WO2020064127A1 - Shape-memory alloy, flat steel product made therefrom with pseudo-elastic properties, and method for producing such a flat steel product - Google Patents

Shape-memory alloy, flat steel product made therefrom with pseudo-elastic properties, and method for producing such a flat steel product Download PDF

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Jonas Karl Moritz SCHWABE
Cássia CASTRO MÜLLER
Sabine Will
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
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    • C21D2211/005—Ferrite

Definitions

  • the invention relates to a shape memory alloy, one of them
  • Shape memory alloy manufactured flat steel product with pseudo-elastic properties and a method for producing such
  • Sheet metal product is meant by this is meant rolled products, such as steel strips or sheets, from which for the manufacture of, for example
  • Body components, blanks or blanks can be divided.
  • Sheet metal parts or “sheet metal parts” of the type according to the invention are produced from such flat steel or sheet metal products, the terms “sheet metal part” and “sheet metal part” being used synonymously here.
  • Salary range for which only an upper limit is specified can also include "0".
  • Shape memory alloys Steel alloys, from which flat steel products of the type in question are made, are also referred to as "shape memory alloys".
  • the flat steel products made from them are characterized by the fact that they can largely revert to their original state after being deformed.
  • a shape memory alloy is known from EP 2 489 753 A1, which contains 25-42 atomic% Mn, 12-18 atomic% Al and 5-12 atomic% Ni, and optionally contents of 0.1-5 atomic% each. on Si, Ti, V, Cr, Co, Cu, Mo, W and also optional contents of 0.001 - 1 atomic% B, C, rest Fe and unavoidable
  • This shape memory alloy is formed into wire, which is solution annealed at 1100 - 1300 ° C with a
  • This shape memory alloy consists of 25 - 42 atomic% Mn,
  • the total content of the optionally present alloy elements can be up to 15 atomic%.
  • the steel is cast at 1500 - 1600 ° C and then thermoformed at a temperature of about 1200 ° C, the rate of deformation being 87% or more.
  • the steel can then undergo cold forming, in which it is cold worked at a rate of at least 30%.
  • Typical products here are wire and thin foils, which can be obtained by cold working.
  • Other processing options are the production of components by sintering alloy powder produced from the known alloy or the
  • Evaporation processes are applied to a surface.
  • the steel undergoes a solution treatment, in which it is kept at 1100-1300 ° C, in particular 1200-1250 ° C, for a period of 1-60 minutes. Quenching is then carried out at at least 200 K / s, in particular 500 K / s or more. Then the steel becomes one
  • the task has been to specify a shape memory alloy which allows a flat steel product to be produced with less effort compared to the prior art, which has a high reshaping capacity and at the same time with less than the prior art Effort can be produced.
  • Shape memory alloy and has at least that in claim 6
  • the invention has achieved the above-mentioned object in that at least those specified in claim 9 are used in the manufacture of a flat steel product according to the invention
  • a shape memory alloy according to the invention thus consists of (in% by weight)
  • N ⁇ 0.1% Remainder iron and unavoidable impurities, with contents of Cr, Cu, Mo, Nb, Ti, V, Zn and Co being assigned to the impurities, with the proviso that the sum of the contents of the impurities is ⁇ 3%.
  • a flat steel product according to the invention with pseudoelastic properties is accordingly
  • 60% by area consists of ferrite and the remainder consists of other structural components, which include martensite or austenite and which can include precipitations,
  • a flat steel product according to the invention is thus produced and has a shape memory alloy composed according to the invention
  • pseudo-elastic properties which are characterized by a total reshaping capacity GR of at least 35%, in particular at least 45%.
  • the total resilience GR is calculated according to the formula
  • s max and e G are determined according to DIN EN ISO 6892-1: 2017 A224. This combination of properties is achieved in that the structure of the flat steel product according to the invention in the hot-rolled state, ie directly after hot rolling without further heat treatment, has a structure which consists of at least 60 area% of ferrite and the rest of others
  • Structural components exist, for which up to 15 area% martensite and / or up to 25 area% austenite and optionally formed by the respective alloy elements of the steel from which the steel flat product is made, precipitates, such as NiAl or selenide, and the production-related unavoidable other structural components.
  • the invention is based on the knowledge that the choice of suitably high Al contents and the targeted addition of Se as a precipitator can influence the structure of a flat steel product according to the invention in such a way that a high resilience, i.e. optimized pseudo-elastic properties can be achieved even at significantly reduced annealing temperatures compared to the prior art.
  • the components of the shape memory alloy, from which a flat steel product according to the invention consists, and their contents have been selected as follows:
  • Manganese (Mn) is in the shape memory alloy according to the invention in the shape memory alloy according to the invention in
  • Aluminum (AI) is present in the shape memory alloy according to the invention in contents of 10-14% in order to convert the phase from ferrite into the austenite and thus the expression of the desired pseudo-elasticity during the one that was passed to set this property
  • step i) of the method according to the invention To support heat treatment (step i) of the method according to the invention).
  • a high Al content leads to a reduction in the density and thus in the weight of the shape memory alloy according to the invention and a steel flat product according to the invention produced therefrom.
  • a high Al content according to the invention also contributes in particular to improving the corrosion resistance
  • Nickel (Ni) is present in the shape memory alloy according to the invention in contents of 7-10% by weight in order to reduce the pseudoelastic effect
  • NiAI precipitates To promote the stabilization of the face-centered cubic phase as well as the formation of NiAI precipitates. This effect occurs particularly reliably with Ni contents of at least 8% by weight. Levels above 10% by weight would impair the stability of the body-centered cubic phase and thus hinder the pseudo-elastic effect. This negative influence can be avoided particularly safely by limiting the Ni content to a maximum of 9% by weight.
  • Flat steel product comes from the annealing temperature at which it is kept during the final heat treatment (step i) of the method according to the invention).
  • the presence of Se thus makes a decisive contribution to the formation of a structure which forms the basis for an optimized pseudoelasticity of the flat steel product according to the invention.
  • Phosphorus (P), sulfur (S) and nitrogen (N) are undesirable
  • the P content of a flat steel product according to the invention is at most 0.1% by weight, in particular at most 0.006% by weight
  • the S content is at most 0.3% by weight, in particular at most 0.007% by weight
  • the N content is limited to at most 0.1% by weight, in particular at most 0.04% by weight.
  • the content of carbon (C) is in the invention.
  • Shape memory alloy limited to at most 1% by weight with low C contents preferred to avoid the formation of kappa carbides which would help increase the brittleness of the alloy. Therefore, C contents of at most 0.5% by weight, in particular at most 0.1% by weight, are particularly preferred, the negative influences of C being avoided particularly reliably at C contents of at most 0.05% by weight can.
  • the impurities can be related to the properties of a
  • the structure of the flat steel product according to the invention consists of at least 60 area% ferrite.
  • the proportion of ferrite in the structure of the steel flat product according to the invention can be increased to at least 80% by area.
  • a method according to the invention for producing a flat steel product according to the invention with pseudoelastic properties comprises at least the following steps:
  • Target temperature of at most 800 ° C; f) optionally coiling the hot-rolled flat steel product cooled to the target temperature; g) optional: annealing the hot-rolled flat steel product at a
  • cold rolled flat steel product i) heat-treating the hot or cold-rolled flat steel product at an annealing temperature of 700-1050 ° C over an annealing period of 5-240 min with subsequent cooling to room temperature.
  • the method according to the invention for producing a flat steel product with pseudoelastic properties is based on one of the above
  • Step b) is poured, the casting temperature being 1400-1500 ° C.
  • the slabs or thin slabs or blocks are then each heated through to a preheating temperature of 1200-1300 ° C in order to homogenize the slabs before hot rolling and to reduce the rolling resistance.
  • the pre-heated slabs or thin slabs or blocks are conventionally hot-rolled into a hot-rolled flat steel product, the hot-rolling end temperature being 850-1050 ° C. in order to minimize the rolling resistance.
  • Flat steel products are typically 2 - 5 mm.
  • the hot-rolled flat steel product is cooled with air or water at a cooling rate of no higher than 1000 ° C / s, with practical cooling speeds, which are achieved, for example, with water cooling, at up to 200 ° C / s, in particular up to 100 ° C / s or up to 50 ° C / s.
  • a cooling rate of no higher than 1000 ° C / s with practical cooling speeds, which are achieved, for example, with water cooling, at up to 200 ° C / s, in particular up to 100 ° C / s or up to 50 ° C / s.
  • the hot strip obtained can be wound into a coil after reaching the target temperature before it is sent for further processing.
  • the target temperature is preferably 400-800 ° C. If, on the other hand, no coiling is carried out, as is the case, for example, when the hot strip is processed as heavy plate, the target temperature of the cooling can also be the room temperature.
  • the hot-rolled flat steel product can also be optionally annealed after cooling at an annealing temperature of 700 - 1050 ° C. This serves to increase the ductility of the hot-rolled
  • Flat steel product is kept at the annealing temperature mentioned, is typically 50-130 min.
  • the hot-rolled flat steel product can be cold-rolled in a conventional manner to a cold-rolled flat steel product.
