EP4083236A1 - Coated flat steel product and method for producing a coated flat steel product - Google Patents
Coated flat steel product and method for producing a coated flat steel product Download PDFInfo
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Definitions
- the present application relates to a method for producing a high-strength flat steel product provided with a metallic coating and a coated flat steel product.
- High-strength steels are characterized by a high proportion of alloying elements that increase the strength of the material, such as silicon, manganese and chromium.
- a surface-refining layer is often required to prevent material corrosion.
- a surface-finishing layer can be applied, for example, electrolytically or by means of hot-dip coating, which is also referred to as hot-dip coating.
- Zinc-based coatings, which are applied by hot-dip coating are of particular technical importance for corrosion protection.
- the boundary layer between the anti-corrosion layer and the steel substrate or the base material is understood to be the layer that begins with the layer between the anti-corrosion layer and the base material, in which the zinc and iron content have the same value in % by weight, down to a depth of 300 nm into the base material.
- An accumulation of one or more of the elements silicon, manganese and chromium in the boundary layer has a negative effect on the service properties of the coated flat steel product. For example, the adhesion of the anti-corrosion layer on the base material deteriorates. However, the formability of the coated flat steel product is also limited.
- EP2540854B1 is known an ultra-high-strength cold-rolled steel sheet containing in % by mass 0.15-0.30% C, 0.01-1.8% Si, 1.5-3.0% Mn, not more than 0.05% P, not more than 0.005% S, 0.005-0.05% Al and not more than 0.005% N, optionally further one or more elements of 0.001-0.10% Ti, 0.001-0.10% Nb, 0, 01-0.50% V, 0.0001-0.005% B, 0.01-0.50% Cu, 0.01-0.50% Ni, 0.01-0.50% Mo and 0.01- 0.50% Cr and having a soft surface portion containing at least 90% tempered martensite.
- the steel sheet has a tensile strength of not less than 1270 MPa.
- the steel sheet is decarburized in an atmosphere having a high dew point of 30°C at 700-800°C for 15-60 minutes. Decarburizing annealing in an atmosphere with a high dew point for a relatively long period of time results in a decarburized, ductile surface layer, which is then subjected to a coating treatment.
- This oxide layer which consists only of iron, manganese and silicon, is that due to the lack of chromium and a thickness of the oxide layer of up to 5 ⁇ m, the adhesion of metallic coatings can be impaired. In addition, a deterioration in local formability is to be expected between the soft, decarburized and easily formable ferrite layer and the harder and brittle oxide layer.
- the object of the invention was to provide a method for producing a high-strength steel flat product coated by means of a hot-dip coating system, which has good adhesion of the metallic coating on the Guaranteed steel substrate and good formability of the coated flat steel product.
- a high-strength, coated steel flat product should be specified, which has good adhesion of the metallic coating on the steel substrate and good forming properties.
- the object was achieved in that at least the method steps specified in claim 1 are completed in the production of a high-strength, coated steel flat product.
- the invention is based on the finding that the distribution of the main alloying elements silicon, manganese and chromium in the boundary layer has a significant influence on the adhesion of the anti-corrosion coating. This applies in particular to zinc-based anti-corrosion coatings.
- Silicon, manganese and chromium are strong oxide formers. In theory, silicon has a higher affinity for oxygen than manganese, manganese has a higher affinity for oxygen than chromium, and chromium has a higher affinity for oxygen than iron. It would therefore be expected that, depending on the respective proportion of the element under consideration, silicon oxides form first in the boundary layer before manganese oxides and before chromium oxides. This applies under the assumption of equilibrium states that can only be reached theoretically and under ideal conditions, according to which all phases are present as pure phases and the formation of mixed phases is excluded, while the reaction kinetics and diffusion processes are not taken into account.
- the distribution of silicon, manganese and chromium in the boundary layer can vary greatly and that the distribution can be influenced by the production parameters, such as the set temperatures and gas atmosphere.
- step a) a hot-rolled flat steel product produced by means of conventional casting and hot-rolling processes is made available.
- the hot-rolled flat steel product provided in step a) is uncoated, ie it has no metallic anti-corrosion coating.
- the uncoated flat steel product forms the steel substrate or the base material for the metallic anti-corrosion coating that is applied in step i).
- the uncoated flat steel product comprises a steel, in particular it consists of a steel, of the composition explained in more detail below.
- the carbon content of the steel of a flat steel product according to the invention is 0.1-0.5% by weight.
- Carbon (C) influences the formation and stabilization of austenite. During quenching, which is carried out to form martensite, and during the subsequent annealing treatment, any retained austenite is replaced by C stabilized.
- the C content has a strong influence on the strength of the martensite formed during the cooling in step f) with a cooling rate ThetaQ, as well as on the strength of the martensite formed during the last cooling step in step k) with a cooling rate ThetaB2 is formed.
- the C content should be at least 0.1% by weight in order to ensure the austenite-stabilizing and strength-increasing effect.
- the carbon content is at least 0.12% by weight in order to be able to use the austenite-stabilizing and strength-increasing effect of carbon particularly effectively.
- the martensite start temperature is shifted to lower and lower temperatures, so that if the C content is too high, no martensite or only a small proportion of martensite can be formed.
- the carbon content of the steel of a steel flat product according to the invention is limited to at most 0.5% by weight, preferably at most 0.4% by weight.
- the steel of a flat steel product according to the invention contains either manganese or silicon or both manganese and silicon.
- the Mn content is limited to a maximum of 3 0.0% by weight, preferably at most 2.7% by weight. Excessively high manganese contents also cause excessive manganese enrichment in the boundary layer between the anti-corrosion coating and the steel substrate and thus lead to poor adhesion. For this reason too, the Mn content is limited to at most 3.0% by weight, preferably at most 2.7% by weight.
- the silicon content is 0.7-2.5% by weight, preferably at least 0.9% by weight.
- Silicon (Si) contributes to the suppression of cementite formation. During the formation of cementite, carbon is bound in the form of carbides. By suppressing the formation of cementite, free carbon is available, which contributes to the stabilization of the retained austenite and thus to an improvement in elongation. This effect can also be partially achieved by alloying aluminum. If the Si content is too high, silicon can accumulate in the boundary layer between the anti-corrosion coating and the base material, which leads to poor adhesion of the anti-corrosion coating.
- the Si content is limited to at most 2.5% by weight, in particular to less than 2.5% by weight. In a preferred embodiment, the Si content is limited to a maximum of 1.5% by weight in order to further reduce the risk of red scale formation, which can occur during hot strip production.
- the chromium content of the steel of a flat steel product according to the invention is 0.05-1% by weight.
- Chromium (Cr) helps increase strength and is an effective inhibitor of pearlite.
- the accumulation of Cr in the boundary layer between the anti-corrosion coating and the base material leads to improved adhesion.
- the Cr content is at least 0.05% by weight, preferably at least 0.1% by weight.
- Cr increases the risk of severe grain boundary oxidation, which adversely affects weldability and surface quality.
- the Cr content is limited to at most 1.0% by weight. In a preferred embodiment, the Cr content is limited to a maximum of 0.6% by weight for cost reasons, which also contributes to further minimizing the risk of grain boundary oxidation.
- Aluminum (Al) can optionally be contained in the steel of a flat steel product according to the invention at 0.01-1.5% by weight.
- Al can be used for deoxidation and for binding any nitrogen present.
- Al can also be used to suppress cementite.
- the addition of Al increases the austenitization temperature of the steel. If higher annealing temperatures can be set, Al can be alloyed with up to 1.5% by weight. Since aluminum increases the annealing temperature required for complete austenitization and complete austenitization is only possible with difficulty at Al contents above 1.5% by weight, the Al content of the steel is one flat steel product according to the invention to a maximum of 1.5% by weight, preferably a maximum of 1.0% by weight. In a preferred embodiment, the Al content is limited to at most 0.1% by weight, in particular to 0.01-0.1% by weight, in order to limit the austenitization temperature.
- Phosphorus (P), sulfur (S) and nitrogen (N) have a negative effect on the mechanical and technological properties of flat steel products according to the invention, which is why their presence in flat steel products according to the invention should be avoided if possible.
- Phosphorus (P) has an unfavorable effect on weldability, which is why the P content should be at most 0.02% by weight, preferably less than 0.02% by weight.
- sulfur (S) leads to the formation of MnS or to the formation of (Mn,Fe)S, which has a negative effect on elongation. Therefore, the S content is limited to values of at most 0.005% by weight, preferably less than 0.005% by weight.
- N Nitrogen (N), both in interstitially dissolved form and as nitride, for example in combination with titanium, niobium or vanadium, leads to embrittlement of the steel, which can have a negative effect on formability, which is why the N content is limited to a maximum of 0.008 % by weight, preferably to less than 0.008% by weight.
- Steels of flat steel products according to the invention can optionally contain molybdenum (Mo) in amounts of 0.05-0.5% by weight.
- Mo molybdenum
- Mo promotes the suppression of pearlite formation, and for this purpose it can be contained in the steel in an amount of at least 0.05% by weight.
- the Mo content is limited to at most 0.5% by weight, in particular less than 0.5% by weight.
- Steels of flat steel products according to the invention can optionally contain boron (B) in amounts of 0.0004-0.001% by weight. Boron segregates onto the phase boundaries and blocks their movement. This supports the formation of a fine-grain structure, which improves the mechanical properties of the steel flat product. In order to bring about an improvement in the mechanical properties, boron can be added in amounts of at least 0.0004% by weight. When alloying boron, sufficient Ti or Nb should preferably be available to bind N, which prevents the formation of harmful boron nitrides.
- steels of flat steel products according to the invention can contain one or more micro-alloying elements in total contents of 0.001 to 0.3% by weight.
- micro-alloy elements are understood to mean the elements titanium (Ti), niobium (Nb) and vanadium (V). Titanium or niobium or a combination of both are preferably used.
