DE102006054300A1 - High-strength dual-phase steel with excellent forming properties - Google Patents
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Abstract
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stahl anzugeben, der für die Durchlaufglühung von Warm- und Kaltbändern geeignet ist. Gelöst wird diese Aufgabe durch einen höherfesten Dualphasenstrahl für ein kalt- oder warmgewalztes Stahlband mit ausgezeichneten Umformeigenschaften, insbesondere für den Fahrzeugleichtbau, bestehend aus den Elementen (Gehalte in Masse-%): C 0,1 bis <= 0,16 Al 0,02 bis <= 0,05 Si 0,40 bis <= 0,60 Mn 1,5 bis <= 2,0 P <= 0,020 S <= 0,003 N <= 0,01 Nb >= 0,01 V >= 0,02 Rest Eisen einschließlich üblicher stahlbegleitender Elemente, mit optionaler Zugabe von Ti.The invention has for its object to provide a steel that is suitable for the continuous annealing of hot and cold strips. This object is achieved by a high-strength dual-phase beam for a cold or hot rolled steel strip with excellent forming properties, especially for lightweight vehicle construction, consisting of the elements (contents in% by mass): C 0.1 to <= 0.16 Al 0.02 to <= 0.05 Si 0.40 to <= 0.60 Mn 1.5 to <= 2.0 P <= 0.020 S <= 0.003 N <= 0.01 Nb> = 0.01 V> = 0 , 02 Remainder of iron including common steel-supporting elements, with optional addition of Ti.
Description
Die Erfindung betrifft einen höherfesten Stahl mit Dualphasengefüge und ausgezeichneten Umformeigenschaften, insbesondere für den Fahrzeugleichtbau und ein Verfahren zur Herstellung, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 7.The The invention relates to a high-strength Steel with dual phase structure and excellent forming properties, especially for lightweight vehicle construction and a method of manufacturing according to the preamble of claim 1 or 7.
Der heiß umkämpfte Automobilmarkt zwingt die Hersteller u. a. ständig nach Lösungen zur Senkung des Flottenverbrauches unter Beibehaltung eines höchstmöglichen Komforts und größtmöglichem Insassenschutz zu suchen. Dabei spielt einerseits die Gewichtsersparnis aller Fahrzeugkomponenten eine entscheidende Rolle, andererseits aber auch ein möglichst günstiges Verhalten der einzelnen Bauteile bei hoher statischer und dynamischer Beanspruchung im Betrieb, wie auch im Crashfall. Dieser Notwendigkeit versuchen die Lieferanten dadurch Rechnung zu tragen, dass durch die Bereitstellung hochfester und höchstfester Stähle die Wanddicken reduziert werden können bei gleichzeitig verbessertem Bauteilverhalten bei dessen Fertigung und im Betrieb. Derartige Stähle müssen daher vergleichsweise hohen Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Dehnfähigkeit, Zähigkeit, Energieaufnahme und Verarbeitbarkeit, beispielsweise durch Kaltumformen, Schweißen und/oder Oberflächenbehandeln genügen.Of the hotly contested automotive market forces the manufacturers u. a. constantly for solutions to reduce fleet consumption while maintaining the highest possible Comfort and maximum occupant protection to search. On the one hand, the weight saving of all vehicle components plays a part crucial role, but on the other hand as possible favorable Behavior of the individual components at high static and dynamic Stress during operation, as well as in the event of a crash. This need The suppliers try to take into account that by the provision of high-strength and high-strength steels Wall thicknesses can be reduced at the same time improved component behavior during its production and in operation. Such steels have to Therefore, comparatively high demands in terms of strength, elasticity, Toughness, Energy absorption and processability, for example by cold forming, welding and / or surface treatment suffice.
Zunehmende Anwendung für diesen Bereich finden hier die sog. Dualphasenstähle, die sich durch eine sehr gute Umformbarkeit bei gleichzeitig hohen Festigkeitswerten auszeichnen. Dualphasenstähle weisen dabei ein überwiegend ferritisch-martensitisches Gefüge auf.increasing Application for This area can be found here the so-called dual-phase steels, which are characterized by a very good formability with high strength values at the same time. Dual phase steels have while a predominantly ferritic-martensitic structure on.