  • Typical thicknesses of the cold-rolled flat steel product obtained are 0.5-1.5 mm.
  • Crucial for the pseudoelastic properties of the flat steel product according to the invention is the heat treatment (work step i)), in which the hot or cold-rolled flat steel product in each case at an annealing temperature of 700-1050 ° C. over an annealing time of 5-240 min, in particular 10-60 min, is then annealed to room temperature.
  • the structure becomes more homogeneous and fine precipitates are created that support the pseudo-elastic effect, for example NiAI-B2 precipitates.
  • the annealing temperature is around can be at least 200 ° C lower than that in the prior art
  • selenium in a content of 0.001-0.1% by weight, in particular 0.001-0.01% by weight, is also important for the pseudo-elastic properties of the shape memory alloy according to the invention and of a flat steel product according to the invention produced therefrom.
  • Selenium forms precipitates with manganese (MnSe), which causes dislocations to develop in the structure of the invention
  • the effect of the heat treatment (step i)) can be increased in that the heat treatment of the hot or cold rolled
  • Flat steel product (work step i)) is repeated at least two, in particular at least five times.
  • the repetition enables a more homogeneous structure to be set. So it works reliably in
  • Heat treatment (work step i)) in air is cooled to room temperature and after the last repetition is accelerated with water, the structure becomes more homogeneous. Cooling down after the last repetition is faster so that no new phases are formed during the cooling down and the resulting NiAI precipitates are fine and round are excreted to achieve a high pseudo-elasticity. This results in optimal effects of the heat treatment if
  • Annealing temperatures of 750 - 950 ° C can be selected and the annealing time for heat treatment (work step i)) is 10 - 60 min.
  • the effect of the heat treatment (step i)) can also be increased in that the hot or cold-rolled flat steel product undergoes a tempering treatment after the heat treatment (step i)), in which it lasts for a duration of 30-720 min at a tempering temperature of 150 - 350 ° C is maintained, preferably 150 - 250 ° C over 60 - 180 min. This creates further fine NiAI precipitates that support the pseudo-elastic effect.
  • the annealing in work step i) and the annealing treatment optionally carried out finally can be carried out under an inert or protective gas atmosphere in order to avoid excessive scaling on the surfaces of the respective flat steel product.
  • an atmosphere serves to avoid unwanted aluminum oxides (AlOx), which would make the alloy brittle.
  • the melts A - C have been cast as blocks which have subsequently been heated to a preheating temperature VT over a preheating period Vt.
  • hot-rolled steel strip with a thickness DW has been hot-rolled, the hot-rolling having ended at a hot-rolling end temperature WET.
  • the hot-rolled steel strip emerging from the hot rolling mill has in each case been cooled to room temperature with a cooling medium AM.
  • the hot-rolled steel strips are subjected to an annealing for an annealing time Gt1 at an annealing temperature GT1 and then with a cooling medium AM1
  • Test pieces were cut off from the steel strips thus produced from steels A - C, which in 21 tests were subjected to a final heat treatment under different conditions.
  • the samples separated from the steel strips first went through an annealing process in which they were kept at an annealing temperature GT2 for an annealing period Gt2.
  • the annealing was carried out under an inert gas atmosphere consisting of argon.
  • the currently set
  • Annealing temperatures GT2 and annealing times Gt2 are also given in Table 2, as is the total recovery GR determined in each case.
  • experiment 5 on the other hand, the annealing was repeated four times and then annealed a fifth time, the respective sample steel flat product being exposed to air between the first and second, second and third, and third and fourth passes cooled, whereas after the fifth pass it was quenched in water.
  • Fig. 1 a shows the micrograph of the structure of experiment 1 after
  • Hot rolling obtained but not yet heat-treated hot strips obtained but not yet heat-treated hot strips.
  • Electron backscatter diffraction with a measuring field of 800 pm 2 and a step size of 0.9 pm of the sample obtained in experiment 5 after the thermal treatment. It can be seen that the structure consists of approximately 83% ferrite, approximately 8% austenite and approximately 9% martensite.
  • FIG. 3 shows a stress-strain diagram for the steel flat product sample obtained in test 5. The pseudo-elastic resilience can be clearly seen when the load is released.

Abstract

The invention relates to a shape-memory alloy which allows a flat steel product to be produced with less effort than in the prior art, said product having a high restoring capability. For this purpose, the shape-memory alloy according to the invention consists of (in wt.%) C: ≤ 1%, Mn: 30 - 40%, AI: 10 - 14%, Ni: 7 - 10%, Se: ≤ 0.1%, P: ≤ 0.1%, S: ≤ 0.3%, N: ≤ 0.1%, and a remainder of iron and unavoidable impurities, wherein the contents of Cr, Cu, Mo, Nb, Ti, V, Zn, and Co are to be added to the impurities with the proviso that the sum of the contents of the impurities ≤ 3%. A flat steel product produced from such an alloy has pseudo-elastic properties, a structure which consists of up to 60 percent by surface of ferrite immediately after the hot rolling process, and a total restoring capability (GR) of at least 35%. The invention likewise relates to a method for producing such a flat steel product.

Description

Formgedächtnislegierung, daraus hergestelltes Stahlflachprodukt mit pseudoelastischen Eigenschaften und Verfahren zur Herstellung eines solchen Stahlflachprodukts  Shape memory alloy, flat steel product made therefrom with pseudoelastic properties and method for producing such a flat steel product
Die Erfindung betrifft eine Formgedächtnislegierung, ein aus dieser The invention relates to a shape memory alloy, one of them
Formgedächtnislegierung hergestelltes Stahlflachprodukt mit pseudoelastischen Eigenschaften und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Shape memory alloy manufactured flat steel product with pseudo-elastic properties and a method for producing such
Stahlflachprodukts. Steel flat product.
Wenn nachfolgend von einem Stahlflachprodukt oder auch von einem If subsequently from a flat steel product or from one
„Blechprodukt“ die Rede ist, so sind damit Walzprodukte, wie Stahlbänder oder -bleche, gemeint, aus denen für die Herstellung von beispielsweise “Sheet metal product” is meant by this is meant rolled products, such as steel strips or sheets, from which for the manufacture of, for example
Karosseriebauteilen Zuschnitte oder Platinen abgeteilt werden. "Blechformteile" oder "Blechbauteile" der erfindungsgemäßen Art sind aus derartigen Stahlflach- oder Blechprodukten hergestellt, wobei hier die Begriffe "Blechformteil" und "Blechbauteil" synonym verwendet werden. Body components, blanks or blanks can be divided. "Sheet metal parts" or "sheet metal parts" of the type according to the invention are produced from such flat steel or sheet metal products, the terms "sheet metal part" and "sheet metal part" being used synonymously here.
Im vorliegenden Text sind, soweit nicht explizit etwas anderes angegeben ist, Angaben zu Legierungsbestandteilen stets in Gew.-% gemacht. Dabei sind Elemente, zu deren Gehalten jeweils nur eine Obergrenze angegeben ist, jeweils allenfalls optional vorhanden. Diese Elemente können auch in technisch unwirksamen Gehalten als unvermeidbare Verunreinigungen im Unless explicitly stated otherwise, the present text always provides information on alloy constituents in% by weight. Elements with an upper limit only are optionally available. These elements can also be in technically ineffective levels as inevitable impurities in the
erfindungsgemäßen Werkstoff vorhanden sein, so dass der jeweilige material according to the invention be present, so that the respective
Gehaltsbereich, zu dem nur eine Obergrenze angegeben ist, auch„0“ umfassen kann. Die Anteile von bestimmten Gefügebestandteilen am Gefüge eines Salary range for which only an upper limit is specified can also include "0". The proportions of certain structural components in the structure of a
Stahlflachprodukts sind dagegen in Flächen-% angegeben, soweit nichts anderes angegeben ist. Flat steel products, on the other hand, are given in% by area, unless stated otherwise.
Mechanische Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehnung, die hier berichtet werden, sind im Zugversuch gemäß DIN EN ISO 6892 - 1 :2009 ermittelt worden, soweit nicht ausdrücklich anders angegeben. Mechanical properties such as tensile strength, yield strength, elongation, which are reported here, were determined in the tensile test according to DIN EN ISO 6892 - 1: 2009, unless expressly stated otherwise.
Stahllegierungen, aus denen Stahlflachprodukte der hier in Rede stehenden Art bestehen, werden auch als„Formgedächtnislegierungen“ bezeichnet. Die aus ihnen gefertigten Stahlflachprodukte zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich in großem Umfang nach einer Verformung wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückverformen können. Steel alloys, from which flat steel products of the type in question are made, are also referred to as "shape memory alloys". The flat steel products made from them are characterized by the fact that they can largely revert to their original state after being deformed.
Die Besonderheit von Stählen mit pseudoelastischen Eigenschaften besteht dabei darin, dass im Zugversuch ihre Verformung nach Entlastung von der Versuchskraft nicht linear abläuft, wie dies bei konventionellen Stählen bei einer Verformung im elastischen Bereich der Fall ist, sondern dass sie sich nach einer Entlastung nicht-linear rückverformen. The peculiarity of steels with pseudo-elastic properties is that in the tensile test their deformation after unloading does not take place linearly from the test force, as is the case with conventional steels with a deformation in the elastic range, but that they do not linear after unloading reshape.
