DE4015249A1

DE4015249A1 - Verfahren zur herstellung von feuerverzinktem kaltband

Info

Publication number: DE4015249A1
Application number: DE19904015249
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Freier; Stefan Hussy; Walter Dr Zimnik
Original assignee: Stahlwerke Pein Salzgitter AG
Current assignee: Salzgitter AG
Priority date: 1989-05-09
Filing date: 1990-05-09
Publication date: 1991-02-28

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Stahlbandes zur Herstellung eines feuerverzinkten Bandes.

Es ist bekannt, einen alterungsfreien, kaltgewalzten Bandstahl mit guten Umformeigenschaften für eine spätere metallische Beschichtung im Schmelzbad auszulegen, der unter anderem

0,015-0,04% C
max. 0,04% Mn
0,02-0,05% S
max. 0,01% N

und Titangehalte von etwa 0,1 bis 0,4% in Abhängigkeit von den hohen Schwefelgehalten sowie den Kohlenstoff- und Stickstoffgehalten, die vollständig abgebunden werden müssen, aufweist (EP 02 31 864 A2).

In Technische Berichte, Thyssen Stahl AG, Heft 2/89, Seiten 197-211, wird ausführlich über die Entwicklung feuerverzinkter, höherfester Stähle mit guter Kaltumformbarkeit berichtet. Insbesondere wird die Möglichkeit des Dressierens des feuerverzinkten Bandes für die vorübergehende, nicht dauerbeständige Konditionierung hinsichtlich Coilbreaks erwähnt. Im Hinblick auf die Alterungsbeständigkeit wird der negative Einfluß von:

- N, der durch Bildung von Aluminiumnitrid vermeidbar sei sowie
- hoher Haspeltemperatur,
- Abschreckalterung durch die Feuerverzinkung aufgrund des Kohlenstoffgehaltes beschrieben.

Versuche mit Niob, Titan und Phosphor als Legierungselemente mit Gehalten bis 0,1% sowie C-Gehalten unter 0,1% für Stähle mit einer oberen Streckgrenze von max. etwa 350 N/mm² hätten ergeben, daß Titan im Gegensatz zu Niob nicht die erwünschte keimbildende Wirkung für interstitiell gelösten Kohlenstoff habe. Daher wurde empfohlen, diese Stähle einer Überalterungsbehandlung im Haubenglühofen bei 200 bis 300°C zu unterwerfen, um sie alterungsbeständiger zu machen.

Bekannt ist weiterhin, daß bei IF-Stählen Kohlenstoff und Stickstoff durch Zusätze von Niob und/oder Titan in Gehalten von etwa 0,1% stabil abgebunden werden können und der Stahl dadurch alterungsbeständig wird.

Alle diese Verfahren oder Stähle sind relativ teuer wegen hoher Titan- oder Niobgehalte bzw. wegen zusätzlicher Verfahrensschritte.

Von daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines feuerverzinkten Stahlbandes anzugeben, das die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ansprüche 1 und 2 gelöst.

Dabei wird von den Erkenntnissen in der gleichzeitig angemeldeten Stammanmeldung P 40 . . . (sowie der Prioritätsanmeldung P 39 15 445.9) ausgegangen.

Die Stammanmeldung beschreibt die Herstellung eines coilbreak-freien Stahlbandes von 2-6 mm Dicke mit einer Streckgrenze von weniger als 350 N/mm² aus Stahl folgender Zusammensetzung in Gew.-%.

C: 0,02-0,08%
Si: 0,01-0,40%
Mn: 0,05-1,00%
P: 0,002-0,025%
S: 0,001-0,015%
Al: 0,015-0,080%
N: 0,0080%
Ti: 0,03-0,080%

Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen, wobei der Stahl im Strang zu Brammen vergossen wird, dann zu 2 bis 6 mm dickem Warmband aus der von Raumtemperatur auf mindestens 1100°C erwärmten Bramme bei Temperaturen oberhalb des Ar₃-Punktes fertig gewalzt und bei Temperaturen von 550°C bis 400°C gehaspelt wird.

Dabei wird der Titangehalt des Stahles auf eine mindestens zur Abbindung des Stickstoffes und weniger als zur zusätzlichen vollständigen Abbindung des Kohlenstoffes stöchiometrisch notwendigen Menge eingestellt.

Unter Feuerverzinkung wird im folgenden die metallische Schmelzbad-Beschichtung von Stahlband mit Zink und dessen Mischungen wie Galfan und Galvalume verstanden. Galfan und Galvalume sind geschützte Marken der ILZRO, New York.

