WO2014016421A1 - Kaltgewalztes stahlflachprodukt und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Kaltgewalztes stahlflachprodukt und verfahren zu seiner herstellung Download PDF

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WO2014016421A1
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cold
strip
flat steel
steel product
temperature
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PCT/EP2013/065838
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Brigitte Hammer
Thomas Heller
Frank Hisker
Rudolf Kawalla
Grzegorz Korpala
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
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    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite

Definitions

  • the invention relates to a cold-rolled
  • the invention relates to a method for
  • flat steel product here are produced by a rolling process steel sheets or steel strips and divided therefrom boards and the like
  • alloy contents are stated here only in “%”, this always means “% by weight”, unless expressly stated otherwise.
  • the cast strip is hot rolled at a conventional reduction rate.
  • the hot rolling is terminated at a final temperature at which all the copper is still in solid solution in the ferrite and / or
  • Austenite matrix is located.
  • the strip is then subjected to a rapid cooling step to remove the copper in supersaturated solid solution in the ferrite and / or
  • a cold strip can be rolled from the hot strip thus obtained with a cold rolling amount of 40-80%. This cold strip then becomes one
  • Hot rolled strip with a cold rolling degree of 30 - 70% rolled to a cold strip which is then subjected to a continuous pass heat treatment.
  • the cold strip is in a first annealing step to a lying above its Ar3 temperature first
  • Annealed annealing temperature to bring in the cold strip carbides in solution. This is followed by an outgoing from the first annealing temperature, with a
  • Cooling rate of at least 10 ° C / s cooling takes place to a second annealing temperature. This is chosen so that bainite forms in the cold strip, and is typically in the range of 300-450 ° C. This second annealing step carried out for bainite formation is carried out until the structure of the cold strip increases
  • Cold strip reaches tensile strengths of up to 1180 MPa at an elongation of at least 9% and can
  • the object of the invention was to provide a cold rolled flat steel product which is manufactured in a simple and reliable way can and an optimized combination of further
  • the solution according to the invention of the above-mentioned object is that for the production of a cold-rolled
  • the cold-rolled flat steel product according to the invention is characterized in that in addition to iron and unavoidable impurities (in% by weight)
  • V up to 0.5 contains. At least 20% by volume of bainite, 10% to 35% by volume of retained austenite and the remainder of martensite in the cold-rolled state, it being understood that technically unavoidable traces of others are present in the microstructure of the flat steel product Microstructure constituents can be present. Such a cold rolled flat steel product of the present invention obtains regularly
  • Retained austenite is typically more than 1.0% by weight.
  • the method according to the invention for producing a flat steel product according to the invention comprises the following steps:
  • Hot rolling end temperature of at least 830 ° C
  • Hot rolling end temperature and 560 ° C;
  • Holding temperature range is, whose upper limit
  • a steel strip according to the invention has a three-phase structure whose dominant constituent is bainite and which, moreover, consists of retained austenite and the remainder of martensite.
  • the bainite content is at least 50% by volume, in particular at least 60% by volume, and the residual austenite content in the
  • the retained austenite is predominantly film-like in a cold-rolled strip according to the invention with small globular islands of blocky retained austenite with a particle size ⁇ 5 ⁇ , so that the retained austenite has a high stability in the initial state and, consequently, a low tendency to undesired transformation into martensite. At higher degrees of deformation, this retained austenite causes martensite (TRIP effect), which increases the elongation at break.
  • Cold rolled strip produced according to the invention regularly reaches tensile strengths Rm of more than 1400 MPa, with strains A80 which likewise regularly exceed 5%.
  • the martensite start temperature, d. H. the temperature at which martensite forms in steel processed according to the invention can be determined according to the article "Thermodynamic
  • the C content of the flat steel product according to the invention can be set to at least 0.25% by weight, in particular at least 0.27% by weight or at least 0.28% by weight, wherein the be used by the comparably high carbon content effects particularly safe when the C content in the range of> 0.25 to 0.5 wt .-%, in particular 0.27 to 0.4 wt .-% or 0.28 - 0.4 wt .-%, is.
  • Steel flat product according to the invention a minimum content of 0.15 wt .-% Cu, in particular at least 0.2 wt .-% Cu, be present.
  • a particularly effective contribution to Strength provides Cu, if it is present in amounts of at least 0.55 wt .-% in the flat steel product according to the invention, with negative effects of
  • Cr in amounts up to the upper limit of not more than 2% by weight specified in accordance with the invention promotes the ferritic transformation, with optimum effects of the presence of Cr in the
  • cold rolled flat steel product according to the invention then yield when the Cr content is limited to 1.5 wt .-%.
  • the positive influence of Cr can be used particularly effectively if at least 0.3% by weight of Cr
  • Ti, V or Nb which is also optional, helps to promote the formation of fine-grained microstructures and promote the bainitic transformation.
  • these micro-alloying elements contribute to increasing the hardness by forming precipitates.
  • the positive effects of Ti, V and Nb in the cold-rolled invention are particularly effective
  • Si is present in a flat steel product according to the invention in contents of 0.4-2.5% by weight and causes a marked solid solution hardening.
  • the Si content can be set to at least 1.0 wt .-%.
  • AI can replace the Si content in one part in the steel processed according to the invention.
  • AI and Si are deoxidizing during steelmaking.
  • a minimum content of 0.01 wt .-% AI can be provided.
  • Higher levels of Al prove to be useful, for example, if the addition of Al should set the hardness or tensile strength of the steel to a lower value in favor of improved ductility.