Aus der EP 2 489 753 A1 ist eine Formgedächtnislegierung bekannt, die 25 - 42 Atom-% Mn, 12 - 18 Atom-% AI und 5 - 12 Atom-% Ni, sowie optional Gehalte von jeweils 0,1 - 5 Atom-% an Si, Ti, V, Cr, Co, Cu, Mo, W und ebenso optional Gehalte von jeweils 0,001 - 1 Atom-% B, C, Rest Fe und unvermeidbare A shape memory alloy is known from EP 2 489 753 A1, which contains 25-42 atomic% Mn, 12-18 atomic% Al and 5-12 atomic% Ni, and optionally contents of 0.1-5 atomic% each. on Si, Ti, V, Cr, Co, Cu, Mo, W and also optional contents of 0.001 - 1 atomic% B, C, rest Fe and unavoidable
Verunreinigungen enthält. Diese Formgedächtnislegierung wird zu Draht geformt, der einem Lösungsglühen bei 1100 - 1300 °C mit einer Contains impurities. This shape memory alloy is formed into wire, which is solution annealed at 1100 - 1300 ° C with a
anschließenden Alterungsbehandlung bei 100 - 350 °C unterzogen wird. Subsequent aging treatment at 100 - 350 ° C is subjected.
Eine weitere Formgedächtnislegierung ist in der WO 2018/0477487 A1 beschrieben. Diese Formgedächtnislegierung besteht aus 25 - 42 Atom-% Mn,Another shape memory alloy is described in WO 2018/0477487 A1. This shape memory alloy consists of 25 - 42 atomic% Mn,
9 - 13 Atom-% AI, 5 - 12 Atom-% Ni, 5,1 - 15 Atom-% Cr, sowie optional jeweils 0,1 - 5 Atom-% Si, Ti, V, Co, Cu, Mo oder W und ebenso optional jeweils 0,001 - 1 Atom-% B und C, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei der Gesamtgehalt der optional anwesenden Legierungselemente bis zu 15 Atom-% betragen kann. Der Stahl wird bei 1500 - 1600 °C vergossen und anschließend bei einer Temperatur von etwa 1200 °C heißverformt, wobei die Verformungsrate 87 % oder mehr beträgt. Anschließend kann der Stahl eine Kaltverformung durchlaufen, bei der er mit einer Umformrate von mindestens 30 % kaltverformt wird. Als typische Produkte sind auch hier Draht und dünne Folien genannt, die durch Kaltverformung erhalten werden können. Andere Verarbeitungsmöglichkeiten sind die Erzeugung von Bauteilen durch Sintern von aus der bekannten Legierung erzeugtem Legierungspulver oder die 9 - 13 atom% AI, 5 - 12 atom% Ni, 5.1 - 15 atom% Cr, and optionally 0.1 - 5 atom% Si, Ti, V, Co, Cu, Mo or W and also optionally 0.001 each - 1 atomic% B and C, remainder iron and unavoidable impurities, the total content of the optionally present alloy elements can be up to 15 atomic%. The steel is cast at 1500 - 1600 ° C and then thermoformed at a temperature of about 1200 ° C, the rate of deformation being 87% or more. The steel can then undergo cold forming, in which it is cold worked at a rate of at least 30%. Typical products here are wire and thin foils, which can be obtained by cold working. Other processing options are the production of components by sintering alloy powder produced from the known alloy or the
Erzeugung von dünnen Beschichtungen, die durch geeignete Production of thin coatings by appropriate
Bedampfungsverfahren auf eine Oberfläche aufgebracht werden. Dabei durchläuft auch hier der Stahl eine Lösungsglühbehandlung, bei der er auf 1100 - 1300 °C, insbesondere 1200 -1250 °C, über eine Dauer von 1 - 60 min gehalten wird. Anschließend erfolgt eine Abschreckung bei mindestens 200 K/s, insbesondere 500 K/s oder mehr. Anschließend wird der Stahl einer Evaporation processes are applied to a surface. Here, too, the steel undergoes a solution treatment, in which it is kept at 1100-1300 ° C, in particular 1200-1250 ° C, for a period of 1-60 minutes. Quenching is then carried out at at least 200 K / s, in particular 500 K / s or more. Then the steel becomes one
Alterungsbehandlung bei 100 - 350 °C, insbesondere 150 - 250 °C, über mindestens 5 min bis 24 Stunden unterzogen, um den Formgedächtniseffekt zu verstärken. Aging treatment at 100 - 350 ° C, especially 150 - 250 ° C, for at least 5 minutes to 24 hours to increase the shape memory effect.
Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik hat sich die Aufgabe gestellt, eine Formgedächtnislegierung anzugeben, die es erlaubt, mit gegenüber dem Stand der Technik vermindertem Aufwand ein Stahlflachprodukt zu erzeugen, das ein hohes Rückformvermögen besitzt und dabei mit gegenüber dem Stand der Technik vermindertem Aufwand herstellbar ist. Against the background of the prior art explained above, the task has been to specify a shape memory alloy which allows a flat steel product to be produced with less effort compared to the prior art, which has a high reshaping capacity and at the same time with less than the prior art Effort can be produced.
Darüber hinaus sollten ein Stahlflachprodukt mit pseudoelastischen In addition, a flat steel product with pseudoelastic should
Eigenschaften und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Properties and a method for producing such
Stahlflachprodukts angegeben werden. Die Erfindung hat diese Aufgabe in Bezug auf die Formgedächtnislegierung durch die in Anspruch 1 angegebene Legierungsvorschrift gelöst. Steel flat product can be specified. The invention has achieved this object in relation to the shape memory alloy by means of the alloy specification specified in claim 1.
Ein die voranstehend genannte Aufgabe erfindungsgemäß lösendes A solution to the above object according to the invention
Stahlflachprodukt besteht aus einer erfindungsgemäßen Flat steel product consists of an inventive
Formgedächtnislegierung und weist mindestens die in Anspruch 6 Shape memory alloy and has at least that in claim 6
angegebenen Merkmale auf. specified features.
In Bezug auf das Verfahren hat die Erfindung die voranstehend genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts mindestens die in Anspruch 9 angegebenen With regard to the method, the invention has achieved the above-mentioned object in that at least those specified in claim 9 are used in the manufacture of a flat steel product according to the invention
Verfahrensschritte durchlaufen werden. Dabei versteht es sich von selbst, dass die hier nicht erwähnten, für den Fachmann bei der Erzeugung von Procedural steps are run through. It goes without saying that those not mentioned here for the person skilled in the art when generating
Stahlflachprodukten der hier in Rede stehenden Art üblicherweise absolvierten Verfahrensschritte auch beim erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich durchgeführt werden, wenn hierzu der Bedarf besteht. Flat steel products of the type in question here usually completed process steps can also be carried out in the method according to the invention if there is a need for this.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden wie der allgemeine Erfindungsgedanke nachfolgend im Einzelnen erläutert. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims and, like the general inventive concept, are explained in detail below.
Eine erfindungsgemäße Formgedächtnislegierung besteht somit aus (in Gew.-%) A shape memory alloy according to the invention thus consists of (in% by weight)
C: < 1 % C: <1%
Mn: 30 - 40 %  Mn: 30 - 40%
AI: 10 - 14 %  AI: 10 - 14%
Ni: 7 - 10 %  Ni: 7 - 10%
Se: 0,001 - 0,1 %  Se: 0.001 - 0.1%
P < 0,1 %  P <0.1%
S < 0,3 %  S <0.3%
N < 0,1 % Rest Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei Gehalte an Cr, Cu, Mo, Nb, Ti, V, Zn und Co den Verunreinigungen zuzurechnen sind mit der Maßgabe, dass die Summe der Gehalte der Verunreinigungen < 3 % ist. N <0.1% Remainder iron and unavoidable impurities, with contents of Cr, Cu, Mo, Nb, Ti, V, Zn and Co being assigned to the impurities, with the proviso that the sum of the contents of the impurities is <3%.
Ein erfindungsgemäßes Stahlflachprodukt mit pseudoelastischen Eigenschaften ist demgemäß, A flat steel product according to the invention with pseudoelastic properties is accordingly
- aus einer gemäß einem der voranstehenden Ansprüche legierten  - From an alloyed according to one of the preceding claims
Formgedächtnislegierung hergestellt,  Shape memory alloy manufactured,
und weist and points
- direkt nach dem Warmwalzen ein Gefüge auf, das zu mindestens  - immediately after hot rolling, a structure that at least
60 Flächen-% aus Ferrit und als Rest aus sonstigen Gefügebestandteilen besteht, zu denen Martensit oder Austenit zählen und die Ausscheidungen umfassen können,  60% by area consists of ferrite and the remainder consists of other structural components, which include martensite or austenite and which can include precipitations,
sowie such as
- ein Gesamtrückformvermögen GR von mindestens 35 %  - a total recovery capacity GR of at least 35%
auf. on.
