach ausgeprägt waren, so dass nicht nur der Reinheitsgrad, sondern auch die Oberflächenbeschaffenheit der aus den Dünnbrammen gegossenen Warmbänder den hohen Anforderungen genügten, die an für die Erzeugung von Weißblech geeignete Warmbänder gestellt werden.
  • Durch die erfindungsgemäße metallurgische Behandlung verändert sich die Zusammensetzung der in der Stahlschmelze verbleibenden oxidischen Kleinsteinschlüsse (Größenspektrum < 10 µm) im Vergleich zu einer Aluminiumberuhigung und Fertigung über eine konventionelle Stranggussanlage. Die erfindungsgemäß erzielte Minimierung des Anteils harter Al2O3-Partikel im Gefüge eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts führt bei der Herstellung von tief- oder abstreckgezogenen Produkten aus einem erfindungsgemäß erzeugten kaltgewalzten Stahlflachprodukt nicht nur zu einem optimalen Umformverhalten des Werkstoffs, sondern auch zu einer deutlichen Erhöhung der Standzeit des jeweils eingesetzten Umformwerkzeugs. Aufgrund des geringen Al-Gehaltes wird zudem der Stickstoff im Stahl nicht als AIN abgebunden, sondern liegt im Wesentlichen interstitiell gelöst vor. Hierdurch ergibt sich ein deutlich höheres Verfestigungspotential.
  • Zum Nachweis der Wirkung der Erfindung sind drei Versuche E1, E2, E3 durchgeführt worden, bei dem die jeweils zu Dünnbrammen vergossene Schmelze in erfindungsgemäßer Weise sekundärmetallurgisch behandelt worden ist. Zum Vergleich wurden drei weitere Versuche V1, V2, V3 durchgeführt, bei denen auf die erfindungsgemäße Pfannenofen-Behandlung jeweils verzichtet worden ist.
  • Die Zusammensetzung der jeweils verarbeiteten Stahlschmelzen, die beim Warm- und Kaltwalzen berücksichtigten Parameter und die für die Tiefzieheignung wesentlichen Kennwerte sind in Tabelle 1 angegeben.
  • Zusätzlich ist in Tabelle 1 eine Bewertung des inneren Reinheitsgrades der untersuchten Proben verzeichnet. Der Reinheitsgrad ist dabei vor dem Veredlungsprozess, der beispielsweise in Form des Auftrags einer metallischen Beschichtung, wie einer Verzinnung oder Verchromung bestehen kann, auf Grundlage der Anzahl nichtmetallischer Einschlüsse mit einer Ausdehnung >70 µm mittels elektromagnetischer Messmethode über das gesamte Volumen ermittelt worden. Die Klassifizierung erfolgte anhand der Anzahl Einschlüsse pro m2 gemäß folgender Maßgabe:
    Bewertung Kennung Anzahl Einschlüsse pro m2
    Sehr gut + <0,5
    Zufriedenstellend 0 0,6 - 3,0
    Unzureichend - >3,0
  • Mit "Sehr gut" bewertete Proben können beispielsweise ohne Einschränkung für alle Verpackungsstahlanwendungen eingesetzt werden. Mit "Zufriedenstellend" bewertete Proben können für bestimmte, unkritische Verpackungsstahlanwendungen eingesetzt werden. Mit "Unzureichend" bewertete Proben sind grundsätzlich nicht für Verpackungsstahlanwendungen geeignet.
  • Bei jedem der Versuche E1 - E3 und V1 - V3 haben die erhaltenen Warmbänder nach dem Haspeln eine Beize durchlaufen und sind dann in zwei Stufen kaltgewalzt worden. Nach einer ersten Kaltwalzung sind die Stahlflachprodukte dabei bei einer Temperatur von jeweils 700 °C im Durchlaufofen rekristallisierend geglüht und anschließend mit einem Kaltwalzgrad von 38 % auf eine Enddicke von 0,13 mm fertig kaltgewalzt worden. Abschließend sind die derart kaltgewalzten Stahlflachprodukte elektrolytisch verzinnt worden. Tabelle 1
    E1 E2 E3 v1 V2 V3
    C [ppm] 34 34 34 30 30 30
    N [ppm] 23 23 23 20 20 20
    Mn [ppm] 2400 2400 2400 2500 2500 2500
    Al [ppm] 20 20 20 20 20 20
    Al sol. [ppm] <10 <10 <10 <10 <10 <10
    Chemische Analyse Si [ppm] 80 80 80 100 100 100
    O [ppm] 50 50 50 55 55 55
    Cr [ppm] 240 240 240 210 210 210
    Ni [ppm] 130 130 130 140 140 140
    Cu [ppm] 130 130 130 130 130 130
    P [ppm] 70 70 70 80 80 80
    S [ppm] 62 62 62 78 78 78
    Warmwalzen Warmbandenddicke [mm] 1,8 2,0 1,6 1,6 1,8 2,0
    Endtemperatur [°C] 871 880 861 870 880 865
    Haspeltemperatur [°C] 623 584 584 601 603 590
    Kaltband Enddicke [mm] 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13
    Kennwerte Streckgrenze (200 °C, 20 min) [MPa] 570 580 565 569 575 580
    Zugfestigkeit (200 °C, 20 min) [MPa] 580 585 572 579 580 588
    Zipfelhöhe (ß = 1,8, Napf = 33 mm) [mm] <0,86 <0,86 <0,86 <0,86 <0,86 <0,86
    Innerer Reinheitsgrad: + 0 + - - -

