DE2942338C2

DE2942338C2 -

Info

Publication number: DE2942338C2
Application number: DE2942338A
Authority: DE
Inventors: Osamu Akisue; Teruaki Himeji Hyogo Jp Yamada; Munetsugu Kawasaki Kanagawa Jp Matsuo; Norimasa Kimitsu Chiba Jp Uehara
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1978-10-21
Filing date: 1979-10-19
Publication date: 1987-11-12
Also published as: SE8703121D0; BE879500A; BR7906774A; NL7907738A; FR2439236B1; SE453997B; SE7908695L; JPS6044376B2; FR2439236A1; IT7926638A0; NL189145C; GB2043102B; GB2043102A; JPS5558333A; SE453515B; DE2942338A1; US4315783A; NL189145B; IT1125510B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von alterungsbeständigem kaltgewalztem Stahlband oder -blech mit ausgezeichneter Tiefziehbarkeit durch kontinuierliche Wärmebehandlung.

Nach dem Stand der Technik der Herstellung von kaltgewalztem Stahlband durch kontinuierliches Glühen (Durchlaufglühen) wird die Temperatur des Durchlaufglühens nicht sehr hoch gehalten und die Glühdauer ist kurz, so daß die Herstellung von Stahlband mit SPCC-Qualität (JIS G3141) oder SPCD-Qualität (JIS G3141) nur möglich ist, wenn danach eine zusätzliche Überalterungsbehandlung durchgeführt wird. Dagegen gibt es kein bekanntes Verfahren, nach dem alterungsbeständiges, tiefziehbares Stahlband der Qualität SPCE (JIS G3141) erhalten werden kann. Es wurde also noch kein Verfahren entwickelt, das die Herstellung von alterungsbeständigem, tiefziehbarem Stahlband durch kontinuierliche Wärmebehandlung ohne Überalterungsbehandlung bei niedrigen Herstellungskosten ermöglicht. Die Bezeichnung "Stahlband" wird hierbei für alterungsbeständiges, kaltgewalztes Stahlblech oder Stahlband verwendet.

Herkömmlicherweise wird alterungsbeständiges, kaltgewalztes Stahlband mit ausgezeichneter Tiefziehbarkeit durch Kaltwalzen von beruhigtem Stahl und anschließendes Kastenglühen des kaltgewalzten Bandes hergestellt. Das Kastenglühen erfordert jedoch mehrere Tage vom Erwärmen bis zum Abkühlen und ist deshalb im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Herstellung sehr nachteilig.

Um den Nachteil des Kastenglühens zu vermeiden, wurde zur Herstellung eines tiefziehbaren, kaltgewalzten Stahlbandes ein Verfahren mit kontinuierlichem Glühen entwickelt. Dieses Verfahren erfordert jedoch sehr strenge Begrenzungen in der Stahlzusammensetzung, beispielsweise den Zusatz von Titan etc. und eine Erniedrigung des Kohlenstoffgehalts. Außerdem erfordert dieses herkömmliche kontinuierliche Glühverfahren eine Überalterungsbehandlung nach dem Glühen, um die gewünschten Ergebnisse zu erhalten, so daß der Glühofen eine sehr lange Strecke erfordert, was zu einem beträchtlichen Anstieg der Kosten führt. Außerdem wurde festgestellt, daß die Qualität des nach dem herkömmlichen kontinuierlichen Glühverfahren erhaltenen Produkts derjenigen des nach dem Kastenglühverfahren erhältlichen unterlegen ist.

Zur Herstellung von alterungsbeständigem, tiefziehbarem kaltgewalztem Stahlband wurden bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen. Beispielsweise ist in der US-PS 35 22 110 ein Verfahren zur Fixierung des Kohlenstoffs und Stickstoffs, die die Ursache des Alterns sind, mit Titan beschrieben. Nach diesem Vorschlag wird der Kohlenstoffgehalt beispielsweise auf einen Bereich von 0,003 bis 0,017% vermindert, Titan wird in einer Menge zugesetzt, die viermal größer ist als der Kohlenstoffgehalt und der Stahl wird bei einer Temperatur von mindestens 780°C warmgewalzt, mit Säure dekapiert, mit einer Reduktion von mindestens 30% kaltgewalzt und bei einer Temperatur von höchstens 900°C kastengeglüht oder bei einer Temperatur zwischen 750 und 1000°C kontinuierlich geglüht. Der nach diesem Vorschlag erhältliche -Wert ist sehr hoch und der erhaltene Wert des Alterungsindex auffällig niedrig, so daß ein alterungsbeständiges, kaltgewalztes Stahlband mit ausgezeichneter Tiefziehbarkeit erhalten wird.