- the micro-alloying elements can form carbides with carbon, which in the form of very finely divided precipitates contribute to greater strength. With a total content of microalloying elements of at least 0.001% by weight, preferably at least 0.005% by weight, precipitates can form which lead to the freezing of grain and phase boundaries during austenitizing.
- the total concentration of the microalloying elements should be at most 0.3% by weight, preferably at most 0.2% by weight.
- the hot-rolled flat steel product is first pickled in a conventional manner and then subjected to cold rolling.
- the cold rolling reduces the thickness of the flat steel product by at least 37%, in particular by more than 37%.
- the reduction in thickness refers to the difference between the initial thickness of the flat steel product before the first cold rolling pass and the final thickness of the flat steel product after the last cold rolling pass.
- Cold rolling with a thickness reduction of at least 37% causes mechanical homogenization of the material and leads to a particularly fine-grained structure with an average grain size of less than 30 ⁇ m in the cold-rolled state.
- the very fine-grained structure created by cold rolling provides many nucleation sites for the formation of austenite grains for the following austenitizing annealing, which consequently also leads to very fine-grained austenite.
- the grain-refining effect can be intensified if a thickness reduction of preferably at least 42% is set during cold rolling.
- Mechanical homogenization of the material facilitates the setting of the targeted ratio of Si, Mn and Cr in the boundary layer between the anti-corrosion coating and the steel substrate, which takes place in the further course of work.
- step c) the cold-rolled flat steel product is heated to an annealing temperature THZ above the Ar temperature of the steel, which can also be referred to as the holding zone temperature, in order to enable a complete transformation of the microstructure into austenite.
- the soak zone temperature THZ can be limited to a maximum of 950°C to save on operating costs.
- the heating to THZ takes place in two stages.
- the flat steel product is first heated at a heating rate Theta_H1 of 5 - 50 K/s until a turning temperature TW of 200 - 400 °C is reached. Above the turning temperature T_W, the heating takes place at a heating rate Theta_H2 of 2 - 10 K/s until the holding zone temperature THZ is reached.
- the first heating rate Theta_H1 is not equal to the second heating rate Theta_H2.
- Theta_H2 is less than Theta_H1.
- the flat steel product is heated in a continuous furnace.
- the flat steel product is heated in a furnace equipped with ceramic radiant tubes, which is particularly advantageous for reaching strip temperatures above 900°C.
- the indirect heating avoids undesirably strong oxidation of the steel surface combined with the formation of an oxide layer, since the oxygen components required for combustion do not come into contact with the material.
- a gas mixture in a closed burner and the heat transfer in this case is by radiation.
- a furnace is also known as a Radiant Tube Furnace or RTF.
- step d) the flat steel product is held at the holding zone temperature THZ for a holding time tHZ of 5-15 s.
- the holding time tHZ should not exceed 15 seconds in order to avoid the formation of a coarse austenite grain and irregular austenite grain growth and thus negative effects on the formability of the steel flat product.
- the holding time should last at least 5 s in order to achieve complete transformation into austenite and a homogeneous C distribution in the austenite.
- the atmosphere in which the flat steel product is kept contains 3-7% by volume of hydrogen.
- the rest of the atmosphere is made up of nitrogen moistened with water vapor and unavoidable impurities, with a nitrogen content of 93 - 97% by volume being aimed at and the sum of all components being 100% by volume.
- the information on the furnace atmosphere composition relates to atmosphere compositions resulting in a total of 100% by volume.
- the atmosphere consists in particular of 3-7% by volume of hydrogen and the remainder of nitrogen moistened with water vapor and avoidable impurities.
- the amount of water vapor in the atmosphere is controlled by the dew point.
- the dew point is reduced to values of -22°C to 0°C, preferably to values of at most -5°C, in particular to values of -22°C to -5°C, and particularly preferably to values of at least -20°C and/or at most -15 °C, in particular adjusted to values from -20 °C to -15 °C.
- the concentration profile of the elements Si, Mn and Cr in the boundary layer can be controlled by the dew point and concentration profiles of the elements Si, Mn and Cr in the boundary layer can be obtained.
- the proportion of water vapor is described using the dew point.
- the dew point corresponds to the temperature at which the water condenses in a volume of gas. If the dew point values are low, the proportion of water in the gas mixture is low. As the dew point rises, the proportion of water in the gas mixture increases.
- the moistened gas mixture in the furnace atmosphere in combination with the facilitated diffusion during annealing, initially leads to an enrichment of the elements Mn, Si and Cr, which have a higher oxygen affinity than iron, on the surface of the base material. Due to the small size difference between manganese and iron, Mn diffuses faster in the iron lattice than Cr or Si. Chromium exhibits slightly slower diffusion than Mn, while silicon diffuses significantly more slowly.
- the proportion of water vapor in the furnace atmosphere in particular during holding in step d), is more than 0.070% by volume, particularly preferably at least 0.080% by volume.
- the proportion of water vapor in the furnace atmosphere is at most 1.0% by volume, preferably at most 0.8% by volume.
- One finding of the present invention is that high Si and Mn contents in the boundary layer impair coatability, whereas Cr has no negative influence, but even a positive influence on the adhesion of the anti-corrosion coating if the abovementioned ratio is maintained. Maintaining the ratio of the oxide-forming elements Si, Mn and Cr in the boundary layer leads not only to excellent adhesion of the anti-corrosion coating but also to good formability of the coated flat steel product.
- the flat steel product is heated in step c) and/or held in step d) in a radiant tube furnace.
- the combustion gases containing oxygen do not come into contact with the flat steel product, since the gas mixture to be burned is in is burned in a closed burner and heat transfer is by radiation.
- decarburization of the surface and severe oxidation of the surface of the uncoated steel flat product and the formation of a covering oxide layer can be reduced and preferably avoided.
- step e the flat steel product is cooled to a temperature TLK.
- the cooling starts after the end of the holding in step d). In particular, cooling starts immediately after holding, and thus at the latest after the maximum holding time of 15 s has expired.
- the temperature TLK is no more than 150 °C below the A3 temperature of the steel of the steel flat product in order to avoid the formation of ferrite.
- the duration for cooling from THZ to TLK is at least 50 s and at most 300 s.
- the cooling carried out in step e) can also be referred to as controlled and slow cooling.
- the flat steel product is further cooled from temperature TLK to a cooling stop temperature TAB.
- the TLK is cooled down to TAB at a cooling rate ThetaQ, which is at least 30 K/s. Cooling can also be referred to as rapid cooling.
- ThetaQ cooling rate is at least 30 K/s to avoid the formation of ferrite and the formation of bainite. Cooling can preferably be carried out at up to 120 K/s, which can be achieved, for example, by using modern gas jet cooling.
- the cooling stop temperature TAB lies between the martensite start temperature TMS, ie the temperature at which a martensitic transformation begins, and a temperature which is up to 175°C lower than TMS. The following applies: (TMS-175°C) ⁇ TAB ⁇ TMS.
- step h) the steel flat product is heated at a maximum heating rate ThetaB1 of 80 K/s to a treatment temperature TB of 450 - 500 °C in order to enrich residual austenite with carbon from the supersaturated martensite.
- the formation of carbides and the decomposition of residual austenite are avoided by observing a total treatment time of 10 - 1000 s for this work step.
- the treatment temperature TB is matched to the subsequent hot-dip coating treatment.
- TB is also a suitable temperature for immersion in a zinc-based molten bath.
- the heating takes place at a heating rate of at most 80 K/s, in particular less than 80 K/s, in order to ensure sufficient redistribution of the carbon to guarantee.
- the heating can be implemented, for example, by using radiant tubes or by using a booster.
- step i) the flat steel product is subjected to a coating treatment, in particular a hot dip coating.
- the steel flat product runs through a coating bath with a zinc-based molten bath composition.
- the temperature of the molten bath is preferably 450-500.degree.
- a suitable molten bath composition can contain, for example, up to 2% by weight Al, up to 2% by weight Mg, the remainder zinc and unavoidable impurities, in particular from up to 2% by weight Al, up to 2% by weight Mg, The rest consists of zinc and unavoidable impurities.
- a suitable molten bath composition can contain, for example, up to 1% by weight Al, the remainder being zinc and unavoidable impurities contain, in particular consist of up to 1 wt .-% Al, remainder zinc and unavoidable impurities.
- a molten bath composition can contain 1-2% by weight Al, 1-2% by weight Mg, the remainder zinc and unavoidable impurities, in particular 1-2% by weight Al, 1-2% by weight % Mg, remainder zinc and unavoidable impurities.
- the flat steel product can be subjected to a galvannealing treatment in an optional step j). To do this, it is tempered for a duration tGA of 10 s - 60 s at a temperature TGA of 500 - 565 °C.
- step k the coated flat steel product is cooled to room temperature at a cooling rate ThetaB2 of at least 5 K/s, preferably more than 5 K/s.
- the martensite formed in the course of the method according to the invention by the second quenching in step k) is referred to as untempered martensite.
- the martensite created by the first quenching after austenitizing, which is subjected to heating in step h), is also referred to as tempered martensite.
- the atmosphere compositions through which the flat steel product passes in the further work steps, in particular in work steps e) to k), can be adapted to the furnace atmosphere of the holding process of work step d).
- an atmosphere is preferably set that contains 3-7% by volume of hydrogen and the balance with steam, preferably with at least 0.070% by volume, particularly preferably with at least 0.080% by volume, more preferably with at most 1.0% by volume, particularly preferably containing at most 0.8% by volume, water vapor, humidified nitrogen and unavoidable impurities.
- the method according to the invention for producing a high-strength flat steel product provided with a metallic anti-corrosion coating comprises no further work steps and thus exclusively the work steps mentioned under a) - k).
