NL1011554C1 - Werkwijze goed vervormbare, laag gelegeerde, koudgewalste staalplaat en werkwijze voor het vervaardigen daarvan. - Google Patents

Description

WERKWIJZE GOED VERVORMBARE, LAAG GELEGEERDE, KOUDGEWALSTE STAALPLAAT EN WERKWIJZE VOOR HET VERVAARDIGEN DAARVAN

5 De uitvinding heeft allereerst betrekking op een goed vervormbare laag gelegeerde, koudgewalste staalplaat. Verder beeft de uitvinding tevens betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke staalplaat.

Laaggelegeerde koudgewalste staalplaat vindt veel toepassing in bijvoorbeeld de auto-industrie en de verpakkingsindustrie. Met name in de verpakkingsindustrie 10 wordt steeds gestreefd naar een dunnere staalplaat welke toch nog voldoende sterkte bezit. Bij de vervaardiging van stalenverpakkingen dient het plaatmateriaal ook goed vervormbaar te zijn. Bijvoorbeeld bij de vervaardiging van zogenaamde 3-delige bussen, welke veelal als drankenbussen worden gebruikt, moet het materiaal goed buigbaar zijn, doch ook aan hoge eisen van lasbaarheid kunnen voldoen.

15 Opgemerkt wordt dat het mogelijk is een grotere sterkte te verkrijgen door het staal hoger te legeren. Hoger gelegeerd materiaal levert echter problemen op bij het walsen van zeer dunne plaat, en verminderd veelal ook de lasbaarheid daarvan.

Laaggelegeerde staalsoorten kunnen over het algemeen tot zeer dun materiaal worden uitgewalst, en kunnen ook goed lasbaar zijn. Door het koudwalsen, 20 respectievelijk na het gloeien van koudgewalst materiaal door het geven van een zware nawalsreductie, is het ook mogelijk een materiaal met hoger sterkte te krijgen. Dergelijk zogenaamd “fullhard” materiaal heeft echter een zeer geringe drukrek, als regel geldt minder dan 0,5 %. Voor veel verwerkingsprocessen waarbij het materiaal gebogen moet worden, levert dit problemen op. Deze problemen kunnen zich uit een 25 door scheurvorming indien bijvoorbeeld uit dit materiaal deksels worden gemaakt met terrasvormige verhogingen of wanneer bussen met velsranden worden vervaardigd. Bovendien vertoont zogenaamd fullhard materiaal bij buigende bewerking ervan het bezwaar op van een sterke terugvering, waardoor het moeilijk is nauwkeurige vormen te realiseren.

30 De vervormbaarheid van koudgewalste staalplaat kan verbeterd worden door de staalplaat rekristalliserend te gloeien en eventueel een geringe nawalsreductie te geven. Daarbij gaat echter vrijwel de helft van de sterkte van het fullhard materiaal 101155^ -2- verloren, hetgeen een hogere plaatdikte vereist om aan de benodigde sterkte eisen te voldoen.

De uitvinding stelt zich nu ten doel een laag gelegeerde, koudgewalste staalplaat te verschaffen welke een hoger sterkte combineert met een relatief hoge 5 vervormbaarheid, waarbij deze staalplaat tot geringe diktes kan worden uitgewalst en een goed lasbaar product geeft.

Uit het voorgaande zal blijken dat het in combinatie voldoen aan al deze eisen tot nu toe als een niet-oplosbaar probleem werd gezien. De uitvinding bestaat nu daarin dat een goed vervormbare laaggelegeerde, koudgewalste staalplaat wordt 10 voorgesteld met een over de plaatdikte variërende structuur, waarbij in een kemlaag een niet-gerekristalliseerde structuur aanwezig is ingesloten door huidlagen met een gerekristalliserende structuur. In het bijzonder betreft de uitvinding een dergelijke kristalplaat waarbij het staal een samenstelling heeft bevattende: C 0,005 - 0,01 gew. % 15 Mn 0,15 - 0,50 gew. % AI 0,01 - 0,08 gew. %, waarbij het materiaal van de huidlagen een rekvermogen heeft van > 10 %.