In der US-PS 38 21 031 ist die Herstellung von tiefziehbarem, kaltgewalztem Stahlband aus Al-beruhigtem Stahl ohne Titangehalt durch Durchlaufglühen beschrieben. Nach diesem Vorschlag wird der Kohlenstoffgehalt im Stahl auf 0,004% vermindert, der Stahl wird warmgewalzt, bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur zwischen 670 und 700°C aufgerollt, kaltgewalzt, 60 s bei einer Durchwärmtemperatur von 740 bis 780°C kontinuierlich geglüht und 80 s in einem Temperaturbereich langsamer Abkühlung von 520 bis 400°C gehalten, um die Überalterung zu bewirken.

Der nach diesem Vorschlag erhältliche -Wert reicht von 1,42 bis 1,46 und die Werte des Alterungsindex von 41 bis 49 N/mm². Sie sind schlechter als diejenigen nach dem Vorschlag der US-PS 35 22 110, nach dem Titan dem Stahl zugesetzt wird.

Aus der DE-OS 23 57 443 ist ein Verfahren zum Herstellen von alterungsbeständigem Kaltband oder -blech mit guter Preßverformbarkeit bekannt, bei dem ein Stahl mit höchstens 0,015% C mit einer Endtemperatur von 650 bis 980°C warmgewalzt, mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 100 K/s auf die Haspeltemperatur abgekühlt, bei 300 bis 600°C gehaspelt, kaltgewalzt und das Kaltband anschließend kontinuierlich geglüht wird.

Aus der US-PS 39 59 029 ist ein Verfahren zur Herstellung von kaltgewalztem, tiefziehbarem Stahlband bekannt, das sich durch ein zweistufiges Kaltwalzen auszeichnet, wobei zwischen dem ersten und zweiten Kaltwalzen das Band entkohlungsgeglüht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von alterungsbeständigem, kaltgewalztem Stahlband durch kontinuierliche Wärmebehandlung zu schaffen, mit dem Stahlband von Tiefzieh-Qualität (SPCE) durch einfache und kurze kontinuierliche Wärmebehandlung erhalten wird. Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 1 gelöst.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein alterungsbeständiges Stahlband mit ausgezeichneter Tiefziehbarkeit durch kontinuierliche Wärmebehandlung ohne anschließende Überalterungsbehandlung erhalten, bei dem keine Risse bei der Weiterverarbeitung auftreten. Hierfür wird ein Al-beruhigter Stahl mit besonders niedrigem Kohlenstoffgehalt (C: 0,0010 bis 0,0035%; lösliches Al: 0,015 bis 0,090%) verwendet, um die Aufrolltemperatur in der Warmwalzstufe wird in einem bestimmten Bereich festgelegt. Ferner werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein rasches Erwärmen während der kontinuierlichen Wärmebehandlung und vorzugsweise eine starke Reduktion beim Kaltwalzen angewendet, um die Bearbeitbarkeit des Bandes weiter zu verbessern. Schließlich wird eine niedrige Brammenwärmtemperatur angewendet, um Alterungsbeständigkeit trotz einer niedrigen Wickeltemperatur zu erhalten.

Die Tiefziehbarkeit von Stahlband wird gewöhnlich durch den -Wert beurteilt. Dies ist ein Durchschnittswert aus den r-Werten (Rankford-Wert) in Walzrichtung, in Querrichtung und in 45°- Richtung. Der -Wert hängt jedoch beträchtlich von der Kornorientierung und der Art des Kornwachstums nach der Rekristallisation ab. Als ein Erfordernis für Stahlblech mit Tiefzieh-Qualität (SPCE) darf der -Wert nicht niedriger als 1,5 sein. Ein weiteres Erfordernis für das alterungsbeständige Stahlband ist der Wert des Alterungsindex A. I. (Unterschied zwischen dem Fließwiderstand eines mit 10% Dehnung beaufschlagten geglühten Stahlbands und demjenigen des Stahlbands nach einer Alterungsbehandlung von 1 h bei 100°C). Dieser darf nicht größer als etwa 30 N/mm², vorzugsweise 10 N/mm² sein.