- a product according to the invention comprises a steel substrate which comprises a steel, preferably consisting of a steel, which consists of (in % by weight): 0.1-0.5% C, at least one element selected from the group consisting of Mn and Si , where the Mn content is 1.0 - 3.0% and the Si content is 0.7 - 2.5%, 0.05 - 1% Cr, up to 0.020% P, up to 0.005% S, up to 0.008% N, and optionally from one or more of the following elements 0.01 - 1.5% Al, 0.05 - 0.5% Mo, 0.0004 - 0.001% B and optionally from a total of 0.001 - 0, 3% V, Ti and Nb, and the balance consists of iron and unavoidable impurities.
- a steel substrate which comprises a steel, preferably consisting of a steel, which consists of (in % by weight): 0.1-0.5% C, at least one element selected from the group consisting of Mn and Si , where the Mn content is 1.0
- the steel substrate has a microstructure containing 5-20% by volume retained austenite, less than 5% by area bainite, less than 10% by area ferrite and at least 80% by area martensite, of which at least 75% by area is tempered martensite and less than 25% by area is untempered martensite.
- the structure of the product according to the invention consists of 5-20 vol. % of which at least 75% by area is tempered martensite and less than 25% by area is untempered martensite.
- a high proportion of martensite is used to achieve the desired strength.
- the ductility can be influenced by the proportion of tempered martensite. All of the martensite present in the structure is composed of tempered and untempered martensite, with the possibility that there is no untempered martensite.
- microstructural proportions for retained austenite is based on vol. % and for other microstructural components such as martensite, ferrite and bainite, on area %.
- the structure is particularly fine-grained and preferably has an average grain size of less than 30 ⁇ m. Due to the fineness of the microstructure, it is advisable to carry out the microstructure investigations using a scanning electron microscope (SEM) with a magnification of at least 5000x. An examination using X-ray diffraction (XRD) according to ASTM E975 is recommended as a suitable method for the quantitative determination of retained austenite.
- SEM scanning electron microscope
- XRD X-ray diffraction
- the product according to the invention also comprises a metallic protective coating, preferably a Zn-based anti-corrosion coating.
- a suitable anti-corrosion coating contains up to 2% by weight Al, up to 2% by weight Mg, the remainder zinc and unavoidable impurities, in particular the anti-corrosion coating consists of up to 2% by weight Al and up to 2% by weight Mg , remainder Zn and unavoidable impurities.
- the anti-corrosion coating has 1-2% by weight Al, 1-2% by weight Mg, the remainder zinc and unavoidable impurities, in particular it consists of 1-2% by weight Al, 1-2% by weight % Mg, remainder zinc and unavoidable impurities.
- the anti-corrosion coating has up to 1% by weight Al, remainder zinc and unavoidable impurities, in particular it consists of up to 1% by weight Al, remainder zinc and unavoidable impurities.
- the coated steel flat product according to the invention has a ratio of the sum of Si and Mn to Cr of at least 1.7 and at most 15 in the boundary layer between the anti-corrosion coating and the steel substrate according to the following relationship: 1.7 ⁇ [(Si + Mn) / Cr]_GS ⁇ 15 with Si: Si wt% content in the boundary layer, Mn: Mn wt% content in the boundary layer, Cr: Cr wt% content in the boundary layer.
- [(Si + Mn) / Cr]_GS is smaller than [(Si + Mn) / Cr]_GW ensures that the steel flat product has good adhesion of the metallic coating on the steel substrate and good forming properties. This effect can be achieved particularly reliably if [(Si+Mn)/Cr]_GS is preferably less than 0.9*[(Si+Mn)/Cr]_GW, particularly preferably less than 0.6*[(Si+Mn ) / Cr]_GW is.
- the coated flat steel products preferably have a tensile strength Rm of at least 600 MPa, a yield point Rp02 of at least 400 MPa and an elongation A80 of at least 7%, in particular more than 7%.
- Tensile strengths of 950 to 1500 MPa are typically achieved. Yield strength values are typically at least 700 MPa. The yield point is below the achieved tensile strength. The yield point is typically below 950 MPa.
- the coated flat steel products have excellent adhesion of the anti-corrosion coating, preferably level 1 adhesion determined by the ball impact test in accordance with SEP 1931, on the steel substrate, and very good formability.
- Hole expansion for example, can be used as a measure of formability. The hole expansion is typically at least 25%.
- the product of tensile strength and hole expansion can also be used as a measure of formability. In a preferred embodiment, the product of tensile strength and hole expansion is at least 20,000 MPa*%, preferably at least 25,000 MPa*%
- the tensile strength, yield point and elongation were determined according to DIN EN ISO 6892, sample form 2, the adhesion was determined using a ball impact test KST according to SEP 1931 and the hole expansion was determined according to ISO 16630.
- the element distribution in the boundary layer and in the areas adjacent to the boundary layer can be carried out using the glow discharge spectroscopy method (Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy, GDOES for short).
- GDOES glow discharge spectroscopy
- a GDOES measuring device from Leco can be used for this. With GDOES it is possible to carry out the quantitative determination of elements in layer structures along the layer thickness.
- the beginning of the boundary layer can be determined using GDOES by using the intersection of the curves of the Zn content and the Fe content as the starting point of the boundary layer, which extends 300 nm from this intersection into the base material.
- the flat steel product according to the invention is produced by the method according to the invention explained above.
- melts AG were produced with the compositions given in Table 1, from which 11 hot strips with a thickness of 1.8 to 2.5 mm were produced in a conventional manner.
- the melts C, E, F and G correspond to the specifications for the steel composition according to the invention, whereas the melts A and B have too low Si contents and the melt D has too low a Si content and too high an Al content.
- the hot strips were pickled in a conventional manner and further processed with the production parameters given in Table 2.
- the hot strips were each rolled into cold strips with the degree of cold rolling "KWG” given in Table 2, the cold strips were each heated to a turning temperature "TW” at a first, faster heating rate “ThetaH1” and then at a second, slower heating rate “ThetaH2” brought to the holding zone temperature "THZ", at which they were held for the duration "tHZ" of 5 to 15s in an atmosphere with a dew point "TP".
- the cold strips were first slowly cooled to an intermediate temperature "TLK” within a period of time “tLK” of 50 to 300 s, then quickly quenched from the intermediate temperature “TLK” at a cooling rate "ThetaQ” to a cooling stop temperature "TAB”, at which they were held for a duration "tQ” of 10 to 60s.
- the flat steel products were then heated to a treatment temperature "TB” at a heating rate "ThetaB1" of at most 80K/s. The steel flat products were not kept at the treatment temperature.
- the flat steel products were then subjected to hot dip coating, carried out in an otherwise conventional manner, in a melt bath with the following composition: up to 2% by weight Al, up to 2% by weight Mg, the remainder zinc and unavoidable impurities.
- the steel flat products of melts A - F were finally quenched to room temperature at a cooling rate "ThetaB2" of at least 5 K/s.
- the flat steel products of melt G were first tempered at a temperature TGA for a duration tGA and only after tempering were they quenched to room temperature at a cooling rate of at least 5 K/s.
- the structural investigations were carried out on cross-sections at 1/3t layer, i.e. on sections which were taken from a third of the sheet thickness of the steel substrate.
- the sections were prepared for scanning electron microscopy (SEM) examination and treated with a 3% Nital etch. Due to the fineness of the microstructure, the microstructure was characterized by means of REM observation at a magnification of 5000x.
- the quantitative determination of the retained austenite was carried out by means of X-ray diffraction (XRD) according to ASTM E975.
- XRD X-ray diffraction
- the element content of the base material was determined using the combustion analysis ICP-OES (inductively coupled plasma optical emission spectrometry) in a 1/3t layer.
- the mechanical properties yield strength "Rp02”, tensile strength “Rm” and elongation "A80" were tested according to DIN EN ISO 6892:2009, specimen form 2, on longitudinal specimens which were taken from the middle of the steel flat products.
- the adhesion of the zinc-based anti-corrosion coating was determined as KST according to SEP 1931 and the hole expansion was determined according to ISO16630.
- samples C4, C5, E8 and F10 produced according to the invention have very low values for the ratio [(Si+Mn)/Cr]_GS of at most 15. At the same time, these samples show excellent adhesion of the anti-corrosion coating of less than 1.5 and very good hole expansion of over 25%. In comparison, samples of steels of the same strength class, but with a value higher than 15 for [(Si+Mn)/Cr]_GS, show poorer formability and poorer coating adhesion.
- Sample E9 shows that it is possible to achieve adequate values for the product of tensile strength and hole expansion (tensile strength*hole expansion) if the nitrogen in the gas mixture is not sufficiently moistened with water vapor and the dew point is therefore too low of the anti-corrosion coating is affected.