Ein erfindungsgemäßes Stahlflachprodukt ist somit aus einer erfindungsgemäß zusammengesetzten Formgedächtnislegierung hergestellt und weist A flat steel product according to the invention is thus produced and has a shape memory alloy composed according to the invention
pseudoelastische Eigenschaften auf, die durch ein Gesamtrückformvermögen GR von mindestens 35 %, insbesondere mindestens 45 %, gekennzeichnet sind. Das Gesamtrückstellvermögen GR wird dabei gemäß der Formel pseudo-elastic properties, which are characterized by a total reshaping capacity GR of at least 35%, in particular at least 45%. The total resilience GR is calculated according to the formula
GR— (emax £r)/smax X 100 % bestimmt, in der mit 8max die maximale Vordehnung und mit eG die nach einer maximalen Dehnung im Stahlflachprodukt verbleibende Restdehnung bezeichnet sind. smax und eG werden gemäß DIN EN ISO 6892-1 :2017 A224 ermittelt. Diese Eigenschaftskombination wird dadurch erreicht, dass das Gefüge des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts im warmgewalzten Zustand, d.h. direkt nach dem Warmwalzen ohne weitere Wärmebehandlung, ein Gefüge aufweist, das zu mindestens 60 Flächen-% aus Ferrit und als Rest aus sonstigen GR— (e m ax £ r ) / s m ax X 100%, in which 8 max denotes the maximum pre-stretch and e G the residual stretch remaining after a maximum stretch in the flat steel product. s max and e G are determined according to DIN EN ISO 6892-1: 2017 A224. This combination of properties is achieved in that the structure of the flat steel product according to the invention in the hot-rolled state, ie directly after hot rolling without further heat treatment, has a structure which consists of at least 60 area% of ferrite and the rest of others
Gefügebestandteilen besteht, zu denen bis zu 15 Flächen-% Martensit und/oder bis zu 25 Flächen-% Austenit und optional durch die jeweils vorhandenen Legierungselemente des Stahls, aus dem das Stahlflachprodukt besteht, gebildete Ausscheidungen, wie NiAl oder Selenide, und die herstellungsbedingt unvermeidbaren sonstigen Gefügebestandteile gehören. Structural components exist, for which up to 15 area% martensite and / or up to 25 area% austenite and optionally formed by the respective alloy elements of the steel from which the steel flat product is made, precipitates, such as NiAl or selenide, and the production-related unavoidable other structural components.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass durch die Wahl geeignet hoher Al-Gehalte und die gezielte Zugabe von Se als Ausscheidungsbildner die Ausprägung des Gefüges eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts so beeinflusst werden kann, dass ein hohes Rückstellvermögen, d.h. optimierte pseudoelastische Eigenschaften schon bei gegenüber dem Stand der Technik deutlich verminderten Glühtemperaturen erreicht werden können. The invention is based on the knowledge that the choice of suitably high Al contents and the targeted addition of Se as a precipitator can influence the structure of a flat steel product according to the invention in such a way that a high resilience, i.e. optimized pseudo-elastic properties can be achieved even at significantly reduced annealing temperatures compared to the prior art.
Zu diesem Zweck sind die Bestandteile der Formgedächtnisiegierung, aus der ein erfindungsgemäßes Stahiflachprodukt besteht, und ihre Gehalte wie folgt gewählt worden: For this purpose, the components of the shape memory alloy, from which a flat steel product according to the invention consists, and their contents have been selected as follows:
Mangan (Mn) ist in der erfindungsgemäßen Formgedächtnislegierung in Manganese (Mn) is in the shape memory alloy according to the invention in
Gehalten von 30 - 40 % vorhanden, um die kubisch flächenzentrierte Phase zu stabilisieren. Dabei tritt dieser Effekt besonders sicher bei Mn-Gehalten von mindestens 32 Gew.-% ein. Bei Gehalten oberhalb von 40 % würde die kubisch flächenzentrierte Phase zu sehr stabilisiert und der pseudoelastische Effekt nicht auftreten. Dieser negative Einfluss kann dadurch besonders sicher vermieden werden, dass der Mn-Gehalt auf höchstens 37 Gew.-% beschränkt wird. Contained from 30 - 40% to stabilize the face centered cubic phase. This effect occurs particularly reliably with Mn contents of at least 32% by weight. At levels above 40%, the face-centered cubic phase would be stabilized too much and the pseudo-elastic effect would not occur. This negative influence can be avoided particularly safely by limiting the Mn content to a maximum of 37% by weight.
Aluminium (AI) ist in der erfindungsgemäßen Formgedächtnislegierung in Gehalten von 10 - 14 % vorhanden, um die Phasenrückwandlung vom Ferrit in den Austenit und damit die Ausprägung der angestrebten Pseudoelastizität während der zur Einstellung dieser Eigenschaft durchlaufenen Aluminum (AI) is present in the shape memory alloy according to the invention in contents of 10-14% in order to convert the phase from ferrite into the austenite and thus the expression of the desired pseudo-elasticity during the one that was passed to set this property
Wärmebehandlung (Arbeitsschritt i) des erfindungsgemäßen Verfahrens) zu unterstützen. Gleichzeitig führt ein derart hoher Al-Gehalt zu einer Reduzierung der Dichte und damit einhergehend des Gewichts der erfindungsgemäßen Formgedächtnislegierung und eines daraus erzeugten erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts. Auch trägt ein erfindungsgemäß hoher Al-Gehalt zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit insbesondere bei To support heat treatment (step i) of the method according to the invention). At the same time, such a high Al content leads to a reduction in the density and thus in the weight of the shape memory alloy according to the invention and a steel flat product according to the invention produced therefrom. A high Al content according to the invention also contributes in particular to improving the corrosion resistance
Hochtemperatureinsätzen bei und wirkt sich im besonderen Maße günstig im Hinblick auf eine Absenkung der im Arbeitsschritt i) des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Glühtemperatur aus. Al-Gehalte oberhalb von Use at high temperatures and has a particularly favorable effect in terms of lowering the annealing temperature required in step i) of the method according to the invention. Al levels above
14 Gew.-% würden den Anteil an kubisch flächenzentrierten Phasen stark reduzieren, sodass keine Phasenumwandlung zwischen Austenit und Ferrit möglich ist. Dieser negative Einfluss kann dadurch besonders sicher vermieden werden, dass der Al-Gehalt auf höchstens 12 Gew.-% beschränkt wird. 14% by weight would greatly reduce the proportion of face-centered cubic phases, so that no phase transformation between austenite and ferrite is possible. This negative influence can be avoided particularly safely by limiting the Al content to a maximum of 12% by weight.
Nickel (Ni) ist in der erfindungsgemäßen Formgedächtnislegierung in Gehalten von 7 - 10 Gew.-% vorhanden, um den pseudoelastischen Effekt durch Nickel (Ni) is present in the shape memory alloy according to the invention in contents of 7-10% by weight in order to reduce the pseudoelastic effect
Stabilisierung der kubisch flächenzentrierten Phase sowie durch Ausbildung von NiAI-Ausscheidungen zu fördern. Dabei tritt dieser Effekt besonders sicher bei Ni-Gehalten von mindestens 8 Gew.-% ein. Gehalte oberhalb von 10 Gew.- % würden die Stabilität der kubisch raumzentrierten Phase beeinträchtigen und so den pseudoelastischen Effekt behindern. Dieser negative Einfluss kann dadurch besonders sicher vermieden werden, dass der Ni-Gehalt auf höchstens 9 Gew.-% beschränkt wird. To promote the stabilization of the face-centered cubic phase as well as the formation of NiAI precipitates. This effect occurs particularly reliably with Ni contents of at least 8% by weight. Levels above 10% by weight would impair the stability of the body-centered cubic phase and thus hinder the pseudo-elastic effect. This negative influence can be avoided particularly safely by limiting the Ni content to a maximum of 9% by weight.
Eine besondere Bedeutung für die pseudoelastischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Formgedächtnislegierung und eines daraus erzeugten erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts hat auch die erfindungsgemäß gezielt vorgenommene Zugabe von Selen (Se) in Gehalten von 0,001 - 0,1 Gew.-%, insbesondere 0,001 - 0,01 Gew.-%. Se bildet Ausscheidungen mit Mangan (MnSe), die das Entstehen von Versetzungen im Gefüge des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts verhindern. Dadurch wird die Of particular importance for the pseudoelastic properties of the shape memory alloy according to the invention and a flat steel product according to the invention produced therefrom is also the addition of selenium (Se) in a targeted manner according to the invention in contents of 0.001-0.1% by weight, in particular 0.001-0.01% by weight. %. Se forms precipitates with manganese (MnSe), which prevents dislocations from forming in the Prevent steel flat product according to the invention. This will make the
Reversibilität der Umwandlung vom Austenit in den Ferrit begünstigt, zu der es im Zuge der bei seiner Erzeugung durchlaufenen Abkühlung des Reversibility of the transformation from austenite to ferrite favors, to which it is due to the cooling of the
Stahlflachprodukts von der Glühtemperatur kommt, auf der es während der abschließenden Wärmebehandlung (Arbeitsschritt i) des erfindungsgemäßen Verfahrens) gehalten wird. Die Anwesenheit von Se trägt damit entscheidend zur Ausprägung eines Gefüges bei, welches die Basis für eine optimierte Pseudoelastizität des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts bildet. Flat steel product comes from the annealing temperature at which it is kept during the final heat treatment (step i) of the method according to the invention). The presence of Se thus makes a decisive contribution to the formation of a structure which forms the basis for an optimized pseudoelasticity of the flat steel product according to the invention.
