DE4214946C2 - Durchlaufgeglühtes Stahlblech und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein durchlaufgeglühtes Stahlblech, das beispielsweise zur Herstellung von gezogenen und abge­ streckten Stahldosen (drawn and ironed cans bzw. "DI"-Dosen) und ähnlichen Erzeugnissen verwendet werden kann, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Dosen aus Aluminium und Stahl, d. h. Weißblechdosen bzw. "DI"-Dosen, finden breite Anwendung bei der Herstellung von Getränkebehältern, beispielsweise Behältern für unter Druck stehende alkoholfreie Getränke und Bier, und auch bei der Herstellung von Behältern für eingedoste Lebensmittel und dgl. Der Begriff "DI"-Dose wird in der einschlägigen Industrie mit Bezug auf gezogene und abgestreckte oder abge­ quetschte und gehärtete Stahldosen verwendet. Das zur Her­ stellung von "DI"-Dosen verwendete Stahlblech zeichnet sich vorzugsweise durch ausgezeichnete Verformbarkeit und Korro­ sionsbeständigkeit aus.

Derzeit wird Stahlblech zur Verwendung bei der Herstellung von "DI"-Dosen gemäß der japanischen Industrienorm (JIS) unter den Bezeichnungen T-1, T-2 oder T-3 für den Grad der thermischen Veredelung für weiche Stahlbleche hergestellt. Bei der Herstellung derartiger Stahlbleche werden üblicher­ weise Hauben- oder Kastenglühverfahren verwendet, welche lange Ausgleichszeiten erfordern, die zu langen Glühzeiten führen, und andere damit verbundene Nachteile aufweisen, wie übermäßige Herstellungs- und Verwaltungskosten. Außerdem be­ steht bei derartigen Verfahren die Neigung, daß sich Ober­ flächenschmutz auf dem Stahlblech ansammelt und das fertige Erzeugnis eine geringe Korrosionsbeständigkeit aufweist. Während der Herstellung können außerdem ungleichmäßige Tem­ peraturen in dem Stahlblech auftreten, beispielsweise unter­ schiedliche Haspeltemperaturen, die zusätzlich zu einer niedrigeren als der gewünschten Korrosionsbeständigkeit für das fertige Enderzeugnis beitragen.

Kürzlich wurde in der offengelegten japanischen Patentanmel­ dung 2-118024 ein Verfahren zum Herstellen eines weichen Stahlbleches zur Verwendung bei der Herstellung von "DI"-Do­ sen mittels eines Durchlaufglühverfahrens vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren wird eine aluminiumberuhigte durchlaufge­ glühte Bramme mit weniger als 0,004 Gew.-% Kohlenstoff warm­ gewalzt, gebeizt, anschließend kaltgewalzt und in herkömmli­ cher Weise durchlaufgeglüht, wie vorstehend beschrieben. Derartiges durchlaufgeglühtes Stahlblech wird üblicherweise mit einer Rockwell-Härte HR-30T von weniger als 50 herge­ stellt.

Bei Durchlaufglühverfahren wird ein kontinuierliches Stahl­ blech im allgemeinen mittels eines geeigneten Walzmoduls, beispielsweise durch sogenanntes Doppelreduzierwalzen, nach­ gewalzt (zur Härtung) oder kaltgewalzt und wird danach einer Oberflächenbehandlung unterzogen, beispielsweise einem Verzinnen oder dgl.

Zur Verbesserung der Alterungseigenschaften und geeigneter Preßverformungs- oder Abquetscheigenschaften sollte eine stranggegossene Bramme etwa 0,01 bis 0,03 Gew.-% Nb mit ho­ her Kohlenstoff-Abbindefähigkeit enthalten. Bei herkömmli­ chen Glühverfahren wird jedoch die Rekristallisationstempe­ ratur beim Durchlaufglühen außerordentlich hoch, beispiels­ weise mehr als 730°C, wenn der Nb-Gehalt mehr als etwa 0,01 Gew.-% beträgt. Beim herkömmlichen Durchlaufglühen tritt außerdem häufig ein Ausbeulen durch die Wärme, d. h. ein Stauchen des Stahls durch das Erwärmen oder Abkühlen auf, und es ist deshalb schwierig, geeignete Bleche zu erhalten. Ferner besteht das Problem einer Erhöhung des Wärmeenergie­ verbrauchs für das Glühen.

