DE102006001628A1 - Verzinktes walzhartes kaltgewalztes Flachprodukt und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Verzinktes walzhartes kaltgewalztes Flachprodukt und Verfahren zu seiner Herstellung Download PDF

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Abstract

Ein erfindungsgemäß aus einem niedrig legierten Stahl, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) bis zu 0,45% C, bis zu 2,20% Si, bis zu 2,50% Mn, bis zu 0,12% P, bis zu 0,025% S, bis zu 2,0% Al, bis zu 0,15% Ti, bis 0,09% Nb, in Summe bis zu 1,0 Cr und Mo, bis zu 0,2% V und bis zu 0,005% B enthält, hergestelltes und auf eine Dicke von 0,1-4 mm kaltgewalztes Flachprodukt, das sich im walzharten Zustand befindet, weist eine Zugfestigkeit von 700-1000 MPa auf und ist mit einer Zinkschicht belegt, die durch elektrolytisches Verzinken aufgebracht ist und eine Schichtdicke von bis zu 12 mum besitzt. Mit dem so beschaffenen kaltgewalzten Flachprodukt steht ein Stahlblech oder -band zur Verfügung, das neben einer besonders hohen Festigkeit eine hohe Korrosionsbeständigkeit besitzt. Darüber hinaus stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Flachproduktes zur Verfügung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein aus einem niedrig legierten Stahl erzeugtes, mit einer Verzinkung versehenes kaltgewalztes Flachprodukt, wie Kaltband oder kaltgewalztes Blech, von hoher Festigkeit und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
  • Im Bereich der stahlverarbeitenden Industrie besteht die Forderung nach kostengünstigen Stahlblechen, die bei geringem Gewicht für solche Anwendungen geeignet sind, bei denen eine hohe Festigkeit im Vordergrund steht, während die Dehn- und Verformbarkeit des jeweils verarbeiteten Blechs von untergeordneter Bedeutung ist. Ein Beispiel für eine solche Anwendung sind Profile, aus denen Türen und Tore gefertigt werden. Insbesondere werden Stahlbleche der in Rede stehenden Art zur Fertigung von Lamellen-Profilen benötigt, aus denen Rolltore, Rollläden oder vergleichbare Bauelemente zusammengesetzt werden.
  • Ein anderes Beispiel für den Einsatz von Stahlblechen der in Rede stehenden Art ist der Getriebe oder Kupplungsbau, bei dem im Hinblick auf eine größtmögliche Gewichtsersparnis insbesondere für die Herstellung von einfach geformten, jedoch im Einsatz hoch belasteten Teilen kostengünstige Stahlbleche von geringem Gewicht und hoher Festigkeit benötigt werden.
  • Ein Verfahren, das die Herstellung derartiger Stahlbleche ermöglicht, ist in der JP 200589853 A beschrieben. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird aus einem niedrig legierten Stahl, der (in Masse-%) 0.15–0.25 % C, bis zu 0.25 % Si, 0.3–0.9 % Mn, bis zu 0,025 % P, 0.005 % S, bis zu 0.08 % Al, 0.008 % N, bis zu 0.07 % Ti, bis zu 0.006 % B und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, zunächst ein Warmband erzeugt, dessen Gefüge bestimmte Perlit- und Zementitanteile sowie Ferritkörner von bestimmter Größe enthält. Dieses Warmband wird dann ohne Glühung bei Kaltverformungsgraden von mindestens 50 % zu Kaltband gewalzt. Indem das so erhaltene Band auch ohne dem Kaltwalzen nachgeschaltete rekristallisierende Glühung weiterverarbeitet wird, weist es zum Zeitpunkt seiner Verarbeitung zum jeweiligen Bauteil die hohe Festigkeit auf, die im Zuge des Kaltwalzens durch Kaltverfestigung des Stahls eingetreten ist. Dieser Zustand von "walzhartem", nicht rekristallisierend geglühtem kaltgewalzten Blechmaterial wird in der Fachsprache auch als "Full-Hard" bezeichnet.