  • Si and Al Another function of Si and Al is to suppress carbide formation in bainite, and thus to reduce retained austenite by dissolved C to low
  • the formation of the structure predetermined according to the invention can be ensured, in particular, by the contents of the steel processed according to the invention and, accordingly, the contents of the invention
  • the precursor cast from a composite steel according to the invention is first brought to a temperature or kept at a temperature which is sufficient to allow the hot rolling carried out from this temperature to be at a temperature
  • Finish hot rolling end temperature which are in the range of 830 - 1000 ° C.
  • the hot strip cools down the roller table adjoining the rolling stand concerned. This is followed by the roller table
  • Hot strip in a coiler where it is wound into a coil.
  • the reel temperature must be at least 560 ° C, so that a relatively soft hot-band structure of ferrite and pearlite is formed.
  • the structure of the hot strip thus obtained consists mainly of ferrite and pearlite. The danger of formation of grain boundary oxidation can thereby
  • the reel temperature is limited to a maximum of 750 ° C.
  • the hot strip After coiling, the hot strip is cold rolled, the hot strip before cold rolling course in
  • the cold strip according to the invention undergoes an annealing cycle in a continuous pass, in which it is heated in a first annealing phase to a temperature of at least 800 ° C., preferably at least 830 ° C. This first annealing phase lasts at least as long that the cold strip is completely austenitized. This typically requires 50-150 seconds.
  • the target temperature of this quenching is a holding temperature which is at most 470 ° C and higher than that
  • Martensite starting temperature MS from which martensite is produced in the microbeam structure.
  • the range of 300-420 ° C, in particular 330-420 ° C, can be used as an indication of the range in which the holding temperature should be.
  • the cold strip is in the second annealing phase in
  • the holding can as
  • Temperature decrease can be performed within the holding temperature range.
  • the flat steel product produced according to the invention can be treated in the usual way with a metallic protective layer be occupied. This can be done, for example
  • Hot dip coating done If an annealing is required before the application of the metallic coating, the heat treatment provided according to the invention can be carried out as part of this annealing.
  • the invention is based on
  • the correspondingly assembled steel melts have been cast in a conventional manner into a strand from which slabs have been divided.
  • Slabs have subsequently been heated to a reheating temperature in a likewise conventional manner.
  • the heated slabs are in one too
  • the hot rolling end temperature was in the range of 830 - 900 ° C. Starting from this temperature, the hot strips are at a level above 560 ° C
  • Reel temperature has been cooled and then reeled into coils.
  • the hot strips thus obtained are descaled after coiling and cold rolled after descaling at cold rolling degrees of 50% to cold strip.
  • a larger number of samples of these cold strips were then subjected to a heat treatment, in which they in a first annealing with a
  • Heating rate of at least 1.9 ° C / s have been heated to a first annealing temperature, which was in the range of 830 - 850 ° C. At this temperature, the cold strips were held for a period of 120 seconds until fully warmed.
  • Cooling rate have been quenched to a holding temperature T2, which was in the range of 350 - 420 ° C.
  • the holding temperatures T2 for a first batch of tests were 300 ° C, 310 ° C, 330 ° C, 340 ° C, 375 ° C, 390 ° C and 410 ° C.
  • the cold strip samples have been kept for an annealing period t2.
  • Annealing time t2 applied to the second annealing stage. It can be seen here that the cold strip samples held at a holding temperature of 350 ° C and 390 ° C, ie in the holding temperature range of 350 - 390 ° C, the required
  • Annealing time t2 is shorter than 145 s.
  • FIG. 4 the elongation A80 of the cold strip samples produced from the steel S4 is plotted over the annealing time t2 of the second annealing stage. The one at
  • the elongation A80 of the cold strip samples produced from the steel S5 is plotted over the annealing time t2 of the second annealing stage.
  • the cold-rolled strip samples have the required elongation A80 of at least 5% independent of their respective
  • a cold-rolled steel flat product according to the invention can also be produced from the steel S5 in which a high tensile strength Rm is achieved with a sufficient tensile strength
  • Fig. 6 is a section of an enlargement of a cross section of a cold strip according to the invention

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  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein kaltgewalztes Stahlflachprodukt mit Rm ≥ 1400 MPa und A80 ≥ 5 % sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stahlflachprodukts. Das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt enthält neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) 0,10 - 0,60 % C, 0,4 - 2,5 % Si, ≤ 3,0 % A1, 0,4 - 3,0 % Mn, ≤ 1,0 % Ni, ≤ 2,0 % Cu, ≤ 0,4 %Mo, ≤ 2% Cr, ≤ 1,5 % Co, ≤ 0,2 % Ti, ≤ 0,2 % Nb, ≤ 0, 5 % V. Sein Gefüge weist (in Vol.-%) ≥ 20 % Bainit, 10 - 35 % Restaustenit und als Rest Martensit auf. Bei der Herstellung des Stahlflachprodukts wird eine Bramme, Dünnbramme oder ein gegossenen Band mit der genannten Zusammensetzung bereitgestellt, das Vorprodukt mit einer Warmwalzendtemperatur ≥ 830°C zu Warmband warmgewalzt, das Warmband bei einer Haspeltemperatur ≤ 560°C gehaspelt, das Warmband mit einem Kaltwalzgrad ≥ 30% zu Kaltband kaltgewalzt und das Kaltband wärmebehandelt, indem es zuerst auf Glühtemperatur ≥ 800°C erwärmt, dann mit einer Abkühlgeschwindigkeit von ≥ 8°C/s auf eine Haltetemperatur von 470°C bis > Martensitstarttemperatur MS abgekühlt und dann auf der Haltetemperatur gehalten wird, bis im Gefüge des Kaltbands mindestens 20 Vol.-% Bainit vorhanden sind.

