EP4121572A1 - Verfahren zum herstellen eines gewalzten mehrphasenstahlbandes mit sondereigenschaften - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines gewalzten mehrphasenstahlbandes mit sondereigenschaften

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EP4121572A1
EP4121572A1 EP21705447.7A EP21705447A EP4121572A1 EP 4121572 A1 EP4121572 A1 EP 4121572A1 EP 21705447 A EP21705447 A EP 21705447A EP 4121572 A1 EP4121572 A1 EP 4121572A1
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EP
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steel strip
strip
temperature
mpa
rolled
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP21705447.7A
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Thorsten MÜLLER
Thomas Schulz
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/34—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the shape of the material to be treated
    • C23C2/36—Elongated material
    • C23C2/40—Plates; Strips

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a rolled multiphase steel strip with special properties.
  • the invention is based on the object of further developing a known method for producing a multiphase steel strip in such a way that better mechanical properties, in particular hole expansion and bending angle, are achieved compared to the mechanical properties customary up to now.
  • a multiphase steel strip in particular hot strip, cold re-rolled hot strip and / or cold strip, is heat-treated in a heat treatment device, with the alloy proportion Al ⁇ 0.020% by weight or Si ⁇ 0.020% by weight and the alloy proportion Sn> 0.003% by weight .
  • the heat treatment of the multi-phase steel strip takes place below the Ac3 temperature of the specific alloy composition. During the heat treatment, the following steps are carried out, with a case distinction being taken into account in step 2 in step 5 in order to achieve at least the same, preferably improved, mechanical properties.
  • Step 1 heating the strip to an annealing temperature below the Ac3 temperature
  • Step 2 Holding the steel strip brought to the annealing temperature
  • Case l for at least case II: from 50 s
  • Step 3 cooling down the steel belt from the
  • Step 4 cooling down the steel belt from the
  • Intermediate temperature Z1 to intermediate temperature Z2 from 750 ° C. to 200 ° C. with a cooling rate of 3 K / s to 150 K / s;
  • Step 5 In Step 2 Case I: In Step 2 Case II:
  • Step 6 cooling to a winding temperature, preferably room temperature
  • the limitations of the Al content or Si content enable a hot dip coating in a zinc bath or an electrolytic coating.
  • the two relationships given for Re and Rm can be used to determine the optimal analysis at a given yield point or tensile strength. This optimal analysis can then be melted with the fluctuation ranges customary in the steelworks and rolled out into a hot strip, for example.
  • the tin which is usually regarded as a steel pest, has a positive effect on the bending angle, the hole expansion and / or increases the hardenability of the multiphase steel from a content of 0.003% by weight.
  • the Ac3 temperature which must not be exceeded during annealing, is not a fixed value due to the variable alloy composition and should be secured, for example, by dilatometer tests for an alloy composition to be treated.
  • the dwell time of the steel strip in the annealing zone can be limited due to the structural conditions of the plant engineering (step 2). In order to achieve at least the same, preferably improved mechanical properties, this makes an adjustment in the heat treatment of the steel strip in the slow cooling zone (Step 3) and / or in the rapid cooling zone (step 4) and / or in the overaging zone (step 5).
  • the steel strip With an annealing of 35 s to 50 s, the steel strip should be kept at an intermediate temperature Z2 for 20 s and then cooled down to Z3 at a maximum cooling rate of 10 K / s (case I). If the strip is annealed for more than 50 s, the holding time can be omitted and it can be cooled down directly to Z3.
  • cooling in step 3, 4 and / or 5 of the heat treatment according to the invention takes place with a gas mixture, preferably a gas mixture containing hydrogen.
  • Cooling with a gas mixture has the advantage that high cooling rates of up to 150 K / s are possible, in particular when hydrogen is particularly preferably added to the gas mixture.
  • Hydrogen has a high heat capacity and can therefore easily extract energy from the steel strip and protect the surface from oxidation.
  • a hot strip is re-rolled cold and / or a steel strip cold-rolled from a hot strip is used.
  • the thickness of the cold-rolled steel strip is between 10% and 90%, more preferably between 30% and 90%, even more preferably between 50% and 90% of the thickness of the original hot strip.