Ferner muß bei kaltgewalztem Stahlband unter allen Umständen die Erscheinung des sogenannten Reißens bei der Sekundärbearbeitung vermieden werden. Dies ist im wesentlichen ein Sprödbruch, der auftritt, wenn ein gepreßtes Stahlmaterial einer weiteren (sekundären) Bearbeitung unterzogen wird. Diese Erscheinung stellt sich vermutlich dann ein, wenn die Menge des Kohlenstoffs in fester Lösung durch Zusatz von Titan oder Niob oder infolge eines niedrigen Kohlenstoffgehalts sehr stark vermindert wird. Bei der Herstellung eines alterungsbeständigen, tiefziehfähigen Stahlbandes muß jedes gegen diese Erscheinung geeignete Mittel ergriffen werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren muß zur Herstellung eines kaltgewalzten Stahlbandes aus einem Al-beruhigten Stahl mit 0,015 bis 0,090% löslichem Al, der den vorstehend genannten Erfordernissen genügt:

(1) ein -Wert von mindestens 1,5;
(2) ein A. I.-Wert von höchstens etwa 30 N/mm²; und
(3) keine Rißbildung bei der sekundären Bearbeitung, vor allem der Kohlenstoffgehalt genauestens kontrolliert werden. Er muß auf den Bereich von 0,0010 bis 0,0035% begrenzt werden. Wenn diese Begrenzung gelingt, kann allen drei vorstehend genannten Erfordernissen fast vollständig genügt werden. Um diesen Erfordernissen zu genügen, ist es ferner notwendig, die Aufwickeltemperatur beim Warmwalzen nicht unter 580°C (in einigen Fällen unter bestimmten Bedingungen nicht unter 530°C) zu wählen. Der Zweck dieser Maßnahme ist es, den Stickstoff mit Aluminium als AlN zu fixieren.

Die Durchwärmtemperatur beim Glühen muß mindestens 680°C betragen, um die Tiefziehbarkeit des Stahlbandes zu gewährleisten. Mit einer höheren Durchwärmtemperatur kann ein höherer -Wert erhalten werden. Bei Durchwärmtemperaturen über 900°C wandeln sich jedoch alle Körner in Austenit um und die rekristallisierte Kornorientierung wird wahllos, so daß der -Wert sehr niedrig wird. Deshalb darf die Durchwärmtemperatur nicht über 900°C liegen.

Bei einem Mangangehalt über 0,45% nimmt die Tiefziehbarkeit plötzlich stark ab. Der Mangangehalt darf deshalb höchstens 0,45% betragen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in graphischer Darstellung Heizkurven der experimentellen Wärmebehandlungen,

Fig. 2 in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt und dem -Wert des Stahlbandes,

Fig. 3 in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt und dem A. I.-Wert des Stahlprodukts der Heizkurve A,

Fig. 4 in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt und der Rißbildung bei der sekundären Bearbeitung in dem Stahlprodukt der Heizkurve A,

Fig. 5 in graphischer Darstellung die Wirkung des Kohlenstoffgehalts und der Aufwickeltemperatur auf die Menge des Stickstoffs in fester Lösung,

Fig. 6 in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen dem Reduktionsgrad und dem -Wert, und

Fig. 7 in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen der Heizgeschwindigkeit und dem -Wert.

Ein Stahl mit einem Gehalt von 0,050 bis 0,065% lösliches Aluminium, 0,0045 bis 0,0055% Stickstoff (insgesamt), 0,25 bis 0,32% Mangan und 0,0003 bis 0,0118% Kohlenstoff wird im Laboratorium hergestellt, auf 1250°C erhitzt, warmgewalzt und sofort einer zweistündigen Wärmebehandlung bei 600°C unterzogen, durch die ein tatsächliches Heißaufwickeln simuliert wird. Das warmgewalzte Band besitzt eine Enddicke von 2,8 mm und wird nach dem Entzundern mit Säure auf 0,80 mm kaltgewalzt und anschließend kontinuierlich wärmebehandelt. Die Kurven für die kontinuierliche Wärmebehandlung sind in Fig. 1 dargestellt. Die Kurve A zeigt Aufheizen mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 K/s, Durchwärmen 40 s bei 700°C und langsames Abkühlen.

Die Kurven B und C zeigen ein langsames Aufheizen bis 400°C, schnelles Aufheizen von 400°C auf die Durchwärmtemperatur mit einer Geschwindigkeit von 100 K/s, 15 s Durchwärmen bei 700°C (B) bzw. 5 s bei 850°C (C), und rasches Abkühlen mit einer Geschwindigkeit von etwa 150 K/s. Keine der Kurven A, B, und C enthält eine Überalterungsbehandlung.

Die Beziehung zwischen dem -Wert und dem Kohlenstoffgehalt der erhaltenen Stahlbleche ist in Fig. 2 dargestellt. Aus der graphischen Darstellung ist deutlich zu sehen, daß der -Wert bei einem Kohlenstoffgehalt im Bereich über 0,0040% (40 T.p.M.) niedrig ist und sich bei einer Änderung des Kohlenstoffgehalts in diesem Bereich nicht wesentlich ändert. Dagegen erhöht sich der -Wert bei einem Kohlenstoffgehalt von höchstens 0,0035% (35 T.p.M.) bei allen drei Kurven A, B und C plötzlich auf über 1,5, so daß dieses Erfordernis für ein tiefziehbares Stahlblech erfüllt ist.