Die JP-A-234 181/86 und die EP-A2-0 203 803 zeigen jeweils ein Verfahren zur Herstellung kaltgewalzter Stahlbleche zur Verwendung in der Automobilindustrie, die eine relativ große Dicke von ca. 0,6 mm aufweisen, für die die Rekristallisationstemperatur mindestens ca. 800° beträgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Durch­ laufglühverfahren zur Herstellung von Stahlblechen mit ver­ hältnismäßig niedriger Glühtemperatur bereitzustellen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Stahlblechen aus einer stranggegossenen, Nb enthaltenden Bramme mit außerordentlich niedrigem Kohlen­ stoffgehalt durch Durchlaufglühen bereitzustellen.

Die vorstehende Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die graphische Beziehung zwischen der Glühtemperatur und der Härte bei einem erfindungsgemäßen Durchlauf­ glühverfahren im Vergleich zu einem Vergleichsbei­ spiel,

Fig. 2 die graphische Beziehung zwischen der Glühtemperatur und der Polintensität (Röntgenreflexion) der (222)- Kristallebene beim erfindungsgemäßen Durchlaufglüh­ verfahren im Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel,

Fig. 3 eine graphische Beziehung zwischen der Glühtempera­ tur und der Polintensität einer (100)-Ebene bei dem erfindungsgemäßen Durchlaufglühverfahren im Ver­ gleich mit einem Vergleichsbeispiel, und

Fig. 4 die graphische Beziehung zwischen der Glühzeit und der Härte bei einem erfindungsgemäßen Durchlaufglüh­ verfahren im Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden zum Stranggießen aluminiumberuhigte Stahlbrammen verwendet. Der Begriff "be­ ruhigen" bezieht sich in der einschlägigen Industrie auf das Desoxidieren von Metall, beispielsweise um den Gehalt an ge­ löstem Sauerstoff zu erniedrigen und die Qualität des Stahls zu verbessern. Eine Alterungshärtung, die aufgrund von gelö­ stem N nach dem Nachwalzen auftreten kann, tritt nicht auf, wenn ein durchlaufgeglühter Stahl erfindungsgemäß aus der Bramme hergestellt wird. Da außerdem der Kohlenstoffgehalt des erfindungsgemäßen Stahls niedrig ist, beispielsweise we­ niger als etwa 0,003 Gew.-%, ist der Stahl als Ganzes weich.

Da außerdem die Bramme für das Stranggießen Nb in einer Menge von etwa 0,01 bis 0,03 Gew.-% enthält, wird gelöstes C (sol. C) von Nb abgebunden. Eine Alterungshärtung, die auf­ grund des gelösten C auftreten kann, findet deshalb nicht statt, und die Ziehbarkeit wird verbessert. Wenn weniger als etwa 0,01 Gew.-% Nb vorliegen, ist dieser Effekt nicht groß genug.

Andererseits erhöhen sich die vorstehend diskutierten er­ wünschten Effekte üblicherweise nicht wesentlich, wenn mehr als etwa 0,03 Gew.-% Nb vorliegen, und die Herstellungsko­ sten werden dann hoch.

Wenn der P-Gehalt weniger als etwa 0,005 Gew.-% beträgt, hat es sich gezeigt, daß die Rekristallisation bei Temperaturen von etwa 720°C oder weniger bei dem erfindungsgemäßen Durch­ laufglühverfahren durchgeführt werden kann. Deshalb tritt beim erfindungsgemäßen Verfahren kaum Ausbeulen durch Wärme und Abkühlen auf.

Die nachstehenden Beispiele dienen der Erläuterung der Er­ findung.

Beispiel 1

Eine erfindungsgemäße stranggegossene Bramme mit niedrigem P-Gehalt (in Fig. 1 als Bramme A bezeichnet) wird mit einer Fertigwalztemperatur von 880°C warmgewalzt und aus der Walz­ hitze mit einer Haspeltemperatur von 620°C aufgewickelt.

Nachdem die Bramme zu einem Warmband mit einer Dicke von 2,3 mm geformt worden ist, wird das Band wiederholt gebeizt und dann mit einem Walzmodul von 90% kaltgewalzt, um ein Kaltband mit einer Dicke von 0,23 mm zu erhalten. Bei diesem Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Bramme A die folgende Zusammensetzung auf: 0,0020 Gew.-% C, 0,02 Gew.-% Si, 0,16 Gew.-% Mn, 0,003 Gew.-% P, 0,002 Gew.-% S, 0,055 Gew.-% sol. Al, 0,0021 Gew.-% N, 0,019 Gew.-% Nb, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.

