DE1483247C3 - Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines hochzugfesten Weißbleches - Google Patents

Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines hochzugfesten Weißbleches

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DE1483247C3 DE1483247A DEJ0029052A DE1483247C3 DE 1483247 C3 DE1483247 C3 DE 1483247C3 DE 1483247 A DE1483247 A DE 1483247A DE J0029052 A DEJ0029052 A DE J0029052A DE 1483247 C3 DE1483247 C3 DE 1483247C3
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines hochzugfesten Weißblechs aus unlegiertem Kohlenstoffstahl.
Bei der Herstellung von Weißblech höherer Festigkeit wird der Stahlstreifen nach dem Anlassen einer zweiten Kaltverformung vor oder nach dem Verzinnen unterworfen.
Normalerweise liegt das Ausmaß dieser zweiten Kaltverformung in der Größe von 25—35%. Ein derartiges Weißblech kann eine Dicke von 0,13 bis 0,38 mm und eine Zugfestigkeit von 56 bis etwa 77,34 kg/mm2 aufweisen, welche beträchtlich höher als die Festigkeit von herkömmlichem Weißblech ist. Jedoch ist die Dehnbarkeit eines solchen Produktes schlecht; sie beträgt weniger als 1% bei 50 mm.
Zum Erzielen höherer Festigkeitswerte muß ein solches Weißblech in der Regel nitriert werden.
Die Anwendung der Kalthärtung durch Kaltverformung, um die gewünschte Festigkeit bei dünnen Stahlblecherzeugnissen zu erzielen, hat insbesondere bei doppelt verformtem Weißblech beträchtliche Nachteile. Zusätzlich zu der schlechten Dehnbarkeit oder Formbarkeit ist doppelt verformtes Weißblech auch durch einen hohen Grad an Richtungsabhängigkeit oder Anisotropie gekennzeichnet, d. h., es weist wesentlich unterschiedliche mechanische Eigenschaften in Längs- und in Querrichtung in Bezug auf die Walzrichtung auf.
In der US-PS 20 13 249 wird eine Wärmebehandlung von Kohlenstoffstählen mit 0,05 bis 0,4% Kohlenstoff und bis zu 0,5% Mangan beschrieben. Derartige als »cold rolled steel« bezeichneten Produkte werden auf .eine Temperatur erhitzt, die von Rotglut bis zum
ίο Schmelzpunkt des Stahles reicht, wobei vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 482 und 899° C erhitzt wird. Danach wird der erhitzte Werkstoff in einem Abschreckmittel abgeschreckt. Die Zugfestigkeit soll mindestens doppelt so hoch sein wie bei dem Ausgangswerkstoff.
In »Proceedings of the Royal Society of London«, Vol. 259 (1961) S. 45-58, insbesondere S. 52/53 sind im Zusammenhang mit der Martensitumwandlung in Kohlenstoffstählen bei Kohlenstoffgehalten von 0,1 bis 0,2% beim Abschrecken auf Raumtemperatur Nadeln aus Anlaßmartensit festgestellt worden. Diese Untersuchung erfolgte indessen bei einem Werkstoff,'der 0,69% Mn, 0,06% Cr und"O,69% Ni bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,12% aufweist.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines hochzugfesten Weißbleches aus unlegiertem Kohlenstoffstahl anzugeben, welches es erlaubt, Blechbänder mit überraschend guter Dehnbarkeit bei äußerst hohen Festigkeitswerten herzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein dünnes Blechband aus dem unlegierten Kohlenstoffstahl mit 0,03 bis 0,25% Kohlenstoff und 0,20 bis 0,60% Mangan und einer Dicke von 0,005 bis 2,54 mm in kaltverfestigtem Zustand mit einem Kaltverformungsgrad von wenigstens 40% durch eine Heizzone geführt wird, in welcher das Blechband auf eine Temperatur oberhalb des kritischen A3-Punktes des Stahles erhitzt und vollständig austenitisiert wird, und daß das Blechband danach schnell und gleichmäßig mit einer Geschwindigkeit abgeschreckt wird, die oberhalb der kritischen Abkühlungsgeschwindigkeit liegt mit der Maßgabe, daß das erzielte Gefüge im wesentlichen aus Anlaßmartensit besteht und das Blechband eine Zugfestigkeit von wenigstens 91,4 kg/mm2 und eine Dehnung bei 50 mm von wenigstens 1,5% aufweist.
Zweckmäßig beträgt der Kaltverformungsgrad wenigstens 60%.