Betrachtet werden in diesem Zusammenhang sowohl kalt-, wie auch warmgewalzte Stahlbänder aus Dualphasenstahl.considered are both cold and hot rolled in this context steel strips made of dual phase steel.
Üblicherweise werden kaltgewalzte Stahlbänder aus wirtschaftlichen Gründen im Durchlaufglühverfahren rekristallisierend zu gut umformbarem Feinblech geglüht.Usually become cold-rolled steel strips because of economical reasons in a continuous annealing process annealed recrystallizing to formable thin sheet.
Abhängig von der Legierungszusammensetzung und der Banddicke werden die Ofenparameter (Durchlaufgeschwindigkeit, Glühtemperatur, Abkühlgeschwindigkeit) entsprechend dem geforderten Gefüge und den mechanisch-technologischen Eigenschaften eingestellt.Depending on the alloy composition and the strip thickness, the furnace parameters (throughput speed, annealing temperature, Cooling rate) accordingly the required structure and the mechanical and technological properties set.
Zur Einstellung des Dualphasengefüges wird das Kaltband im Durchlaufglühofen auf eine solche Temperatur aufgeheizt, dass sich während der Abkühlung die geforderte ferritisch-martensitische Gefügeausbildung einstellt.to Adjustment of the dual-phase structure the cold strip is in a continuous annealing furnace heated to such a temperature that during the Cooling the required ferritic-martensitic microstructure established.
Wenn aufgrund hoher Korrosionsanforderungen die Oberflächen von Warm- oder Kaltbändern schmelztauchverzinkt werden sollen, wird die Glühbehandlung üblicherweise in einem dem Verzinkungsbad vorgeschalteten Durchlaufglühofen durchgeführt.If due to high corrosion requirements the surfaces of Hot or cold strips hot-dip galvanized are to be, the annealing is usually carried out in a continuous annealing furnace upstream of the galvanizing bath.
Auch beim Warmband wird je nach Legierungskonzept fallweise das geforderte Dualphasengefüge erst bei der Glühbehandlung im Durchlaufofen eingestellt, um ausgehend von einem möglichst homogenen Austenitgefüge die geforderten mechanischen Eigenschaften realisieren zu können.Also Depending on the alloy concept, the demand for the hot strip is occasionally the required Dual-phase microstructure only at the annealing treatment set in the continuous furnace, starting from as homogeneous as possible austenite to realize the required mechanical properties.
Beim
Durchlaufglühen
von warm- oder kaltgewalzten Stahlbändern mit z. B. aus den Schriften
Um eine zum Erreichen des geforderten Dualphasengefüges ausreichende Umwandlungsträgheit dieser Stähle bei der rekristallisierenden Glühung des Kaltbandes zu erreichen, weisen die bekannten Stähle entsprechende Gehalte z. B. an Cr, Mo, Nb oder B auf. Insbesondere wirken sich hier die kostenträchtigen Elemente Cr und Mo stark auf die Herstellkosten des Dualphasenstahles aus.Around a conversion inertia sufficient to achieve the required dual-phase microstructure steels in the recrystallizing annealing reach the cold strip, the known steels corresponding Content z. B. on Cr, Mo, Nb or B. In particular, affect here the costly Elements Cr and Mo heavily on the manufacturing costs of dual-phase steel out.
Ein enges Prozessfenster bedeutet in diesem Zusammenhang, dass je nach Dicke des zu glühenden Bandes die Durchlaufgeschwindigkeit angepasst werden muss, um eine homogene Temperaturverteilung im Band und bei der Abkühlung das geforderte Dualphasengefüge und die mechanisch-technlogischen Eigenschaften zu erreichen.One In this context, a narrow process window means that depending on Thickness of the too glowing Bandes the pass speed must be adjusted to one homogeneous temperature distribution in the belt and during cooling the required dual phase structure and to achieve the mechanical-technological properties.