Vergleichsbeispiel 1

In einem Vergleichsversuch wird eine Stranggußbramme mit einem herkömmlichen P-Gehalt (in Fig. 1 als Bramme B be­ zeichnet) unter den gleichen Bedingungen wie bei der vorste­ hend erläuterten Herstellung der Bramme A warmgewalzt und kaltgewalzt, um ein Kaltband mit 0,23 mm Dicke zu erhalten.

Die Bramme B weist bei diesem Vergleichsbeispiel die fol­ gende Zusammensetzung auf: 0,0023 Gew.-% C, 0,02 Gew.-% Si, 0,15 Gew.-% Mn, 0,019 Gew.-% P, 0,002 Gew.-% S, 0,047 Gew.-% sol. Al, 0,0018 Gew.-% N, 0,019 Gew.-% Nb, Rest Eisen und un­ vermeidbare Verunreinigungen.

Die Brammen A und B werden zum Vergleich jeweils mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 10°C/s in einem Durchlaufglühofen auf verschiedene Glühtemperaturen erwärmt, 30 Sekunden lang bei der Glühtemperatur gehalten, und dann mit einer Abkühl­ geschwindigkeit von 40°C/s auf eine Temperatur von 50°C ab­ gekühlt. Im Ofen wurde NH-Gas als Schutzgas verwendet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurden alle Proben für die verschiedenen Tests verwendet, wie Härtemessung, Kristall­ kornmessung mittels Lichtmikroskop und Rekristallisations­ textur durch Messen der Intensität der Röntgenbeugung. Beide Prüfstücke von den Brammen A und B werden dabei bei Raumtem­ peratur gehalten. Nach dem Erwärmen mit einer Aufheizge­ schwindigkeit von 10°C/s auf eine Glühtemperatur von 720 bis 760°C (im Fall des Prüfstücks von der Bramme B beträgt die Glühtemperatur 760°C) und Halten bei dieser Temperatur für verschieden lange Zeiten werden die Prüfstücke auf Raumtem­ peratur abgekühlt und eine Anlaß- bzw. Härtemessung durchge­ führt.

Die Ergebnisse der Anlaß- bzw. Härtemessung in Abhängigkeit von der Glühtemperatur sind in Fig. 1 dargestellt. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, beträgt die Rekristallisationstemperatur im Falle des Prüfstücks von der erfindungsgemäßen Bramme A 720°C, und die Kristallisationstemperatur im Falle des Prüf­ stücks von der herkömmlichen Bramme B beträgt 760° gemäß den Ergebnissen von Fig. 1 und dem Ergebnis mikroskopischer Be­ obachtungen. Was die Struktur- bzw. Gefügeänderung betrifft, weist, wie in den Fig. 3 und 2 gezeigt, im Falle der gleichen Glühtemperatur das Prüfstück von der Bramme A mehr (222)-Anteile und weniger (100)-Anteile als das Prüfstück von der Bramme B auf. Bei der Bramme A ist somit der Lankford-Wert (d. h. der sog. γ-Wert für die Ziehbarkeit) hoch und die Ziehbarkeit ausgezeichnet. Im übrigen bestehen fast keine Unterschiede zwischen den Brammen A und B bezüg­ lich der (211)-Anteile und der (110)-Anteile, die nicht in den Figuren dargestellt sind.

Die Ergebnisse der Anlaß bzw. Härtemessung bei unterschied­ lichen Ausgleichszeiten ist in Fig. 4 dargestellt. Im Falle des Prüfstücks von der Bramme A ist keine Verringerung der Härte mehr zu beobachten, nachdem die Glühzeit 60 Sekunden überschritten hat, dagegen verringert sich die Härte für das Teststück von der Bramme B kontinuierlich, wenn die Glühzeit länger wird.

Vergleichsbeispiel 2

Als weiteres Vergleichsbeispiel wird eine Stranggußbramme (Bramme C) mit der nachstehenden Zusammensetzung herangezo­ gen:
0,0021 Gew.-% C, 0,02 Gew.-% Si, 0,16 Gew.-% Mn, 0,007 Gew.-% P, 0,002 Gew.-% S, 0,050 Gew.-% sol. Al, 0,0020 Gew.-% N, 0,019 Gew.-% Nb, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigun­ gen. Die Bramme C wird warmgewalzt und kaltgewalzt, um ein Kaltband mit einer Dicke von 0,23 mm unter den gleichen Be­ dingungen wie bei der Herstellung der Brammen A und B herzu­ stellen.