  • Cold forming of the hot strip with the preferred reduction in thickness refines the microstructure and thus has a positive effect on the mechanical properties that can be achieved.
  • the heat-treated multiphase steel strip is hot-dip coated and that the hot-dip coating takes place at a temperature of 400 ° C to 700 ° C, preferably at a temperature of 400 ° C to 600 ° C.
  • coated steel strips are required and can do the use improved mechanical properties of a steel strip produced by the method according to the invention. With a hot dip coating in this temperature range and the usual treatment times, the previously set mechanical properties are not adversely affected.
  • the hot-dip coated multiphase steel strip is skin-dressed and / or cold rolled.
  • the skin pass process and / or the cold re-rolling reduce the thickness of the multi-phase steel strip by 0.01% to 20%.
  • the necessary dimensional accuracy and / or surface texturing of the coated steel strip is set and additional work hardening is introduced into the steel strip, e.g. for the targeted setting of the yield point. Both have a positive effect on the suitability of the steel belt when the steel belt is used in body construction.
  • Tables 1 to 4 are each given in square brackets.
  • Table 5 lists the test standards for determining the mechanical properties in Tables 3 and 4. The test standards there correspond to the versions of the test standards valid on the filing date.
  • Table 1 Chemical analyzes in% by weight

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines gewalzten Mehrphasenstahlbandes mit verbesserten mechanischen Eigenschaften die über die bisher üblichen erreichbaren mechanischen Eigenschaften hinausgehen. Dies wird durch eine Anpassung der chemischen Zusammensetzung des Grundwerkstoffs sowie eine entsprechende Wärmebehandlung des Mehrphasenstahlbandes unterhalb der legierungsspezifischen Ac3-Temperatur erreicht.

Description

Titel:
VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES GEWALZTEN MEHRPHASENSTAHLBANDES MIT SONDEREIGENSCHAFTEN
Gebiet:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines gewalzten Mehrphasenstahlbandes mit Sondereigenschaften.
Stand der Technik:
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Mehrphasenstähle bekannt und mit Ihren Eigenschaften und Herstellungsverfahren dokumentiert. Beispielsweise sei hier auf die Dual-Phasenstähle oder TRIP-Stähle verwiesen. Zur Definition des genannten Mehrphasenstahls, insbesondere des TRIP-Stahls sowie hinsichtlich weiterer Stahlspezifikationen wird auf die EP 3027784 B1 Bezug genommen. Aus diesem Dokument sind weiterhin Hintergrundinformationen zur vorliegenden Erfindung bekannt, so dass auf es ausdrücklich Bezug genommen wird.
Aufgabe der Erfindung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren zur Herstellung eines Mehrphasenstahlbandes dahingehend weiter zu entwickeln, dass bessere mechanische Eigenschaften, insbesondere Lochaufweitung und Biegewinkel, gegenüber den bisher üblichen mechanischen Eigenschaften erreicht werden.
Erfindung:
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein Mehrphasenstahlband, insbesondere Warmband, kalt nachgewalztes Warmband und / oder Kaltband, wird in einer Wärmebehandlungseinrichtung wärmebehandelt, wobei der Legierungsanteil AI < 0,020 Gew.-% oder Si < 0,020 Gew.-% ist und der Legierungsanteil Sn > 0,003 Gew.-% beträgt. Die mittlere Streckgrenze Re des Mehrphasenstahlbandes ist nach der Wärmebehandlung durch den Zusammenhang Re = -75,3 + 63,2 C + 147,9 Si + 161,1 Mn + 141,5.4/ mit einer Schwankungsbreite um den Mittelwert von ± 10%, vorzugsweise ±5 %, bestimmt und die mittlere Zugfestigkeit Rm des Mehrphasenstahlbandes ist nach der Wärmebehandlung durch den Zusammenhang Rin = 67,1 + 81,0 C + 189,4 Si + 174,1 Mn + 186,3 Al mit einer Schwankungsbreite um den Mittelwert von ± 10%, vorzugsweise ± 5 %, bestimmt ist. Die Wärmebehandlung des Mehrphasenstahlbandes erfolgt unterhalb der Ac3- Temperatur der spezifischen Legierungszusammensetzung. Bei der Wärmebehandlung werden die folgenden Schritte durchgeführt, wobei in Schritt 5 eine Fallunterscheidung in Schritt 2 berücksichtigt wird um zumindest gleiche, vorzugsweise verbesserte, mechanische Eigenschaften zu erreichen.