Dankzij de over de plaatdikte variërende structuur is het nu mogelijk gebleken om in een zelfde staalplaat een combinatie te maken van een kemlaag 20 bestaande uit een fullhard materiaal met een breuksterkte van ca. 800 MPA en huidlagen met een hoog rekvermogen van > 10 %, tot zelfs 15 %. Opgemerkt wordt dat de kemlaag weliswaar matige tot slechte rekeigenschappen kan hebben van < 5 % of zelfs < 1 % breukrek, maar dat dit voor veel buigtoepassingen weinig bezwaar oplevert. Immers bij buig of stuik behandelingen bevindt zich de kemlaag 25 waarbij het neutrale vlak, terwijl de grootste vervorming plaats vindt ter plaatse van de huidlagen, welke zeer goede rekeigenschappen bezitten. De totale sterkte van de plaat wordt bepaald door de combinatie van de sterktes van de kemlaag en de huidlagen. De voorkeur gaat daarbij uit naar een staalplaat volgens de uitvinding waarbij de kemlaag een dikte heeft van tussen de 40 en 60 % van de plaatdikte. 30 Opgemerkt wordt dat indien de kemlaag bestaat uit fullhard materiaal met een breuksterkte van 800 MPA, terwijl de huidlagen een breuksterkte hebben van een volledig gerekristalliseerd materiaal van ca. 400 MPA, de uiteindelijke staalplaat een 1 0 1 i o v. · ·^ -3- sterkte heeft tussen deze sterktewaarden in, afhankelijk van de dikte van de kemlaag. Heeft de kemlaag een dikte van ca. 50 % van de plaatdikte, dan zal de breuksterkte van de plaat ca. 600 MPA bedragen, hetgeen een aanzienlijke sterkte winst is ten opzichte van het gangbare gerekristalliseerde materiaal.

5 Omdat bij het buigen het meest vervormde materiaal in de huidlagen aanwezig is, met goede rekeigenschappen, is de terugvering (“springback”) van de nieuwe staalplaat ook duidelijk geringer dan die van de bekende kwaliteiten staalplaat van vergelijkbare sterkte en dikte, hetgeen de instelling van gereedschappen vereenvoudigt. Bijvoorbeeld geldt dit bij een rolvormstation voor 10 het rondzetten van staalplaat tot een romp bestemt voor de fabricage van een 3-delige verpakkingshouder.

Diverse varianten van de staalplaat volgens de uitvinding zijn denkbaar. Bij een mogelijke variant is het C-gehalte in de huidlagen lager dan in de kemlaag. Indien voor het koudwalsen is uitgegaan van een warmbandmateriaal met minder 15 koolstof in de huidlagen, blijkt dat na het koudwalsen het materiaal van de huidlagen bij lagere temperatuur reeds rekristalliseerd dan het kernmateriaal.

Bij een andere variant van de staalplaat volgens de uitvinding is het materiaal van de kemlaag in hoofdzaak vrij van interstitiële N, terwijl de huidlagen interstitiële N bevatten. De nieuwe staalplaat kan worden verkregen volgens een werkwijze 20 welke de volgende processtappen omvat: laag gelegeerd staal met een samenstelling omvattende: C 0,005- 0,10 gew. %

Mn 0,15 - 0,50 gew. %

Al 0,01 - 0,08 gew. %, 25 wordt austenitisch tot een staalband warmgewaltst, de staalband wordt koudgewalst met een reductie van > 80 %, de staalband wordt aan een warmtebehandeling onderworpen waarbij het materiaal van een kemlaag niet-gerekristalliseerd wordt en het materiaal van, deze kemlaag insluitende, huidlagen wordt 30 gerekristalliseerd. Daarbij gaat de voorkeur uit naar een werkwijze waarbij het materiaal van de huidlagen zover wordt gerekristalliseerd 1011554 -4- dat het een rekvermogen verkrijgt van > 10 %. Bij voorkeur wordt het materiaal van de huidlagen volledig gerekristalliseerd.

Voor het verkrijgen van een goede dikteverhouding tussen de huidlagen en de kemlaag gaat de voorkeur ernaar uit dat tussen 40 en 60 % van de plaatdikte aan de 5 rekristalliserende warmtebehandeling wordt onderworpen.