- the increasing difference between the yield point and the tensile strength in the annealed material means that the product of tensile strength*hole expansion no longer achieves adequate values.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines höchstfesten, mit einer metallischen Beschichtung versehenen Stahlflachprodukts sowie ein beschichtetes Stahlflachprodukt. Das Verfahren umfasst das zur Verfügungstellen eines warmgewalzten Stahlflachprodukts, welches einen Stahl umfasst, der aus (in Gew.-%) 0,1 - 0,5 % C, mindestens einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mn und Si, wobei der Mn-Gehalt 1,0 - 3,0 % und der Si-Gehalt 0,7 - 2,5 % beträgt, 0,05 - 1 % Cr, bis zu 0,020 % P, bis zu 0,005 % S, bis zu 0,008 % N, sowie optional aus einem oder mehreren der folgenden Elemente 0,01 - 1,5 % AI, 0,05 - 0,5 % Mo, 0,0004 - 0,001 % B sowie optional aus in Summe 0,001 - 0,3 % V, Ti und Nb, und als Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht. Ferner umfasst das Verfahren ein Beizen, Kaltwalzen, Wärmebehandeln und Schmelztauchbeschichten des Stahlflachprodukts mit einem zinkbasierten Korrosionsschutzüberzug. Das Stahlsubstrat weist ein Gefüge auf, das 5 - 20 Vol.-% Restaustenit, weniger als 5 Flächen-% Bainit, weniger als 10 Flächen-% Ferrit und mindestens 80 Flächen-% Martensit, wovon mindestens 75 Flächen-% angelassener Martensit und weniger als 25 Flächen-% nicht angelassener Martensit ist, enthält. Das beschichtete Stahlflachprodukt weist in der Grenzschicht zwischen dem Korrosionsschutzüberzug und dem Stahlsubstrat ein Verhältnis der Summe von Si und Mn zu Cr von mindestens 1,7 und höchstens 15 auf. Das Verhältnis der Summe aus Si+Mn zu Cr ist in der Grenzschicht kleiner als im Grundwerkstoff.The present invention relates to a method for producing a high-strength flat steel product provided with a metallic coating and a coated flat steel product. The method comprises providing a hot-rolled flat steel product comprising a steel composed of (in % by weight) 0.1-0.5% C, at least one element selected from the group consisting of Mn and Si, the Mn -content 1.0 - 3.0% and the Si content is 0.7 - 2.5%, 0.05 - 1% Cr, up to 0.020% P, up to 0.005% S, up to 0.008% N , and optionally from one or more of the following elements 0.01 - 1.5% AI, 0.05 - 0.5% Mo, 0.0004 - 0.001% B and optionally from a total of 0.001 - 0.3% V, Ti and Nb, and the balance is iron and unavoidable impurities. The method also includes pickling, cold rolling, heat treatment and hot dip coating of the flat steel product with a zinc-based anti-corrosion coating. The steel substrate has a microstructure containing 5-20% by volume retained austenite, less than 5% by area bainite, less than 10% by area ferrite and at least 80% by area martensite, of which at least 75% by area is tempered martensite and less than 25% by area untempered martensite. The coated flat steel product has a ratio of the sum of Si and Mn to Cr of at least 1.7 and at most 15 in the boundary layer between the anti-corrosion coating and the steel substrate. The ratio of the sum of Si+Mn to Cr is smaller in the boundary layer than in the base material.
Description
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines höchstfesten, mit einer metallischen Beschichtung versehenen Stahlflachprodukts sowie ein beschichtetes Stahlflachprodukt.The present application relates to a method for producing a high-strength flat steel product provided with a metallic coating and a coated flat steel product.
Wenn vorliegend von Stahlflachprodukten die Rede ist, werden darunter Stahlbänder, Stahlbleche oder daraus erzeugte Zuschnitte wie Platinen verstanden. Wenn vorliegend von metallischen Beschichtungen die Rede ist, werden darunter insbesondere metallische Schutzüberzüge und metallische Korrosionsschutzüberzüge verstanden.When flat steel products are discussed here, they are understood to be steel strips, steel sheets or blanks produced from them, such as blanks. When metallic coatings are mentioned in the present case, this means in particular metallic protective coatings and metallic anti-corrosion coatings.
Höchstfeste Stähle zeichnen sich durch einen hohen Anteil an Legierungselementen, die die Festigkeit des Materials steigern, wie zum Beispiel Silizium, Mangan und Chrom, aus. Oftmals ist für die Verwendung höchstfester Stähle, wie beispielsweise im Automobilbau, eine oberflächenveredelnde Schicht zur Vermeidung der Materialkorrosion erforderlich. Eine oberflächenveredelnde Schicht kann beispielsweise elektrolytisch oder mittels Schmelztauchbeschichten, welches auch als Feuerbeschichten bezeichnet wird, aufgebracht werden. Von besonderer technischer Bedeutung für den Korrosionsschutz sind Beschichtungen auf Zink-Basis, welche mittels Feuerbeschichten aufgebracht werden.High-strength steels are characterized by a high proportion of alloying elements that increase the strength of the material, such as silicon, manganese and chromium. When using high-strength steels, such as in automobile construction, a surface-refining layer is often required to prevent material corrosion. A surface-finishing layer can be applied, for example, electrolytically or by means of hot-dip coating, which is also referred to as hot-dip coating. Zinc-based coatings, which are applied by hot-dip coating, are of particular technical importance for corrosion protection.
Bei der Fertigung höchstfester Stähle mittels Feuerbeschichten kommt es zur Anreicherung von Silizium, Mangan und Chrom im Bereich des Übergangs zwischen der Korrosionsschutzschicht und dem Stahlsubstrat, welches auch als Grundwerkstoff bezeichnet werden kann. Als Grenzschicht zwischen der Korrosionsschutzschicht und dem Stahlsubstrat beziehungsweise dem Grundwerkstoff wird vorliegend die Schicht verstanden, die beginnend mit der Lage zwischen Korrosionsschutzschicht und Grundwerkstoff, in welcher der Zink- und der Eisengehalt den gleichen Wert in Gew.-% haben, bis zu einer Tiefe von 300 nm in den Grundwerkstoff reicht. Eine Anreicherung von einem oder mehreren der Elemente Silizium, Mangan und Chrom in der Grenzschicht wirkt sich negativ auf die Gebrauchseigenschaften des beschichteten Stahlflachprodukts aus. So verschlechtert sich beispielsweise die Haftung der Korrosionsschutzschicht auf dem Grundwerkstoff. Aber auch die Umformbarkeit des beschichteten Stahlflachprodukts ist eingeschränkt.During the manufacture of high-strength steels using hot-dip coating, silicon, manganese and chromium accumulate in the transition area between the anti-corrosion layer and the steel substrate, which can also be referred to as the base material. In the present case, the boundary layer between the anti-corrosion layer and the steel substrate or the base material is understood to be the layer that begins with the layer between the anti-corrosion layer and the base material, in which the zinc and iron content have the same value in % by weight, down to a depth of 300 nm into the base material. An accumulation of one or more of the elements silicon, manganese and chromium in the boundary layer has a negative effect on the service properties of the coated flat steel product. For example, the adhesion of the anti-corrosion layer on the base material deteriorates. However, the formability of the coated flat steel product is also limited.
Da die Fertigung beschichteter höherfester Stähle, welche mit Silizium, Mangan oder Chrom legiert sind, über eine Feuerbeschichtungsanlage zu Problemen mit der Haftung des Überzugs und der Umformbarkeit des beschichteten Stahlflachprodukts führt, werden diese Stähle bislang nur elektrolytisch verzinkt.Since the production of coated high-strength steels, which are alloyed with silicon, manganese or chromium, using a hot-dip coating system leads to problems with the adhesion of the coating and the formability of the coated steel flat product, these steels have so far only been electrolytically galvanized.
Aus
Aus
Vor diesem Hintergrund bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung eines mittels einer Feuerbeschichtungsanlage beschichteten höchstfesten Stahlflachprodukts anzugeben, welches eine gute Haftung der metallischen Beschichtung auf dem Stahlsubstrat und eine gute Umformbarkeit des beschichteten Stahlflachprodukts gewährleistet.Against this background, the object of the invention was to provide a method for producing a high-strength steel flat product coated by means of a hot-dip coating system, which has good adhesion of the metallic coating on the Guaranteed steel substrate and good formability of the coated flat steel product.
Darüber hinaus sollte ein höchstfestes, beschichtetes Stahlflachprodukt angegeben werden, welches eine gute Haftung der metallischen Beschichtung auf dem Stahlsubstrat sowie gute Umformeigenschaften aufweist.In addition, a high-strength, coated steel flat product should be specified, which has good adhesion of the metallic coating on the steel substrate and good forming properties.
In Bezug auf das Verfahren wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei der Herstellung eines höchstfesten, beschichteten Stahlflachprodukts mindestens die in Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte absolviert werden.With regard to the method, the object was achieved in that at least the method steps specified in claim 1 are completed in the production of a high-strength, coated steel flat product.
In Bezug auf das Stahlflachprodukt wurde die Aufgabe durch ein Produkt gelöst, das mindestens die in Anspruch 5 angegebenen Merkmale aufweist.With regard to the flat steel product, the object was achieved by a product which has at least the features specified in claim 5.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Verteilung der Hauptlegierungselemente Silizium, Mangan und Chrom in der Grenzschicht die Haftung des Korrosionsschutzüberzugs wesentlich beeinflusst. Dies gilt insbesondere für Zink-basierte Korrosionsschutzüberzüge. Silizium, Mangan und Chrom sind starke Oxidbildner. Theoretisch weist Silizium eine höhere Sauerstoffaffinität als Mangan auf, Mangan weist eine höhere Sauerstoffaffinität als Chrom auf, und Chrom weist eine höhere Sauerstoffaffinität als Eisen auf. Demnach wäre zu erwarten, dass sich in Abhängigkeit vom jeweiligen Anteil des betrachteten Elements in der Grenzschicht zunächst Siliziumoxide vor Manganoxiden und vor Chromoxiden bilden. Dies gilt unter der Annahme von nur theoretisch erreichbaren Gleichgewichtszuständen und idealen Bedingungen, wonach alle Phasen als reine Phasen vorliegen und die Bildung von Mischphasen ausgeschlossen ist, während die Reaktionskinetik und Diffusionsprozesse nicht berücksichtigt werden.The invention is based on the finding that the distribution of the main alloying elements silicon, manganese and chromium in the boundary layer has a significant influence on the adhesion of the anti-corrosion coating. This applies in particular to zinc-based anti-corrosion coatings. Silicon, manganese and chromium are strong oxide formers. In theory, silicon has a higher affinity for oxygen than manganese, manganese has a higher affinity for oxygen than chromium, and chromium has a higher affinity for oxygen than iron. It would therefore be expected that, depending on the respective proportion of the element under consideration, silicon oxides form first in the boundary layer before manganese oxides and before chromium oxides. This applies under the assumption of equilibrium states that can only be reached theoretically and under ideal conditions, according to which all phases are present as pure phases and the formation of mixed phases is excluded, while the reaction kinetics and diffusion processes are not taken into account.