Bei großen Prozessfenstern sind bei gleichen Ofenparametern die geforderten Bandeigenschaften auch bei unterschiedlich dicken zu glühenden Bändern zu realisieren.at huge Process windows are required for the same furnace parameters Band properties even with different thickness to glowing bands too realize.
Während der Fertigung müssen oftmals je nach Vorgabe auch Bänder mit unterschiedlicher Dicke, z. B. 1,5 und 2,0 mm, nacheinander geglüht werden.During the Production must often depending on the specification also tapes with different thickness, z. B. 1.5 and 2.0 mm, in succession annealed become.
Eine homogene Temperaturverteilung ist gerade bei unterschiedlichen Dicken im Übergangsbereich vom einen Band zum anderen nur schwierig zu realisieren und führt bei Legierungszusammensetzungen mit zu kleinem Prozessfenster dazu, dass das dünnere Band entweder zu langsam durch den Ofen gefahren wird, was die Produktivität senkt, andererseits wenn das dickere Band zu schnell durch den Glühofen gefahren wird, besteht die Gefahr, dass eine homogene Temperaturverteilung und damit die geforderten mechanisch-technologischen Eigenschaften nicht erreicht werden. Die Folge sind vermehrter Ausschuss oder sogar Reklamationen beim Kunden.Homogeneous temperature distribution is difficult to realize, especially with different thicknesses in the transition region from one belt to the other and leads to too small a process window that the thinner belt is either driven too slowly through the furnace, which reduces productivity, on the other hand, if thicker belt is driven too fast through the annealing furnace, there is a risk that a homogeneous temperature distribution and thus the required mechanical and technological properties can not be achieved. The result is increased rejection or even customer complaints.
Besonders
gravierend wird das Problem eines zu engen Prozessfensters bei der
Glühbehandlung
dann, wenn belastungsoptimierte Bauteile aus Warm- oder Kaltband
hergestellt werden sollen, die über
die Bandlänge
und ggf. -breite variierende Blechdicken aufweisen, also flexibel
gewalzt worden sind. Ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlbandes
mit unterschiedlicher Dicke über
die Bandlänge wird
z. B. in der
Bei Anwendung der bekannten Legierungskonzepte für Dualphasenstähle ist es auf Grund des engen Prozessfensters schon beim Durchlaufglühen unterschiedlich dicker Bänder nur schwer möglich, über die gesamte Bandlänge des jeweiligen Bandes gleichmäßige mechanische Eigenschaften zu erreichen.at Application of the known alloy concepts for dual-phase steels is Due to the narrow process window, it already differs during continuous annealing thicker bands difficult to get over the entire tape length of the respective band uniform mechanical To achieve properties.
Flexibel gewalzte Warm- oder Kaltbänder aus Stählen bekannter Zusammensetzungen, weisen dann bei zu kleinem Prozessfenster die Bereiche mit kleinerer Blechdicke auf Grund der Umwandlungsvorgänge bei der Abkühlung entweder zu niedrige Festigkeiten durch zu große Ferritanteile auf oder die Bereiche mit größerer Blechdicke erreichen zu hohe Werte durch zu große Martensitanteile. Homogene mechanisch-technologische Eigenschaften über die Bandlänge oder -breite sind mit den bekannten Legierungskonzepten beim Durchlaufglühen praktisch nicht zu erreichen.Flexible rolled hot or cold strips toughen known compositions, then have too small process window the areas of smaller sheet thickness due to the conversion processes the cooling either too low strength due to excessive ferrite on or the Areas with larger sheet thickness Too high values result from too large quantities of martensite. homogeneous mechanical-technological properties over the tape length or Width are practical with the known alloy concepts in continuous annealing unavailable.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein anderes kostengünstigeres Legierungskonzept für einen höherfesten Stahl mit Dualphasengefüge anzugeben, mit dem das Prozessfenster für die Durchlaufglühung von Warm- oder Kaltbändern so erweitert werden kann, dass neben verschieden dicken Bändern auch Stahlbänder mit über Bandlänge und ggf. Bandbreite variierender Dicke mit möglichst homogenen mechanisch-technologischen Eigenschaften erzeugt werden können. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines aus diesem Stahl hergestellten Bandes angegeben werden.Of the The invention is therefore based on the object, another cheaper Alloy concept for a higher strength Steel with dual phase structure specify the process window for the continuous annealing of Hot or cold tapes like that can be extended that in addition to different thick bands too steel strips with more than band length and possibly bandwidth of varying thickness with as homogeneous as possible mechanical-technological Properties can be generated. Furthermore, a method for producing a steel produced from this steel Bandes be specified.