Praxisversuche haben gezeigt, daß die Probleme nach dem Stand der Technik bei der Herstellung von feuerverzinktem Band durch die Verwendung des angegebenen Stahles gelöst werden, wenn die angegebenen Arbeitsschritte und Glühtemperaturen während des Verzinkungsprozesses eingehalten werden. Dabei werden Durchlaufgeschwindigkeiten für das Band eingestellt, die um ca. 30-40% langsamer sind als die Durchlaufgeschwindigkeiten im Glühofen für Titan-freie Stähle. Derartige Durchlaufgeschwindigkeiten wie sie bei der Erfindung angewendet werden, werden im angegebenen Temperaturbereich normalerweise auch für die IF-Stähle angewendet.

Aufgrund der durch die beschriebene Behandlung erreichten zeitlich beständigen Streckgrenzendehnung, ohne alternierende Minima und Maxima im Kraftverlauf, weist das Warmband praktisch keine Alterungserscheinungen auf. Überraschend wurde festgestellt, daß auch die nachfolgenden Behandlungsschritte Kaltwalzen mit z. B. etwa 50 bis 90% Umformgrad keinen negativen Einfluß auf die Streckgrenzendehnung hat, sofern die rekristallisierende Glühung im Durchlaufofen vor dem Verzinkungsbad eine vollständige Rekristallisation des Gefüges im Stahlband erbringt. Die Abschreckung des Bandes direkt hinter dem Verzinkungsbad führt zunächst einer ausgeprägten Streckgrenzendehnung mit alternierenden Minima und Maxima im Kraftverlauf. Anschließend wird dieses Band zur Ausbildung einer gewünschten Oberflächenrauhheit und gegebenenfalls besserer Bandebenheit dressiert und gegebenenfalls streckgerichtet, z. B. mit 0,5 bis 2% Umformgrad. Dadurch wird der Kraftverlauf im Streckgrenzendehnungsbereich wieder homogenisiert. Der Kraftverlauf bleibt nach Alterung erhalten.

Mit diesem Verfahren läßt sich also ein alterungsfreies und fließfigurenfreies feuerverzinktes Feinblech herstellen.

Überraschend wurde weiterhin gefunden, daß auch ein Vakuumstahl der Zusammensetzung in Gew.-%:

C: 0,004-0,02%
Si: 0,01-0,40%
Mn: 0,05-0,50%
P: 0,002-0,025%
S: 0,001-0,015%
Al: 0,015-0,080%
N: 0,0080%
Ti: 0,02-0,04%

Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen, alterungsbeständig ist, wenn er, wie zuvor anhand des Stahles mit höherem Kohlenstoff beschrieben, zu Warmband ausgewalzt wird. Auch dieser Stahl behält bei der gleichen Behandlung während des Beizens, Kaltwalzens und in der Verzinkungsanlage seine guten Alterungseigenschaften. Aufgrund seiner technologischen Werte ist auch er gut kaltumformbar.

Anhand von einigen Beispielen wird die Erfindung näher erläutert.
Tabelle 1 zeigt einen Analysenauszug für die erfindungsgemäßen Stähle N, L sowie vergleichsweise für die Titan-freien Stähle P, K und einen IF-Stahl O.

Tabelle 2 zeigt eine graphische Darstellung der Streckgrenzen für die verzinkten Güten P, O, N vor und nach sechsmonatiger Alterung und konkrete Einzelwerte für Bänder aus den Stählen K, L vor und nach dreimonatiger Alterung.

Tabelle 3 zeigt Vergleichsparameter der Stähle L, K für walzfrisches verzinktes Kaltband und einen Zustand nach dreimonatiger Alterung.

Tabelle 4 zeigt die Temperaturen im Ofen und am Band im Verlauf eines Verzinkungsprozesses.

Weiterhin zeigt

Fig. 1 ein Kraft-Verlängerungs-Diagramm eines frisch verzinkten, eines dressierten und eines gealterten Stahlbandes L,

Fig. 2 ein Kraft-Verlängerungs-Diagramm eines gealterten feuerverzinkten Stahlbandes K.

Bei dem Vakuumstahl P, der kein Titan enthält, fällt der deutliche Streckgrenzenanstieg von mehr als 50 N/mm² nach sechsmonatiger Auslagerung auf (Tabelle 2), während der IF-Stahl O bekanntermaßen keine Alterung hat. Der erfindungsgemäße Stahl N weist keine Alterung auf, ebenso wie der wesentlich teurere IF-Stahl O. Ein ähnliches Verhalten ist bei dem konkreten angegebenen Einzelanalysen (Bändern) K, L festzustellen.

Während das erfindungsgemäß verzinkte Band L direkt nach dem Feuerverzinken eine Streckgrenze von 298 N/mm² hat und nach dreimonatiger Außenlagerung sich kaum verändert (302 N/mm²), zeigt das gleichfalls ausgelagerte Vergleichsband K einen Streckgrenzenanstieg von 231 auf 309 N/mm².