De beschreven werkwijze kan op verschillende wijzen worden uitgevoerd. Enkele hiervan verdienen in het bijzonder de voorkeur. Bij een mogelijke voorkeur uitvoeringsvorm wordt tijdens de rekristalliserende warmtebehandeling een kortstondige temperatuurgradiënt over de plaatdikte in stand gehouden waarbij de 10 huidlagen tot boven de rekristallisatietemperatuur van het materiaal van de huidlagen worden verhit, terwijl de kemlaag beneden de rekristallisatietemperatuur van het materiaal van de kemlaag blijft. Opgemerkt wordt dat de warmteoverdracht naar het oppervlak van de plaat, en de tijdsduur van deze warmteoverdracht functies zijn van de rekristallisatietemperatuur van het materiaal van respectievelijk de huidlagen en 15 de kemlaag, van de wrarmtegeleiding door het plaatmateriaal, de dikte van het plaatmateriaal, en de gewenste dikte van de huidlagen. Met behulp van het nieuwe inzicht hetwelk de uitvinding verschaft heeft is het in een concrete situatie voor de deskundigen mogelijk door berekeningen en/of experimenten een gewenst resultaat te realiseren.

20 Bij een andere mogelijke voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze wordt het oppervlak van de warmgewalste staalband voor het koudwalsen bij een verhoogde temperatuur aan een gasatmosfeer blootgesteld welke in de huidlagen de staalsamenstelling zodanig wijzigt dat na het koudwalsen in de huidlagen de rekristallisatietemperatuur lager is dan in de kemlaag en dat de staalband na het 25 koudwalsen aan een warmtebehandeling wordt onderworpen bij een temperatuur tussen de rekristallisatietemperaturen van het materiaal van de huidlagen en van de kemlaag. Op diverse wijzen is het mogelijk om door middel van de inwerking van een gasatmosfeer de staalsamenstelling van de huidlagen op deze gewenste wijze te modificeren. Bijvoorbeeld kan de warmgewalste staalband gegloeid worden bij een 30 temperatuur tussen 680 en 720°C in een ontkolende HNX atmosfeer. Al naar gelang de duur van deze gloeibehandeling wordt een dikkere huidlaag ontkoold. Opgemerkt wordt dat op zichzelf samenstellingen met een lager C-gehalte minder snel 101 155 4 -5- rekristalliseren, zodat het ontkolen van de huidlagen tot een effect zou kunnen leiden hetgeen tegengesteld is aan het gewenste effect. Echter is gebleken dat door het vervolgens koudwalsen van deze oppervlakkig ontkoolde staalplaat, na het koudwalsen de huidlaag bij een lagere temperatuur rekristalliseerd dan de kemlaag.

5 Bij nog weer andere mogelijke voorkeursuitvoeringsvorm van de nieuwe werkwijze wordt het voormateriaal voor de processtap van het warmwalsen verkregen door het samenwalsen van althans drie staalbanden, waarvan de buitenste banden uit materiaal bestaan met een lagere rekristallisatietemperatuur dan van de ingesloten band(en), en dat de staalband na het koudwalsen aan een 10 warmtebehandeling wordt onderworpen bij een temperatuur tussen de rekristallisatietemperaturen van het materiaal van de huidlagen en van de kemlaag. Rekristallisatietemperaturen van veel koudgewalste staalmateriaal zijn van algemene bekendheid, of zijn eenvoudig experimenteel te bepalen de keuze van het materiaal van de aldus samen te walsen staalbanden zou voor de deskundigen geen bijzonder 15 probleem opleveren niettemin is gebleken een voorkeur uit te gaan naar een combinatie waarbij het materiaal voor de ingesloten band(en) in hoofdzaak vrij is van interstitiële N terwijl het materiaal van de buitenste banden interstitiële N bevatten. Dergelijke staalsoorten worden in de vakwereld veelal aangeduid als IF-staal respectievelijk LC-staal.

20 De uitvinding zal vervolgens worden toegelicht aan de hand van enige voorbeelden.

Daarbij werd uitgegaan van een staal met als samenstelling 0,099 C, 0,526 Mn, 039 Al, 0,023 Si en 0,0027 N. Een dergelijk laag gelegeerd staal laat zich goed tot diktes beneden 0,20 mm koudwalsen en is daarbij ook goed lasbaar.