Schritt 1 : Aufheizen des Bandes auf eine Glühtemperatur unterhalb der Ac3-Temperatur;
Schritt 2: Halten des auf Glühtemperatur gebrachten Stahlbandes
Falll: für mindestens Fall II: ab 50 s
35 s bis 50 s oder
Schritt 3: Abkühlen des Stahlbandes von der
Glühtemperatur auf eine Zwischentemperatur Z1 von 850°C bis 650°C mit einer Abkühlrate von 1 K/s bis 10 K/s;
Schritt 4: Abkühlen des Stahlbandes von der
Zwischentemperatur Z1 auf die Zwischentemperatur Z2 von 750°C bis 200°C mit einer Abkühlrate 3 K/s bis 150 K/s;
Schritt 5: Bei Schritt 2 Fall I: Bei Schritt 2 Fall II:
Haltendes Stahlban- Halten des des bei der Zwi- Qder Stahlban-des bei schentemperatur Z2 der Zwischentem- für mindestens 20 peratur Z2 für
Sekunden mindestens 50 mit anschließender Sekunden mit Abkühlung auf Z3 anschließender von 200 °C bis Abkühlung auf Z3 400 °C von bei einer von 200 °C bis 400 maximalen Abkühl °C bei einer rate von 10 K/s maximalen Abkühl- rate von 10 K/s
Schritt 6: Abkühlen auf eine Aufwickeltemperatur, vorzugsweise Raumtemperatur
Die Einschränkungen des Al-Gehaltes bzw. Si-Gehaltes ermöglichen eine Schmelztauchbeschichtung in einem Zinkbad oder aber eine elektrolytische Beschichtung. Um die geforderten mechanischen Eigenschaften auch ohne den Silizium- bzw. Aluminium-Gehalt zu erreichen, kann durch die beiden angegebenen Zusammenhänge für Re und Rm die optimale Analyse bei einer vorgegebenen Streckgrenze bzw. Zugfestigkeit bestimmt werden. Diese optimale Analyse kann dann mit den stahlwerksüblichen Schwankungsbreiten erschmolzen und zu beispielsweise einem Warmband ausgewalzt werden. Das sonst üblicherweise als Stahlschädling angesehene Zinn wirkt ab einem Gehalt von 0,003 Gew.-% positiv auf den Biegewinkel, die Lochaufweitung und / oder erhöht die Härtbarkeit des Mehrphasenstahles.
Die bei der Glühung nicht zu überschreitende Ac3-Temperatur ist aufgrund der variablen Legierungszusammensetzung kein Fixwert und sollte durch beispielsweise Dilatometer-Versuche für eine zu behandelnde Legierungszusammensetzung abgesichert werden. Typischerweise liegen die Ac3- T emperaturen für die erfindungsgemäßen und / oder erfindungsgemäß behandelten Legierungszusammensetzungen in einem Bereich von T = 830°C bis T = 1050°C.
Aufgrund baulicher Gegebenheiten der Anlagentechnik kann die Verweilzeit des Stahlbandes in der Glühzone beschränkt sein (Schritt 2). Zum Erreichen zumindest gleicher, vorzugsweise verbesserter mechanischer Eigenschaften macht dies eine Anpassung in der Wärmebehandlung des Stahlbandes in der Langsamkühlzone (Schritt 3) und/oder in der Schnellkühlzone (Schritt 4) und / oder in der Overagingzone notwendig (Schritt 5). Bei einer Glühung von 35 s bis 50 s sollte das Stahlband für 20 s auf einer Zwischentemperatur Z2 gehalten werden und anschließend mit einer maximalen Abkühlrate von 10 K/s auf Z3 abgekühlt werden (Fall I). Bei einer Glühung des Bandes von mehr als 50 s kann die Haltezeit entfallen und direkt auf Z3 abgekühlt werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5. Gemäß dem Unteranspruch 2 ist es bevorzugt, dass das Abkühlen im Schritt 3, 4 und / oder 5 der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung mit einem Gasgemisch, vorzugsweise einem Wasserstoff aufweisenden Gasgemisch, erfolgt. Die Abkühlung mit einem Gasgemisch hat den Vorteil, dass hohe Abkühlraten bis 150 K/s möglich sind, insbesondere dann, wenn besonders bevorzugt dem Gasgemisch Wasserstoff zugemischt ist. Wasserstoff hat eine hohe Wärmekapazität und kann daher dem Stahlband gut Energie entziehen und schützt die Oberfläche vor Oxidation.