Nach
der Lehre der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Stahl mit folgenden
Gehalten in Masse %:
C 0,1 bis ≤ 0,16
Al 0,02 bis ≤ 0,05
Si
0,40 bis ≤ 0,60
Mn
1,5 bis ≤ 2,0
P ≤ 0,020
S ≤ 0,003
N ≤ 0,01
Nb ≥ 0,01
V ≥ 0,02
Rest
Eisen einschließlich üblicher
stahlbegleitender Elemente, mit optionaler Zugabe von Ti.According to the teaching of the invention, this object is achieved by a steel with the following contents in mass%:
C 0.1 to ≤ 0.16
Al 0.02 to ≤ 0.05
Si 0.40 to ≤ 0.60
Mn 1.5 to ≤ 2.0
P ≤ 0.020
S ≤ 0.003
N ≤ 0.01
Nb ≥ 0.01
V ≥ 0.02
Remainder of iron including common steel-supporting elements, with optional addition of Ti.
Der erfindungsgemäße höherfeste Dualphasenstahl für den Fahrzeugleichtbau zeichnet sich dadurch aus, dass mit einer gezielten Zugabe von V und Nb unter Verzicht der kostenträchtigen Legierungselemente Mo oder Cr, eine so hohe Umwandlungsträgheit erreicht wird, die dazu führt, dass während des Durchlaufglühens auch bei Bändern mit über Bandlänge oder – breite variierender Dicke aus einer vollständig austenitischen Matrix mit sehr hoher Prozesssicherheit das geforderte Dualphasengefüge mit homogenen mechanisch-technologischen Eigenschaften eingestellt werden kann.Of the inventive higher strength Dual phase steel for The lightweight vehicle is characterized by the fact that with a targeted addition of V and Nb waiving the costly Alloy elements Mo or Cr, such a high conversion inertia achieved that will lead to that while of the continuous annealing also with tapes with more than band length or - width varying thickness of a fully austenitic matrix with very high process reliability the required dual-phase structure with homogeneous mechanical and technological properties can be adjusted.
Bei umfangreichen Laboruntersuchungen hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass durch eine gezielte Zugabe von V in Kombination mit Nb, ein Dualphasenstahl bereitgestellt wird, der ein deutlich erweitertes Prozessfenster bei der Durchlaufglühung ermöglicht. Auch bei Glühung von Bändern mit unterschiedlicher Dicke oder bei Bändern mit variierender Dicke können bei sonst konstanten Ofenparametern gleiche Gefügeausbildungen und mechanisch-technologische Eigenschaften der Bänder erreicht werden.at extensive laboratory tests have surprisingly been found that by a deliberate addition of V in combination with Nb, a Dual phase steel is provided, which is a significantly expanded Process window in the continuous annealing allows. Also at glow of bands with different thickness or bands of varying thickness can with otherwise constant furnace parameters, the same structural formations and mechanical-technological Properties of the bands be achieved.
Der erfindungsgemäße Stahl bietet den Vorteil eines deutlich vergrößerten Prozessfensters im Vergleich zu den bekannten Stählen. Hieraus resultiert eine erhöhte Prozesssicherheit beim Durchlaufglühen oder Feuerverzinken von Kalt- und Warmband mit Dualphasengefüge. Somit können sowohl für feuerverzinkte, wie auch nur durchlaufgeglühte Warm- oder Kaltbänder homogenere mechanisch-technologische Eigenschaften im Band gewährleistet werden. Dies gilt für das Durchlaufglühen aufeinander folgender Bänder mit unterschiedlicher Banddicke und auch im Besonderen für Bänder mit variierender Blechdicke über Bandlänge bzw. -breite.Of the Steel according to the invention offers the advantage of a significantly enlarged process window in comparison to the known steels. This results in an increased Process reliability during continuous annealing or hot-dip galvanizing of Cold and hot strip with dual phase structure. Thus, both for hot-dip galvanized, as well as only continuously annealed or cold tapes homogenous mechanical and technological properties in the belt ensured become. This applies to the continuous annealing on each other following bands with different tape thickness and also in particular for tapes with varying Sheet thickness over band length or width.