25 Dit staal werd warmgewalst tot een dikte van 4 mm, met een afwals temperatuur van 900°C en een oproltemperatuur van 640°C.

Na een koudwalsreductie van 90 % werd een plaat verkregen met een breuksterkte van 800 MPA. Van dit materiaal blijkt de rek in een trekproef uitkomen op 0,5 %, hetgeen voor veel verwerkingsmethoden voor de verpakkingsindustrie als 30 onvoldoende moet worden beschouwd.

Bij een eerste proef werd de aldus koudgewalste band kortstondig door een oven geleid bij een temperatuur van ca 650°C. Vooraf was langs experimentele wijze 1011554 -6- bepaald dat van dit materiaal de rekristallisatietemperatuur bij 640°C ligt. Gebleken is dat door een wijziging van de verblijfstijd in de oven de dikte van een gerekristalliseerde huidlaag kan worden gevarieerd. Bij een instelling waarbij 50 % van de plaatdikte was gerekristalliseerd werd aan een trekproef op dit plaatmateriaal 5 een breuksterkte gemeten van ca. 600 MPA. Bij de bewerking van dit materiaal tot de vorming van een 3-delige bus bleek het geschikt zijn voor alle vereiste buigvervormingsbehandelingen inclusief het velsen van een bevestigingsromp.

Bij deze bewerkingen bleek het materiaal zich gelijkwaardig te gedragen ook voor wat betreft het terugkeren tijdens de bewerking, aan een volledig 10 gerekristalliseerd materiaal met een rekvermogen van 15 %. De sterkte van zulk volledig gerekristalliseerd materiaal bedroeg echter slecht ca. 400 MPA.

Bij een andere proef werd hetzelfde warmgewalste staalband voor het koudwalsen door een ontkolende atmosfeer geleid deze gasatmosfeer bestond uit een HNX-gasmengsel met een douwpunt van 40°C en een temperatuur van 700°C. 15 Gegloeid werd gedurende respectievelijk 2, 10, 15 en 20 uur, waarbij het HNX-gas langs een opengewikkelde rol stroomde. Na het koudwalsen bleek bij microscopisch onderzoek dat de verschillende proefmaterialen in verschillende maten vanaf het oppervlak waren ontkoold. Het monster hetwelk een gezamenlijke dikte van de ontkoolde huidlagen van 50 % van de plaatdikte vertoonde werd vervolgens 20 onderworpen aan een rekristallisatie warmtebehandeling bij 650°C. Bij microscopisch onderzoek bleek dat inderdaad ook dit materiaal een typische huidkemstructuur vertoonde, waarbij een kemlaag niet-gerekristalliseerd was en de huidlagen wel. Bij beproeving op breuksterkte en vervormbaarheid bleek dit materiaal gelijkwaardig te zijn als dat uit de vorige proef.

25 Bij nog weer een volgend experiment werd een voormateriaal voor de processtap van het warmwalsen verkregen door het samenwalsen van vier staalbanden tot één band. Elk van deze samenstellende banden had een uitgangsdikte van 3 mm, waarbij de twee buitenste banden van dezelfde staalkwaliteit waren als werd gebruikt bij de vorige experimenten. De tussenliggende samenstellende banden 30 waren van een zogenaamde IF-kwaliteit, dus vrij van interstitiële stikstof, waarvan de samenstelling zo goed mogelijk die van de buitenliggende samenstellende deelbanden benaderde. Na het samenstellen van de gecombineerde band werd deze 1011554 -7- aan overeenkomstige warmwals- en koudwalsbewerkingen onderworpen als volgens de vorige experimenten. Na een rekristalliserende warmtebehandeling bij weer 650°C bleek dat ook het verkregen materiaal een typische huidkemstructuur had, waarbij het materiaal van de kemlaag, ter dikte van 50 % van de plaatdikte, niet-5 gerekristalliseerd was, en dat van de huidlagen wel. Ook bij beproeving van dit materiaal bleek het goed vervormbaar te zijn en een breuksterkte te hebben van ca. 600 MPA.