Das Blechband weist vorteilhaft eine Zugfestigkeit von 105,5 bis 175,8 kg/mm2 und eine Dehnung bei 50 mm von 1,5 bis 10% auf.
Die einzuhaltende Temperatur beträgt zweckmäßig in Abhängigkeit von dem Kohlenstoffgehalt 900 bis 11500C, wobei das Blechband eine Dicke von 0,05 bis 1,3 mm aufweisen kann.
Nach dem Abschrecken kann das Blechband dressiert werden, um es zu glätten.
Die überraschend gute Dehnbarkeit des hochzugfesten Blechbandes wird der Tatsache zugeschrieben, daß der Martensit als Anlaßmartensit vorliegt und dieser Martensit eine feine Korngröße aufweist und daß das Ausgangsmaterial in einem kaltverformten und dadurch kaltgehärteten Zustand vorlag. Hohe Festigkeiten lassen sich bei Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt leicht erzielen, jedoch wird mit dem vorgeschlagenen Verfahren ein dünnes Blechband mit den genannten wünschenswerten physikalischen Eigenschaften schon bei geringem Kohlenstoffgehalt erhalten, wobei ein
derartiges Blech leicht zu beschichten, zu bestreichen und einfach zu schweißen ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels.
Der Ausdruck »kaltgehärtet«, der hier verwendet wird, bezieht sich auf ein Blechband, welches nach Warmwalzen, Beizen und Kaltverformen mit einem Kaltverformungsgrad von mindestens 40%, vorzugsweise wenigstens 60%, keinem Anlassen unterzogen worden ist. Das kaltgewalzte Blechband im kaltgehärteten Zustand kann bei einer Breite von 45,7 bis 182 cm, eine Zugfestigkeit von etwa 70,3 kg/mm2 bei schlechter Dehnbarkeit, d. h. weniger als 1 % Dehnung bei 50 mm aufweisen.
Das kaltverformte Blechband wird von einer Rolle durch eine Führung und einen Schlingenkanal zu einer üblichen Reinigungs- und Spülvorrichtung geführt, in welcher die Reste des Walzöls entfernt werden. Das gesäuberte Blechband läuft dann durch einen Ofen, wo es auf die Austenitisierungstemperatur gleichmäßig erhitzt wird. ■ -
Unmittelbar nach dem Verlassen des Ofens läuft das *' Blechband in ein Abschrecksystem, wo es mit einer Geschwindigkeit auf Umgebungs- oder Raumtemperatur abgeschreckt wird, die über der kritischen Abkühlungsgeschwindigkeit liegt. Im allgemeinen erfordert dies ein Abschrecken von der Ofentemperatur bis herab zur Temperatur des Beginns der Martensitbildung in 0,1 bis 0,4 see, und zwar in Abhängigkeit von der Abschrecktemperatur. Die während des Abschreckens gebildete Oxydhaut wird durch Beizen in einem Säurebad entfernt.
Die Gleichförmigkeit der Abschreckung ist nicht nur deshalb wichtig, um ein Blechband mit gleichförmigem Gefüge und gleichförmigen mechanisch-technologischen Eigenschaften zu erhalten, sondern auch darum, um ein Werfen und einen Verzug des Blechbandes zu vermeiden. Eine unregelmäßige Verdampfung des Wassers oder eines anderen Abschreckmediums bei Berührung mit dem Blechband kann wesentliche Unterschiede in den Wärmeübertragungsgeschwindigkeiten zwischen Abschnitten der Bandoberfläche, die mit dem flüssigen Wasser in Berührung sind, und anderen Abschnitten zur Folge haben, die mit Wasserdampf in Berührung sind. Diese Unterschiede bewirken unterschiedliche Geschwindigkeiten der Zusammenziehung im Blechband und haben Abschreckspannungen sowie eine Verformung zur Folge. Die notwendig hohe Abkühlungsgeschwindigkeit und die gewünschte Gleichförmigkeit der Abschreckung wird durch einen hohen Grad an Turbulenz und einer hohen Volumengeschwindigkeit des Wasserflusses erzielt.
Obwohl Wasser das bevorzugte Abschreckmedium ist, können andere Medien, einschließlich Sole oder andere wäßrige Salzlösungen, öl, flüssiger Stickstoff usw. verwendet werden. Unabhängig von dem verwendeten flüssigen Abschreckmedium muß jedoch die Volumengeschwindigkeit des Abschreckflüssigkeitsflusses hoch genug sein, um eine Abkühlgeschwindigkeit zu erzielen, die über der zur Umwandlung von Austenit in Martensit erforderlichen kritischen Geschwindigkeit liegt, und die Turbulenz der Abschreckflüssigkeit relativ zum Blechband muß groß genug sein, um die Ansammlung eines Dampffilmes zu verhindern, der zu einem ungleichförmigen Abschrecken und infolgedessen zu einem Verzug des Streifens führen würde.
