DE3803064C1 - Cold-rolled sheet or strip, and process for its manufacture - Google Patents
Cold-rolled sheet or strip, and process for its manufactureInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Bleches oder Bandes sowie ein zum Tiefziehen geeignetes Blech
oder Band gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3.
Zum Tiefziehen von rotationssymmetrischen Stahlteilen wird
möglichst texturfreies kaltgewalztes Band oder Blech eingesetzt,
damit ein quasiisotropes Umformen möglich und das gezogene Teil
zipfelfrei ist. Damit ist gemeint, daß ein z. B. zylindrisch
tiefgezogenes Teil keinen welligen Rand aufweist.
Eine vollkommene Zipfelfreiheit ist nur von isotropem Material
ohne Steigerungen, ohne nichtmetallische Einschlüsse, ohne
perlschnurartige Zementitausscheidungen und bei pan-cake-freiem
Gefüge zu erwarten. Daher wird in der folgenden Beschreibung nur
der Begriff "zipfelarmes" auch für nach dem Stand der Technik
"zipfelfreies" Band verwendet.
In "Blech, Rohre, Profile" 9/1977, S. 341-346 wird detailliert
die Ursache für die Zipfelbildung beschrieben und ein Maß für die
relative Zipfelhöhe Z sowie die ebene Anisotropie Delta r
definiert. Ideal wären jeweils Ergebnisse mit dem Wert Null
(zipfelfreies Material).
Der Wert für die ebene Anisotropie errechnet sich aus der
Anisotropie r für unterschiedliches Ausdehnungsverhalten des
Materials in Walzrichtung sowie unter 45 Grad und 90 Grad dazu.
Für unterschiedliche Tiefzieheigenschaften sind verschiedene
r-Werte einstellbar.
Für die in der Veröffentlichung erwähnten Stähle läßt sich
zipfelfreies Material nur durch Normalglühen des kaltgewalzten
Bandes in einer Durchlaufglühe bei etwa 1000°C
erreichen, wobei das Blech im Endzustand eine Korngröße ASTM 8
bei einer relativen Zipfelhöhe von ca. 0,3 bis 0,4% und Delta r
ca. ±0,1 erreichen.
Für nicht normalisierend geglühtes Band sei nur ein zipfelarmer
Zustand durch Kompromisse in der Verfahrensführung bei der
Blechherstellung zu erreichen. Dabei sollen die
Walzendtemperaturen bei ca. 750°C und die Kaltwalzgrade
entweder unter 25% oder über 80% liegen; auch soll mit für die
Zipfeligkeit als ungünstig bezeichneten
Rekristallisationstemperaturen von über 600°C
gearbeitet werden.
Beschrieben wird weiterhin, daß ein Normalisieren nicht im Bund,
sondern nur in einer Durchlaufglühe erfolgen kann, weil bei den
hohen Temperaturen die Bänder zusammenkleben würden.
Aus der DE-OS 32 34 574 ist ein gattungsgemäßes zum Tiefziehen
geeignetes kaltgewalztes Stahlblech oder Stahlband bekannt. Der
Titangehalt soll, in Abhängigkeit der Gehalte an Kohlenstoff,
Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff, auf Werte bis 0,15% steigen
können, die Haspeltemperatur über 700°C oder
mindestens jedoch 580°C mit anschließender
Warmband-Erwärmung auf über 700°C betragen. Weiterhin
wird ein Kaltwalzgrad von 70 bis 85% sowie ein Durchlaufglühen bei
700 bis 900°C mit maximal zwei Minuten Haltezeit
empfohlen. Hinweise zur Zipfelbildung des Materials werden nicht
gegeben.
Aus der EP-A1-1 01 740 wird für einen gattungsgemäßen
kaltgewalzten Stahl eine Brammenerwärmungstemperatur kleiner als
1100°C, eine Walzendtemperatur von unter Ar₃,
Haspeltemperaturen von 320 bis 600°C und Kaltwalzgrade
von 50 bis 95% sowie rekristallisierendes Durchlaufglühen
empfohlen. Erzielt werden sollen hohe mittlere r-Werte oberhalb
1,2. Hinweise auf die Zipfeligkeit des Materials sind nicht
offenbart.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung tiefziehgeeigneter Stähle
mit Brammenglühtemperatur kleiner 1100°C,
Endwalztemperatur max. 780°C und Haspeltemperaturen
von mindestens 450°C sowie Kaltbandglühen im Hauben-
oder Durchlaufglühofen sind in der EP-B1-1 20 976 offenbart. Das
Verfahren soll r-Werte um 2 erzielen; Werte für die Zipfelbildung
sind nicht offenbart.