Description

Kaltgewalztes Stahlflachprodukt und
Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft ein kaltgewalztes
Stahlflachprodukt mit einer Zugfestigkeit Rm von
mindestens 1400 Pa und einer Dehnung A80 von mindestens 5 %. Produkte dieser Art zeichnen sich durch eine sehr hohe Festigkeit in Kombination mit guten
Dehnungseigenschaften aus und sind als solche
insbesondere für die Herstellung von Bauteilen für Kraftfahrzeugkarosserien geeignet .
Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts.
Unter dem Begriff "Stahlflachprodukt" werden hier durch einen Walzprozess erzeugte Stahlbleche oder Stahlbänder sowie davon abgeteilte Platinen und desgleichen
verstanden .
Sofern hier Legierungsgehalte lediglich in "%" angegeben sind, ist damit immer "Gew.-%" gemeint, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.
Aus der EP 1 466 024 Bl (DE 603 15 129 T2) ist ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlflachprodukts bekannt, das Zugfestigkeiten von deutlich mehr als 1000 MPa aufweisen soll. Um dies zu erreichen, wird eine Stahlschmelze, die (in Gew.-%) 0,0005 - 1 % C, 0,5 - 10 % Cu, bis zu 2 % Mn, bis zu 5 % Si, bis zu 0,5 % Ti, bis zu 0,5 % Nb, bis zu 5 % Ni, bis zu 2 % AI und als Rest Eisen und herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen aufweist. Die Schmelze wird zu einem Band gegossen, dessen Dicke max. 10 mm beträgt und das durch Besprengen mit Wasser oder einem Wasser-Luft-Gemisch rasch auf eine Temperatur von höchstens 1000 °C abgekühlt wird.
Anschließend wird das gegossene Band mit einer üblichen Reduktionsrate warmgewalzt. Das Warmwalzen wird bei einer Endtemperatur beendet, bei der sich das gesamte Kupfer noch in fester Lösung in der Ferrit- und/oder
Austenitmatrix befindet. Dann wird das Band einem Schritt einer schnellen Abkühlung unterzogen, um das Kupfer in übersättigter fester Lösung in der Ferrit- und/oder
Austenitlösung zu halten. Nach einem Haspeln zu einem Coil kann aus dem so erhaltenen Warmband mit einem 40 - 80 % betragenden Kaltwalzgrad ein Kaltband gewalzt werden. Dieses Kaltband wird dann einer
rekristallisierenden Glühung unterzogen, bei der es möglichst schnell auf eine im Bereich von 840 °C
liegenden Glühtemperatur gebracht und dort gehalten wird, um einen möglichst großen Anteil des im Stahl enthaltenen Kupfers in Lösung zu bringen. Anschließend erfolgt eine schnelle Abkühlung auf eine 400 - 700 °C betragende
Temperatur, bei der sich erneut Cu-Ausscheidungen bilden. Äuf diese Weise soll durch Ausscheidungshärtung das angestrebte Festigkeitsniveau des Stahls erreicht werden. Gleichzeitig soll der Kupfergehalt die Korrosions- und Versprödungsbeständigkeit des Stahls durch Bildung einer Schutzoxidschicht erhöhen. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines extrem festen Kaltbands ist aus der US 7,591,977 B2 bekannt. Gemäß diesem Verfahren wird ein (in Gew.-%) 0,1 - 0,25 % C, 1,0 - 2,0 % Si und 1,5 - 3,0 % Mn enthaltendes
Warmband mit einem Kaltwalzgrad von 30 - 70 % zu einem Kaltband gewalzt, das dann einer im kontinuierlichen Durchlauf absolvierten Wärmebehandlung unterzogen wird. Dabei wird das Kaltband in einem ersten Glühschritt auf eine oberhalb seiner Ar3-Temperatur liegende erste
Glühtemperatur erwärmt, um im Kaltband vorhandene Karbide in Lösung zu bringen. Anschließend erfolgt eine von der ersten Glühtemperatur ausgehende, mit einer
Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 10 °C/s erfolgende Abkühlung auf eine zweite Glühtemperatur. Diese ist so gewählt, dass sich im Kaltband Bainit bildet, und liegt typischerweise im Bereich von 300 - 450 °C. Dieser zur Bainitbildung durchgeführte zweite Glühschritt wird so lange ausgeführt, bis das Gefüge des Kaltbands zu
mindestens 60 % aus Bainit und zu mindestens 5 % aus Restaustenit sowie als Rest aus polygonalem Ferrit besteht. Dabei wird angestrebt, dass das Gefüge möglichst vollständig bainitisch ist und andere Gefügebestandteile allenfalls in Spuren vorliegen. Das so beschaffene
Kaltband erreicht Zugfestigkeiten von bis zu 1180 MPa bei einer Dehnung von mindestens 9 % und kann
erforderlichenfalls mit einer metallischen, vor Korrosion schützenden Schicht belegt werden.
Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein kaltgewalztes Stahlflachprodukt zu schaffen, dass auf einfache und betriebssichere Weise hergestellt werden kann und eine optimierte Kombination aus weiter
gesteigerter Festigkeit und guter Verformbarkeit
aufweist. Darüber hinaus sollte ein Verfahren zur
Herstellung eines solchen kaltgewalzten
Stahlflachprodukts genannt werden.
In Bezug auf das kaltgewalzte Stahlflachprodukt ist diese Aufgabe erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1
angegebene Stahlflachprodukt gelöst worden.
