DE2156124A1 - Warmgewalzter Stahl hoher Zugfestigkeit mit einer ausgezeichneten Kaltverformbarkeit - Google Patents

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Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenigsberger - Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumstein jun.

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NTPIOJT KOKAH KABUSHIKI KAISIIA, lokyo/Japan

Y/armgewali tor Stahl freier Zugfestigkeit mit einer ausgezeichneten Kaltverformbarkeit

Die Erfindung betrifft einen warmgewalzten Stahl hoher Zugfestigkeit, der eine ausgezeichnete Kaltverformbarkeit und besonders eine hohe Zugfestigkeit oder Streckgrenze aufweist, trotzdem er nicht durch Warmbehandlung vergütet ist.

In den letzten Jahren ist Stahl für Automobile, Fahrzeuge oder für Industriemaschinen verlangt v/orden. Ein solcher Stahl muß verschiedene Eigenscha.ften wie eine Kaltverformbarkeit, hohe Festigkeit, Schweißbarkeit und ähnliche aufweisen. Es ist selbstverständlich, daß ein niedriger Kostenfaktor eine wichtige Forderung an den obengenannten Stahl darstellt. Es ist jedoch nicht leicht gewesen, einen Stahl herzustellen, der die obengenannten Erfordernisse erfüllt. Yfenn zum Beispiel ein bekanntes l/arr:fuehand!längsverfahren zur Herstellung des Stahles verwandt '■/ird_y können die obengenannten Eigenschaften leicht erhalten v/orden. In einem solchen Fall ist ca ,jedoch unvoriaeidlich, daß die Produktivität sohl' gering int und die Herstellungskosten des Produktes ansteigen. Ucnn ein fortlaufendes V/armwalzverfahren

209828/052S

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das für eine Massenproduktion am. geeignetsten ist, für die Herstellung des Stahles verwandt wird,, werden die obengenannten Hachteile vermieden. Es ist jedoch gut "bekannt, daß andere Mangel erzeugt werden und in dem warmen Band, das durch das fortlaufende Warmwalzen hergestellt wird, vergrößert werden. Der erste Mangel ist der, daß die Kaltverfornbarkeit schlechter wird, da· die Festigkeit des Stahles größer wird. Bei der erforderlichen Festigkeit,einer Zugfestigkeit von mehr als 60 leg/mm oder einer Streckgrenze, die über 45 kg/mm liegt, weist der Stahl eine geringe Kaltverformbarkeit auf. Der zweite Mangel liegt darin, daß mit dem Anwachsen der Festigkeit die Anisotropie der Kerbzähig-Ice it merklich hervorgehoben wird. Das beruht darauf, daß die Grundtendenz, daß die Kerbzähigkeit in Querrichtung, das heißt in Richtung der Breite, geringer ist als die in Längsrichtung, das heißt in Walzrichtung, mit dem Anwachsen der Festigkeit verstärkt wird. Es ist daher .offensichtlich, daß die Herstellung eines Stahles, der die obengenannten. Erfordernisse erfüllt, bei dem gegenwärtigen Stand der Technik sehr schwierig ist.

Der erfindungsgemäße Stahl erfüllt die geitamrten Erfordernisse. Die Merlanale der Erfindung liegen darin, daß 0,.β$ bis 1,5$ Mn, '0,005$ bis 0,10$ ITb, 0,05$ bis 0,15$ Zr tmJ 0^005^ bis 0,13$ gelöstes Al als Hauptelemente gleichseitig vorhanden sind. Mit einer solchen Zusammensetzung können die genannte Festigkeit, Kerbzähigkeit und Kaltvorformbarkeit, die nach dem Stand der Technik als sich widersprechende Eigenschaften angesehen worden,, dem Stahl verliehen werdenj ohne daß er einer Warmbehandlung unterzogen wird.

Es ist das Ziel der Erfindung, einen warmgewalzten Stahl hoher Zugfestigkeit zu schaffen, der zusammen mit einer großen Festigkeit eine ausgezeichnete Kältverformbarkeit, iiiTsaTJinon mit dlonor großen Festigkeit eine Kerbzähigkeit mit kleiner Anisotropie und zusammen mit anderen Eigenschaf L'en eine gute Schweißbarkeit tinL^--weist.

Im folgenden wird anhand dor zugehörigen Zeichnung; c Ine -Iu; L- -......... spielsweise bevorzugte Aiisfülirungsform der KuCiiidiuif·; nähen: im·-

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läutert. _

Pig. 1 zeigt die Beziehung zwischen der Zugfestigkeit und der Kerbdehnung des erfindungsgemäßen Stahles zum Vergleich mit bekannten Stählen.