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen eines kaltgewalzten, bis zu 0,5 mm dicken Stahlflachprodukts für Tiefzieh- und Abstreckziehanwendungen umfassend folgende Arbeitsschritte:
    a) Erzeugen einer Stahlschmelze, die (in Gew.-%) bis zu 0,008 % C, bis zu 0,005 % Al, bis zu 0,043 % Si, 0,15 - 0,5 % Mn, bis zu 0,02 % P, bis zu 0,03 % S, bis zu 0,020 % N sowie jeweils optional bis zu 0,03 % Ti und bis zu 0,03 % Nb und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, denen Gehalte von bis zu 0,08 % Cr, bis zu 0,08 % Ni, bis zu 0,08 % Cu, bis zu 0,02 % Sn, bis zu 0,01 % Mo, bis zu 0,0020 % V, bis zu 0,007 % B, bis zu 0,05 % Co und bis zu 0,0060 % Ca zuzurechnen sind, wobei die Stahlschmelze unter Verzicht auf eine Ca-Behandlung einer sekundärmetallurgischen Behandlung unterzogen wird, die neben einer Vakuum-Behandlung eine Pfannenofen-Behandlung umfasst und während der die zu behandelnde Stahlschmelze unter einer Schlacke gehalten wird, für deren Mn-Gehalt %Mn und Fe-Gehalt %Fe gilt

            %Mn + %Fe < 15 Gew.-%;

    b) kontinuierliches Vergießen der Stahlschmelze zu einem Strang und Abteilen einer Dünnbramme von dem Strang oder zu einem gegossenen Band;
    c) Warmwalzen der Dünnbramme oder des gegossenen Bands zu einem Warmband mit einer Dicke von weniger als 2,5 mm;
    d) Haspeln des Warmbands zu einem Coil;
    e) Kaltwalzen des Warmbands zu dem bis zu 0,5 mm dicken kaltgewalzten Stahlflachprodukt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
    gekennzeichnet, dass der Al-Gehalt der Stahlschmelze höchstens 0,002 Gew.-% beträgt.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Fe-Gehalt %Fe der Schlacke, unter der die Stahlschmelze während der Pfannenofen-Behandlung gehalten wird, weniger als 10 Gew.-% beträgt.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt der Stahlschmelze am Ende der Pfannenofen-Behandlung unter 100 ppm liegt.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnbramme vor dem Warmwalzen auf eine 1000 - 1250 °C betragende Temperatur gebracht wird.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Warmwalzanfangstemperatur, die die Dünnbramme beim Beginn des Warmwalzens hat, 950 - 1200 °C beträgt.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Warmwalzendtemperatur, die das Warmband am Ende des Warmwalzens hat, 800 - 950 °C beträgt.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Warmband bei einer 500 - 750 °C betragenden Haspeltemperatur gehaspelt wird.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des kaltgewalzten Stahlflachprodukts weniger als 0,26 mm beträgt.
  10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltwalzen in mindestens zwei Stufen durchgeführt und das kaltgewalzte Stahlflachprodukt zwischen den Stufen des Kaltwalzens rekristallisierend geglüht wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch
    gekennzeichnet, dass der über die erste Stufe des Kaltwalzens erzielte Umformgrad mehr als 85 % und der über die zweite Stufe des Kaltwalzens erzielte Umformgrad 0,4 - 50 % beträgt.
  12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das kaltgewalzte Stahlflachprodukt elektrolytisch verzinnt wird.
  13. Stahlflachprodukt hergestellt durch Anwendung des gemäß einem der voranstehenden Ansprüche ausgebildeten Verfahrens.
  14. Verwendung eines Stahlflachprodukts gemäß Anspruch 13 für die Herstellung von Dosen für Lebensmittel, Tiernahrung, Getränke oder sonstige Füllgüter, wie chemische oder biologische Produkte, oder zur Herstellung von Aerosoldosen, Verschlüssen, Kronkorken oder Sprühdosen.
  15. Verwendung eines Stahlflachprodukts gemäß Anspruch 13 für die Umformanwendungen, deren nach ISO 11531 bestimmte Zipfligkeit < 0,86 mm ist.
EP14708856.1A 2013-03-07 2014-03-06 Verfahren zum erzeugen eines kaltgewalzten stahlflachprodukts für tiefzieh- und abstreckziehanwendungen, stahlflachprodukt und verwendung eines solchen stahlflachprodukts Not-in-force EP2964792B1 (de)

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