In Bezug auf das Verfahren besteht die erfindungsgemäße Lösung der voranstehend genannten Aufgabe darin, dass zur Herstellung eines erfindungsgemäßen kaltgewalzten
Stahlflachprodukts mindestens die in Anspruch 12
angegebenen Arbeitsschritte durchlaufen werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen
erläutert .
Das erfindungsgemäße kaltgewalzte Stahlflachprodukt zeichnet sich dadurch aus, dass es neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%)
C: 0, 10 - 0, 60
Si: 0,4 - 2,5
AI: bis zu 3,0
n: 0,4 - 3,0
Ni: bis zu 1,0
Cu: bis zu 2,0
Mo: bis zu 0,4 Cr: bis zu 9 2-
Co: bis zu 1,5
Ti: bis zu 0,2
Nb: bis zu 0,2
V: bis zu 0,5 enthält. Dabei besteht das Gefüge des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts im kaltgewalzten Zustand zu mindestens 20 Vol.-% aus Bainit, zu 10 - 35 Vol.-% aus Restaustenit und als Rest aus Martensit, wobei es selbstverständlich ist, dass im Gefüge des Stahlflachprodukts technisch unvermeidbare Spuren anderer Gefügebestandteile vorhanden sein können. Ein so beschaffenes erfindungsgemäßes kaltgewalztes Stahlflachprodukt erzielt regelmäßig
Zugfestigkeiten Rm von mindestens 1400 MPa und eine
Dehnung A80 von mindestens 5 %. Der C-Gehalt des
Restaustenits beträgt typischerweise mehr als 1,0 Gew.-%.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäß beschaffenen Stahlflachprodukts umfasst folgende Arbeitsschritte:
- Bereitstellen eines Vorprodukts in Form einer Bramme, Dünnbramme oder eines gegossenen Bands, das neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%)
C: 0,10 - 0,60 %, Si: 0,4 - 2,5 %, AI: bis zu 3,0 %, Mn: 0,4 - 3,0 %, Ni : bis zu 1,0 %, Cu: bis zu 2,0 %, Mo: bis zu 0,4 %, Cr: bis zu 2 %, Co: bis zu 1,5 %, Ti: bis zu 0,2 %, Nb: bis zu 0,2 %, V: bis zu 0,5 %
enthält; - Warmwalzen des Vorprodukts zu einem Warmband in einem oder mehreren Walzstichen, wobei das erhaltene Warmband beim Verlassen des letzten Walzstichs eine
Warmwalzendtemperatur von mindestens 830 °C aufweist;
- Haspeln des erhaltenen Warmbands bei einer
Haspeltemperatur, die zwischen der
Warmwalzendtemperatur und 560 °C liegt;
- Kaltwalzen des Warmbands zu einem Kaltband mit einem Kaltwalzgrad von mindestens 30 %;
- Wärmebehandeln des erhaltenen Kaltbands, wobei das
Kaltband im Zuge der Wärmebehandlung
- auf eine mindestens 800 °C betragende Glühtemperatur erwärmt wird,
- optional über eine Glühdauer von 50 - 150 s bei der Glühtemperatur gehalten wird,
- ausgehend von der Glühtemperatur mit einer mindestens 8 °C/s betragenden Abkühlgeschwindigkeit auf eine Haltetemperatur abgekühlt wird, die in einem
Haltetemperaturbereich liegt, dessen Obergrenze
470 °C beträgt und dessen Untergrenze höher ist als die Martensitstarttemperatur MS, ab der Martensit im Gefüge des Kaltbands entsteht, und
- im Haltetemperaturbereich über einen Zeitraum
gehalten wird, der ausreicht, um im Gefüge des
Kaltbands mindestens 20 Vol.-% Bainit zu bilden. Ein erfindungsgemäßes Stahlband weist ein dreiphasiges Gefüge auf, dessen dominierender Bestandteil Bainit ist und das darüber hinaus aus Restaustenit sowie als Rest aus Martensit besteht. Optimaler Weise liegt dabei der Bainitanteil bei mindestens 50 Vol.-%, insbesondere mindestens 60 Vol.-%, und der Restaustenitanteil im
Bereich von 10 - 25 Vol.-%, wobei auch hier der Rest des Gefüges jeweils durch Martensit aufgefüllt ist. Der optimale Martensitanteil beträgt mindestens 10 Vol.-%. Ein derart zusammengesetztes Gefüge bewirkt die beste Kombination von Rm*A80 bei der geforderten Zugfestigkeit.
Neben den Haupt komponenten "Bainit", "Restaustenit" und "Martensit" können Gehalte an anderen Gefügebestandteilen vorhanden sein, deren Anteile jedoch zu gering sind, um einen Einfluss auf die Eigenschaften des
erfindungsgemäßen Kaltbands zu haben. Der Restaustenit liegt in einem erfindungsgemäßen Kaltband überwiegend filmartig mit kleinen globularen Inseln von blockigem Restaustenit mit einer Korngröße <5 μτ vor, so dass der Restaustenit eine hohe Stabilität im Ausgangszustand und damit einhergehend eine geringe Neigung zur unerwünschten Umwandlung in Martensit besitzt. Bei höheren Umformgraden entsteht aus diesem Restaustenit Martensit (TRIP-Effekt ) , was die Bruchdehnung erhöht.
Erfindungsgemäß erzeugtes Kaltband erreicht regelmäßig Zugfestigkeiten Rm von mehr als 1400 MPa, bei Dehnungen A80, die ebenso regelmäßig oberhalb von 5 % liegen.