Fig. 2 ist eine Skizze des Probestückes, das bei den Versuchen verwandt wurde.

Fig. 3 zeigt das Maß an absorbierter Energie beim erfindungsgemäßen Stahl im Vergleich mit bekannten Stählen.

Der erfindungsgemäße Stahl weist die folgende Zusammensetzung auf:

C:	0,	03	bis	o,	15$
Sif	o,	05	bis	o,
Mn;	0,	80	bis	U	50$
Nb:	o,	005	bis	o,	10$
Zr:	o,	05	bis	0,	15$

Gelöstes Al: 0,005 bis 0,10$

Unvermeidliche Verunreinigungen, der Restanteil ist Pe.

Die Begrenzung der Bereiche der chemischen Zusammensetzung der Elemente erfolgte aus folgenden Gründen:

C: Wenn der Kohlenstoffgehalt über 0,15 $ steigt, wird die KaItverformbarkeit des Stahles im Falle einer Zugfestigkeit von mehr

als 60 kg/mm merklich schlechter. Ein Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,03$ ist bei den gewöhnlichen Stahlherstellungsverfahren schwierig zu erreichen und bringt ein Ansteigen der He3?stellungskosten mit sich.

Si: 0,05 bis 0,50$ Silicium ist lediglich der Bereich, in dem es als gewöhnliches Desoxidationsmittel wirkt.

Mn und Fb: Beide Elemente vermitteln ein Ansteigen der Zugfestigkeit und der Streckgrenze. Wenn diese Elemente gleichzeitig vorhanden sind,kann die erforderliche Festigkeit dem Stahl durch eine kleine Menge verliehen werden. Die untere Grenze ist aus diesem

2 0 9 B / H / 0 B 2 b

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Grunde 0,8O^ !ία und 0,005$ Hb. Wenn mete als 1*5^ Hn und Hehr ^i; als 0,1$ Hb angegeben wird, wird das Gleichgewicht zwischen' der Festigkeit und der Kaltverformbarke it¹ zerstört imd der Her·*. Stellungspreis vergrößert, Folglieh kann das Siel der Erfindung nicht erreicht werden,

Zr: Zirkon, wirkt als Beruhigungsmittel für Sulfide durch seine chemische Bindung mit Schwefel im Stahl« Dieses Verhalten τοη Zirkon ist für die. Verbesserung der EaItverformbarkeit sehr wirkungsvoll. Ein Gehalt von weniger als 0,05$ 2r ist filr die Verbesserung der Kaltverformbarkeit nutzlos. Mehr als 0,15$ 2r verschlechtert die Reinheit des Stahles, und folglich aueh die . obengenannten Eigenschaften··

Gelöstes Al: Aluminium^ wiÄ ,alg· Oxydationt'Taittel zugefügt. Kieselsäureeinschi Isse, die für dJle Jialtverformbarkeit schädlich sind', verschwinden mit dem Zusatz von Aluminium. Daher be« trägt der Gehalt an gelöstem Aluminium im Stahl wenigstens 0,005$. Wenn der Gehalt an gelöstem Aluminium über 0,10$ liegt, werden der Flüssigkeitsgrad des flüssigen Stahles verschlechtert und die Herstellungskosten erhöht, ... - . .

Der Schwefelgehalt ^mj^^f^ndunsgsgemäßen Stahl ist ein Bestandteil, der als unvermeidliche Verunreinigung bleibt. Jedoch ist ein Schwefelgehalt von weniger als 0,010$ wünschenswert, wenn eine starke Kaltverformung für den Stahl er for der lieh ist. Ein solcher Sehwefelgehalt. ist auch eines der Merkmale des erfindungsgemäßen Stahles*

Der erfindungsgemäße Stahl weist die obengenannte chemische Zusammensetzung auf, ist warmgewalzt und benötigt keine Behandlung durch bekannte thermische Vergütungsverfahren, wie Ab«< schrecken oder iDemperr oder ähnlichem, nach dem Warmwaisen. In vielen Versuchen hat S3.oh gezeigt, daß das obengenannte Ziel der Erfindung vollständig erfüllt wird.