Sogar bei einer verhältnismäßig niedrigen Aufheizgeschwindigkeit, wie im Fall der Kurve A, und einem Kohlenstoffgehalt von höchstens 0,0035% (35 T.p.M.), kann ein -Wert von 1,5 oder mehr erreicht werden. Wenn die Aufheizgeschwindigkeit auf 100 K/s erhöht wird, wie bei Kurve B, kann ein noch höherer -Wert erhalten werden. Diese Richtung ist insbesondere bei Kohlenstoffgehalten von höchstens 0,0035% bemerkenswert, wo ein -Wert von 1,7 oder höher leicht erhalten werden kann. Ferner kann bei einer Erhöhung der Durchwärmtemperatur auf 850°C ein sehr hoher -Wert von 2,0 oder mehr mit Kohlenstoffgehalten von höchstens 0,035% sogar bei der sehr kurzen Durchwärmzeit von 5 s erhalten werden.

Es wurden bereits Versuche zur Herstellung eines kaltgewalzten Stahlblechs aus einem Al-beruhigten Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt durch kontinuierliches Glühen unternommen. Beispielsweise ist in der US-PS 38 21 031 ein Verfahren beschrieben, bei dem Al-beruhigter Stahl mit höchstens 0,010% C warmgewalzt und das Band bei einer Temperatur von mindestens 630°C aufgewickelt, warmgewalzt und kontinuierlich geglüht wird. Die -Werte der nach diesem bekannten Verfahren erhaltenen Stahlbleche sind in Fig. 2 mit X bezeichnet. Die nach diesem bekannten Verfahren erhältlichen -Werte liegen auch bei einer Änderung des Kohlenstoffgehalts von 0,004 bis 0,054% zwischen 1,46 und 1,39, und die Wirkung des Kohlenstoffgehalts auf eine Änderung des -Werts ist sehr gering. Nachdem sich das in der US-PS 38 21 031 beschriebene Verfahren mit einem -Wert von weniger als 1,5 zufriedengibt, ist klar, daß dieses bekannte Verfahren nicht auf die Herstellung von tiefziehbarem kaltgewalztem Stahlblech gerichtet ist. Dieses bekannte Verfahren kann keinen Hinweis darauf geben, daß bei einem Kohlenstoffgehalt von höchstens 0,0035%, wie im erfindungsgemäßen Verfahren, der -Wert scharf ansteigt, und daß dieser Bereich des Kohlenstoffgehalts sehr günstig zur Herstellung von tiefziehbarem Stahlblech ist.

Sodann wurden Versuche im Hinblick auf die Alterungseigenschaften der vorstehend beschriebenen Probestücke durchgeführt. Die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt und dem Alterungsindex des Stahlbandes mit der Heizkurve A aus Fig. 1 ist in Fig. 3 dargestellt. Erfindungsgemäß darf zur Herstellung eines alterungsbeständigen Stahlbandes der resultierende Wert des Alterungsindex höchstens etwa 30 N/mm², vorzugsweise höchstens 10 N/mm² betragen. Zu diesem Zweck darf der Kohlenstoffgehalt, wie in Fig. 3 gezeigt, höchstens 0,0035% (35 T.p.M.) betragen. Zum Vergleich sind auch die nach dem aus der US-PS 38 21 031 bekannten Verfahren erhaltenen Werte des Alterungsindex in Fig. 3 aufgeführt. Sie sind höher als die Obergrenze des Alterungsindex nach vorliegender Erfindung (etwa 30 N/mm²), und es sind Versuchsdaten, die mit Kohlenstoffgehalten von mindestens 0,004% (40 T.p.M.) erhalten werden. Dies zeigt, daß das bekannte Verfahren nicht auf die Herstellung von alterungsbeständigem Stahlband gerichtet ist.

Die Beziehung zwischen der Rißbildung bei sekundärer Bearbeitung und dem Kohlenstoffgehalt wird nachstehend erläutert. Die Rißbildung bei sekundärer Bearbeitung wird folgendermaßen abgeschätzt:
Eine Stahlblechscheibe von 50 mm Durchmesser wird mit Hilfe eines konischen Napfzieh-Prüfgeräts tiefgezogen, und es wird die Anfälligkeit für Sprödbruch gemessen, der sich von der Kante des Napfs weg entwickelt, wenn von beiden Seiten bei 0°C gepreßt wird. Wenn die Länge des Risses in dieser Prüfung innerhalb von 2 mm bleibt, besteht keine Gefahr der Entwicklung von Rissen bei der sekundären Bearbeitung nach der gewöhnlichen Durchführung des Pressens.