Dementsprechend liegt die Güte Rm*A80 von
erfindungsgemäßen Stahlflachprodukten regelmäßig oberhalb von 7000 MPa*%, wobei typischerweise Güten Rm*A80 von mindestens 13500 MPa*% erreicht werden. Ein erfindungsgemäßes Kaltband verfügt als solches über eine optimale Kombination aus extremer Festigkeit und
ausreichender Umformbarkeit .
Die Martensitstarttemperatur, d. h. die Temperatur, ab der sich in erfindungsgemäß verarbeitetem Stahl Martensit bildet, kann gemäß der im Artikel "Thermodynamic
Exatrapolation and Martensite-Start-Temperature of
Substitutionally Alloyed Steels" von H. Bhadeshia, erschienen in Metal Science 15 (1981), Seiten 178 -180 erläuterten Vorgehensweise berechnet werden.
Kohlenstoff verzögert im erfindungsgemäßen Stahl die Umwandlung in Ferrit/Perlit , senkt die
Martensitstarttemperatur MS ab und trägt zur Erhöhung der Härte bei. Um diese positiven Effekte zu nutzen, kann der C-Gehalt des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts auf mindestens 0,25 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,27 Gew.-% oder mindestens 0,28 Gew.-%, gesetzt werden, wobei sich die durch den vergleichbar hohen Kohlenstoffgehalt erzielten Effekte dann besonders sicher nutzen lassen, wenn der C-Gehalt im Bereich von > 0,25 - 0,5 Gew.-%, insbesondere 0,27 - 0,4 Gew.-% oder 0,28 - 0,4 Gew.-%, liegt .
Auch in einem erfindungsgemäßen kaltgewalzten
Stahlflachprodukt kann die festigkeitssteigernde Wirkung von Kupfer genutzt werden. Hierzu kann im
erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt ein Mindestgehalt von 0,15 Gew.-% Cu, insbesondere mindestens 0,2 Gew.-% Cu, vorhanden sein. Einen besonders wirksamen Beitrag zur Festigkeit leistet Cu, wenn es in Gehalten von mindestens 0,55 Gew.-% im erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt vorhanden ist, wobei sich negative Auswirkungen der
Anwesenheit von Cu dadurch begrenzen lassen, dass der Cu- Gehalt auf höchstens 1,5 Gew.-% beschränkt wird.
Mn in Gehalten von mindestens 0,4 Gew.-% und bis zu
3 Gew.-%, insbesondere bis zu 2,5 Gew.-%, fördert im erfindungsgemäß verarbeiteten Stahl die Bainitbildung, wobei die optional zusätzlich vorhandenen Gehalte an Cu, Cr und Ni ebenfalls zur Bildung von Bainit beitragen. Abhängig von den jeweils anderen Bestandteilen des erfindungsgemäß verarbeiteten Stahls kann es dabei zweckmäßig sein, den Mn-Gehalt auf maximal 2 Gew.-% zu beschränken oder den Mindestgehalt an Mn auf 1,5 Gew.-% zu erhöhen.
Auch durch die optionale Zugabe von Cr kann die
Martensitstarttemperatur abgesenkt und die Neigung des Bainits zur Umwandlung in Perlit oder Zementit
unterdrückt werden. Des Weiteren fördert Cr in Gehalten bis zu der erfindungsgemäß vorgegebenen Obergrenze von maximal 2 Gew.-% die ferritische Umwandlung, wobei sich optimale Wirkungen der Anwesenheit von Cr im
erfindungsgemäßen kaltgewalzten Stahlflachprodukt dann ergeben, wenn der Cr-Gehalt auf 1,5 Gew.-% beschränkt ist. Besonders wirksam nutzen lässt sich der positive Einfluss von Cr, wenn mindestens 0,3 Gew.-% Cr im
erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt vorhanden sind.
Durch die ebenfalls optionale Zugabe von Ti, V oder Nb kann die Entstehung von feinkörnigerem Gefüge unterstützt und die bainitische Umwandlung gefördert werden. Darüber hinaus tragen diese Mikrolegierungselemente durch die Bildung von Ausscheidungen zur Steigerung der Härte bei. Besonders effektiv lassen sich die positiven Wirkungen von Ti, V und Nb im erfindungsgemäßen kaltgewalzten
Stahlflachprodukt dann nutzen, wenn ihr Gehalt jeweils im Bereich von 0,002 - 0,15 Gew.-% liegt, insbesondere 0,1 Gew.-% nicht überschreitet.
Si ist in einem erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt in Gehalten von 0,4 - 2,5 Gew.-% vorhanden und bewirkt eine deutliche Mischkristallverfestigung. Um diesen Effekt besonders sicher zu nutzen, kann der Si-Gehalt auf mindestens 1,0 Gew.-% gesetzt werden. Ebenso kann es zur Vermeidung negativer Einflüsse zweckmäßig sein, den Si- Gehalt auf maximal 2 Gew.-% zu beschränken.
AI kann im erfindungsgemäß verarbeiteten Stahl den Si- Gehalt zu einem Teil ersetzen. Gleichzeitig wirkt AI wie auch Si bei der Stahlherstellung desoxidierend . Hierzu kann ein Mindestgehalt von 0,01 Gew.-% AI vorgesehen werden. Höhere Gehalte an AI erweisen sich beispielsweise dann als zweckmäßig, wenn durch die Zugabe von AI die Härte oder Zugfestigkeit des Stahls zu Gunsten einer verbesserten Verformbarkeit auf einen niedrigeren Wert eingestellt werden soll.