Werden erfindungsgemäß im Durchlaufglühverfahren erzeugte höherfeste Warm- oder Kaltbänder aus Dualphasenstahl mit variierenden Blechdicken erzeugt, können aus diesem Material vorteilhaft belastungsoptimierte Bauteile umformtechnisch hergestellt werden.Become according to the invention in the continuous annealing process produced higher strength Hot or cold strips made of dual phase steel with varying sheet thicknesses, may be made this material advantageous load-optimized components forming technology getting produced.
Erfindungsgemäß handelt es sich um einen Dualphasenstahl mit ca. 20% inselförmig eingelagertem Martensit in der Festigkeitsklasse von ca. 800 MPa, insbesondere zum kontinuierlichen Feuerverzinken sowie für den Einsatz in einer Durchlaufglühanlage.According to the invention it is a dual-phase steel with about 20% insular embedded Martensite in the strength class of about 800 MPa, in particular for continuous hot-dip galvanizing as well as for use in a continuous annealing system.
Durch den optionalen Zusatz von Ti in Gehalten von ≤ 0,01% wird erfindungsgemäß über die Bildung von Nitriden oder Carbonitriden in Abhängigkeit vom N-Gehalt des Stahles die Feinkörnigkeit des Gefüges eingestellt und die mechanisch-technologischen Eigenschaften beeinflusst.By the optional addition of Ti in contents of ≤ 0.01%, according to the invention, the formation of nitrides or carbonitrides as a function of the N content of the steel results in the fine granularity of Ge adjusted and influenced the mechanical-technological properties.
Das Einsatzgebiet des Stahls für das Walzen mit flexiblen Blechdicken in Längs- und Querrichtung zur Walzrichtung wird durch seine Unempfindlichkeit gegen Prozessschwankungen während der Wärmebehandlung eröffnet.The Field of application of steel for the rolling with flexible sheet thicknesses in the longitudinal and transverse direction to the rolling direction is characterized by its insensitivity to process fluctuations during the heat treatment opened.
Diese Unempfindlichkeit wird durch den Einsatz von Nb und vor allem V hervorgerufen, die während der Abkühlung eine umwandlungsträge bzw. umwandlungsfreie Zone bedingen.These Insensitivity is through the use of Nb and especially V caused during the the cooling a conversion or conversion-free zone condition.
Um einen entsprechenden Effekt zu erreichen, weist der Stahl erfindungsgemäß einen V-Gehalt von mindestens 0,02% und einen Nb-Gehalt von mindestens 0,01% auf. Hierbei wirkt Nb ebenfalls als kornfeinendes Element, wobei die Höhe der Nb-Zugabe an den aktuellen C- und N-Gehalt des Stahles angepasst ist.Around to achieve a corresponding effect, the steel has a according to the invention V content of at least 0.02% and an Nb content of at least 0.01%. This works Nb also as a grain refining element, with the level of Nb addition at the current C and N content of the steel is adjusted.