Phosphor (P), Schwefel (S) und Stickstoff (N) sind unerwünschte Phosphorus (P), sulfur (S) and nitrogen (N) are undesirable
Begleitelemente, die bei höheren Gehalten die Eigenschaften der Accompanying elements which, at higher levels, have the properties of
erfindungsgemäßen Formgedächtnislegierung und eines daraus erzeugten erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts verschlechtern würden. Daher ist der P- Gehalt eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts auf höchstens 0,1 Gew.- %, insbesondere höchstens 0,006 Gew.-%, der Gehalt an S auf höchstens 0,3 Gew.-%, insbesondere höchstens 0,007 Gew.-%, und der Gehalt an N auf höchstens 0,1 Gew.-%, insbesondere höchstens 0,04 Gew.-%, beschränkt. shape memory alloy according to the invention and a flat steel product according to the invention produced therefrom would deteriorate. Therefore, the P content of a flat steel product according to the invention is at most 0.1% by weight, in particular at most 0.006% by weight, the S content is at most 0.3% by weight, in particular at most 0.007% by weight, and the N content is limited to at most 0.1% by weight, in particular at most 0.04% by weight.
Der Gehalt an Kohlenstoff (C) ist in der erfindungsgemäßen The content of carbon (C) is in the invention
Formgedächtnislegierung auf höchstens 1 Gew.-% beschränkt, wobei niedrige C-Gehalte bevorzugt sind, um die Bildung von Kappa-Karbide zu vermeiden, welche dazu beitragen würden, die Sprödigkeit der Legierung zu erhöhen. Besonders bevorzug sind deshalb C-Gehalte von höchstens 0,5 Gew.-%, insbesondere höchstens 0,1 Gew.-%, wobei bei C-Gehalten von höchstens 0,05 Gew.-% die negativen Einflüsse von C besonders sicher vermieden werden können. Shape memory alloy limited to at most 1% by weight with low C contents preferred to avoid the formation of kappa carbides which would help increase the brittleness of the alloy. Therefore, C contents of at most 0.5% by weight, in particular at most 0.1% by weight, are particularly preferred, the negative influences of C being avoided particularly reliably at C contents of at most 0.05% by weight can.
Eisen und die herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen füllen den jeweiligen Rest der erfindungsgemäßen Formgedächtnislegierung auf. Zu den Verunreinigungen können in Bezug auf die Eigenschaften eines Iron and the impurities that are unavoidable in production fill up the respective rest of the shape memory alloy according to the invention. The impurities can be related to the properties of a
erfindungsgemäßen Stahlflach produkts technisch unwirksame Gehalte an Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Niob (Nb), Titan (Ti), Vanadium (V), Zink (Zn), Kobalt (Co) gehören, wobei die Summe der Gehalte an Verunreinigungen nicht mehr als 3 Gew.-% betragen soll. Flat steel product according to the invention technically ineffective contents of chromium (Cr), copper (Cu), molybdenum (Mo), niobium (Nb), titanium (Ti), vanadium (V), Zinc (Zn), cobalt (Co) belong, the sum of the contents of impurities should not be more than 3% by weight.
Schon nach dem Warmwalzen besteht das Gefüge des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts zu mindestens 60 Flächen-% aus Ferrit. Durch die Even after hot rolling, the structure of the flat steel product according to the invention consists of at least 60 area% ferrite. Through the
abschließende Glühbehandlung (Arbeitsschritt i) des erfindungsgemäßen Verfahrens) kann der Anteil des Ferrits am Gefüge des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts auf mindestens 80 Flächen-% gesteigert werden. final annealing treatment (step i) of the method according to the invention), the proportion of ferrite in the structure of the steel flat product according to the invention can be increased to at least 80% by area.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäß beschaffenen Stahlflachprodukts mit pseudoelastischen Eigenschaften, umfasst mindestens folgende Arbeitsschritte: A method according to the invention for producing a flat steel product according to the invention with pseudoelastic properties comprises at least the following steps:
a) Erschmelzen einer Schmelze einer erfindungsgemäß zusammengesetzten Formgedächtnislegierung; b) Vergießen der Schmelze zu einer Bramme, Dünnbramme oder Block, wobei die Abgusstemperatur 1400 - 1500 °C beträgt; c) Durcherwärmen der Bramme, Dünnbramme oder des Blocks auf eine a) melting a melt of a shape memory alloy composed according to the invention; b) pouring the melt into a slab, thin slab or block, the casting temperature being 1400-1500 ° C; c) heating the slab, thin slab or block to one
1200 - 1300 °C betragende Vorerwärmungstemperatur; d) Warmwalzen der Bramme oder Dünnbramme oder des Blocks zu einem warmgewalzten Stahlflachprodukt, wobei die Warmwalzendtemperatur 850 - 1050 °C beträgt; e) Abkühlen des warmgewalzten Stahlflachprodukts mit einer  1200 - 1300 ° C preheating temperature; d) hot rolling the slab or thin slab or ingot to a hot rolled flat steel product, the hot rolling end temperature being 850-1050 ° C; e) cooling the hot-rolled flat steel product with a
Abkühlungsgeschwindigkeit nicht höher als 1000 K/s auf eine  Cooling rate not higher than 1000 K / s to one
Zieltemperatur von höchstens 800 °C; f) optional Haspeln des auf die Zieltemperatur abgekühlten warmgewalzten Stahlflachprodukts; g) optional: Glühen des warmgewalzten Stahlflachprodukts bei einer Target temperature of at most 800 ° C; f) optionally coiling the hot-rolled flat steel product cooled to the target temperature; g) optional: annealing the hot-rolled flat steel product at a
700 - 1050 °C betragenden Glühtemperatur über eine Glühdauer von 50 - 130 min; h) optional: Kaltwalzen des warmgewalzten Stahlflachprodukts zu einem  700 - 1050 ° C annealing temperature over an annealing time of 50 - 130 min; h) optional: cold rolling the hot-rolled flat steel product into one
kaltgewalzten Stahlflachprodukt; i) Wärmebehandeln des warm- oder kaltgewalzten Stahlflachprodukts bei einer Glühtemperatur von 700 - 1050 °C über eine Glühdauer von 5 - 240 min mit anschließender Abkühlung auf Raumtemperatur.  cold rolled flat steel product; i) heat-treating the hot or cold-rolled flat steel product at an annealing temperature of 700-1050 ° C over an annealing period of 5-240 min with subsequent cooling to room temperature.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Stahlflachprodukts mit pseudoelastischen Eigenschaften geht von einer in der voranstehend The method according to the invention for producing a flat steel product with pseudoelastic properties is based on one of the above
erläuterten Weise zusammengesetzten Schmelze (Arbeitsschritt a)) aus, die in konventioneller Weise zu Brammen oder Dünnbrammen oder Blöcken explained way composed melt (work step a)), which in a conventional manner to slabs or thin slabs or blocks
(Arbeitsschritt b)) vergossen wird, wobei die Abgusstemperatur 1400 - 1500 °C beträgt. (Step b)) is poured, the casting temperature being 1400-1500 ° C.
Die Brammen oder Dünnbrammen oder Blöcke werden dann jeweils auf eine 1200 - 1300 °C betragende Vorerwärmungstemperatur durcherwärmt, um die Brammen vor dem Warmwalzen zu homogenisieren und den Walzwiderstand zu senken. Die derart vorerwärmten Brammen oder Dünnbrammen oder Blöcke werden in konventioneller Weise zu einem warmgewalzten Stahlflachprodukt warmgewalzt, wobei die Warmwalzendtemperatur 850 - 1050 °C beträgt, um den Walzwiderstand zu minimieren. Die Dicke des warmgewalzten The slabs or thin slabs or blocks are then each heated through to a preheating temperature of 1200-1300 ° C in order to homogenize the slabs before hot rolling and to reduce the rolling resistance. The pre-heated slabs or thin slabs or blocks are conventionally hot-rolled into a hot-rolled flat steel product, the hot-rolling end temperature being 850-1050 ° C. in order to minimize the rolling resistance. The thickness of the hot rolled
Stahlflachprodukts liegt typischerweise bei 2 - 5 mm. Flat steel products are typically 2 - 5 mm.