Eine weitere Funktion von Si und AI besteht darin, die Karbidbildung im Bainit zu unterdrücken und damit den Restaustenit durch gelösten C bis zu niedrigen
Temperaturen zu stabilisieren. Die positiven Einflüsse der gleichzeitigen Anwesenheit von AI und Si können dadurch besonders effektiv genutzt werden, wenn die Gehalte an Si und AI innerhalb der erfindungsgemäß vorgegebenen Grenzen folgende Bedingung erfüllen: %Si + 0,8%A1 > 1,2 Gew.-% (mit %Si: jeweiliger Si-Gehalt in Gew.-%, %A1 : jeweiliger Al-Gehalt in
Gew. -%) .
Die Bildung des erfindungsgemäß vorgegebenen Gefüges lässt sich insbesondere dadurch gewährleisten, dass die Gehalte des erfindungsgemäß verarbeiteten Stahls und dementsprechend die Gehalte des erfindungsgemäßen
Stahlflachprodukts an Mn, Cr, Ni, Cu und C die folgende Bedingung
1 < 0,5%Mn + 0,167%Cr + 0,125%Ni + 0,125%Cu + 1,334%C < 2 erfüllen, wobei mit %Mn der jeweilige Mn-Gehalt in
Gew.-%, mit %Cr der jeweilige Cr-Gehalt in Gew.-%, mit %Ni der jeweilige Ni-Gehalt in Gew.-%, mit %Cu der jeweilige Cu-Gehalt in Gew.-% und mit %C der jeweilige C-Gehalt in Gew.-% bezeichnet sind.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen
Stahlflachprodukts wird das aus einem erfindungsgemäß zusammengesetzten Stahl gegossene Vorprodukt zunächst auf eine Temperatur gebracht oder auf einer Temperatur gehalten, die ausreicht, um das ausgehend von dieser Temperatur durchgeführte Warmwalzen bei einer
Warmwalzendtemperatur zu beenden, die im Bereich von 830 - 1000 °C liegen. Nach dem Verlassen des letzten für das Warmwalzen verwendeten Walzgerüsts kühlt das Warmband auf dem sich an das betreffende Walzgerüst anschließenden Rollgang ab. Im Anschluss an den Rollgang läuft das
Warmband in eine Haspeleinrichtung, in der es zu einem Coil gewickelt wird.
Die Haspeltemperatur muss mindestens 560 °C betragen, damit ein relativ weiches Warmbandgefüge aus Ferrit und Perlit entsteht. Ein für diesen Zweck optimaler
Temperaturverlauf ergibt sich, wenn die
Warmwalzendtemperatur im Bereich von 850 - 950 °C, insbesondere im Bereich von 880 - 950 °C, liegt.
Typischerweise wird dazu das Vorprodukt vor dem
Warmwalzen auf eine im Bereich von 1100 - 1300 °C
liegende Temperatur erwärmt oder bei dieser Temperatur gehalten. Das Gefüge des so erhaltenen Warmbands besteht hauptsächlich aus Ferrit und Perlit. Die Gefahr einer Entstehung von Korngrenzenoxidation kann dadurch
minimiert werden, dass die Haspeltemperatur auf maximal 750 °C beschränkt wird.
Nach dem Haspeln wird das Warmband kaltgewalzt, wobei das Warmband vor dem Kaltwalzen selbstverständlich in
üblicher Weise chemisch oder mechanisch entzundert werden kann .
Das Kaltwalzen erfolgt mit einem Kaltwalzgrad von
mindestens 30 %, insbesondere mindestens 45 %, um die Rekristallisation und Umwandlung beim anschließenden Glühen zu beschleunigen. Generell ergibt sich zudem durch Einhaltung eines entsprechend hohen Kaltwalzgrades eine bessere Oberflächenqualität. Kaltwalzgrade von mindestens 50 % haben sich hierfür als besonders günstig erwiesen. Nach dem Kaltwalzen absolviert das erfindungsgemäß erhaltene Kaltband in einem kontinuierlichen Durchlauf einen Glühzyklus, bei dem es in einer ersten Glühphase auf eine Temperatur von mindestens 800 °C, bevorzugt mindestens 830 °C, erwärmt wird. Diese erste Glühphase dauert mindestens so lange, dass das Kaltband vollständig austenitisiert ist. Hierzu sind typischerweise 50 - 150 s erforderlich .
Am Ende der ersten Glühphase wird das Produkt
abgeschreckt, wobei die Abkühlgeschwindigkeit mindestens 8 °C/s, insbesondere 10 °C/s, beträgt. Die Zieltemperatur dieser Abschreckung ist eine Haltetemperatur, die höchstens 470 °C beträgt und höher ist als die
Martensitstarttemperatur MS, ab der Martensit im Gefüge des Kaltbands entsteht. In der Praxis kann als Anhalt für den Bereich, in dem die Haltetemperatur liegen soll, der Bereich von 300 - 420 °C, insbesondere 330 - 420 °C, angewendet werden.
Ausgehend von der jeweiligen Haltetemperatur wird das Kaltband in der zweiten Glühphase im
Haltetemperaturbereich gehalten und zwar so lange, bis sich das Gefüge des Kaltbands zu mindestens 20 Vol.-% in Bainit gewandelt hat. Das Halten kann dabei als
isothermes Halten auf der bei der Abkühlung erreichten Haltetemperatur oder als langsam erfolgende
Temperaturabnahme innerhalb des Haltetemperaturbereichs durchgeführt werden.