Die Kaltverformbarkeit wird in I"ig. 1 gezeigt,. Das VersuelisstÜGk, das bei dem Kaltverformungigversuch verwandt wurde, seigt Fig.2,""

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^{ · ^i; ORIGINAL INSPECTED

Das Versuchsstück weist eine Strecklänge von 50 nun und eine V-Kerbe von 2 mm auf. Die Höhe der Kerbdehnung zeigt die Kaitverformbarkeit des Stahles, die in Wirklichkeit die Biegbarkeit oder Flanschformbarkeit . ist. Aus Mg, 1 ist zu ersehen, daß die Kerbdehnung des erfindungsgemäßen Stahles bei weitem besser ist als die der bekannten Stähle. In diesem Falle lag die Beurteilungsgrundlage für die Kaitverformbarkeit bei einer Kerbdehnung von 6$ bei einer Zugfestigkeit von 60 kg/mm » Im Hinblick auf diese Beurteilungsgrundlage ist die ausgezeichnete Kaltverformbarkeit des erfindungsgemäßen Stahles weiter offensichtlich. Das heißt, auch wenn die Zugfestigkeit über 70 kg/mm² liegt, erreicht die.Kerbdehnung einen Wert, " der über der Höhe von 6$ liegt. Die Kerbdehnung einer groCon Mehrheit der bekannten Vergleichsstähle liegt unter 6$ sogar im Falle einer Zugfestigkeit von 60 kg/mm²* Diese Stähle sind für die obengenannten Verwendungszwecke untauglich.

Als zweites wird die Anisotropie der Kerbzähigkeit des erfindungsgemäßen Stahles in I¹Ig. 3 im Vergleich mit der eines bekannten Vergleichsetahles gezeigt. Diese Anisotropie wird durch das Verhältnis der Vierte der absorbierten Energie bei O⁰C in Querrichtung und Längsrichtung gezeigt. Aus Fig. 3 ist zu ersehen, daß dieses Verhältnis für d^in'eiiindungsgemäßen Stahl weit höher liegt als das des bekannten VergleichsStahles. Das heißt, daß das Verhältnis für den erfindungsgemäßen Stahl in einem Bereich zwischen etwa 0,45 bis etwa 0,85 liegt, während das des bekannten Stahles nur zwischen etwa 0,25 bis etwa 0,40 liegt. Es ist zu erwähnen, daß die Verbesserung der Anisotropie einen sehr großen Schritt zeigt.

Als drittes ist durch konkrete Experimente festgestellt worden, daß der erfindungs'gemäße Stahl eine sehr gute Schweißbarkeit zeigt. Der G-rürid dafür, daß die Schweißbarkeit sehr gut "1st, liegt in dem geringen Kohlenstoffäquivalent, aar» gexinger als etwa 0,400 (berechnet durch G "+ 1/6 Mn + 1/24 Si) ist.

Die IIeraiiGllungsoriordornisse, typische Beispiele'der chemischen" Zusammensetzung und din Vcrauchsergebniose, die von den obeiigo—

8AD ORIGINAL

nannten Experimenten ausgewählt worden sind, werden im folgenden erläutert·

Herstellungserfordernisse i Stahlerzeugung im Säuerstoff-Thomas-Konverter mit 85 t/Charge "bei einem Blockgewicht von 14 t.

Nach einem gewöhnlichen Flachwalzen wird der Stahl in einer gewöhnlichen fortlaufenden Bandwarmwalzstraße bis auf eine Enddicke von 6,0 mm warmgewalzt·

labelle I (° zeigt die "bekann-jen Vergleichsstähle)

	G	Si	Mn	P	S	Hb	—	Gelös	C-
			#				-	tes Al	£qu.
A0	0.10	0.19	1.19	0.015	0.020	0.025	0.01	0.025	0.306
B0	0.08	0.18	1.30	0.016	0.008	0.035	c.o?	0.032	0.304
G0	0.10	0.18	1.02	0.019	0.017	0.026	0.05	0.042	0.278
D0	0.10	0.30	1.18	0.016	0.017	0.027	0.08	0.026	0.310
E	0.10	0.15	1.40	0.018	0.020	0.020	0.09	0.065	0.340
F	0.08	0.28	1.06	0.018	0.020	0.024	0.10	0.058	0.269
G	0.08	0.28	1.04	0.012	0.006	0.035	0.09	0.088	0.256
H	0.12	0.37	0.85	0.012	0.026	0.038	0.10	0.046	0.277
I	0.11	0.48	1.46	0.015	0.005	0.042	0.09	0.031	0.374
J	0.14	0.13	0.92	0.018	0.020	0.048	0.15	0.058	0.298
K	0.05	0.49	1.50	0.015	0.017	0.050	0.11	0.036	0.270
L	0.08	0.37	1.19	0.012	0.019	0.038	0.025	0.293
M0	0.19	0.23	0.98	0.016	0.018	0.019	0.041	0.363

Die physikalischen Eigenschaften der obon aufgeführten Ütälile, die mit einen Probostüok von 5 rffl x 10 inn χ 55 mn mit einer V-förmigen Kerbe von 2 mm gemosson wurden, jjcigt 'i'abollc II.