Es ist allgemein bekannt, daß Warmband eine gute quasiisotrope
Umformbarkeit besitzt, jedoch eine nicht ausreichende
Oberflächengüte und zu große Toleranzen aufweist und zudem nicht
in Dicken unter 1,2 mm hergestellt wird.
Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
zipfelfreies oder zumindest zipfelarmes tiefziehgeeignetes Blech
aus Stahl und ein entsprechendes Herstellverfahren
vorzuschlagen, bei dem auf das Durchlaufglühen verzichtet, aber
trotzdem kostengünstig produziert werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1
und 3 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen erfaßt.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß bei Anwendung der
erfindungsgemäßen Brammen-, Glüh-, Walz- und Haspeltemperaturen
für den genannten Stahl ein rekristallisierendes Glühen eines
Bundes im Haubenofen ausreicht, um dem Stahlband oder dem
konfektionierten Stahlblech hervorragende Tiefzieheigenschaften,
insbesondere eine extreme Zipfelarmut, zu geben.
Die üblicherweise beim Stand der Technik für den Stahl St 4 Nz
oder RSt 14 durch Normalisieren erreichten Werte der Korngröße
von bestenfalls ASTM 8, entsprechend 490 µm², können durch das
erfindungsgemäße Verfahren durch rekristallisierendes Glühen
unterschritten werden, wobei zusätzlich niedrige
Streckgrenzenwerte beibehalten werden können durch Wahl
entsprechender Kaltwalzgrade in Abhängigkeit vom Titangehalt.
Dies ergibt den Vorteil, daß auf hohe Investitionen für eine
Durchlaufglühe verzichtet werden kann.
Durch Variation der Zulegierung von Titan in den angegebenen
Grenzen läßt sich praktisch jeder gewünschte Kaltwalzgrad für die
Erzeugung zipfelfreien Materials einstellen und/oder genauso
ebenfalls eine Streckgrenze zwischen 175 und 450 N/mm² bei
Zugfestigkeiten von 310 bis 520 N/mm².
Eine der Ursachen für die günstigen Eigenschaften des erzeugten
Bleches ist in der frühzeitigen Bildung von Titannitrid zu sehen,
so daß ein pan-cake-Gefüge während des rekristallisierenden
Glühens durch die Aluminium-Nitrid-Ausscheidungen nicht entstehen
kann.
Durch die Wahl niedriger Haspeltemperaturen um 520°C
wurden überraschend Warmbandqualitäten erzielt, die nach dem
Kaltwalzen ein zipfelfreies Material gewährleisteten und eine
zusätzliche Kornverfeinerung ermöglicht.
Ein besonderer Vorteil des so hergestellten Warmbandes liegt
darin, daß im Grundsatz keinerlei Restriktion hinsichtlich des
anschließenden Kaltwalzens besteht, sofern der Kaltwalzgrad
mindestens ca. 5% beträgt, d. h. oberhalb der bekannten
kritischen schwachen Kaltverformung bleibt, die beim
Rekristallisationsglühen zu grobem Korn führt. Bisher war man
bei der Erzeugung annähernd zipfelfreien Kaltbandes an bestimmte
Kaltwalzgrade gebunden, sofern nicht normalisiert werden sollte.
Eine gravierende technische und wirtschaftliche Bedeutung der
Erfindung liegt in der Verwendung des Feinbleches für
rotationssymmetrisch tiefgezogene Teile, wie Nadellagerkäfige,
Riemenscheibenhälften usw. Das erfindungsgemäße Blech kann in
diesen Fällen ohne wesentliche Nacharbeit, wie Abschneiden der
Zipfel, eingesetzt werden. Die Zipfelarmut verhindert beim
Tiefziehen auch das Entstehen sektoraler Wandschwächungen, so daß
die gezogenen Teile bei Rotation keine Unwucht aufweisen.