Sehr deutlich wird der Effekt der Erfindung auch an den Darstellungen in Fig. 1 und 2. In beiden Figuren ist der auf der Abszisse die Verlängerung und auf der Ordinate die Kraft aufgetragen. Links in Fig. 1 ist der Kraftverlauf für ein feuerverzinktes undressiertes Band L, in der Mitte nach einem Dressiergrad von 0,7% und rechts nach dreimonatiger Auslagerung dargestellt. Der homogene Kraftverlauf nach dem Dressieren bleibt bei dem erfindungsgemäßen Band erhalten, so daß keine störenden Fließfiguren nach der Verarbeitung erkennbar werden. Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 2 für das verzinkte Band der Güte K nach dreimonatiger Auslagerung einen inhomogenen Kraftverlauf im Bereich der Streckgrenze, der sich am aus dem Band hergestellten Teil nach der Blechverarbeitung dauerhaft in Form von Coilbreaklinien bemerkbar macht. Tabelle 3 zeigt auch anschaulich, daß das gute Umformverhalten (A₈₀-Dehnung) beim erfindungsgemäßen Stahl praktisch erhalten bleibt. Die Dehnung nimmt bei dem Band L um 1,5% Punkte ab, während für den Stahl K eine um 6,6% Punkte geringere Dehnung nach Alterung festzustellen ist.

Der Fertigungsprozeß soll am Beispiel des Stahles L verdeutlicht werden.

Im Sauerstoffaufblasverfahren wurde der Stahl L (Analyse siehe Tabelle 1) mit 0,06% Titangehalt erschmolzen und anschließend im Strang vergossen. Eine abgetrennte Bramme wurde von Raumtemperatur auf 1220°C erwärmt und mit einer Endwalztemperatur (T_we) von 870°C zu Warmband von 4 mm Dicke ausgewalzt und nach einer Wasserabkühlung bei 520°C (T_Ha) gehaspelt. Nach Abkühlung an ruhender Luft wurde das Coil mit 70% Umformgrad zu einem Band von 1,2 mm Dicke und 1175 mm Breite ausgewalzt, nachdem es zuvor gebeizt wurde. Das Kaltband wurde dann mit einer Geschwindigkeit von 41 m/min entsprechend 27,3 t/h Durchsatzmenge, im Durchlaufglühofen vor dem Verzinkungsbad auf 690°C vorgewärmt und in der Glühzone (siehe Tabelle 4) bei 900°C rekristallisierend geglüht. Im Rüsselbereich vor Badeinlauf hatte das Band noch eine Temperatur von 510°C. Bei dieser Temperatur wurde es durch das Verzinkungsbad (460°C) gezogen und anschließend abgeschreckt. Am Ende der Verzinkungslinie erhielt das Band die gewünschte Oberflächenrauhheit durch ein leichtes Dressieren mit 0,7% Umformgrad.

In gleicher Weise ist der Vakuumstahl der Güte N mit einem Gehalt von 0,03% Titan behandelt und zu 0,8 mm dickem Galfan-beschichteten Band verarbeitet worden.

Die so behandelten feuerverzinkten Bänder können für Umformteile, wie z. B. Sitzrahmen von Pkw und Zierblenden, verwendet werden.

Tabelle 4

Feuerverzinkungsanlage (Temperaturen in °C)

Claims

1. Verwendung eines coilbreak-freien Stahlbandes von 2 bis 6 mm Dicke mit einer Streckgrenze von weniger als 350 N/mm² mit zeitlich beständiger Streckgrenzendehnung ohne alternierende Minima und Maxima, hergestellt aus Stahl folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozenten: C: 0,02-0,08%
Si: 0,01-0,40%
Mn: 0,05-1,00%
P: 0,002-0,025%
S: 0,001-0,015%
Al: 0,015-0,080%
N: 0,0080%
Ti: 0,03-0,080%
Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen,der im Strang vergossen, eine abgetrennte Bramme von etwa Raumtemperatur auf mindestens 1100°C erwärmt, dann bei Temperaturen oberhalb des Ar₃-Punktes zu Warmband fertiggewalzt und im Temperaturbereich von 550 bis 400°C gehaspelt wird, nach Patent 40 . . . (Patentanmeldung P 40 . . .) zur Herstellung eines feuerverzinkten Bandes durch Beizen, Kaltwalzen und rekristallisierendes Durchlaufglühen bei Ofen-Temperaturen von 800 bis 940°C sowie anschließendes Feuerverzinken und Dressieren mit 0,5 bis 2% Umformgrad.

2. Verfahren zur Herstellung eines feuerverzinkten Bandes mit einer Streckgrenze von weniger als 280 N/mm² nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines unter Vakuum erschmolzenen Stahles mit nur 0,004 bis 0,02 Gew.-% C und 0,02 bis 0,04 Gew.-% Ti sowie 0,05 bis 0,50 Gew.-% Mn.