Es wurde erkannt, dass die Verteilung von Silizium, Mangan und Chrom in der Grenzschicht stark unterschiedlich ausgeprägt sein kann und dass die Verteilung über die Fertigungsparameter, wie die eingestellten Temperaturen und Gasatmosphäre, beeinflusst werden kann.It was recognized that the distribution of silicon, manganese and chromium in the boundary layer can vary greatly and that the distribution can be influenced by the production parameters, such as the set temperatures and gas atmosphere.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines höchstfesten, mit einem metallischen Schutzüberzug versehenen Stahlflachprodukts umfasst mindestens die folgenden Arbeitsschritte:
- a) Zur Verfügungstellen eines warmgewalzten Stahlflachprodukts, welches einen Stahl umfasst, der aus (in Gew.-%)
- 0,1 - 0,5% C,
- mindestens einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mn und Si, wobei der Mn-Gehalt 1,0 - 3,0 % und der Si-Gehalt 0,7 - 2,5 % beträgt,
- 0,05 - 1 % Cr,
- bis zu 0,020 % P,
- bis zu 0,005 % S,
- bis zu 0,008 % N,
- 0,01 - 1,5 % Al,
- 0,05 - 0,5 % Mo,
- 0,0004 - 0,001 % B
- b) Beizen und Kaltwalzen des warmgewalzten Stahlflachprodukts, wobei das warmgewalzte Stahlflachprodukt eine Dickenreduktion von mindestens 37 % erfährt;
- c) zweistufiges Aufheizen des kaltgewalzten Stahlflachprodukts auf eine Haltezonentemperatur THZ, welche oberhalb der A3-Temperatur des Stahls liegt, wobei das Aufheizen zunächst mit einer ersten Aufheizgeschwindigkeit Theta_H1 von 5 - 50 K/s bis zu einer 200 - 400 °C betragenden Wendetemperatur TW und oberhalb der Wendetemperatur TW mit einer zweiten Aufheizgeschwindigkeit Theta_H2 von 2 - 10 K/s bis zur Haltezonentemperatur THZ erfolgt;
- d) Halten des Stahlflachprodukts auf der Haltezonentemperatur THZ für eine Dauer tHZ von 5 - 15 s in einer Ofenatmosphäre, die 3 - 7 Vol.-% Wasserstoff und als Rest mit Wasserdampf angefeuchteten Stickstoff und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, wobei der Taupunkt der Ofenatmosphäre zwischen -22 °C und 0 °C beträgt;
- e) Abkühlen des Stahlflachprodukts von der Haltezonentemperatur THZ auf eine Temperatur TLK, welche nicht tiefer als 150 °C unterhalb der A3-Temperatur des Stahls des Stahlflachprodukts liegt, wobei die Dauer für die Abkühlung von THZ auf TLK mindestens 50 s und höchstens 300 s beträgt;
- f) Abkühlen des Stahlflachprodukts von der Temperatur TLK mit einer Abkühlrate ThetaQ von mindestens 30 K/s auf eine Kühlstopptemperatur TAB, welche zwischen der Martensitstarttemperatur TMS und einer Temperatur, die bis zu 175 °C kleiner als TMS ist, liegt;
- g) Halten des Stahlflachprodukts auf der Kühlstopptemperatur TAB für eine Dauer von 10 - 60 s;
- h) Erwärmen des Stahlflachprodukts mit einer Aufheizrate ThetaB1, welche höchstens 80 K/s beträgt, auf eine 450 - 500 °C betragende Behandlungstemperatur TB und optionales isothermes Halten des Stahlflachprodukts auf der Behandlungstemperatur TB, wobei die gesamte Behandlungszeit tBT für das Erwärmen und das optionale isotherme Halten 10 - 1000 s beträgt;
- i) Schmelztauchbeschichten des Stahlflachprodukts mit einem zinkbasierten Korrosionsschutzüberzug;
- j) optionales Anlassen des beschichteten Stahlflachprodukts bei einer Temperatur TGA von 500-565°C für eine Dauer tGA von 10s - 60s;
- k) Abkühlen des beschichteten Stahlflachprodukts auf Raumtemperatur mit einer Abkühlrate ThetaB2 von mindestens 5 K/s.
- a) Providing a hot-rolled flat steel product comprising a steel composed of (in % by weight)
- 0.1 - 0.5%C,
- at least one element selected from the group consisting of Mn and Si, the Mn content being 1.0 - 3.0% and the Si content being 0.7 - 2.5%,
- 0.05 - 1% Cr,
- up to 0.020% P,
- up to 0.005% S,
- up to 0.008% N,
- 0.01 - 1.5% Al,
- 0.05 - 0.5% Mo,
- 0.0004 - 0.001% B
- b) pickling and cold rolling the hot-rolled flat steel product, wherein the hot-rolled flat steel product undergoes a thickness reduction of at least 37%;
- c) two-stage heating of the cold-rolled flat steel product to a holding zone temperature THZ, which is above the A3 temperature of the steel, with the heating initially taking place at a first heating rate Theta_H1 of 5 - 50 K/s up to a turning temperature TW of 200 - 400 °C and takes place above the turning temperature TW at a second heating rate Theta_H2 of 2 - 10 K/s up to the holding zone temperature THZ;
- d) Holding the steel flat product at the holding zone temperature THZ for a period tHZ of 5 - 15 s in a furnace atmosphere which contains 3 - 7% by volume of hydrogen and the remainder with steam-moistened nitrogen and unavoidable impurities, the dew point of the furnace atmosphere being between - is 22°C and 0°C;
- e) Cooling of the flat steel product from the holding zone temperature THZ to a temperature TLK, which is no lower than 150 °C below the A3 temperature of the steel of the flat steel product, with the duration for cooling from THZ to TLK being at least 50 s and at most 300 s ;
- f) cooling the steel flat product from the temperature TLK at a cooling rate ThetaQ of at least 30 K/s to a cooling stop temperature TAB, which is between the martensite start temperature TMS and a temperature that is up to 175 °C lower than TMS;
- g) holding the flat steel product at the cooling stop temperature TAB for a period of 10-60 s;
- h) heating of the steel flat product with a heating rate ThetaB1, which is at most 80 K/s, to a treatment temperature TB of 450 - 500 °C and optionally isothermally holding the steel flat product at the treatment temperature TB, the total treatment time tBT for the heating and the optional isothermal hold is 10 - 1000 s;
- i) hot dip coating of the flat steel product with a zinc-based anti-corrosion coating;
- j) optional tempering of the coated steel flat product at a temperature TGA of 500-565°C for a duration tGA of 10s - 60s;
- k) Cooling of the coated flat steel product to room temperature at a cooling rate ThetaB2 of at least 5 K/s.
In Arbeitsschritt a) wird ein mittels konventioneller Gieß- und Warmwalzverfahren erzeugtes warmgewalztes Stahlflachprodukt zur Verfügung gestellt. Das in Arbeitsschritt a) zur Verfügung gestellte warmgewalzte Stahlflachprodukt ist unbeschichtet, das heißt, es weist keinen metallischen Korrosionsschutzüberzug auf. Das unbeschichtete Stahlflachprodukt bildet das Stahlsubstrat beziehungsweise den Grundwerkstoff für den metallischen Korrosionsschutzüberzug, der in Arbeitsschritt i) aufgebracht wird. Das unbeschichtete Stahlflachprodukt umfasst einen Stahl, insbesondere besteht es aus einem Stahl, der nachfolgend näher erläuterten Zusammensetzung.In step a), a hot-rolled flat steel product produced by means of conventional casting and hot-rolling processes is made available. The hot-rolled flat steel product provided in step a) is uncoated, ie it has no metallic anti-corrosion coating. The uncoated flat steel product forms the steel substrate or the base material for the metallic anti-corrosion coating that is applied in step i). The uncoated flat steel product comprises a steel, in particular it consists of a steel, of the composition explained in more detail below.
Der Kohlenstoffgehalt des Stahls eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts beträgt 0,1 - 0,5 Gew.-%. Kohlenstoff (C) beeinflusst die Bildung und Stabilisierung des Austenits. Während des Abschreckens, welches zur Bildung von Martensit durchgeführt wird, sowie bei der folgenden Glühbehandlung wird der gegebenenfalls vorhandene Restaustenit durch C stabilisiert. Darüber hinaus hat der C-Gehalt einen starken Einfluss auf die Festigkeit des Martensits, der während des Abkühlens in Arbeitsschritt f) mit einer Abkühlrate ThetaQ gebildet wird, sowie auf die Festigkeit des Martensits, der während des letzten Abkühlschritts in Arbeitsschritt k) mit einer Abkühlrate ThetaB2 gebildet wird. Der C-Gehalt soll mindestens 0,1 Gew.-% betragen, um die austenitstabilisierende sowie die festigkeitssteigernde Wirkung zu gewährleisten. In einer bevorzugten Ausführung beträgt der C-Gehalt mindestens 0,12 Gew.-%, um die austenitstabilisierende sowie die festigkeitssteigernde Wirkung des Kohlenstoffs besonders wirksam nutzen zu können. Mit steigendem C-Gehalt wird die Martensit-Starttemperatur zu immer tieferen Temperaturen verschoben, so dass bei einem zu hohen C-Gehalt möglicherweise kein oder nur ein zu geringer Anteil an Martensit gebildet werden kann. Ferner verschlechtert sich mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt die Schweißbarkeit des Stahlflachprodukts. Um die Bildung eines ausreichenden Anteils an Martensit sowie eine gute Schweißbarkeit sicherzustellen, ist der C-Gehalt des Stahls eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts auf höchstens 0,5 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,4 Gew.-%, begrenzt.The carbon content of the steel of a flat steel product according to the invention is 0.1-0.5% by weight. Carbon (C) influences the formation and stabilization of austenite. During quenching, which is carried out to form martensite, and during the subsequent annealing treatment, any retained austenite is replaced by C stabilized. In addition, the C content has a strong influence on the strength of the martensite formed during the cooling in step f) with a cooling rate ThetaQ, as well as on the strength of the martensite formed during the last cooling step in step k) with a cooling rate ThetaB2 is formed. The C content should be at least 0.1% by weight in order to ensure the austenite-stabilizing and strength-increasing effect. In a preferred embodiment, the carbon content is at least 0.12% by weight in order to be able to use the austenite-stabilizing and strength-increasing effect of carbon particularly effectively. With an increasing C content, the martensite start temperature is shifted to lower and lower temperatures, so that if the C content is too high, no martensite or only a small proportion of martensite can be formed. Furthermore, as the carbon content increases, the weldability of the flat steel product deteriorates. In order to ensure the formation of a sufficient proportion of martensite and good weldability, the carbon content of the steel of a steel flat product according to the invention is limited to at most 0.5% by weight, preferably at most 0.4% by weight.