Die Ergebnisse der Prüfungen auf das Auftreten von Rissen bei der sekundären Bearbeitung unter Verwendung der gleichen Proben wie in Fig. 3 sind in Fig. 4 zusammengefaßt. Aus dieser Figur geht hervor, daß bei einem Kohlenstoffgehalt unter 0,0010% (10 T.p.M.) die Rißbildung bei der sekundären Bearbeitung beginnt. Um diese Rißbildung zu vermeiden, muß der Kohlenstoffgehalt deshalb mindestens 0,0010% (10 T.p.M.) betragen.

Die Auswirkung der Aufwickeltemperatur in der Warmwalzstufe wird nachstehend erläutert.

Durch die in Fig. 5 dargestellten Versuche D, E, F, G, H und I wurde die Beziehung zwischen der Aufwickeltemperatur und der Menge des restlichen Stickstoffs in fester Lösung, gemessen durch die innere Reibung, in verschiedenen Stufen geprüft. Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines alterungsbeständigen Stahlbandes ist es wesentlich, daß der Stickstoff beim Warmwalzen bereits als AlN ausgefällt ist, und daß im wesentlichen kein Stickstoff in fester Lösung verbleibt.

Bei den Versuchen D, E und F wurde ein Al-beruhigter Stahl mit 0,045, 0,008 bzw. 0,002% C stranggegossen, einmal zu einer Bramme auf Raumtemperatur abgekühlt, die Bramme auf 1250°C erwärmt, kontinuierlich warmgewalzt und bei verschiedenen Temperaturen aufgewickelt, um die Menge des Stickstoffs in fester Lösung zu messen. Die Ergebnisse sind in Fig. 5 dargestellt.

Im Versuch D darf die Aufwickeltemperatur bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,045% nicht niedriger als 650°C sein, um höchstens 5 T.p.M. Stickstoff in fester Lösung zu erhalten. Bei Versuch E, mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,008% darf die Aufwickeltemperatur nicht niedriger als 625°C sein, um die gleiche Menge Stickstoff in fester Lösung zu erhalten. Dagegen soll die Aufwickeltemperatur bei Versuch F, wo der Kohlenstoffgehalt sehr gering, nämlich 0,0020% ist, nicht niedriger als 580°C sein, um die gleiche Menge Stickstoff in fester Lösung zu erhalten. Der Grund dafür, warum die Untergrenze der Aufwickeltemperatur für die Verminderung des Stickstoffs in fester Lösung mit abnehmendem Kohlenstoffgehalt sinkt, ist noch nicht mit Sicherheit geklärt. Vermutlich besteht er jedoch darin, daß die Ausfällungsgeschwindigkeit des AlN in der Ferritphase viel größer ist als in der Austenitphase und daß in der Ferritphase die Ausfällung bei höherer Temperatur schneller erfolgt. Wenn demnach der Kohlenstoffgehalt niedrig und der Ar₃-Umwandlungspunkt hoch ist, wie im Verfahren der vorliegenden Erfindung, dann ist die Verweilzeit in der Hochtemperatur-Ferritzone, in der die Ausfällungsgeschwindigkeit des AlN groß ist, länger und die Ausfällung des AlN wird deshalb begünstigt.

Bei Versuch G wurde ein Al-beruhigter Stahl mit einem Gehalt von 0,0020% C auf 1100°C, also auf eine niedrigere Temperatur als gewöhnlich, erwärmt, bei der Al und N noch nicht vollständig in fester Lösung gelöst vorliegen, anschließend warmgewalzt und bei 550°C aufgewickelt. Trotz der niedrigen Aufwickeltemperatur von 550°C ist die Menge des Stickstoffs in fester Lösung sehr gering, nämlich höchstens 2 T.p.M. Die Förderung der AlN-Ausfällung durch eine niedrige Brammenwärmtemperatur erniedrigt also sehr wirksam die Untergrenze der Aufwickeltemperatur.

Bei Versuch H wurde ein Al-beruhigter Stahl mit 0,002% C zu Hochtemperaturbrammen (etwa 1050°C) stranggegossen, die direkt 30 min bei 1100°C in einen Heizofen eingebracht wurden, ohne auf eine Temperatur unter etwa 880°C gekühlt zu werden. Danach wurden die Brammen warmgewalzt und bei 610°C aufgewickelt. In diesem Fall sollten Al und N vor dem Warmwalzen nahezu vollständig abgebaut und in fester Lösung gelöst vorliegen. Bei einer Aufwickeltemperatur von 610°C ist jedoch das AlN vollständig ausgefällt und die Menge an Stickstoff in fester Lösung beträgt höchstens 2 T.p.M.