Weitere Vorteile zipfelarmen oder zipfelfreien Kaltbandes sind
bekannt, so daß sich eine weitere Beschreibung erübrigt.
Einige Ausführungsbeispiele sollen das Ergebnis des
erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlichen.
Aus den erfindungsgemäßen Schmelzen A-D sowie dem
Vergleichsschmelzen E-F (Tabelle 1) werden Brammen von 210 mm
Dicke im Strang vergossen. Nach Erwärmung im Stoßofen auf
1250°C wurde die Bramme zu Warmband von 3 mm Dicke
ausgewalzt, gehaspelt und auf Raumtemperatur abgekühlt. Die
Walzendtemperaturen und Haspeltemperaturen zeigt Tabelle 2. Nach
dem Beizen wurden Bänder durch Kaltwalzen in unterschiedlichen
Stufen von 10% bis zu 80% auf Feinblechdicke reduziert und
erneut gehaspelt. Das Bund wurde im Haubenglühofen
auf 700°C erwärmt, mit einem Durchsatz von
1,1 t/h bis 1,9 t/h rekristallisierend geglüht und anschließend
im Ofen auf 120°C abgekühlt. Nach dem Dressieren mit
Umformgraden von 1 bis 1,2% wurde das Band zu Blechtafeln
konfektioniert.
Blechronden von 90 bzw. 180 mm Durchmesser wurden mit
Ziehstempeln von 50 bzw. 100 mm Durchmesser bei Haltekräften von
50 kN zu Näpfchen tiefgezogen.
Fig. 1 zeigt drei verschiedene Näpfchen, die die im folgenden
verwendeten Begriffe zipfelig (Fig. 1a), zipfelarm (Fig. 1b) und
zipfelfrei (Fig. 1c) definieren sollen, da die Messung der
Zipfelhöhe mit den handelsüblichen Zipfelmeßgeräten, insbesondere
von zipfelarmen und zipfelfreien Näpfchen mit geringen
Höhendifferenzen bereits bei kleinsten Tiefziehgraten auf dem
Näpfchenrand problematisch ist.
Diese Definition wurde für Fig. 10 zur Darstellung der
Zipfeligkeit von Näpfchen aus den verschiedenen Schmelzen
übernommen. Bestätigt wurde die Erkenntnis, daß der bei 710°C
gehaspelte Stahl E nur bei Kaltwalzgraden kleiner ca.
25% zipfelfrei ist und im Bereich 30 bis 50% Kaltwalzgrad
allenfalls als zipfelarm bezeichnet werden kann. Für den
Vergleichsstahl F der gemäß Stand der Technik bei 500°C
gehaspelt wurde, wurde Zipfeligkeit bei Kaltwalzgraden
größer 30% festgestellt.
Die Fotos in den Fig. 8 und 9 belegen dies eindrucksvoll.
Bei Verwendung der erfindungsgemäß gewalzten und geglühten Stähle
A bis D zeigten die Näpfchen in Abhängigkeit vom Titangehalt bei
verschiedenen Kaltwalzgraden ein unterschiedliches
Tiefziehergebnis:
Stahl A mit 0,01% Titan:
Die Näpfchen waren bei Kaltwalzgraden von Epsilon=30 bis 50% absolut zipfelfrei, während Kaltwalzgrade von 20% bzw. 60% nur zipfelarmes Näpfchen-Ziehen ermöglichte.
Die Näpfchen waren bei Kaltwalzgraden von Epsilon=30 bis 50% absolut zipfelfrei, während Kaltwalzgrade von 20% bzw. 60% nur zipfelarmes Näpfchen-Ziehen ermöglichte.