Nach dem Ende des Warmwalzens wird das warmgewalzte Stahiflachprodukt mit einer Abkühlgeschwindigkeit nicht höher als 1000 °C/s mit Luft oder Wasser abgekühlt, wobei praxisgerechte Abkühlgeschwindigkeiten, die beispielsweise bei einer Wasserkühlung erreicht werden, bei bis zu 200 °C/s, insbesondere bis zu 100 °C/s oder bis zu 50 °C/s, betragen. Abhängig von der Art und Weise der Weiterverarbeitung reicht die Zieltemperatur der Abkühlung von der After hot rolling has ended, the hot-rolled flat steel product is cooled with air or water at a cooling rate of no higher than 1000 ° C / s, with practical cooling speeds, which are achieved, for example, with water cooling, at up to 200 ° C / s, in particular up to 100 ° C / s or up to 50 ° C / s. Depending on the way of Further processing ranges from the target temperature of cooling
Raumtemperatur bis 800 °C. Room temperature up to 800 ° C.
Optional kann das erhaltene Warmband nach Erreichen der Zieltemperatur zu einem Coil gewickelt werden, bevor es der Weiterverarbeitung zugeführt wird. Die Zieltemperatur beträgt im Fall, dass ein Wickeln zum Coil durchgeführt wird, bevorzugt 400 - 800 °C. Wird dagegen kein Haspeln durchgeführt, wie es beispielsweise dann der Fall ist, wenn das Warmband als Grobblech verarbeitet wird, kann die Zieltemperatur der Abkühlung auch die Raumtemperatur sein. Optionally, the hot strip obtained can be wound into a coil after reaching the target temperature before it is sent for further processing. In the event that winding to the coil is carried out, the target temperature is preferably 400-800 ° C. If, on the other hand, no coiling is carried out, as is the case, for example, when the hot strip is processed as heavy plate, the target temperature of the cooling can also be the room temperature.
Ebenso optional kann das warmgewalzte Stahlflachprodukt nach dem Abkühlen bei einer 700 - 1050 °C betragenden Glühtemperatur zwischengeglüht werden. Dies dient der Erhöhung der Verformbarkeit des warmgewalzten The hot-rolled flat steel product can also be optionally annealed after cooling at an annealing temperature of 700 - 1050 ° C. This serves to increase the ductility of the hot-rolled
Stahlflachprodukts bei Raumtemperatur. Die Glühdauer, über die das Steel flat product at room temperature. The glow duration over which the
Stahlflachprodukt bei der genannten Glühtemperatur gehalten wird, beträgt typischerweise 50 - 130 min. Flat steel product is kept at the annealing temperature mentioned, is typically 50-130 min.
Gleichfalls optional kann das warmgewalzte Stahlflachprodukt in konventioneller Weise zu einem kaltgewalzten Stahlflachprodukt kaltgewalzt werden. Typische Dicken des dabei erhaltenen kaltgewalzten Stahlflachprodukts liegen bei 0,5 - 1 ,5 mm. Likewise optionally, the hot-rolled flat steel product can be cold-rolled in a conventional manner to a cold-rolled flat steel product. Typical thicknesses of the cold-rolled flat steel product obtained are 0.5-1.5 mm.
Entscheidend für die pseudoelastischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts ist die Wärmebehandlung (Arbeitsschritt i)), bei der das jeweils warm- oder kaltgewalzte Stahlflachprodukt bei einer Glühtemperatur von 700 - 1050 °C über eine Glühdauer von 5 - 240 min, insbesondere 10 - 60 min, mit anschließender Abkühlung auf Raumtemperatur geglüht wird. Bei der Glühung wird das Gefüge homogener und es entstehen feine Ausscheidungen, die den pseudoelastischen Effekt unterstützen, beispielsweise NiAI-B2- Ausscheidungen. Überraschend hat sich hier gezeigt, dass aufgrund der erfindungsgemäß ausgewählten Zusammensetzung des Stahls, aus dem ein erfindungsgemäßes Stahlflachprodukt besteht, die Glühtemperatur um mindestens 200 °C geringer sein kann als die im Stand der Technik Crucial for the pseudoelastic properties of the flat steel product according to the invention is the heat treatment (work step i)), in which the hot or cold-rolled flat steel product in each case at an annealing temperature of 700-1050 ° C. over an annealing time of 5-240 min, in particular 10-60 min, is then annealed to room temperature. During annealing, the structure becomes more homogeneous and fine precipitates are created that support the pseudo-elastic effect, for example NiAI-B2 precipitates. Surprisingly, it has been shown here that due to the composition of the steel selected according to the invention, from which a flat steel product according to the invention is made, the annealing temperature is around can be at least 200 ° C lower than that in the prior art
üblicherweise gewählte Temperatur. Usually chosen temperature.
Bedeutung für die pseudoelastischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Formgedächtnislegierung und eines daraus erzeugten erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts hat auch die erfindungsgemäß gezielt vorgenommene Zugabe von Selen (Se) in Gehalten von 0,001 - 0,1 Gew.-%, insbesondere 0,001 - 0,01 Gew.-%. Selen bildet Ausscheidungen mit Mangan (MnSe), die das Entstehen von Versetzungen im Gefüge des erfindungsgemäßen The addition of selenium (Se) in a content of 0.001-0.1% by weight, in particular 0.001-0.01% by weight, is also important for the pseudo-elastic properties of the shape memory alloy according to the invention and of a flat steel product according to the invention produced therefrom. Selenium forms precipitates with manganese (MnSe), which causes dislocations to develop in the structure of the invention
Stahlflachprodukts verhindern. Dadurch wird die Reversibilität der Umwandlung vom Austenit in den Ferrit begünstigt, zu der es im Zuge der bei seiner Prevent steel flat product. This favors the reversibility of the transformation from austenite to ferrite, to which it is associated in the course of its
Erzeugung durchlaufenen Abkühlung des Stahlflachprodukts von der Generation continuous cooling of the flat steel product from the
Glühtemperatur kommt, auf der es während der abschließenden Annealing temperature comes on during the final
Wärmebehandlung (Arbeitsschritt i) des erfindungsgemäßen Verfahrens) gehalten wird. Die Anwesenheit von Se trägt damit entscheidend zur Heat treatment (step i) of the inventive method) is held. The presence of Se therefore makes a decisive contribution
Ausprägung eines Gefüges bei, welches die Basis für eine optimierte Characterization of a structure, which is the basis for an optimized
Pseudoelastizität des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts bildet. Forms pseudo-elasticity of the flat steel product according to the invention.
Die Wirkung der Wärmebehandlung (Arbeitsschritt i)) kann dadurch gesteigert werden, dass die Wärmebehandlung des warm- oder kaltgewalzten The effect of the heat treatment (step i)) can be increased in that the heat treatment of the hot or cold rolled
Stahlflachprodukts (Arbeitsschritt i)) mindestens zwei-, insbesondere mindestens fünfmal wiederholt wird. Durch die Wiederholung lässt sich ein homogeneres Gefüge einstellen. So gelingt es zuverlässig, im Flat steel product (work step i)) is repeated at least two, in particular at least five times. The repetition enables a more homogeneous structure to be set. So it works reliably in
erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt ein Gefüge zu erzeugen, das zu mindestens 80 Flächen-% aus Ferrit besteht und ein optimales To produce flat steel product according to the invention a structure which consists of at least 80 area% of ferrite and an optimal
Rückformvermögen des Stahlflach produkts gewährleistet. Indem das warm- oder kaltgewalzte Stahlflachprodukt zwischen jeder Wiederholung der Resilience of the flat steel product guaranteed. By placing the hot or cold rolled flat steel product between each repetition of the
Wärmebehandlung (Arbeitsschritt i)) an Luft auf Raumtemperatur und nach Abschluss der letzten Wiederholung mit Wasser beschleunigt abgekühlt wird, wird das Gefüge homogener. Die Abkühlung nach der letzten Wiederholung erfolgt schneller, damit keine neuen Phasen während der Abkühlung gebildet werden und die entstehenden NiAI-Ausscheid ungen fein und rund ausgeschieden werden, um eine hohe Pseudoelastizität zu erzielen. Dabei ergeben sich optimale Wirkungen der Wärmebehandlung, wenn Heat treatment (work step i)) in air is cooled to room temperature and after the last repetition is accelerated with water, the structure becomes more homogeneous. Cooling down after the last repetition is faster so that no new phases are formed during the cooling down and the resulting NiAI precipitates are fine and round are excreted to achieve a high pseudo-elasticity. This results in optimal effects of the heat treatment if
Glühtemperaturen von 750 - 950 °C gewählt werden und die Glühdauer bei der Wärmebehandlung (Arbeitsschritt i)) 10 - 60 min beträgt. Annealing temperatures of 750 - 950 ° C can be selected and the annealing time for heat treatment (work step i)) is 10 - 60 min.