  • Um gerade den im Bereich des Hausbaus eingesetzten Full-Hard-Blechen die erforderliche Korrosionsbeständigkeit zu verleihen, werden solche Bleche heute üblicherweise mit einer Feuer-Verzinkung versehen. Diese hat den Vorteil, dass eine hohe Dicke der Zinkauflage auch auf dem relativ unebenen, hochverfestigten Kaltbandsubstrat sicher erzeugt werden kann. Darüber hinaus kann in heutigen Feuerverzinkungsanlagen ein hoher Mengendurchsatz erzielt werden. Diesem wirtschaftlichen Vorteil steht allerdings der Nachteil gegenüber, dass die im Full-Hard-Zustand angelieferten Bleche im Zuge der Feuerverzinkung vor ihrem Eintritt in das Zinkbad mindestens auf dessen Temperatur erwärmt werden müssen, welche typischerweise im Bereich von 475 °C liegt.
  • Auch wenn diese Temperatur deutlich niedriger ist als die Rekristallisierungstemperatur des jeweiligen Stahls, wirkt diese Erwärmung wie ein Anlassen. Die Erwärmung auf die Zinkbadtemperatur hat daher eine Abnahme der Festigkeit des im Full-Hard-Zustand angelieferten Kaltbands über die Feuerverzinkung zur Folge. Full-Hard-Kaltbänder, die mit einer Feuerverzinkung versehen sind, weisen dementsprechend typische Festigkeiten auf, die im Bereich von 500–700 MPa liegen.
  • In der JP 10176253 A ist zwar ein Versuch beschrieben worden, die im Zuge der Feuerverzinkung eintretende Festigkeitsabnahme dadurch zu minimieren, dass der jeweils in das Zinkbad eintretende Abschnitt des Stahlbands erst unmittelbar vor seinem Eintritt in das Bad durch eine eng konzentrierte induktive Erwärmung auf die erforderliche Temperatur gebracht wird. Der dafür erforderliche apparative und regelungstechnische Aufwand ist jedoch so beträchtlich, dass das bekannten Verfahren sich in der Praxis als unwirtschaftlich erweist.
    •
  • Ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein im walzfesten, Full-Hard-Zustand befindliches kaltgewalztes Stahlflachprodukt zu schaffen, das neben einer besonders hohen Festigkeit eine hohe Korrosionsbeständigkeit besitzt. Darüber hinaus sollte ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Flachproduktes angegeben werden.
  • In Bezug auf das Produkt ist diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein kaltgewalztes Flachprodukt gelöst worden, das aus einem niedrig legierten Stahl hergestellt ist, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) bis zu 0.45 % C, bis zu 2.20 % Si, bis zu 2.50 % Mn, bis zu 0.12 % P, bis zu 0.025 % S, bis zu 2.0 % Al, bis zu 0.15 Ti, bis 0.09 % Nb, in Summe bis zu 1.0 % Cr und Mo, bis zu 0.2 % V und bis zu 0,005 % B enthält, das eine Dicke von 0,1–4 mm aufweist, das sich im walzharten Zustand befindet und dabei eine Zugfestigkeit von 700–1000 MPa besitzt und das mit einer Zinkschicht belegt ist, die durch elektrolytisches Verzinken aufgebracht ist und eine Schichtdicke von bis zu 12 μm besitzt.
  • In entsprechender Weise ist die oben angegebene Aufgabe in Bezug auf das Verfahren dadurch gelöst worden, dass erfindungsgemäß ein walzhartes verzinktes kaltgewalztes Flachprodukt mit einer Festigkeit von 700–1000 MPa dadurch erzeugt wird,
    • – dass aus einem Stahl, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) bis zu 0.45 % C, bis zu 2.20 % Si, bis zu 2.50 % Mn, bis zu 0.12 % P, bis zu 0.025 % S, bis zu 2.0 % Al, bis zu 0.15 % Ti, bis 0.09 % Nb, in Summe bis zu 1.0 % Cr und Mo, bis zu 0.2 % V und bis zu 0,005 % B enthält, ein Warmband erzeugt wird,
    • – dass aus dem Warmband mit einem Umformgrad von mehr als 30 % ein kaltgewalztes Flachprodukt kaltgewalzt wird, das eine Dicke von 0.1–4 mm aufweist, und
    • – dass das kaltgewalzte Flachprodukt im walzharten Zustand einer elektrolytischen Verzinkung unterzogen wird, bei der auf das kaltgewalzte Flachprodukt eine bis zu 12 μm dicke Zinkschicht aufgetragen wird.