Schließlich wurde im Versuch I ein Al-beruhigter Stahl mit 0,002% Kohlenstoff zu heißen Brammen stranggegossen, die auf 800°C gekühlt, bei dieser Temperatur 2 Stunden gehalten, dann auf 1100°C erwärmt, kontinuierlich warmgewalzt und bei 550°C aufgewickelt wurden. In diesem Fall fand eine vollständige Ausfällung des AlN bei 800°C statt, einer Temperatur unter dem Ar₃-Umwandlungspunkt, und während des folgenden Erwärmens bei verhältnismäßig niedriger Temperatur (1100°C) wurden Al und N nicht vollständig in fester Lösung gelöst und ein Teil davon fiel vor dem Warmwalzen als AlN aus. Die Ergebnisse zeigen, daß die Menge des Stickstoffs in fester Lösung sogar bei einer Aufwickeltemperatur von 550°C auf 1 T.p.M. absinkt.

Aus den Ergebnissen der vorstehenden Versuche kann geschlossen werden, daß bei einem geringen Kohlenstoffgehalt von 0,0010 bis 0,0035% gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, die Menge an Stickstoff in fester Lösung in dem aufgewickelten warmgewalzten Stahlband auf höchstens 5 T.p.M. gehalten werden kann, sogar wenn der Gehalt an löslichem Al den geringen Wert von 0,018% hat und sogar wenn Al und N vor dem kontinuierlichen Warmwalzen vollständig in fester Lösung gelöst sind, sofern die Aufwickeltemperatur mindestens 580°C beträgt. Auch wenn das kontinuierliche Warmwalzen durchgeführt wird, nachdem Teile des Al und N bereits als AlN ausgefallen sind, ist es möglich, die Menge an Stickstoff in fester Lösung in befriedigender Weise bei einer Aufwickeltemperatur, die nicht unter 530°C liegt, zu vermindern.

Eine noch vollständigere Beständigkeit gegen Alterung kann zwar durch Erhöhung der Menge an löslichem Al erreicht werden, jedoch verursacht diese Maßnahme auch einen Anstieg der Herstellungskosten. Aus diesem Grund ist die Obergrenze des Gehaltes an löslichem Al im erfindungsgemäßen Verfahren auf 0,090% festgesetzt.

Im erfindungsgemäßen Verfahren ist der Kohlenstoffgehalt auf höchstens 0,0035% (35 T.p.M.) festgesetzt, um die Tiefziehbarkeit zu verbessern. Untersuchungen für eine weitere Verbesserung der Tiefziehbarkeit haben zur Festlegung der nachstehenden Verfahrensbedingungen geführt.

Al-beruhigte Stähle mit 0,002 bzw. 0,045% C wurden vor der Wärmebehandlung mit verschiedenen Reduktionsgraden kaltgewalzt und danach 5 s bei 850°C durchgewärmt (Heizgeschwindigkeiten von 10 K/s und 100 K/s, um die durch verschiedene Reduktionsgrade beim Kaltwalzen verursachte Änderung des -Wertes festzustellen. Die Ergebnisse sind in Fig. 6 dargestellt.

Bei dem hohen Kohlenstoffgehalt von 0,045% (J) liegt der höchste Punkt des -Wertes bei einem Reduktionsgrad von 70%, wobei der Anstieg des absoluten Wertes nicht sehr groß ist. Dagegen zeigt der -Wert bei dem Kohlenstoffgehalt von 0,002% (K und L) sehr hohe Werte bei einer Reduktion von 80%. In diesen Fällen werden die den höchsten Werten der Kurven entsprechenden Reduktionsgrade durch die Aufheizgeschwindigkeit bei der Wärmebehandlung nicht nennenswert beeinträchtigt. Die allgemeine Richtung geht jedoch dahin, daß der absolute -Wert desto höher ist, je höher die Aufheizgeschwindigkeit ist (L).

Der bei der Herstellung von gewöhnlichem kaltgewalztem Stahlband angewendete Reduktionsgrad liegt bei etwa 70%. Fig. 6 zeigt aber deutlich, daß bei niedrigem Kohlenstoffgehalt von höchstens 0,0035% der bei einem Reduktionsgrad von 75 bis 85% erhältliche -Wert im Vergleich zu dem bei dem üblichen Reduktionsgrad erhältlichen sehr hoch ist.