Der Stahl eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts enthält entweder Mangan oder Silizium oder sowohl Mangan als auch Silizium.The steel of a flat steel product according to the invention contains either manganese or silicon or both manganese and silicon.
Wird der Stahl eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts mit Mangan oder mit Mangan und Silizium legiert, so beträgt der Mangangehalt 1,0 - 3,0 Gew.-%. Mangan (Mn) beeinflusst die Härtbarkeit des Stahls und trägt zur Vermeidung der unerwünschten Perlit-Bildung während der Abkühlung bei. Diese Voraussetzungen ermöglichen die Bildung eines geeigneten Gefüges aus Martensit und Restaustenit nach der Abschreckung in Arbeitsschritt f) mit Abkühlraten von weniger als 100 K/s. Um die Entstehung von Perlit sicher zu vermeiden, enthält der Stahl eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts mindestens 1,0 Gew.-%, bevorzugt mindestens 1,9 Gew.-% Mn. Da sich eine zu hohe Mn-Konzentration negativ auf die Schweißbarkeit auswirkt und das Risiko des Auftretens starker Seigerungen, bei welchen es sich um chemische Inhomogenitäten im Gefüge, die während des Erstarrens entstanden sind, handelt, erhöht, ist der Mn-Gehalt auf höchstens 3,0 Gew.-%, bevorzugt höchstens 2,7 Gew.-%, begrenzt. Zu hohe Mangangehalte bewirken außerdem eine zu starke Anreicherung von Mangan in der Grenzschicht zwischen dem Korrosionsschutzüberzug und dem Stahlsubstrat und führen somit zu einer schlechten Haftung. Auch aus diesem Grund ist der Mn-Gehalt auf höchstens 3,0 Gew.-%, bevorzugt höchstens 2,7 Gew.-% begrenzt.If the steel of a flat steel product according to the invention is alloyed with manganese or with manganese and silicon, the manganese content is 1.0-3.0% by weight. Manganese (Mn) influences the hardenability of the steel and helps to avoid unwanted pearlite formation during cooling. These prerequisites enable the formation of a suitable structure of martensite and retained austenite after quenching in step f) with cooling rates of less than 100 K/s. In order to reliably avoid the formation of pearlite, the steel of a flat steel product according to the invention contains at least 1.0% by weight, preferably at least 1.9% by weight, of Mn. Since too high a Mn concentration has a negative effect on weldability and increases the risk of severe segregations, which are chemical inhomogeneities in the structure that have arisen during solidification, the Mn content is limited to a maximum of 3 0.0% by weight, preferably at most 2.7% by weight. Excessively high manganese contents also cause excessive manganese enrichment in the boundary layer between the anti-corrosion coating and the steel substrate and thus lead to poor adhesion. For this reason too, the Mn content is limited to at most 3.0% by weight, preferably at most 2.7% by weight.
Wird der Stahl eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts mit Silizium oder mit Silizium und Mangan legiert, so beträgt der Siliziumgehalt 0,7 - 2,5 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,9 Gew.-%. Silizium (Si) trägt zur Unterdrückung der Zementitbildung bei. Bei der Zementitbildung wird Kohlenstoff in Form von Karbiden abgebunden. Durch eine Unterdrückung der Zementitbildung steht freier Kohlenstoff zur Verfügung, welcher zur Stabilisierung des Restaustenits und somit zur Verbesserung der Dehnung beiträgt. Diese Wirkung kann auch teilweise durch ein Zulegieren von Aluminium erreicht werden. Bei zu hohen Si-Gehalten kann sich Silizium in der Grenzschicht zwischen dem Korrosionsschutzüberzug und dem Grundwerkstoff anreichern, was zu einer schlechten Haftung des Korrosionsschutzüberzugs führt. Um eine gute Haftung zu gewährleisten, ist der Si-Gehalt auf höchstens 2,5 Gew.-%, insbesondere auf weniger als 2,5 Gew.-% begrenzt. In einer bevorzugten Ausführung ist der Si-Gehalt auf höchstens 1,5 Gew.-% begrenzt, um zusätzlich das Risiko der Bildung von Rotzunder, welcher während der Warmbandfertigung auftreten kann, zu reduzieren.If the steel of a flat steel product according to the invention is alloyed with silicon or with silicon and manganese, the silicon content is 0.7-2.5% by weight, preferably at least 0.9% by weight. Silicon (Si) contributes to the suppression of cementite formation. During the formation of cementite, carbon is bound in the form of carbides. By suppressing the formation of cementite, free carbon is available, which contributes to the stabilization of the retained austenite and thus to an improvement in elongation. This effect can also be partially achieved by alloying aluminum. If the Si content is too high, silicon can accumulate in the boundary layer between the anti-corrosion coating and the base material, which leads to poor adhesion of the anti-corrosion coating. In order to ensure good adhesion, the Si content is limited to at most 2.5% by weight, in particular to less than 2.5% by weight. In a preferred embodiment, the Si content is limited to a maximum of 1.5% by weight in order to further reduce the risk of red scale formation, which can occur during hot strip production.
Der Chromgehalt des Stahls eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts beträgt 0,05 - 1 Gew.-%. Chrom (Cr) trägt zur Steigerung der Festigkeit bei und ist ein effektiver Inhibitor des Perlits. Darüber hinaus führt die Anreicherung von Cr in der Grenzschicht zwischen Korrosionsschutzüberzug und Grundwerkstoff zu einer verbesserten Haftung. Um gute Haftungseigenschaften zu gewährleisten, beträgt der Cr-Gehalt mindestens 0,05 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,1 Gew.-%. Bei höheren Gehalten als 1,0 Gew.-% erhöht Cr die Gefahr einer ausgeprägten Korngrenzenoxidation, was sich nachteilig auf die Schweißbarkeit und die Oberflächenqualität auswirkt. Zur Vermeidung einer ausgeprägten Korngrenzenoxidation ist der Cr-Gehalt auf höchstens 1,0 Gew.-% begrenzt. In einer bevorzugten Ausführung ist der Cr-Gehalt aus Kostengründen auf höchstens 0,6 Gew.-% begrenzt, was zusätzlich dazu beiträgt, dass das Risiko einer Korngrenzenoxidation weiter minimiert wird.The chromium content of the steel of a flat steel product according to the invention is 0.05-1% by weight. Chromium (Cr) helps increase strength and is an effective inhibitor of pearlite. In addition, the accumulation of Cr in the boundary layer between the anti-corrosion coating and the base material leads to improved adhesion. In order to ensure good adhesion properties, the Cr content is at least 0.05% by weight, preferably at least 0.1% by weight. At higher levels than 1.0 wt%, Cr increases the risk of severe grain boundary oxidation, which adversely affects weldability and surface quality. In order to avoid pronounced grain boundary oxidation, the Cr content is limited to at most 1.0% by weight. In a preferred embodiment, the Cr content is limited to a maximum of 0.6% by weight for cost reasons, which also contributes to further minimizing the risk of grain boundary oxidation.
Aluminium (Al) kann optional im Stahl eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts mit 0,01 - 1,5 Gew.-% enthalten sein. Al kann zur Desoxidation und zum Abbinden von gegebenenfalls vorhandenem Stickstoff eingesetzt werden. Al kann auch zur Unterdrückung von Zementit verwendet werden. Durch die Zugabe von Al wird die Austenitisierungstemperatur des Stahls erhöht. Wenn höhere Glühtemperaturen einstellbar sind, kann Al mit bis zu 1,5 Gew.-% zulegiert werden. Da Aluminium die für ein vollständiges Austenitisieren erforderliche Glühtemperatur erhöht und bei Al-Gehalten oberhalb von 1,5 Gew.-% ein vollständiges Austenitisieren nur noch schwer möglich ist, ist der Al-Gehalt des Stahls eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts auf höchstens 1,5 Gew.-%, bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-%, begrenzt. In einer bevorzugten Ausführung ist der Al-Gehalt zur Beschränkung der Austenitisierungstemperatur auf höchstens 0,1 Gew.-%, insbesondere auf 0,01 - 0,1 Gew.-%, begrenzt.Aluminum (Al) can optionally be contained in the steel of a flat steel product according to the invention at 0.01-1.5% by weight. Al can be used for deoxidation and for binding any nitrogen present. Al can also be used to suppress cementite. The addition of Al increases the austenitization temperature of the steel. If higher annealing temperatures can be set, Al can be alloyed with up to 1.5% by weight. Since aluminum increases the annealing temperature required for complete austenitization and complete austenitization is only possible with difficulty at Al contents above 1.5% by weight, the Al content of the steel is one flat steel product according to the invention to a maximum of 1.5% by weight, preferably a maximum of 1.0% by weight. In a preferred embodiment, the Al content is limited to at most 0.1% by weight, in particular to 0.01-0.1% by weight, in order to limit the austenitization temperature.