101 15 5 4

Claims (12)

1 Goed vervormbare, laag gelegeerde, koudgewalste staalplaat met een over de plaatdikte variërende structuur, waarbij in een kemlaag een 5 niet-gerekristalliseerde structuur aanwezig is, ingesloten door huidlagen met een gerekristalliseerde structuur.

2 Staalplaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het staal een samenstelling heeft bevattende:

10 C 0,005 - 0,01 gew. % Mn 0,15 - 0,50 gew. % Al 0,01 - 0,08 gew. % waarbij het materiaal van de huidlagen een rekvermogen heeft van >10 %.

15. Staalplaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de kemlaag een dikte heeft van tussen 40 en 60 % van de plaatdikte.

4 Staalplaat volgens één der conclusies 1-3, met het kenmerk dat, het C-gehalte in de huidlagen lager is dan in de kemlaag. 20

5 Staalplaat volgens één der conclusies 1-3, met het kenmerk dat, materiaal van de kemlaag in hoofdzaak vrij is van interstitiële N, terwijl de huidlagen interstitiële N bevatten. 1 2 3 4 5 6 10 1 15 5 4

6 Werkwijze voor het vervaardigen van een staalplaat volgens één der 2 conclusies 1-4, met het kenmerk, dat deze vervaardiging de volgens 3 processtappen omvat: 4 een laag gelegeerd staal met een samenstelling omvattende: 5 C 0,005 - 0,10 gew. %; 6 Mn 0,15 - 0,50 gew. %; Al 0,01 - 0,08 gew. %; wordt austenitisch tot een staalband warmgewalst; -9- de staalband wordt koudgewaltst met een reductie van > 80 %. de staalband wordt aan een warmtebehandeling onderworpen waarbij het materiaal van een kemlaag niet-gekristalliseerd wordt en het materiaal van, deze kemlaag insluitende, huidlagen wordt gerekristalliseerd. 5

7 Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het materiaal van de huidlagen zover wordt gerekristalliseerd dat het een rekvermogen verkrijgt van > 10%.

10. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, dat tussen 40 en 60 % van de plaatdikte aan de rekristalliserende warmtebehandeling wordt onderworpen.

9 Werkwijze volgens één der conclusies 6-8, met het kenmerk, dat tijdens de rekristalliserende warmtebehandeling een kortstondige temperatuurgradiënt 15 over de plaatdikte in stand wordt gehouden waarbij de huidlagen tot boven de rekristallisatietemperatuur van het materiaal van de huidlagen worden verhit, terwijl de kemlaag beneden de rekristallisatietemperatuur van het materiaal van de kemlaag blijft. 20 10 Werkwijze volgens één der conclusies 6-8, met het kenmerk, dat het oppervlak van de warmgewalste staalband vóór het koudwalsen bij verhoogde temperatuur aan een gasatmosfeer wordt blootgesteld welke in de huidlagen de staalsamenstelling zodanig wijzigt dat na het koudwalsen in de huidlagen de rekristallisatietemperatuur lager is dan in de kemlaag en dat de 25 staalband na het koudwalsen aan een warmtebehandeling onderworpen wordt bij een temperatuur tussen de rekristallisatietemperaturen van het materiaal van de huidlagen en van de kemlaag.

11 Werkwijze volgens conclusie 10, met het kemmerk, dat gegloeid wordt bij 30 een temperatuur tussen 680 en 720°C in een ontkolende HNX atmosfeer. 1 0 1 1 5 b 4 - ΙΟΙ 2 Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het voormateriaal vóór de processtap van het warmwalsen is verkregen door het samenwalsen van althans drie staalbanden, waarvan de buitenste banden uit materiaal bestaan met een lagere rekristallisatietemperatuur dan van de ingesloten band(en), en 5 dat de staalband na het koudwalsen aan een warmtebehandeling wordt onderworpen bij een temperatuur tussen de rekristallisatietemperaturen van het materiaal van de huidlagen en van de kemlaag.

13 Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat het materiaal voor de 10 ingesloten band(en) in hoofdzaak vrij is van interstitiële N, terwijl het materiaal van de buitenste banden interstitiële N bevatten. 10 1 15 5 4