Die Wirkung der Wärmebehandlung (Arbeitsschritt i)) kann auch dadurch gesteigert werden, dass das warm- oder kaltgewalzte Stahlflachprodukt nach der Wärmebehandlung (Arbeitsschritt i)) eine Anlassbehandlung durchläuft, bei der es über eine Anlassdauer von 30 - 720 min bei einer Anlasstemperatur von 150 - 350 °C gehalten wird, bevorzugt 150 - 250 °C über 60 - 180 min. Hierbei bilden sich weitere feine NiAI-Ausscheidungen, die den pseudoelastischen Effekt unterstützenden. The effect of the heat treatment (step i)) can also be increased in that the hot or cold-rolled flat steel product undergoes a tempering treatment after the heat treatment (step i)), in which it lasts for a duration of 30-720 min at a tempering temperature of 150 - 350 ° C is maintained, preferably 150 - 250 ° C over 60 - 180 min. This creates further fine NiAI precipitates that support the pseudo-elastic effect.
Die Glühung im Arbeitsschritt i) sowie die optional abschließend durchgeführte Anlassbehandlung kann dabei unter einer inerten oder Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden, um eine übermäßige Zunderbildung an den Oberflächen des jeweiligen Stahlflachprodukts zu vermeiden. Darüber hinaus dient eine solche Atmosphäre der Vermeidung von unerwünschten Aluminiumoxiden (AlOx), welche die Legierung spröde machen würden. The annealing in work step i) and the annealing treatment optionally carried out finally can be carried out under an inert or protective gas atmosphere in order to avoid excessive scaling on the surfaces of the respective flat steel product. In addition, such an atmosphere serves to avoid unwanted aluminum oxides (AlOx), which would make the alloy brittle.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. The invention is explained below using exemplary embodiments.
Zum Nachweis der Wirkung der Erfindung sind drei Schmelzen A - C To demonstrate the effect of the invention, three melts A - C
erschmolzen worden, deren Vollanalysen in Tabelle 1 angegeben sind. were melted, the full analyzes are given in Table 1.
Die Schmelzen A - C sind als Blöcke vergossen worden, die anschließend über eine Vorwärmdauer Vt auf eine Vorwärmtemperatur VT durcherwärmt worden sind. The melts A - C have been cast as blocks which have subsequently been heated to a preheating temperature VT over a preheating period Vt.
Die so vorerwärmten Blöcke sind jeweils in konventioneller Weise zu The blocks preheated in this way are closed in a conventional manner
warmgewalztem Stahlband mit einer Dicke DW warmgewalzt worden, wobei das Warmwalzen bei einer Warmwalzendtemperatur WET beendet worden ist. Das aus der Warmwalzstraße austretende warmgewalzte Stahlband ist jeweils mit einem Abkühlmedium AM auf Raumtemperatur abgekühlt worden. hot-rolled steel strip with a thickness DW has been hot-rolled, the hot-rolling having ended at a hot-rolling end temperature WET. The hot-rolled steel strip emerging from the hot rolling mill has in each case been cooled to room temperature with a cooling medium AM.
Nach der Abkühlung auf Raumtemperatur sind die warmgewalzten Stahlbänder einer Glühung über eine Glühdauer Gt1 bei einer Glühtemperatur GT1 unterzogen und anschließend mit einem Abkühlmedium AM1 auf After cooling to room temperature, the hot-rolled steel strips are subjected to an annealing for an annealing time Gt1 at an annealing temperature GT1 and then with a cooling medium AM1
Raumtemperatur abgekühlt worden. Room temperature has been cooled.
Die bei der Erzeugung der Stahlbänder jeweils eingestellten Parameter „Vorwärmdauer Vt“,„Vorwärmtemperatur VT“,„Dicke DW“, The parameters "preheating duration Vt", "preheating temperature VT", "thickness DW",
„Warmwalzendtemperatur WET“,„Abkühlmedium AM“,„Glühdauer Gt1“, „Glühtemperatur GT1“, sind in Tabelle 2 angegeben. "Hot rolling end temperature WET", "cooling medium AM", "annealing time Gt1", "annealing temperature GT1" are given in Table 2.
Von den so aus den Stählen A - C erzeugten Stahlbändern sind Probestücke abgeteilt worden, die in 21 Versuchen einer abschließenden Wärmebehandlung unter unterschiedlichen Bedingungen unterzogen worden sind. So haben die aus den Stahlbändern abgeteilten Proben zunächst eine Glühung durchlaufen, bei der sie über eine Glühdauer Gt2 bei einer Glühtemperatur GT2 gehalten worden sind. Die Glühung erfolgte dabei jeweils unter einer aus Argon bestehenden Schutzgasatmosphäre. Die jeweils eingestellten Test pieces were cut off from the steel strips thus produced from steels A - C, which in 21 tests were subjected to a final heat treatment under different conditions. For example, the samples separated from the steel strips first went through an annealing process in which they were kept at an annealing temperature GT2 for an annealing period Gt2. The annealing was carried out under an inert gas atmosphere consisting of argon. The currently set
Glühtemperaturen GT2 und Glühdauern Gt2 sind wie die jeweils ermittelte Gesamtrückformung GR ebenfalls in Tabelle 2 angegeben. Annealing temperatures GT2 and annealing times Gt2 are also given in Table 2, as is the total recovery GR determined in each case.
Bei den Versuchen 1 - 4, 6 und 8 - 21 ist die derart durchgeführte Glühung einmal durchlaufen worden und die Proben im Anschluss an die Glühung in Wasser abgeschreckt worden. In experiments 1-4, 6 and 8-21, the annealing carried out in this way was run through once and the samples were quenched in water after the annealing.
Beim Versuch 5 ist die Glühung dagegen viermal wiederholt worden und anschließend ein fünftes Mal geglüht worden, wobei das jeweilige Proben- Stahlflachprodukt zwischen dem ersten und dem zweiten, dem zweiten und dem dritten sowie dem dritten und dem vierten Durchgang jeweils an Luft abgekühlt worden ist, wogegen es nach dem fünften Durchgang in Wasser abgeschreckt worden ist. In experiment 5, on the other hand, the annealing was repeated four times and then annealed a fifth time, the respective sample steel flat product being exposed to air between the first and second, second and third, and third and fourth passes cooled, whereas after the fifth pass it was quenched in water.
Bis auf den Versuch 7 haben die Proben bei den Versuchen nach dem Glühen alle eine Aniassbehandlung durchlaufen, bei der sie jeweils über eine Except for trial 7, the samples in the trials after annealing all underwent an anise treatment in which they each had one
Anlassdauer von 120 min bei einer Temperatur von 200 °C gehalten worden sind. Beim Versuch 7 wurde keine Glühbehandlung durchgeführt. Tempering time of 120 min at a temperature of 200 ° C have been kept. No heat treatment was carried out in Experiment 7.
Nach dieser Anlassbehandlung erwiesen sich die bei den Versuchen 1 - 4, 6 und 8 - 21 erhaltenen Proben als für eine Verformung nicht ausreichend duktil. Ihre Bruchdehnung lag bei weniger als 0,4 % (spröde) oder die Proben zeigten nur rein konventionelles elastisches Verhalten. Dementsprechend zeigten sie auch kein Rückverformvermögen, das auf eine Pseudoelastizität hätte schließen lassen. After this tempering treatment, the samples obtained in experiments 1-4, 6 and 8-21 proved to be insufficiently ductile for deformation. Their elongation at break was less than 0.4% (brittle) or the samples showed only conventional elastic behavior. Accordingly, they also showed no resilience that would have suggested pseudo-elasticity.
Lediglich das beim Versuch 5 erhaltene Stahlflachprodukt ließ sich verformen und wies dabei ein Gesamtrückformvermögen GR von 50 % auf. Only the flat steel product obtained in experiment 5 could be deformed and had a total recovery capacity GR of 50%.
Fig. 1 a zeigt im Schliffbild das Gefüge des im Versuch 1 nach dem Fig. 1 a shows the micrograph of the structure of experiment 1 after
Warmwalzen erhaltenen, jedoch noch nicht wärmebehandelten Warmbands. Hot rolling obtained but not yet heat-treated hot strips.
Fig. 1 b zeigt ebenso im Schliffbild das Gefüge des im Versuch 21 erhaltenen Warmbands vor der Wärmebehandlung. Deutlich sichtbar ist ein ferritisches Gefüge, welches direkt nach dem Warmwalzen vorliegt. 1b also shows in the micrograph the structure of the hot strip obtained in experiment 21 before the heat treatment. A ferritic structure that is present immediately after hot rolling is clearly visible.
Fig. 2 zeigt das Ergebnis der EBSD-Prüfung (EBSD = Fig. 2 shows the result of the EBSD test (EBSD =
Elektronenrückstreubeugung) mit einem Messfeld von 800 pm2 und einer Schrittweite von 0,9 pm der beim Versuch 5 erhaltenen Probe nach der thermischen Behandlung. Ersichtlich besteht das Gefüge zu ca. 83 % aus Ferrit, zu ca. 8 % aus Austenit und zu ca. 9 % aus Martensit. In Fig. 3 ist ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm für die beim Versuch 5 erhaltene Stahlflachprodukt-Probe dargestellt. Deutlich ist das pseudoelastische Rückstellvermögen bei der Entlastung zu erkennen. Electron backscatter diffraction) with a measuring field of 800 pm 2 and a step size of 0.9 pm of the sample obtained in experiment 5 after the thermal treatment. It can be seen that the structure consists of approximately 83% ferrite, approximately 8% austenite and approximately 9% martensite. FIG. 3 shows a stress-strain diagram for the steel flat product sample obtained in test 5. The pseudo-elastic resilience can be clearly seen when the load is released.