Stahl B mit 0,02% Titan:
Zipfelfrei bei Epsilon=10% sowie 50 bis 80%
Zipfelarm bei Epsilon=20%; 40%
Zipfelfrei bei Epsilon=10% sowie 50 bis 80%
Zipfelarm bei Epsilon=20%; 40%
Stähle C1/C2 mit 0,03% Ti, wobei C1 mit 500°C und C2
mit 450°C gehaspelt wurde:
Zipfelfrei bei Epsilon=10 bis 20% sowie 60 bis 80%
Zipfelarm bei Epsilon=30%; 50%
Zipfelfrei bei Epsilon=10 bis 20% sowie 60 bis 80%
Zipfelarm bei Epsilon=30%; 50%
Stahl D mit 0,04% Titan:
Zipfelfrei bei Epsilon=60 bis 70% bzw. 20%
Zipfelarm bei Epsilon=15%, 25%; 55%; 80%
Zipfelfrei bei Epsilon=60 bis 70% bzw. 20%
Zipfelarm bei Epsilon=15%, 25%; 55%; 80%
Aus dem Vergleich der Kurven für die Stähle A bis D lassen sich
Tendenzen ablesen, die für Zwischenwerte des Legierungselementes
Titan, beispielsweise 0,025% Ti - ausgehend von Stahl B -
zipfelfreies Näpfchenziehen bei Kaltwalzgraden bis 15% oder 20%
und bis 85% erwarten lassen, also eine Kurvenverschiebung nach
rechts; bei Werten zwischen 0,01% und 0,02% umgekehrt eine
Verschiebung der "zipfelfreien" Kaltwalzgrade zu niedrigeren
Umformverhältnissen nahelegen.
Die zu den Stählen gemäß Fig. 10 und Tabelle 2
korrespondierenden Fotos der Fig. 3 bis 7 von tiefgezogenen
Näpfchen veranschaulichen das Ergebnis deutlich.
Überraschend zeigte sich, daß den "zipfelfreien" Umformgraden
jeweils ein bestimmtes Zugfestigkeits- und Streckgrenzenniveau
zugeordnet werden konnte (Fig. 11) und die größte Zipfeligkeit
gleichzeitig bei der niedrigsten Streckgrenze/Zugfestigkeit
festzustellen war.
- a) Zipfelfreiheit beim Kaltwalzgrad 10 bis 15%
Streckgrenzenniveau R p 0,2=400 bis 350 N/mm²
Zugfestigkeitsniveau R m =450 bis 400 N/mm² - b) Zipfeligkeit beim Kaltwalzgrad 30%
R p 0,2=180 N/mm² und R m =320 N/mm² - c) Zipfelfreiheit beim Kaltwalzgrad 50 bis 80%
R p 0,2=250 bis 280 N/mm² und R m =360 bis 370 N/mm²
Diese Erkenntnis ermöglicht eine bauteil- oder funktionsangepaßte
Wahl der Festigkeit für ein und dasselbe Bauteil durch Änderung
der Parameter Titangehalt und Kaltwalzgrad.
Tabelle 2 zeigt korrespondierend zu Fig. 12 die erfindungsgemäß
erzielte Korngröße in ASTM-Einheiten; die erzielbare
Kornverfeinerung gegenüber Stählen ohne Titanzusatz nach dem
Stand der Technik ist erheblich und reicht bis ASTM 11.
Das gröbste Korn wurde bei geringem Ti-Zusatz und geringem
Kaltwalzgrad erzielt (ASTM 7). Vergleichsweise wurden bei den
Stählen A bis D die Warmband-Werte für die Korngröße (ASTM 9 bis 10) in
die Fig. 12 aufgenommen.
Für einen Stahl C (Varianten C3 bis C5) wurden Versuche mit
variabler Haspeltemperatur Th und Glühdurchsatz Pg durchgeführt
(Tabelle 3). Während Schwankungen in der Durchsatzmenge des
Haubenglühofens von 1,1 bis 1,9 t/h sowohl die Korngröße als auch
die ebene Anisotropie Delta r nicht negativ beeinflußten, hatte
eine Erhöhung der Haspeltemperaturen auf 710°C bei
annähernd gleichen Walzendtemperaturen eine Kornvergröberung und
eine Verschlechterung der ebenen Anisotropie zur Folge.