  • Gemäß der Erfindung wird ein aus einem Stahl gegebener Zusammensetzung bestehendes, nicht geglühtes kaltgewalztes Flachprodukt, wie Kaltband oder kaltgewalztes Blech, im walzharten Zustand, in dem es eine Zugfestigkeit von mindestens 700 MPa bei einer Dehnung von weniger als 1 % (Zugfestigkeit ≈ Dehngrenze) aufweist, in einer elektrolytischen Verzinkungsanlage mit einer Zinkauflage belegt. Überraschend hat sich dabei ergeben, dass die im Zuge der elektolytischen Abscheidung auf dem Full-Hard-Kaltband erzeugte Zinkauflage trotz dessen Unebenheit durchgehend ist und eine Dicke, Gleichmäßigkeit und Dichte erreicht, die eine für den jeweiligen Verwendungszweck ausreichende Korrosionsbeständigkeit des erfindungsgemäß beschaffenen und erzeugten Kaltbands oder -blechs sicher gewährleistet. Gleichzeitig hat sich ergeben, dass das erfindungsgemäße kaltgewalzte Flachprodukt im Zuge der elektrolytischen Verzinkung die nach dem Kaltwalzen erreichte Festigkeit mindestens beibehält, es sogar zu einer Zunahme der Festigkeit gekommen ist, so dass für erfindungsgemäß erzeugte und beschaffene Bänder und Bleche Festigkeiten von mehr als 700 MPa, typischerweise mehr als 800 MPa, regelmäßig gewährleistet werden konnten. Ebenso überraschend hat sich in diesem Zusammenhang erwiesen, dass die hohe, über die elektrolytische Verzinkung gegebenenfalls noch gesteigerte Festigkeit des erfindungsgemäßen Flachmaterials dessen weitere, im Rahmen seiner minimierten Dehnbarkeit möglichen Verformung nicht behindert. So lassen sich aus erfindungsgemäßen Produkten durch Kanten, Biegen oder Rollprofilieren einfach geformte Profilelemente, wie Lamellen für Rolltore oder Rollläden, erzeugen, die nicht nur aufgrund ihrer geringen Materialdicke ein geringes Gewicht aufweisen und ein gute Wärmedämmung gewährleisten, sondern aufgrund ihrer besonders hohen Festigkeit auch eine besonders hohe Steifigkeit und eine entsprechend hohe Beulfestigkeit besitzen. Diese Eigenschaftskombination macht erfindungsgemäße Produkte insbesondere für solche Anwendungen geeignet, bei denen das jeweilige Bauteil großflächigen Belastungen, beispielsweise durch Wind oder vergleichbare Lasten, ausgesetzt ist.
  • Abhängig von den jeweiligen Verwendungen kann erfindungsgemäßes kaltgewaltgewalztes Band oder Blech mit einer Dicke zur Verfügung gestellt werden, die 0.1–3 mm beträgt, wobei für typische Anwendungen seine Dicke im Bereich von 0.1–1.0 mm, insbesondere bis 0.8 mm, liegen kann.
  • Die vor Korrosion schützende Wirkung der auf erfindungsgemäßen kaltgewalzten Flachprodukten vorhandenen Zinkschicht kann dadurch sicher gewährleistet werden, dass die Zinkschicht mindestens 2 μm dick ist. Typische Schichtdicken liegen dabei bei 2.5 μm, 7.5 μm oder 10 μm. Ein bevorzugter Schichtdickenbereich liegt dementsprechend im Bereich von 2–10 μm, insbesondere 4–8 μm.
  • Neben der erfindungsgemäß elektrolytisch abgeschiedenen Zinkschicht können erfindungsgemäße kaltgewalzte Full-Hard-Stahlmaterialen auf der Zinkschicht mindestens eine weitere Beschichtung, wie eine Lackierung, eine Pulverbeschichtung oder vergleichbare Schichten, tragen.
  • Eine besonders hohe Kaltverfestigung und damit einhergehend besonders hohe Festigkeitswerte können durch entsprechend hohe, im Zuge des erforderlichenfalls mehrstufig durchgeführten Kaltwalzens erzielte Umformgrade erreicht werden. In dieser Hinsicht kann es zweckmäßig sein, wenn der während des Kaltwalzens erreichte Kaltverformungsgrad mindestens 50 % beträgt.