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0001
ngaben in Gew.-%, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen abelle 1 given in% by weight, balance iron and unavoidable impurities
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000019_0001
Glühung fünfmal wiederholt mit Luft gekühlt nach jeder Wiederholung; nach dem fünften Glühschritt erfolgte eine Wasserkühlung  Annealing repeated five times with air cooling after each iteration; after the fifth annealing step, water was cooled
nicht messbar, da Material zu spröde oder rein konventionell elastisches Verhalten not measurable because material is too brittle or purely conventional elastic behavior
abelle 2  table 2

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Formgedächtnislegierung bestehend aus (in Gew.-%) 1. Shape memory alloy consisting of (in% by weight)
C: < 1 % C: <1%
Mn: 30 - 40 %  Mn: 30 - 40%
AI: 10 - 14 %  AI: 10 - 14%
Ni: 7 - 10 %  Ni: 7 - 10%
Se: 0,001 - 0,1 %  Se: 0.001 - 0.1%
P: < 0,1 %  P: <0.1%
S: < 0,3 %  S: <0.3%
N: < 0,1 %  N: <0.1%
Rest Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei Gehalte an Cr, Cu, Mo, Nb, Ti, V, Zn und Co den Verunreinigungen zuzurechnen sind mit der Maßgabe, dass die Summe der Gehalte der Verunreinigungen < 3 % ist.  Remainder iron and unavoidable impurities, with contents of Cr, Cu, Mo, Nb, Ti, V, Zn and Co being included in the impurities, with the proviso that the sum of the contents of the impurities is <3%.
2. Formgedächtnislegierung nach Anspruch 1, dadurch 2. Shape memory alloy according to claim 1, characterized
gekennzeichnet, dass ihr Al-Gehalt 10-12 Gew.-% beträgt.  characterized that their Al content is 10-12 wt .-%.
3. Formgedächtnislegierung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Se-Gehalt 3. shape memory alloy according to any one of the preceding claims, characterized in that its Se content
0,001 - 0,01 Gew.-% beträgt.  0.001-0.01% by weight.
4. Formgedächtnislegierung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Mn-Gehalt 4. shape memory alloy according to any one of the preceding claims, characterized in that its Mn content
30 - 37 Gew.-% beträgt. 30 - 37 wt .-% is.
5. Formgedächtnislegierung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Ni-Gehalt 5. Shape memory alloy according to one of the preceding claims, characterized in that its Ni content
8-9 Gew.-% beträgt.  8-9% by weight.
6. Stahlflachprodukt mit pseudoelastischen Eigenschaften, 6. Flat steel product with pseudo-elastic properties,
- hergestellt aus einer gemäß einem der voranstehenden Ansprüche legierten Formgedächtnislegierung,  manufactured from a shape memory alloy alloyed according to one of the preceding claims,
- mit einem Gefüge direkt nach dem Warmwalzen, das zu mindestens 60 Flächen-% aus Ferrit und als Rest aus sonstigen  - With a structure directly after hot rolling, which consists of at least 60% by area of ferrite and the rest of others
Gefügebestandteilen besteht, zu denen Martensit oder Austenit zählen und die Ausscheidungen umfassen können,  There are structural components, which include martensite or austenite and which can include excretions,
- und mit einem Gesamtrückformvermögen GR von mindestens 35 %.  - and with a total recovery capacity GR of at least 35%.
7. Stahlflachprodukt nach Anspruch 6, dadurch 7. Flat steel product according to claim 6, characterized
gekennzeichnet, dass sein Gefüge zu mindestens  characterized that its structure at least
80 Flächen-% aus Ferrit besteht.  80% by area consists of ferrite.
8. Stahlflachprodukt nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sein Gesamtrückformvermögen GR mindestens 45 % beträgt. 8. Flat steel product according to one of claims 6 or 7, characterized in that its total recovery capacity GR is at least 45%.
9. Verfahren zur Herstellung eines gemäß einem der Ansprüche 6-8 beschaffenen Stahlflachprodukts mit pseudoelastischen Eigenschaften, umfassend folgende Arbeitsschritte: 9. A method for producing a flat steel product with pseudoelastic properties, which is obtained according to one of claims 6-8, comprising the following steps:
a) Erschmelzen einer Schmelze einer gemäß einem der Ansprüche 1 - 5 zusammengesetzten Formgedächtnislegierung; b) Vergießen der Schmelze zu einer Bramme, Dünnbramme oder Block, wobei die Abgusstemperatur 1400 - 1500 °C beträgt; c) Durcherwärmen der Bramme, Dünnbramme oder des Blocks auf eine 1200 - 1300 °C betragende Vorerwärmungstemperatur; d) Warmwalzen der Bramme oder Dünnbramme oder des Blocks zu einem warmgewalzten Stahlflachprodukt, wobei die a) melting a melt of a shape memory alloy composed according to one of claims 1-5; b) pouring the melt into a slab, thin slab or block, the casting temperature being 1400-1500 ° C; c) heating the slab, thin slab or block to a preheating temperature of 1200-1300 ° C; d) hot rolling the slab or thin slab or the ingot to a hot rolled flat steel product, the
Warmwalzendtemperatur 850 - 1050 °C beträgt; e) Abkühlen des warmgewalzten Stahlflachprodukts mit einer  Hot rolling end temperature is 850-1050 ° C; e) cooling the hot-rolled flat steel product with a
Abkühlungsgeschwindigkeit nicht höher als 1000 K/s auf eine  Cooling rate not higher than 1000 K / s to one
Zieltemperatur von höchstens 800 °C; f) optional Haspeln des auf die Zieltemperatur abgekühlten  Target temperature of at most 800 ° C; f) optional reeling of the cooled to the target temperature
warmgewalzten Stahlflachprodukts; g) optional: Glühen des warmgewalzten Stahlflachprodukts bei einer 700 - 1050 °C betragenden Glühtemperatur über eine Glühdauer von 50- 130 min; h) optional: Kaltwalzen des warmgewalzten Stahlflachprodukts zu  hot rolled steel flat product; g) optional: annealing of the hot-rolled flat steel product at an annealing temperature of 700-1050 ° C over an annealing period of 50-130 min; h) optional: cold rolling the hot-rolled flat steel product
einem kaltgewalzten Stahlflachprodukt; i) Wärmebehandeln des warm- oder kaltgewalzten Stahlflachprodukts bei einer Glühtemperatur von 700 - 1050 °C über eine Glühdauer von 5 - 240 min mit anschließender Abkühlung auf Raumtemperatur.  a cold rolled flat steel product; i) heat-treating the hot or cold-rolled flat steel product at an annealing temperature of 700-1050 ° C over an annealing period of 5-240 min with subsequent cooling to room temperature.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, 10. The method according to claim 9, characterized in
dass die Wärmebehandlung des warm- oder kaltgewalzten  that the heat treatment of the hot or cold rolled
Stahlflachprodukts (Arbeitsschritt i)) mindestens zweimal wiederholt wird.  Flat steel product (step i)) is repeated at least twice.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsschritt i) mindestens zweimal wiederholt wird und das Stahlflachprodukt zwischen jeder Wiederholung der Wärmebehandlung (Arbeitsschritt i)) an Luft auf Raumtemperatur und nach Abschluss der letzten Wiederholung mit Wasser beschleunigt abgekühlt wird. 11. The method according to claim 10, characterized in that step i) is repeated at least twice and the flat steel product between each repetition of the heat treatment (Work step i)) in air to room temperature and after the last repetition with water accelerated cooling.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , d a d u r c h 12. The method according to any one of claims 9 to 11, d a d u r c h
gekennzeichnet, dass die Glühtemperatur bei der  characterized in that the annealing temperature at the
Wärmebehandlung (Arbeitsschritt i)) 750 - 950 °C beträgt.  Heat treatment (work step i)) is 750 - 950 ° C.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch 13. The method according to any one of claims 9 to 12, characterized
gekennzeichnet, dass die Glühdauer bei der  characterized that the glow duration at the
Wärmebehandlung (Arbeitsschritt i)) 10— 60 min beträgt.  Heat treatment (work step i)) is 10-60 min.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch 14. The method according to any one of claims 9 to 13, characterized
gekennzeichnet, dass das warm- oder kaltgewalzte  characterized that the hot or cold rolled
Stahlflachprodukt nach der Wärmebehandlung (Arbeitsschritt i)) eine Anlassbehandlung durchläuft, bei der es bei einer Anlasstemperatur von 150 - 350 °C über eine Anlassdauer von 30 - 720 min gehalten wird.  Flat steel product after the heat treatment (work step i)) undergoes a tempering treatment in which it is held at a tempering temperature of 150-350 ° C for a tempering period of 30-720 min.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlasstemperatur 150 - 250 °C und die Anlassdauer 60- 180 min betragen. 15. The method according to claim 14, characterized in that the tempering temperature is 150-250 ° C and the tempering time is 60-180 min.
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