Vorzugsweise wird, gemäß dem Unteranspruch 3, ein Warmband kalt nachgewalzt und / oder ein aus einem Warmband kaltgewalztes Stahlband verwendet wird. Die Dicke des kaltgewalzten Stahlbandes liegt zwischen 10 % und 90 %, mehr bevorzugt zwischen 30 % und 90 %, noch mehr bevorzugt zwischen 50 % und 90 % der Dicke des ursprünglichen Warmbandes. Durch die Kaltumformung des Warmbandes mit der bevorzugten Dickenreduktion wird die Gefügestruktur verfeinert und wirkt sich dadurch positiv auf die erreichbaren mechanischen Eigenschaften aus.
Bevorzugt wird, gemäß dem Unteranspruch 4, dass das wärmebehandelte Mehrphasenstahlband schmelztauchbeschichtet wird und dass die Schmelztauchbeschichtung bei einer Temperatur von 400°C bis 700°C, vorzugsweise bei einer Temperatur von 400°C bis 600 °C, erfolgt. Insbesondere im Automotivebereich sind beschichtete Stahlbänder gefordert und können die verbesserten mechanischen Eigenschaften eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Stahlbandes nutzen. Bei einer Schmelztauchbeschichtung in diesem Temperaturbereich und den üblichen Behandlungszeiten werden die zuvor eingestellten mechanischen Eigenschaften nicht negativ beeinflusst.
Weiterhin ist es, gemäß dem Unteranspruch 5, bevorzugt, wenn das schmelztauchbeschichtete Mehrphasenstahlband dressiert und / oder kalt nachgewalzt wird. Durch den Dressiervorgang und / oder das Kaltnachwalzen wird die Dicke des Mehrphasenstahlbandes um 0,01 % bis 20 % reduziert. Hierdurch wird zum einen die notwendige Maßhaltigkeit und / oder Oberflächentexturierung des beschichteten Stahlbandes eingestellt und eine zusätzliche Kaltverfestigung in das Stahlband eingebracht, z.B. zur gezielten Einstellung der Streckgrenze. Beides wirkt sich positiv auf die Eignung des Stahlbandes beim Einsatz des Stahlbandes im Karosseriebau aus.
Im Weiteren werden für das erfindungsgemäße Verfahren vier Beispiele in Tabelle 1 bis 4 vergleichend gezeigt sowie in Figur 1 ein schematischer Verlauf der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung mit dem Fall I sowie dem Fall II. Beispiel 1 und 2 beziehen sich auf eine erfindungsgemäßes Verfahren gemäß dem Fall I der Wärmebehandlung und stellen die erreichten mechanischen Eigenschaften dar. Beispiel 2 und 3 zeigen mechanische Eigenschaften für ein Stahlband auf, das mit einer Wärmebehandlung gemäß dem Fall II erzeugt wurde.