Erfindungsgemäß wird die Zugabe von V ebenfalls an die Gehalte von C und N angepasst, wobei die Höhe der Zugabe aber so eingestellt ist, dass zum Erreichen einer ausreichend großen Umwandlungsträgheit genügend V in Lösung gehalten wird. Wird ein möglichst umwandlungsträges Verhalten und damit ein möglichst breites Prozessfenster bei der Durchlaufglühung angestrebt, beträgt der V-Gehalt mindestens 0,06 bis 0,10% und der Nb-Gehalt mehr als 0,02 bis 0,05%. Eine weitere Steigerung der Gehalte an V oder Nb bringt dann keine weitere Verbesserung im Hinblick auf eine weiter verzögerte Umwandlung des Stahles und damit auf die Breite des Prozessfensters bei der Durchlaufglühung.According to the invention Addition of V also adapted to the contents of C and N, wherein the height but the addition is adjusted so that to achieve a sufficient huge conversion inertia enough V in solution is held. Will one be possible conversion sluggish Behavior and therefore one as possible Aimed at wide process window in the continuous annealing, the V content is at least 0.06 to 0.10% and the Nb content more than 0.02 to 0.05%. A further increase in the contents of V or Nb then brings no further Improvement with regard to a further delayed transformation of the steel and thus to the width of the process window in the continuous annealing.
Um ein möglichst homogenes Ausgangsgefüge für die Einstellung des Dualphasengefüges zu erreichen, wird das zu glühende Band zunächst auf eine solche Temperatur erwärmt, dass ein vollaustenitisches Gefüge vorliegt. Die Glühtemperaturen liegen dabei für den erfindungsgemäßen Stahl zwischen ca. 820 und ca. 1000°C, abhängig von der konkreten Legierungszusammensetzung.Around one possible homogeneous starting structure for the Adjustment of the dual-phase structure To achieve that will be too glowing Band first heated to such a temperature that a fully austenitic structure is present. The annealing temperatures lie for the steel according to the invention between about 820 and about 1000 ° C, dependent from the concrete alloy composition.
Bei den durchgeführten Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass für diesen Stahl eine Zone existiert, in welcher trotz Temperaturen kleiner als 800°C keine Rückumwandlung von Austenit in Ferrit, Bainit oder Martensit stattfindet. Wichtig ist hierbei besonders der Temperaturbereich um 450°C, da hier die Zinkbadtemperatur in der Feuerverzinkung liegt.at the carried out Investigations have shown that there is a zone for this steel, in which despite temperatures lower than 800 ° C no reversion of austenite in Ferrite, bainite or martensite takes place. Important here is especially the temperature range around 450 ° C, because here is the zinc bath temperature in the hot dip galvanizing.
Der sich während der Abkühlung einstellende Gehalt an Ferrit und (Rest) Austenit bleibt bis nach dem Prozessschritt „Verzinken" erhalten. Der noch vorhandene Austenitanteil wandelt dann bei weiterer Abkühlung vollständig zu Martensit um. Die Verzinkungsparameter können über einen großen Bereich variieren. In Abhängigkeit von der Blechdicke liegen die Verzinkungsgeschwindigkeiten zwischen 60 und 120 m/min. Die Kühlraten vor und nach dem Zinkbad liegen bei relativ niedrigen 10 bis 30°C/sec.Of the while the cooling adjusting content of ferrite and (rest) austenite remains until after the Process step "Galvanizing" received Austenite part then converts completely on further cooling Martensite around. The galvanizing parameters can vary over a wide range. Dependent on From the sheet thickness, the galvanizing speeds are between 60 and 120 m / min. The cooling rates Before and after the zinc bath are at relatively low 10 to 30 ° C / sec.
Das erzeugte Material kann sowohl als Kalt- wie auch als Warmband, im dressierten und undressierten und auch im wärmebehandelten Zustand (Zwischenglühen) über eine Feuerverzinkungslinie oder reine Durchlaufglühanlage prozessiert werden.The produced material can be used both as cold and as hot strip, in dressed and undressed and also in heat treated condition (intermediate annealing) over a Hot dip galvanizing line or pure continuous annealing system are processed.
Gleichzeitig besteht die Möglichkeit, durch gezielte Variierung der Abkühlbedingungen vor dem Zinkbad den Ferritanteil zu erhöhen oder zu verringern. Dadurch ist z. B. auch die Erzeugung von partialmartensitischen Stählen (PM) möglich.simultaneously it is possible, by targeted variation of the cooling conditions before the zinc bath to increase the ferrite content or decrease. This is z. B. also the production of partial martensitic toughen (PM) possible.
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