Nach dem Aufheizen des Prüfstückes auf verschiedene Glühtem­ peraturen mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 10°C/s und dem Halten für 30 Sekunden bei jeder Glühtemperatur wird das Band mit einer Kühlgeschwindigkeit von 10°C/s auf eine Tem­ peratur von 50°C abgekühlt. Aus der Anlaß- bzw. Härtemessung sowie Beobachtung des Kristallkorns der auf Raumtemperatur abgekühlten Teststücke mittels eines Lichtmikroskops ergibt sich eine Rekristallisationstemperatur von 737°C.

Vergleichsbeispiel 3

Nach einer Vakuumentgasung und Entkohlung eines gegossenen Rohstahlblocks in einem Karussellofen werden die nachstehen­ den Verfahrensschritte durchgeführt.

Zunächst wird mittels einer Stranggießmaschine aus einem Konverter heraus ein Stranggußwalzblock oder Barren herge­ stellt. Dem Stahl wird Al zugesetzt, und der Walzblock wird einer Beruhigungsbehandlung unterzogen. Vorzugsweise weist die Stranggußbramme die folgende Zusammensetzung auf: 0,003 Gew.-% C, 0,03 Gew.-% Si, 0,10 bis 0,20 Gew.-% Mn, 0,005 Gew.-% P, 0,02 Gew.-% S, 0,03 bis 0,07 Gew.-% sol. Al, 0,003 Gew.-% N, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.

Die resultierende Stranggußbramme wird oberhalb der Ar₃-Tem­ peratur warmgewalzt und dann bei einer Haspeltemperatur von mehr als 650°C aufgewickelt. Danach wird das Warmband durch Säure so oft wie erforderlich entzundert, und es wird durch Kaltwalzen mit einem Walzmodul von vorzugsweise mehr als 90% ein Kaltband hergestellt. Das Kaltband rekristallisiert beim Durchlaufglühen selbst bei Glühtemperaturen von weniger als 720°C.

Das Kaltband wird bei einer Glühtemperatur von weniger als 720°C durchlaufgeglüht, um ein durchlaufgeglühtes Stahlblech herzustellen. Die Härte nach dem Durchlaufglühen beträgt we­ niger als 50 HR30T. Durchlaufgeglühtes Stahlband wird nach der Härte des Enderzeugnisses bzw. nach dem thermischen Ver­ edelungsgrad (T-1, T-2, T-3, T-4 und so fort) eingestellt, und wird einem Nachwalzen zum Härten oder DR-Walzen unterzo­ gen, und in ein dünnes Stahlblech umgewandelt. Das kalte Stahlblech kann ohne weitere Behandlung verwendet werden oder kann einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden, beispielsweise einem Verzinnen oder dgl. zur Herstellung eines verzinnten Stahlblechs.

Die Erfindung kann zur Herstellung eines Stahl­ blechs für jede geeignete Anwendung verwendet werden, bei­ spielsweise zur Herstellung von Stahlblech für die Herstel­ lung von Dosen, für elektronische Anwendungen, für Anwendun­ gen an Kraftfahrzeugen und dgl.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Nb enthaltende Stranggußbramme mit extrem niedrigen Kohlenstoffgehalt ver­ wendet. Die Erfindung macht es möglich, Durchlaufglühen bei verhältnismäßig niedriger Glühtemperatur durchzuführen. Die beim herkömmlichen Durchlaufglühverfahren auftretende Wärme­ beulung wird vermieden, und die Stahlbleche können wirt­ schaftlich hergestellt werden. Die Erfindung weist ferner die Vorteile auf, daß die Wärmeenergiekosten verringert wer­ den und daß die Ziehbarkeit des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stahlblechs verbessert wird.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines durchlaufgeglühten Stahlbleches, wobei eine stranggegossene, aluminiumberu­ higte Stahlbramme mit einem Gehalt von höchstens 0,003 Gew.-% Kohlenstoff, 0,01 bis 0,03 Gew.-% Niob, höchstens 0,005 Gew.-% Phosphor, höchstens 0,03 Gew.-% Silzium, 0,10 bis 0,20 Gew.-% Mangan, höchstens 0,02 Gew.-% Schwefel, 0,03 bis 0,07 Gew.-% Aluminium und höchstens 0,003 Gew.-% Stickstoff, Resten Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, bei einer Temperatur von höchstens etwa 720°C geglüht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stahlbramme vor dem Glühen zunächst warmgewalzt, gebeizt und danach kaltge­ walzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Stahlblech verzinnt wird.