Die in den Tabellen 1 bis 4 verwendeten Einheiten sind jeweils in den eckigen Klammern angegeben. In der Tabelle 5 sind die Prüfnormen für die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften in den Tabellen 3 und 4 aufgeführt. Die dortigen Prüfnormen entsprechenden zum Anmeldedatum gültigen Versionen der Prüfnormen. Tabelle 1: Chemische Analysen in Gew.-%
Tabelle 3: mechanische Eigenschaften längs zur Walzrichtung
Tabelle 4: mechanische Eigenschaften quer zur Walzrichtung
Tabelle 5: Prüfnormen mechanische Eigenschaften

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines gewalzten Mehrphasenstahlbandes mit den mechanischen Eigenschaften:
-Zugfestigkeit Rm > 450 MPa und < 910 MPa,
-Streckgrenze Re 260 MPa und < 570 MPa,
- Dehnung A80 > 27 % und / oder A50 > 29 %,
- Lochaufweitung l ^ 25 %, - Biegewinkel a > 60°,
- Rm x A80 > 17.000 MPa% und / oder Rm x A50 > 17.000 MPa, -Rm xA > 14.750 MPa%,
-Rm x a > 35.400 MPa°, aus einem Vormaterial bestehend aus einem Werkstoff, aufweisend die
Legierungsanteile in Gew.-%: SEM I I 0,003 %
Rest Eisen (Fe) sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wobei die zulässigen Legierungsanteile durch die Bedingungen insbesondere weiter bestimmt sind, durch eine Wärmebehandlung des Mehrphasenstahlbandes, insbesondere Warmband, kalt nachgewalztes Warmband und / oder Kaltband, in einer Wärmebehandlungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass
-der Legierungsanteil AI ^ 0,020 Gew.-% oder Si < 0,020 Gew.- % ist; und
-der Legierungsanteil Sn > 0,003 Gew.-% beträgt; und
-die mittlere Streckgrenze Re des Mehrphasenstahlbandes nach der Wärmebehandlung durch den Zusammenhang Re = —75,3 + 63,2 C + 147,9 Si + 161,1 Mn 4- 141,5 Al mit einer Schwankungsbreite um den Mittelwert von ± 10%, vorzugsweise ±5 %, bestimmt ist; und die mittlere Zugfestigkeit Rm des Mehrphasenstahlbandes nach der Wärmebehandlung durch den Zusammenhang Rm = 67,1 + 81,0 C + 189,4 Si + 174,1 Mn + 186,3 Al mit einer Schwankungsbreite um den Mittelwert von ± 10%, vorzugsweise ±5 %, bestimmt ist; und
-die Wärmebehandlung des Mehrphasenstahlbandes unterhalb der Ac3-Temperatur der spezifischen
Legierungszusammensetzung erfolgt; und
-bei der Wärmebehandlung die folgenden Schritte durchgeführt werden:
Schrittl: Aufheizen des Bandes auf eine Glühtemperatur unterhalb der Ac3-Temperatur;
Schritt 2: Halten des auf Glühtemperatur gebrachten Stahlbandes
Fall I: für mindes- Fall II: ab 50 s tens 35 s bis 50 s oder
Schritt 3: Abkühlen des Stahlbandes von der
Glühtemperatur auf eine Zwischentemperatur Z1 von 850°C bis 650°C mit einer Abkühlrate von 1 K/s bis 10 K/s;
Schritt 4: Abkühlen des Stahlbandes von der
Zwischentemperatur Z1 auf die Zwischentemperatur Z2 von 750°C bis 200°C mit einer Abkühlrate 3 K/s bis 150 K/s;
Schritt 5: Bei Schritt 2 Fall I: Bei Schritt 2 Fall II:
Halten des StahlHalten des Stahlbandes bei der bandes bei der Zwischentemperatur Zwischentemperatur Z2 für mindestens Z2 für mindestens 20 Sekunden 50 Sekunden mit mit anschließender anschließender Abkühlung auf Z3 Abkühlung auf Z3 von 200 °C bis von 200 °C bis 400 400 °C von bei einer °C bei einer maximalen maximalen
Abkühlrate von 10 Abkühlrate von 10
K/s K/s
Schritt 6: Abkühlen auf eine Aufwickeltemperatur, vorzugsweise Raumtemperatur
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen im Schritt 3, 4 und / oder 5 der Wärmebehandlung mit einem Gasgemisch, vorzugsweise einem Wasserstoff aufweisenden Gasgemisch, erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- ein Warmband kalt nachgewalzt wird und / oder ein aus einem Warmband kaltgewalztes Stahlband verwendet wird; und
- die Dicke des kaltgewalzten Stahlbandes zwischen 5 % und 95 % der Dicke des Warmbandes liegt.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- das wärmebehandelte Mehrphasenstahlband schmelztauchbeschichtet wird; und
- die Schmelztauchbeschichtung bei einer Temperatur von 400°C bis 700°C erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelztauchbeschichtete Mehrphasenstahlband dressiert und / oder kalt nachgewalzt wird;
- durch den Dressiervorgang und / oder das Kaltwalzen die Dicke des Mehrphasenstahlbandes um 0,01 % bis 20 % reduziert wird.
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