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28/0525

Gemäß obiger l'abelle ist j ede der physikalischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Stahles "bei weitem "besser als die der "bekannten Vergleichsstähle. Natürlich sind alle diese Stähle nicht einer thermischen Vergütung unterworfen worden. Es ist einzusehen, daß die physikalischen Eigenschaften, "besonders die Streckgrenze, Zugfestigkeit und Kerbzähigkeit, wie sie in Tabelle II gezeigt werden, eine starke Kaltverformung ermöglichen können, trotzdem der Stahl nicht thermisch vergütet ist. Es ist zu bemerken, daß die Stähle G und I die anderen Stähle in ihren physikalischen Eigenschaften, der wichtigen Streckgrenze, Zugfestigkeit oder Kerbsähigkeit, übertreffen. Natürlich hängen Bolche Eigenschaften von dem oben erwähnten Schwefelgehalt von weniger alcs i:,O1$ ab. Weiterhin zeigt der erfindungsgemäße Stahl in der Praxis eine gute Schweißbarkeit. Diese Schweißbarkeit beruht auf dem KoIu enstof f äquivalent von weniger als 0,400, wie Tabelle I zeigt. Der Grund dafür, daß die physikalischen Eigenschäften der bekannten Vergleichßstähle schlechter sind als die des erfindungegemäßen Stahles, liegt im Zirkongehalt oder im Kohlenstoffgehalt, die außerhalb dem am besten geeigneten Bereich des erfindungsgemüßen Stahles liegen, wie Tabelle I zeigt.

Der erfindungsgemäße Stahl wurde zuerst als ein äußerst geeigneter Stahl für eine starke Kaltverformung entwickelt. Ein solcher Stahl kann leicht durch Y/armwalzen hergestellt werden, das heißt ohne eine bekannte thermische Vergütungsbehandlung.

Der erfindungsgemäße Stahl ist ein Mn-Nb-Zr-Al-System warmgewalzter Stahl, das heißt ein Stahl eines nicht thermisch vergüteten lyps, der eine ausgezeichnete Kaltverformbarkeit aufweist, so daß sich eine geringe Ausrichtbarke it zeigt. Er weist eine große Härte auf, die bei einer Zugfestigkeit von 60 kg/mm oder einer Streckgrenze von mehr als 45 kg/mm liegt. Die Kerbzähigkeit zeigt eine geringe Anisotropie. Der erfindungsgemäße Stahl weist weiterhin eine gute Schweißbarkeit auf, das Kohlenstoff äquivalent liegt unterhalb etwa 0,400. Dieser Stahl ist ein äußerst geeignetes Material für Autos, Fahrzeuge oder Industriemaschinen, weil er die obengenannten günstigen Eigenschaften aufweist und unter geringen Hcrotnllungnkonton in Maasenproduktion

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hergestellt werden kann.

Claims (5)

21b6124 Patentansprüche

1. Warmgewalzter Stahl mit hoher Zugfestigkeit, der eine ausgezeichnete ICaltverformbarkeit aufweist, und eine Zugfestigkeit von mehr als etwa 60 kg/mm oder eine Streckgrenze von mehr als 45 kg/mm zeigt, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 0,03 bis 0,15 i> Kohlenstoff, 0,05 bis 0,50$ Silicium, 0.80 bis 1,50 $ Mangan, 0,005 bis 0,10 ^c/o Niob, 0,05 bis 0,15 $ Zirkon, 0,005 bis 0,10 $ gelöstem Aluminium, unvermeidlichen Verunreinigungen und dem Restanteil Eisen besteht.

2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er weniger als 0,010 ^cß> Schwefel zusätzlich enthält.

3. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenstoffäquivalent unterhalb etwa 0,400 liegt.

4. Stahl nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich wenigstens 0,005 i° Schwefel enthält.

5. Stahl nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenstoffäquivalent mehr als 0,250 beträgt.

ORIGINAL INSPECTED