Phospor (P), Schwefel (S) und Stickstoff (N) wirken sich negativ auf die mechanischtechnologischen Eigenschaften erfindungsgemäßer Stahlflachprodukte aus, weshalb ihre Anwesenheit in erfindungsgemäßen Stahlflachprodukten nach Möglichkeit vermieden werden soll. Phosphor (P) wirkt sich ungünstig auf die Schweißbarkeit aus, weshalb der P-Gehalt höchstens 0,02 Gew.-%, bevorzugt weniger als 0,02 Gew.-% betragen soll. Schwefel (S) führt bei höheren Konzentrationen zur Bildung von MnS beziehungsweise zur Bildung von (Mn, Fe)S, was sich negativ auf die Dehnung auswirkt. Daher ist der S-Gehalt auf Werte von höchstens 0,005 Gew.-%, bevorzugt auf weniger als 0,005 Gew.-%, eingeschränkt.Phosphorus (P), sulfur (S) and nitrogen (N) have a negative effect on the mechanical and technological properties of flat steel products according to the invention, which is why their presence in flat steel products according to the invention should be avoided if possible. Phosphorus (P) has an unfavorable effect on weldability, which is why the P content should be at most 0.02% by weight, preferably less than 0.02% by weight. At higher concentrations, sulfur (S) leads to the formation of MnS or to the formation of (Mn,Fe)S, which has a negative effect on elongation. Therefore, the S content is limited to values of at most 0.005% by weight, preferably less than 0.005% by weight.
Stickstoff (N) führt sowohl in interstitiell gelöster Form als auch in als Nitrid, zum Beispiel in Kombination mit Titan, Niob oder Vanadin, zu einer Versprödung des Stahls, was sich negativ auf die Umformbarkeit auswirken kann, weshalb der N-Gehalt auf höchstens 0,008 Gew.-%, bevorzugt auf weniger als 0,008 Gew.-%, beschränkt sein soll.Nitrogen (N), both in interstitially dissolved form and as nitride, for example in combination with titanium, niobium or vanadium, leads to embrittlement of the steel, which can have a negative effect on formability, which is why the N content is limited to a maximum of 0.008 % by weight, preferably to less than 0.008% by weight.
Optional können Stähle erfindungsgemäßer Stahlflachprodukte Molybdän (Mo) in Gehalten von 0,05 - 0,5 Gew.-% enthalten. Mo fördert die Unterdrückung der Perlitbildung und kann zu diesem Zweck zu mindestens 0,05 Gew.-% im Stahl enthalten sein. Aus Kostengründen ist der Mo-Gehalt auf höchstens 0,5 Gew.-%, insbesondere weniger als 0,5 Gew.-% begrenzt.Steels of flat steel products according to the invention can optionally contain molybdenum (Mo) in amounts of 0.05-0.5% by weight. Mo promotes the suppression of pearlite formation, and for this purpose it can be contained in the steel in an amount of at least 0.05% by weight. For reasons of cost, the Mo content is limited to at most 0.5% by weight, in particular less than 0.5% by weight.
Optional können Stähle erfindungsgemäßer Stahlflachprodukte Bor (B) in Gehalten von 0,0004 - 0,001 Gew.-% enthalten. Bor segregiert auf die Phasengrenzen und blockiert deren Bewegung. Dies unterstützt die Bildung eines feinkörnigen Gefüges, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Stahlflachprodukts verbessert werden. Um eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften zu bewirken, kann Bor in Gehalten von mindestens 0,0004 Gew.-% zulegiert werden. Beim Zulegieren von Bor sollte bevorzugterweise genügend Ti beziehungsweise Nb zum Abbinden von N zur Verfügung stehen, was die Bildung von schädlichen Bornitriden verhindert. Um die Bildung von Bornitriden zu verhindern, hat es sich als günstig erwiesen, wenn ein Titangehalt gewählt wird, der größer als das 3,42-fache des N-Gehalts beträgt, oder wenn ein Niob-Gehalt gewählt wird, der größer als das 3,42-fache des N-Gehalts ist. Die positive Wirkung von B ist bei einem Gehalt von rund 0,001 Gew.-% gesättigt, weshalb der Stahl höchstens 0,001 Gew.-% B enthält.Steels of flat steel products according to the invention can optionally contain boron (B) in amounts of 0.0004-0.001% by weight. Boron segregates onto the phase boundaries and blocks their movement. This supports the formation of a fine-grain structure, which improves the mechanical properties of the steel flat product. In order to bring about an improvement in the mechanical properties, boron can be added in amounts of at least 0.0004% by weight. When alloying boron, sufficient Ti or Nb should preferably be available to bind N, which prevents the formation of harmful boron nitrides. In order to prevent the formation of boron nitrides, it is found to be beneficial if a titanium content is selected which is greater than 3.42 times the N content, or if a niobium content is selected which is greater than that is 3.42 times the N content. The positive effect of B is saturated at a content of around 0.001% by weight, which is why the steel contains no more than 0.001% by weight of B.
Optional können Stähle erfindungsgemäßer Stahlflachprodukte eines oder mehrere Mikrolegierungselemente in Gehalten von in Summe 0,001 bis 0,3 Gew.-% enthalten. Unter Mikrolegierungselementen werden dabei vorliegend die Elemente Titan (Ti), Niob (Nb) und Vanadin (V) verstanden. Bevorzugt werden dabei Titan oder Niob oder eine Kombination beider verwendet. Die Mikrolegierungselemente können mit Kohlenstoff Karbide bilden, welche in Form sehr fein verteilter Ausscheidungen zu einer höheren Festigkeit beitragen. Bei einem Gehalt an Mikrolegierungselementen von insgesamt mindestens 0,001 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,005 Gew.-%, können Ausscheidungen entstehen, welche zum Einfrieren von Korn- und Phasengrenzen während des Austenitisierens führen. Gleichzeitig wird jedoch Kohlenstoff, welcher in atomarer Form günstig für die Stabilisierung des Restaustenits ist, als Karbid abgebunden. Um eine ausreichende Stabilisierung des Restaustenits durch in atomarer Form vorliegenden Kohlenstoff zu gewährleisten, sollte die Konzentration der Mikrolegierungselemente in Summe höchstens 0,3 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,2 Gew.-%, betragen.Optionally, steels of flat steel products according to the invention can contain one or more micro-alloying elements in total contents of 0.001 to 0.3% by weight. In the present case, micro-alloy elements are understood to mean the elements titanium (Ti), niobium (Nb) and vanadium (V). Titanium or niobium or a combination of both are preferably used. The micro-alloying elements can form carbides with carbon, which in the form of very finely divided precipitates contribute to greater strength. With a total content of microalloying elements of at least 0.001% by weight, preferably at least 0.005% by weight, precipitates can form which lead to the freezing of grain and phase boundaries during austenitizing. At the same time, however, carbon, which in atomic form is favorable for stabilizing the retained austenite, is bound as carbide. In order to ensure adequate stabilization of the retained austenite by carbon present in atomic form, the total concentration of the microalloying elements should be at most 0.3% by weight, preferably at most 0.2% by weight.
Wenn vorliegend Angaben zu Legierungsgehalten und Zusammensetzungen gemacht werden, beziehen sich diese auf das Gewicht beziehungsweise die Masse, sofern nichts anderes ausdrücklich angegeben ist.If information on alloy contents and compositions is given here, this refers to the weight or the mass, unless otherwise expressly stated.
In Arbeitsschritt b) wird das warmgewalzte Stahlflachprodukt zunächst in konventioneller Weise gebeizt und anschließend einem Kaltwalzen unterzogen. Durch das Kaltwalzen erfährt das Stahlflachprodukt eine Dickenreduktion von mindestens 37 %, insbesondere von mehr als 37 %. Die Dickenreduktion bezieht sich auf die Differenz der Ausgangsdicke des Stahlflachprodukts vor dem ersten Kaltwalzstich zur Enddicke des Stahlflachprodukts nach dem letzten Kaltwalzstich. Das Kaltwalzen mit einer Dickenreduktion von mindestens 37 % bewirkt eine mechanische Homogenisierung des Materials und führt zu einem besonders feinkörnigen Gefüge mit einer durchschnittlichen Korngröße von weniger als 30 µm im kaltgewalzten Zustand. Das durch das Kaltwalzen eingestellte sehr feinkörnige Gefüge stellt für die folgende austenitisierende Glühung viele Keimstellen zur Bildung von Austenitkörnern zur Verfügung, was in Folge auch zu einem sehr feinkörnigen Austenit führt. Die kornfeinende Wirkung kann verstärkt werden, wenn beim Kaltwalzen eine Dickenreduktion von bevorzugt mindestens 42 % eingestellt wird. Darüber hinaus wird durch die während des Kaltwalzens erfolgende mechanische Homogenisierung des Materials die im weiteren Arbeitsverlauf erfolgende Einstellung des gezielten Verhältnisses von Si, Mn und Cr in der Grenzschicht zwischen dem Korrosionsschutzüberzug und dem Stahlsubstrat erleichtert.In step b), the hot-rolled flat steel product is first pickled in a conventional manner and then subjected to cold rolling. The cold rolling reduces the thickness of the flat steel product by at least 37%, in particular by more than 37%. The reduction in thickness refers to the difference between the initial thickness of the flat steel product before the first cold rolling pass and the final thickness of the flat steel product after the last cold rolling pass. Cold rolling with a thickness reduction of at least 37% causes mechanical homogenization of the material and leads to a particularly fine-grained structure with an average grain size of less than 30 µm in the cold-rolled state. The very fine-grained structure created by cold rolling provides many nucleation sites for the formation of austenite grains for the following austenitizing annealing, which consequently also leads to very fine-grained austenite. The grain-refining effect can be intensified if a thickness reduction of preferably at least 42% is set during cold rolling. In addition, by the taking place during the cold rolling Mechanical homogenization of the material facilitates the setting of the targeted ratio of Si, Mn and Cr in the boundary layer between the anti-corrosion coating and the steel substrate, which takes place in the further course of work.