Das erfindungsgemäß erzeugte Stahlflachprodukt kann in üblicher Weise mit einer metallischen Schutzschicht belegt werden. Dies kann beispielsweise durch
Schmelztauchbeschichten erfolgen. Sofern vor dem Auftrag der metallischen Beschichtung ein Glühen erforderlich ist, kann die erfindungsgemäß vorgesehene Wärmebehandlung im Rahmen dieses Glühens durchgeführt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von
Äusführungsbeispielen näher erläutert.
Es sind fünf Stähle Sl - S5 erschmolzen worden, deren Zusammensetzung in Tabelle 1 angegeben ist.
Die entsprechend zusammengesetzten Stahlschmelzen sind auf konventionelle Weise zu einem Strang vergossen worden, von dem Brammen abgeteilt worden sind. Die
Brammen sind anschließend auf ebenso konventionelle Weise auf eine Wiedererwärmungstemperatur erwärmt worden.
Die erwärmten Brammen sind in einer ebenfalls
konventionellen Warmwalzstaffel zu Warmbändern mit einer Dicke von 2 mm warmgewalzt worden.
Die Warmwalzendtemperatur lag jeweils im Bereich von 830 - 900 °C. Ausgehend von dieser Temperatur sind die Warmbänder auf eine oberhalb von 560 °C liegende
Haspeltemperatur abgekühlt worden und anschließend zu Coils gehaspelt worden.
Die so erhaltenen Warmbänder sind nach dem Haspeln entzundert und nach dem Entzundern bei Kaltwalzgraden von 50 % zu Kaltband kaltgewalzt worden. Eine größere Zahl von Proben dieser Kaltbänder sind dann einer Wärmebehandlung unterzogen worden, bei der sie in einem ersten Glühschritt mit einer
Erwärmungsgeschwindigkeit von mindestens 1,9 °C/s auf eine erste Glühtemperatur erwärmt worden sind, die im Bereich von 830 - 850 °C lag. Bei dieser Temperatur sind die Kaltbänder über eine Dauer von 120 s gehalten worden, bis sie vollständig durcherwärmt waren.
Anschließend erfolgte eine Abschreckung, bei der
Kaltbänder mit einer mindestens 8 °C/s betragenden
Abkühlgeschwindigkeit auf eine Haltetemperatur T2 abgeschreckt worden sind, die im Bereich von 350 - 420 °C lag. Konkret lagen die Haltetemperaturen T2 bei einer ersten Charge von Versuchen bei 300 °C, 310 °C, 330 °C, 340 °C, 375 °C, 390 °C und 410 °C. Bei der jeweiligen Haltetemperatur T2 sind die Kaltbandproben für eine Glühdauer t2 gehalten worden.
In Fig. 1 sind die erzielten Zugfestigkeiten Rm über die jeweilige Glühtemperatur T2 aufgetragen. Es zeigt sich, dass die aus dem Stahl S5 gefertigten Kaltbandproben jeweils nur unter bestimmten Glühbedingungen die
geforderte Mindest Zugfestigkeit von 1400 MPa erreichen, während die Zugfestigkeiten der aus den anderen Stählen hergestellten Kaltbandproben stets sicher über der
Mindestgrenze von 1400 MPa lagen. Als Grund hierfür ist der vergleichbar geringe, an der unteren Grenze des erfindungsgemäß vorgegebenen Gehaltsbereichs liegende Kohlenstoffgehalt des Stahls S5 ermittelt worden. In Fig. 2 sind die Zugfestigkeiten der aus dem Stahl S4 erzeugten Kaltbandproben über die Glühdauer t2 der zweiten Glühstufe aufgetragen. Es zeigt sich, dass die bei einer Haltetemperatur von 310 °C, 330 °C und 350 °C, also im Haltetemperaturbereich von 310 - 350 °C,
gehaltenen Kaltbandproben die geforderte Zugfestigkeit Rm von 1400 MPa unabhängig von der jeweiligen Glühdauer t2 erreicht haben.
In Fig. 3 sind in gleicher Weise die Zugfestigkeiten der aus dem Stahl S5 erzeugten Kaltbandproben über die
Glühdauer t2 der zweiten Glühstufe aufgetragen. Es zeigt sich hier, dass die bei einer Haltetemperatur von 350 °C und 390 °C, also im Haltetemperaturbereich von 350 - 390 °C, gehaltenen Kaltbandproben die geforderte
Zugfestigkeit Rm von 1400 MPa erreichen, wenn die
Glühdauer t2 kürzer als 145 s ist.
In Fig. 4 ist die Dehnung A80 der aus dem Stahl S4 erzeugten Kaltbandproben über die Glühdauer t2 der zweiten Glühstufe aufgetragen. Die bei einer
Haltetemperatur von 310 °C, 330 °C und 350 °C, also im Haltetemperaturbereich von 310 - 350 °C, gehaltenen
Kaltbandproben haben die geforderte Mindestdehnung A80 unabhängig von der jeweiligen Glühdauer t2 erreicht.
In Fig. 5 ist die Dehnung A80 der aus dem Stahl S5 erzeugten Kaltbandproben über die Glühdauer t2 der zweiten Glühstufe aufgetragen. Auch hier zeigt sich, dass die Kaltbandproben die geforderte Dehnung A80 von mindestens 5 % unabhängig von ihrer jeweiligen
Haltetemperatur T2 und unabhängig von der jeweiligen Glühdauer t2 erreichen. Dementsprechend kann bei
Einhaltung einer kurzen Glühdauer und geeignet niedrigen Haltetemperaturen T2 auch aus dem Stahl S5 trotz seines vergleichsweise niedrigen C-Gehalts ein erfindungsgemäßes kaltgewalztes Stahlflachprodukt erzeugt werden, bei dem eine hohe Zugfestigkeit Rm mit einer ausreichenden
Dehnung A80 kombiniert ist.