  • Zum Nachweis der Wirkung der Erfindung ist zunächst in einer konventionellen Gieß-Walzanlage aus einem (Angaben in Gew.-%) 0.034 % C, 0.023 % Si, 0.24 % Mn, 0.009 % P, 0.006 % S, 0.037 % Al, 0.031 Cr, 0.0029 Mo, 0.0004 % Ti, 0.001 % V, 0.001 Nb und als Rest Eisen sowie weitere unvermeidbare Verunreinigungen enthaltendem niedrig legierten Stahl eine Dünnbramme gegossen und daraus ein Warmband warmgewalzt worden. Aus diesem Warmband ist dann bei einem Kaltverformungsgrad von 82 % ein 0,35 mm dickes Kaltband erzeugt worden, dessen Zugfestigkeit im nicht gelühten, walzharten Zustand 841 MPa betrug.
  • Das derart beschaffene Full-Hard-Material ist dann in einer konventionellen elektrolytischen Bandbeschichtungsanlage beidseitig mit einer Zinkschicht belegt worden, deren Dicke 7,5 μm betrug. Die Zugfestigkeit des Full-Hard-Materials nach der elektrolytischen Verzinkung lag immer noch bei 841 MPa.
  • Das so erhaltene elektrolytisch verzinkte, walzharte Kaltband ist anschließend mit einer Farbbeschicht versehen worden. Durch Rollprofilieren ließ es sich problemlos zu Lamellen für Rolltore verformen, die sich neben einem geringen Gewicht und guter Wärmedämmeigenschaft durch eine hohe Beulsteifigkeit auszeichnen.
    •

Claims (12)

  1. Kaltgewalztes Flachprodukt, – das aus einem niedrig legierten Stahl hergestellt ist, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) bis zu 0.45 % C, bis zu 2.20 % Si, bis zu 2.50 % Mn, bis zu 0.12 % P, bis zu 0.025 % S, bis zu 2.0 % Al, bis zu 0.15 % Ti, bis 0.09 % Nb, in Summe bis zu 1.0 % Cr und Mo, bis zu 0.2 % V und bis zu 0,005 % B enthält, – das eine Dicke von 0,1–4 mm aufweist, – das sich im walzharten Zustand befindet und dabei eine Zugfestigkeit von 700–1000 MPa besitzt und – das mit einer Zinkschicht belegt ist, die durch elektrolytisches Verzinken aufgebracht ist und eine Schichtdicke von bis zu 12 μm besitzt.
  2. Kaltgewalztes Flachprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es 0.1–3 mm dick ist.
  3. Kaltgewalztes Flachprodukt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es 0.1–1.0 mm dick ist.
  4. Kaltgewalztes Flachprodukt nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinkschicht mindestens 2 μm dick ist.
  5. Kaltgewalztes Flachprodukt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinkschicht 2–10 μm, insbesondere 4–8 μm, dick ist.
  6. Kaltgewalztes Flachprodukt nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es auf der Zinkschicht mindestens eine weitere Schicht trägt.
  7. Verfahren zum Erzeugen eines walzharten verzinkten kaltgewalzten Flachprodukts mit einer Festigkeit von 700–1000 MPa, – bei dem aus einem Stahl, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) bis zu 0.45 % C, bis zu 2.20 % Si, bis zu 2.50 % Mn, bis zu 0.12 % P, bis zu 0.025 % S, bis zu 2.0 % Al, bis zu 0.15 % Ti, bis 0.09 % Nb, in Summe bis zu 1.0 % Cr und Mo, bis zu 0.2 % V und bis zu 0,005 % B enthält, ein Warmband erzeugt wird, – bei dem aus dem Warmband mit einem Umformgrad von mehr als 30 % ein kaltgewalztes Flachprodukt kaltgewalzt wird, das eine Dicke von 0.1–4 mm aufweist, und – bei dem das kaltgewalzte Flachprodukt im walzharten Zustand einer elektrolytischen Verzinkung unterzogen wird, bei der auf das kaltgewalzte Flachprodukt eine bis zu 12 μm dicke Zinkschicht aufgetragen wird.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kaltgewalzte Flachprodukt auf eine Dicke von 0.1–1 mm kaltgewalzt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Zinkschicht mindestens 2 μm beträgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Zinkschicht 4–8 μm beträgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Zinkschicht mindestens eine weitere Schicht aufgetragen wird.
  12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der während des Kaltwalzens erreichte Kaltverformungsgrad mindestens 50 % beträgt.
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