Typische Durchlaufgeschwindigkeiten bei dem kontinuierlichen Verfahren liegen im Bereich von 30,5 m bis 610 m je Minute in Abhängigkeit vom Maß des Blechbandes und vom Kohlenstoffgehalt. Trotz der hohen Abkühlungsgeschwindigkeit findet ein Anlassen des Blechbandes während der kurzen Zeit statt, die zum Abkühlen yon dem Martensitumwandlungstemperaturbereich bis zur ^Umgebungstemperatur oder zur Wassertemperatur benötigt wird.
Der Dressierschritt, dem das abgeschreckte Blechband zur Glättung seiner Oberfläche unterworfen werden kann, soll 5% nicht überschreiten.
Nach dem Glattwalzen des Blechbandes kann dieses dann auf herkömmliche elektrolytische Arbeitsweise mit Zinn überzogen werden, wobei die Einzelheiten dieses Vorganges dem Fachmann bekannt sind. Nach einer anderen Möglichkeit kann das Blechband galvanisiert oder mit Aluminium überzogen werden.
Beispiel I
Ein Blechband aus reinem Kohlenstoffstahl, bestehend aus 0,14% C, 0,48% Mn, 0,009% P, 0,028% S, 0,003% Si, 0,03% Cu, 0,013% As, 0,02% Ni wurde auf 927°C erhitzt, d.h. über den kritischen A3-Punkt und danach schnell und gleichmäßig erfindungsgemäß abgeschreckt. Die erzielte Zugfestigkeit betrug 139,5 kg/mm2 bei einer Dehnung (50 mm) von 3,5%.
Beispiel II
Eine Reihe kontinuierlicher Durchgänge wurde in einer handelsüblichen Vorrichtung durchgeführt, wobei Seewasser als Abschreckmittel verwendet wurde. Das Ausgangsmaterial war in jedem Fall ein kaltgewalztes Blechband voller Härte von 83,2 cm Breite mit einer so Zugfestigkeit von 70,3 kg/mm2 und einer Dehnung bei 50 mm von weniger als 1%. Die chemischen Analysen und Versuchsdaten sind in der folgenden Tabelle dargestellt:
Tabelle I
Durchgang Maß Chemische Analyse (%) P S Si Cu As
Nr. (mm) C Mn 0,011 0,022 0,001 0,03 0,018
1 0,145 0,09 0,45 0,012 0,022 0,010 0,02 0,016
2 0,213 0,09 0,45 0,012 0,021 0,004 0,03 0,013
3 0,203 0,11 0,34 0,016 0,022 0,011 0,03 0,014
4 0,201 0,19 0,42
Die Verfahrensdaten für die vier Durchgänge sind in Tabelle II wie folgt gezeigt:
Tabelle II
Durchgang Geschwindigkeit Stahlabschreck Wassertemperatur "C Wasserdurchfluß (Ltr./min) Spritzdüsen
temperatur*) 2650
Nr. (m/min) ("C) Eintritt Austritt Einlaß 2650
1 191-228 888-938 15,6-18,3 18,9-23,3 2740 2650
2 137-145 944-955 15,6-18,3 18,9-23,3 2740 2650
3 145-156 911-960 15,6-18,3 18,9-23,3 2740
4 150-159 927 15,6-18,3 18,9-23,3 2740
*) Temperatur des erwärmten Blechbandes direkt vor der Berührung mit dem Abschreckwasser.
Schliffbilder der Prüfproben des erfindungsgemäß abgeschreckten Blechbandes zeigten, daß das Gefüge in jedem Fall vollständig aus Anlaßmartensit bestand.
Die Eigenschaften des Weißbleches nach einem
Tabelle III
Dressierstich von weniger als 0,5% sind in der Tabelle III wiedergegeben, wobei der Kohlenstoffgehalt und die Maße der Einfachheit halber wiederholt werden.