Weitere Untersuchungen wurden zur Festlegung eines hohen -Wertes in Verbindung mit einem Al-beruhigten Stahl mit besonders niedrigem Kohlenstoffgehalt durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, daß hierbei die Auswirkung der Aufheizgeschwindigkeit einen entscheidenden Faktor darstellt.

Bei der dem Kaltwalzen folgenden kontinuierlichen Wärmebehandlung von Al-beruhigtem Stahl mit 0,0019% (19 T.p.M.) C und 70% Reduktion wird die Aufheizgeschwindigkeit von 600°C bis zur Durchwärmtemperatur im Bereich von 10 K/s bis 200 K/s geändert, um die entsprechende Änderung des -Wertes festzustellen. Die Ergebnisse sind in Fig. 7 dargestellt, in der M 15 s Durchwärmen bei 700°C und N 5 s Durchwärmen bei 850°C bedeuten. Die Ergebnisse lassen erkennen, daß der -Wert bei einem Anstieg der Aufheizgeschwindigkeit auf 40 K/s oder darüber hinaus ebenfalls anzusteigen beginnt. Bei einer Aufheiztemperatur zwischen 50 und 60 K/s erreicht der -Wert einen konstanten hohen Wert. Ferner ist die den -Wert erhöhende Wirkung des Anstiegs der Aufheizgeschwindigkeit bei höherer Durchwärmtemperatur stärker ausgeprägt.

Der Grund dafür, warum der -Wert von Al-beruhigtem Stahl mit besonders niedrigem Kohlenstoffgehalt ansteigt, wenn die Aufheizgeschwindigkeit erhöht wird, ist noch nicht mit Sicherheit bekannt. Vermutlich stellt aber eine erhöhte Aufheizgeschwindigkeit eine günstigere Bedingung für das Wachstum von Körnern dar, die eine für den Anstieg des -Wertes geeignete Orientierung aufweisen.

Die vorstehenden Erläuterungen wurden im Hinblick auf die Herstellung eines alterungsbeständigen kaltgewalzten Stahlbandes mit hervorragender Tiefziehbarkeit aus einem Al-beruhigten Stahl durch kontinuierliche Wärmebehandlung ohne Überalterungsbehandlung gemacht. Die erfindungsgemäß angestrebten Ergebnisse können aber auch erhalten werden, wenn der Stahl durch einen kontinuierlichen Glühofen geführt oder in einem Überalterungsofen geglüht wird.

Ferner können zur Herstellung von zur Beschichtung geeigneten Metallsubstraten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch kontinuierliche Glühanlagen, wie sie bei der Herstellung der Stahlsubstrate zum elektrolytischen Verzinnen verwendet werden, oder Feuerverzinkungsanlagen verwendet werden.

Das Beispiel erläutert die Erfindung.

Beispiel

In einem Sauerstoff-Konverter und einem Entgasungsbehälter werden vier verschiedene Stahlschmelzen mit der nachstehend angegebenen Zusammensetzung erschmolzen und stranggegossen:

(1) C: 0,0020%; Mn: 0,28%; N: 0,0029%
(2) C: 0,0020%, Mn: 0,24%; lösl. Al: 0,018%, N: 0,0050%
(3) C: 0,0020%, Mn: 0,24%; lösl. Al: 0,059%, N: 0,0047%
(4) C: 0,0080%, Mn: 0,25%; lösl. Al: 0,053%, N: 0,0052%.

Die erhaltenen Brammen werden auf Raumtemperatur abgekühlt, anschließend auf 1250 oder auf 1100°C erwärmt und mit verschiedenen Aufwickeltemperaturen warmgewalzt, um warmgewalzte Bänder mit einer Dicke von 2,8 mm zu erhalten.

Gleichzeitig werden in weiteren Versuchen Hochtemperatur- Brammen von 1050°C unmittelbar nach dem Stranggießen bei 1100°C in einen Heizofen eingebracht und kontinuierlich warmgewalzt, oder es werden Brammen, die nach dem Stranggießen auf 800°C gekühlt wurden, 2 h auf dieser Temperatur gehalten, anschließend bei 1100°C in einen Heizofen eingebracht und dann warmgewalzt.

Die warmgewalzten Stahlbänder von 2,8 mm Dicke werden mit Säure entzundert, auf 0,80 mm bzw. 0,60 mm Dicke kaltgewalzt und sodann unter den nachstehend angegebenen Bedingungen kontinuierlich wärmebehandelt.

Aufheizgeschwindigkeit ab mindestens 400°C:10 K/s oder 100 K/s. Durchwärmtemperatur:15 s bei 700°C
40 s bei 700°C
5 s bei 850°C. Abkühlgeschwindigkeit:etwa 10 K/s oder etwa 150 K/s.