In Fig. 6 ist in einem Ausschnitt eine Vergrößerung eines Querschnitts eines erfindungsgemäßen Kaltbands
dargestellt. Dabei sind beispielhaft Restaustenitblöcke RA-b markiert und eine Stelle durch eine Umkreisung hervorgehoben, an der filmartiger Restaustenit RA-f in einer lamellenartigen Schichtung vorliegt.
Figure imgf000019_0001
Angaben in Gew.-%,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen
Tabelle 1

Claims

Juli 2013
P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Kaltgewalztes Stahlflachprodukt, mit einer
Zugfestigkeit Rm von mindestens 1400 MPa und einer Dehnung A80 von mindestens 5 %, enthaltend neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen
(in Gew. -%) :
C: 0, 10 - 0, 60 o
Si: 0,4 - 2,5
AI: bis zu 3,0
Mn: 0,4 - 3,0 g,
Ni : bis zu 1,0 o,
Cu: bis zu 2,0 g,
Mo: bis zu 0,4
Cr: bis zu 9. 9o- f
Co: bis zu 1,5 o f
Ti: bis zu 0,2 °
Nb: bis zu 0,2
V: bis zu 0,5 g.
o wobei das Gefüge des Stahlflachprodukts zu
mindestens 20 Vol.-% aus Bainit, zu 10 - 35 Vol.-% aus Restaustenit und als Rest aus Martensit besteht.
2. Stahlflachprodukt nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein C-Gehalt mindestens 0,25 Gew.-% beträgt.
3. Stahlflachprodukt nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein C-Gehalt mindestens 0,27 Gew.-% beträgt.
4. Stahlflachprodukt nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein
Si-Gehalt mindestens 1,0 Gew.-% beträgt.
5. Stahlflachprodukt nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein AI- Gehalt mindestens 0,01 Gew.-% beträgt.
6. Stahlflachprodukt nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein
Cu-Gehalt mindestens 0,2 Gew.-% beträgt.
7. Stahlflachprodukt nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Cu-Gehalt mindestens 0,55 Gew.-% beträgt. Stahlflachprodukt nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein
Cr-Gehalt mindestens 0,3 Gew.-% beträgt.
Stahlflachprodukt nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t, d a s s seine Gehalte an Mn, Cr, Ni, Cu und C die folgende Bedingung erfüllen:
1 < 0, 5%Mn+0, 167%Cr+0, 125%Ni+0, 125%Cu+l, 334%C < 2 mit %Mn: jeweiliger Mn-Gehalt in Gew.-%,
%Cr: jeweiliger Cr-Gehalt in Gew.-%,
%Ni : jeweiliger Ni-Gehalt in Gew.-%,
%Cu: jeweiliger Cu-Gehalt in Gew.-%,
%C: jeweiliger C-Gehalt in Gew.-%.
Stahlflachprodukt nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Gefüg mindestens 50 Vol.-% Bainit enthält.
Stahlflachprodukt nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Gefüg 10 - 25 Vol.-% Restaustenit enthält. Verfahren zum Herstellen eines gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 11 beschaffenen Stahlflachprodukts umfassend folgende Arbeitsschritte:
- Bereitstellen eines Vorprodukts in Form einer
Bramme, Dünnbramme oder eines gegossenen Bands, das neben Eisen und unvermeidbaren
Verunreinigungen (in Gew.-%) C: 0,10 - 0,60 %, Si: 0,4 - 2,5 %, AI: bis zu 3,0 % Mn : 0,4 - 3,0 %, Ni: bis zu 1,0 %, Cu: bis zu 2,0 %, Mo: bis zu 0,4 %, Cr: bis zu 2 %, Co: bis zu 1,5 %, Ti : bis zu 0,2 %, Nb: bis zu 0,2 %, V: bis zu 0,5 % enthält;
- Warmwalzen des Vorprodukts zu einem Warmband in einem oder mehreren Walzstichen, wobei das erhaltene Warmband beim Verlassen des letzten Walzstichs eine Warmwalzendtemperatur von
mindestens 830 °C aufweist;
- Haspeln des erhaltenen Warmbands bei einer
Haspeltemperatur, die zwischen der
Warmwalzendtemperatur und 560 °C liegt;
- Kaltwalzen des Warmbands zu einem Kaltband mit einem Kaltwalzgrad von mindestens 30 %;
- Wärmebehandeln des erhaltenen Kaltbands, wobei das Kaltband im Zuge der Wärmebehandlung
- auf eine mindestens 800 °C betragende
Glühtemperatur erwärmt wird, - ausgehend von der Glühtemperatur mit einer mindestens 8 cC/s betragenden
Abkühlgeschwindigkeit auf eine Haltetemperatur abgekühlt wird, die in einem
Haltetemperaturbereich liegt, dessen Obergrenze 470 °C beträgt und dessen Untergrenze höher ist als die Martensitstarttemperatur MS, ab der Martensit im Gefüge des Kaltbands entsteht, und
- auf der Haltetemperatur über einen Zeitraum gehalten wird, der ausreicht, um im Gefüge des Kaltbands mindestens 20 Vol.-% Bainit zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die
Warmwalzendtemperatur 850 - 950 °C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d die Haltetemperatur 300 - 420 °C beträgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Kaltband nach der Wärmebehandlung mit einer metallischen Schutzschicht belegt wird.
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