Durchgang Nr. 1
Kohlenstoff 0,09 0,09 0,11 0,19
Maß, mm 0,145 0,213 0,203 0,201
Zugfestigkeit, kg/mm2 122,3 121 133 156
Dehnung, % bei 50mm 1,5-2,0 2,5-3,0 2,0-2,5 2,0-2,5
Olsen-Dehnbarkeit, mm 3,91 4 3,83 3,83
Rockwell-Härte, 30-N 53 53 58 63
B eizverzögerung*) 5 6 4 3
ATC*) 0,02 0,04 0,03 0,03
*) Die Beizverzögeruhgsprüfung und die ATC-Prüfung werden in »Tinplate Testing« (Mai 1960) vom Tin Research-Institute, Anhang XII bzw. Anhang XIV beschrieben.
Aus den oben angegebenen Daten ist zu ersehen, daß das Produkt eine außergewöhnlich hohe Festigkeit selbst bei sehr dünnen Maßen aufwies. Darüber hinaus war die Dehnbarkeit des Produktes gleichförmig gut, selbst beim höchsten Kohlenstoffgehalt im Durchgang 4.' Der Korrosionswiderstand, wie er durch die Beizverzögerungsprüfung und die ATC-Prüfung gemessen wird, war ganz ausgezeichnet. Obwohl es in Tabelle
45 III nicht gezeigt wird, war der Unterschied zwischen den Längs- und Quermessungen der Zugfestigkeit gering, so daß das Produkt im wesentlichen isotropisch war.
Zusätzlich dazu wurden Rockwell-Härtemessungen (30-N) jeweils in 25 mm Abstand quer über die Breite jedes Blechbandes mit den folgenden Ergebnissen vorgenommen:
Durchgang
Nr.
Zentralwert und
Abweichung
1 53±3
2 54,5±2,5
3 58±1
4 63 + 1
Es geht demnach aus der gleichförmigen Härte des Blechbandes hervor, daß eine gleichförmige Abschrekkung durchgeführt wurde und daß ein sehr gleichförmiges Gefüge aus Anlaßmartensit erzielt wurde.
Die Prüfergebnisse zeigen, daß durch die erfindungsgemäße Behandlung ein kaltgewalztes Blechband voller Härte mit einer Zugfestigkeit von etwa 70,3 kg/mm und sehr schlechter Dehnbarkeit (weniger als 1 % Dehnung bei 50 mm) in ein Blechband umgeformt wird, welches eine bessere Zugfestigkeit und stark verbesserte Dehnbarkeit aufweist.
Ein weiterer wichtiger Vorteil des gemäß der Erfindung hergestellten Weißbleches liegt in seiner merklichen Bruchfestigkeit im Vergleich zu den bislang in kontinuierlichen Verfahren hergestellten Bändern. Das erfindungsgemäß behandelte Blechband ist weit weniger empfindlich, da Kantenrisse nicht dazu neigen, sich so leicht auszudehnen, so daß das Blechband weit weniger reißt. Dieser Vorteil ist bei abnehmender Dicke des Blechbandes von steigender Bedeutung.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines hochzugfesten Weißbleches aus unlegiertem Kohlenstoffstahl, dadurch gekennzeichnet, daß ein dünnes Blechband aus dem unlegierten Kohlenstoffstahl mit 0,03 bis 0,25% Kohlenstoff und 0,20 bis 0,60% Mangan und einer Dicke von 0,005 bis 2,54 mm in kaltverfestigtem Zustand mit- einem Kaltverformungsgrad von wenigstens 40% durch eine Heizzone geführt wird, in welcher das Blechband auf eine Temperatur oberhalb des kritischen A3-Punktes des Stahles erhitzt und vollständig austenitisiert wird, und daß das Blechband danach schnell und gleichmäßig mit einer Geschwindigkeit abgeschreckt wird, die oberhalb der kritischen Abkühlungsgeschwindigkeit liegt, mit der Maßgabe, daß das erzielte Gefüge im wesentlichen aus Anlaßmartensit besteht und das Blechband eine Zugfestigkeit von wenigstens 91,4 kg/mm2 und eine Dehnung bei 50 mm von wenigstens 1,5% aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch "1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltverformungsgrad wenigstens 60% beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechband eine Zugfestigkeit von 105,5 bis 175,8 kg/mm2 und eine Dehnung bei 50 mm von 1,5 bis 10% aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperatur von 900 bis 11500C in Abhängigkeit von dem Kohlenstoffgehalt eingehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechband eine Dicke von 0,05 bis 1,3 mm aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeschreckte Blechband dressiert wird.
DE1483247A 1964-09-23 1965-09-23 Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines hochzugfesten Weißbleches Expired DE1483247C3 (de)

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