Die Fig. 2a, 2b, 2c zeigen entsprechende Ergebnisse an
Näpfchen aus 180 mm-Ronden, die mit 100 mm-Stempeln bei 50 kN
Rückhaltekraft tiefgezogen wurden.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines kaltgewalzten Bleches oder
Bandes mit guter Umformbarkeit aus Stahl mit folgender
Zusammensetzung in Gewichtsprozenten:
0,001 bis 0,06% Kohlenstoff
0,01 bis 0,40% Silizium
0,10 bis 0,80% Mangan
0,005 bis 0,08% Phosphor
0,005 bis 0,02% Schwefel
max. 0,009% Stickstoff
0,015 bis 0,08% Aluminium
0,01 bis 0,04% Titan
max. 0,15% von einem oder mehreren der Elemente Kupfer, Vanadium, Nickel
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen,welches nach dem Warmwalzen und Kaltwalzen geglüht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bramme auf oberhalb 1120°C erwärmt und zu Warmbad bei einer Walzendtemperatur oberhalb des Ar₃-Punktes ausgewalzt und das Band bei 520±100°C gehaspelt und nach dem Kaltwalzen rekristallisierend im Bund geglüht wird.
0,01 bis 0,40% Silizium
0,10 bis 0,80% Mangan
0,005 bis 0,08% Phosphor
0,005 bis 0,02% Schwefel
max. 0,009% Stickstoff
0,015 bis 0,08% Aluminium
0,01 bis 0,04% Titan
max. 0,15% von einem oder mehreren der Elemente Kupfer, Vanadium, Nickel
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen,welches nach dem Warmwalzen und Kaltwalzen geglüht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bramme auf oberhalb 1120°C erwärmt und zu Warmbad bei einer Walzendtemperatur oberhalb des Ar₃-Punktes ausgewalzt und das Band bei 520±100°C gehaspelt und nach dem Kaltwalzen rekristallisierend im Bund geglüht wird.
2. Verfahren zur Herstellung eines kaltgewalzten Bleches oder
Bandes gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es in
Abhängigkeit vom Titangehalt mit nachstehenden Umformgraden
(Epsilon) kaltgewalzt wird:
ca. 0,01% Titan:
Epsilon 20 bis 60%,
vorzugsweise 30 bis 50%ca. 0,02% Titan:
Epsilon 5 bis 20%,
vorzugsweise 10 bis 15% oder
Epsilon 40 bis 85%,
vorzugsweise 50 bis 80%ca. 0,03% Titan:
Epsilon 5 bis 25%,
vorzugsweise 10 bis 20% oder
Epsilon 50 bis 85%,
vorzugsweise 60 bis 80%ca. 0,04% Titan:
Epsilon 15 bis 25%,
vorzugsweise 20% oder
Epsilon 55 bis 80%,
vorzugsweise 60 bis 70%und anschließend bei Temperaturen unterhalb A₁ rekristallisierend geglüht und danach mit einem Umformgrad von ca. 1% dressiert wird.
Epsilon 20 bis 60%,
vorzugsweise 30 bis 50%ca. 0,02% Titan:
Epsilon 5 bis 20%,
vorzugsweise 10 bis 15% oder
Epsilon 40 bis 85%,
vorzugsweise 50 bis 80%ca. 0,03% Titan:
Epsilon 5 bis 25%,
vorzugsweise 10 bis 20% oder
Epsilon 50 bis 85%,
vorzugsweise 60 bis 80%ca. 0,04% Titan:
Epsilon 15 bis 25%,
vorzugsweise 20% oder
Epsilon 55 bis 80%,
vorzugsweise 60 bis 70%und anschließend bei Temperaturen unterhalb A₁ rekristallisierend geglüht und danach mit einem Umformgrad von ca. 1% dressiert wird.
3. Zum Tiefziehen geeignetes Blech oder Band aus Stahl in der
gegebenen Zusammensetzung und hergestellt nach dem Verfahren
gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein
rekristallisiertes Gefüge mit einer Ferritkorngröße feiner
als ASTM 7 für einen Titangehalt von ca. 0,01% und feiner
als ASTM 9 für Titangehalte von 0,015 bis 0,04%.
4. Zum Tiefziehen geeignetes Blech oder Band gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Titangehalt mindestens dem
3,5fachen des Stickstoffgehaltes entspricht.
5. Verwendung eines gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1
hergestellten Bleches oder Bandes für das zipfelarme
Tiefziehen, vorzugsweise von rotationssymmetrischen Teilen.
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AT89901844T ATE97169T1 (de) | 1988-01-29 | 1989-01-27 | Kaltgewalztes blech oder band und verfahren zu seiner herstellung. |
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