Zum Vergleich wird nach dem Durchwärmen eine Überalterungsbehandlung 120 s lang bei 400°C durchgeführt. Alle erhaltenen Stahlbänder werden mit 10% Reduktion kalt nachgewalzt, um die Qualität der Produkte zu bestimmen.

Die Verfahrensbedingungen und die Eigenschaften der erhaltenen Produkte sind in den nachstehenden Tabellen zusammengefaßt.

Die Ergebnisse zeigen, daß der Stahl 1, der kein lösliches Al enthält, einen verhältnismäßig hohen Wert des Alterungsindex von 47 N/mm² besitzt und somit dem Erfordernis für ein alterungsbeständiges Stahlband nicht genügt. Bei einer Menge an löslichem Al von mindestens 0,018% (Stähle 2 bis 15) beträgt der Alterungsindex höchstens 3 kg/mm², ausgenommen bei den Stählen 10 und 11, die eine große Menge Kohlenstoff enthalten und bei Stahl 9, bei dem die Aufwickeltemperatur im Vergleich zur Aufheiztemperatur niedrig ist.

Bei vorliegender Erfindung liegt der Alterungsindex auch bei einer Aufheiztemperatur von 1250°C, wo Al und N vollständig in fester Lösung vorliegen (die Stähle 2 bis 8 und 12 fallen ebenfalls unter die Erfindung, da Al und N vollständig in fester Lösung vorliegen), höchstens etwa 30 N/mm² bei einer Aufwickeltemperatur von mindestens 590°C. Beim Erwärmen auf die niedrigere Temperatur von 1100°C (Stähle 13, 14 und 15) kann die Beständigkeit gegen Alterung auch bei einer Aufwickeltemperatur von 550°C beibehalten werden.

Bei den Stählen 10 und 11, die eine große Menge Kohlenstoff enthalten, verbleibt der -Wert auf niedrigen Werten von höchstens 1,60 sogar beim Durchwärmen bei hoher Temperatur von 850°C. Dagegen liegt der -Wert bei den Stählen 2 bis 8 und 12 bis 15, die weniger Kohlenstoff enthalten, bei Werten über 1,60. Ein höherer -Wert kann erhalten werden, wenn die Durchwärmtemperatur erhöht wird (zu sehen an den Stählen 2, 4, 6, 8, 12, 13, 14 und 15). Ein noch höherer -Wert wird jedoch erreicht, wenn die Aufheizgeschwindigkeit von 400°C auf die Durchwärmtemperatur 100 K/s beträgt (zu sehen an den Stählen 4, 7, 8, 13, 14 und 15). Schließlich kann ein noch höherer -Wert erhalten werden, wenn die Reduktion beim Kaltwalzen 80% beträgt (zu sehen an den Stählen 4, 7 und 14). Mit den günstigsten Bedingungen (Stähle 4, 7 und 14) steigt der -Wert auf mindestens 2,40 an.

Im erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Überalterungsbehandlung nicht erforderlich. Wie am Beispiel des Stahls 7 gezeigt wird, kann jedoch jede Wärmebehandlung, die einer Überalterungsbehandlung gleichzusetzen ist, im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens angefügt werden.

Rißbildung bei der sekundären Bearbeitung tritt im erfindungsgemäßen Verfahren bei Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,0020% nicht auf.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von alterungsbeständigem, kaltgewalztem Stahlband mit den Maßnahmen:

a)Warmwalzen eines Al-beruhigten Stahls, der aus 0,0010 bis 0,0035% C,
höchstens 0,45% Mn,
0,015 bis 0,090% gelöstem Al
und Rest Eisen mit unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, kontinuierlich aus einem Temperaturbereich, in dem Al und N vollständig in fester Lösung vorliegen,
b) Aufwickeln bei einer Temperatur von mindestens 580°C,
c) Kalzwalzen, und
d) kontinuierliche Wärmebehandlung, in der das kaltgewalzte Band mit mindestens 10 K/s auf eine Durchwärmtemperatur im Bereich von 680 bis 900°C erwärmt wird, maximal 40 s auf der Durchwärmtemperatur gehalten wird und dann mit mindestens 10 K/s abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 mit einer Abänderung der Maßnahmen a) und b), die dadurch gekennzeichnet sind, daß das Warmwalzen des Stahls kontinuierlich aus einem Temperaturbereich erfolgt, in dem ein Teil des im Stahl entstandenen AlN ausgefällt ist, und das Aufwickeln bei einer Temperatur von mindestens 530°C erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kaltgewalzte Band ab 600°C mit mindestens 40 K/s auf die Durchwärmtemperatur erwärmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltwalzen mit einer Reduktion von 75 bis 85% erfolgt.