Das kaltgewalzte Stahlflachprodukt wird in Arbeitsschritt c) auf eine oberhalb der Ar-Temperatur des Stahls liegende Glühtemperatur THZ, welche auch als Haltezonentemperatur bezeichnet werden kann, erwärmt, um eine vollständige Gefügeumwandlung in den Austenit zu ermöglichen. Die A3-Temperatur des Stahls ist analysenabhängig und kann mit Hilfe der folgenden empirischen Gleichung abgeschätzt werden:
A3[°C] = 910-15,2%Ni+44,7%Si+31,5%Mo-21,1%Mn-203*√%C
mit %C=C-Gehalt des Stahls in Gew.-%, %Ni=Ni-Gehalt des Stahls in Gew.-%, %Si=Si-Gehalt des Stahls in Gew.-%, %Mo=Mo-Gehalt des Stahls in Gew.-%, %Mn=Mn-Gehalt des Stahls in Gew.-%.In step c), the cold-rolled flat steel product is heated to an annealing temperature THZ above the Ar temperature of the steel, which can also be referred to as the holding zone temperature, in order to enable a complete transformation of the microstructure into austenite. The A3 temperature of the steel is analysis dependent and can be estimated using the following empirical equation:
A3[°C] = 910-15.2%Ni+44.7%Si+31.5%Mo-21.1%Mn-203*√%C
with %C=C content of the steel in % by weight, %Ni=Ni content of the steel in % by weight, %Si=Si content of the steel in % by weight, %Mo=Mo content of the steel in % by weight, %Mn=Mn content of the steel in % by weight.
In einer bevorzugten Ausführung kann die Haltezonentemperatur THZ auf höchstens 950 °C beschränkt werden, um Betriebskosten zu sparen.In a preferred embodiment, the soak zone temperature THZ can be limited to a maximum of 950°C to save on operating costs.
Das Aufheizen auf THZ erfolgt zweistufig. Dabei wird das Stahlflachprodukt zunächst bis zum Erreichen einer Wendetemperatur TW, welche 200 - 400 °C beträgt, mit einer Aufheizgeschwindigkeit Theta_H1 von 5 - 50 K/s erwärmt. Oberhalb der Wendetemperatur T_W erfolgt das Aufheizen bis zum Erreichen der Haltezonentemperatur THZ mit einer Aufheizgeschwindigkeit Theta_H2 von 2 - 10 K/s. Dabei ist die erste Aufheizgeschwindigkeit Theta_H1 ungleich der zweiten Aufheizgeschwindigkeit Theta_H2. In einer bevorzugten Ausführung ist Theta_H2 kleiner als Theta_H1.The heating to THZ takes place in two stages. The flat steel product is first heated at a heating rate Theta_H1 of 5 - 50 K/s until a turning temperature TW of 200 - 400 °C is reached. Above the turning temperature T_W, the heating takes place at a heating rate Theta_H2 of 2 - 10 K/s until the holding zone temperature THZ is reached. The first heating rate Theta_H1 is not equal to the second heating rate Theta_H2. In a preferred embodiment, Theta_H2 is less than Theta_H1.
In einer bevorzugten Ausführung wird das Stahlflachprodukt in einem Durchlaufofen erwärmt. In einer besonders bevorzugten Ausführung wird das Stahlflachprodukt in einem Ofen erwärmt, welcher mit keramischen Strahlrohren ausgestattet ist, was insbesondere für das Erreichen von Bandtemperaturen oberhalb von 900 °C von Vorteil ist. Zudem wird durch die indirekte Beheizung eine unerwünscht starke Oxidation der Stahloberfläche verbunden mit der Bildung einer Oxidschicht vermieden, da die für die Verbrennung erforderlichen Sauerstoffanteile nicht mit dem Werkstoff in Kontakt geraten. Hierbei wird ein Gasgemisch in einem geschlossenem Brenner verbrannt und die Wärmeübertragung erfolgt in diesem Fall durch Strahlung. Ein solcher Ofen wird auch als Radiant Tube Furnace oder RTF bezeichnet.In a preferred embodiment, the flat steel product is heated in a continuous furnace. In a particularly preferred embodiment, the flat steel product is heated in a furnace equipped with ceramic radiant tubes, which is particularly advantageous for reaching strip temperatures above 900°C. In addition, the indirect heating avoids undesirably strong oxidation of the steel surface combined with the formation of an oxide layer, since the oxygen components required for combustion do not come into contact with the material. Here, a gas mixture in a closed burner and the heat transfer in this case is by radiation. Such a furnace is also known as a Radiant Tube Furnace or RTF.
Das Stahlflachprodukt wird in Arbeitsschritt d) für eine Haltedauer tHZ von 5 - 15 s auf der Haltezonentemperatur THZ gehalten. Die Haltedauer tHZ soll 15 Sekunden nicht überschreiten, um die Bildung eines groben Austenitkorns sowie ein unregelmäßiges Austenitkornwachstum und damit negative Auswirkungen auf die Umformbarkeit des Stahlflachprodukts zu vermeiden. Die Haltedauer sollte mindestens 5 s dauern, um eine vollständige Umwandlung in Austenit sowie eine homogene C-Verteilung im Austenit zu erzielen.In step d), the flat steel product is held at the holding zone temperature THZ for a holding time tHZ of 5-15 s. The holding time tHZ should not exceed 15 seconds in order to avoid the formation of a coarse austenite grain and irregular austenite grain growth and thus negative effects on the formability of the steel flat product. The holding time should last at least 5 s in order to achieve complete transformation into austenite and a homogeneous C distribution in the austenite.
Die Atmosphäre, in welcher das Stahlflachprodukt dabei gehalten wird, enthält 3 - 7 Vol.-% Wasserstoff. Der Rest der Atmosphäre setzt sich aus mit Wasserdampf angefeuchtetem Stickstoff und unvermeidbaren Verunreinigungen zusammen, wobei ein Stickstoffanteil von 93 - 97 Vol.-% angestrebt wird und wobei die Summe aller Bestandteile 100 Vol.-% ergibt. Vorliegend beziehen sich die Angaben zur Ofenatmosphärenzusammensetzung auf in Summe 100 Vol.-% ergebende Atmosphärenzusammensetzungen. So besteht die Atmosphäre während des Haltens insbesondere aus 3 - 7 Vol.-% Wasserstoff und als Rest aus mit Wasserdampf angefeuchtetem Stickstoff und vermeidbaren Verunreinigungen. Der Anteil des Wasserdampfs in der Atmosphäre wird über den Taupunkt geregelt. Der Taupunkt wird auf Werte von -22 °C bis 0 °C, bevorzugt auf Werte von höchstens -5 °C, insbesondere auf Werte von -22 °C bis -5 °C, und besonders bevorzugt auf Werte von mindestens -20 °C und/oder höchstens -15 °C, insbesondere auf Werte von -20 °C bis -15 °C eingestellt. Durch den Taupunkt kann der Konzentrationsverlauf der Elemente Si, Mn und Cr in der Grenzschicht gesteuert und Konzentrationsprofile der Elemente Si, Mn und Cr in der Grenzschicht erhalten werden.The atmosphere in which the flat steel product is kept contains 3-7% by volume of hydrogen. The rest of the atmosphere is made up of nitrogen moistened with water vapor and unavoidable impurities, with a nitrogen content of 93 - 97% by volume being aimed at and the sum of all components being 100% by volume. In the present case, the information on the furnace atmosphere composition relates to atmosphere compositions resulting in a total of 100% by volume. During the holding period, the atmosphere consists in particular of 3-7% by volume of hydrogen and the remainder of nitrogen moistened with water vapor and avoidable impurities. The amount of water vapor in the atmosphere is controlled by the dew point. The dew point is reduced to values of -22°C to 0°C, preferably to values of at most -5°C, in particular to values of -22°C to -5°C, and particularly preferably to values of at least -20°C and/or at most -15 °C, in particular adjusted to values from -20 °C to -15 °C. The concentration profile of the elements Si, Mn and Cr in the boundary layer can be controlled by the dew point and concentration profiles of the elements Si, Mn and Cr in the boundary layer can be obtained.
Der Wasserdampfanteil wird über den Taupunkt beschrieben. Der Taupunkt entspricht hierbei der Temperatur, bei der das Wasser in einem Gasvolumen kondensiert. Bei niedrigen Werten für den Taupunkt ist der Wasseranteil im Gasgemisch gering. Mit steigendem Taupunkt erhöht sich der Wasseranteil im Gasgemisch. Das angefeuchtete Gasgemisch in der Ofenatmosphäre führt in Kombination mit der erleichterten Diffusion während des Glühens zunächst zu einer Anreicherung der im Vergleich zu Eisen sauerstoffaffineren Elementen Mn, Si und Cr an der Oberfläche des Grundwerkstoffs. Aufgrund der geringen Größendifferenz von Mangan zu Eisen diffundiert Mn schneller im Eisengitter als Cr oder Si. Chrom weist eine etwas langsamere Diffusion als Mn auf, während Silizium deutlich langsamer diffundiert. Der Anreicherung entgegen wirkt die Ausdiffusion der Elemente aus dem Grundwerkstoff während der Glühung in Arbeitsschritt d). Die Ausdiffusion ist insbesondere für Mn ausgeprägt, jedoch auch für Si zu beobachten. Cr hingegen passiviert oberflächennah durch die Bildung von Oxiden. Cr wird daher im Bereich von bis zu 300 nm unter der Oberfläche des Grundwerkstoffs angereichert. Ist allerdings der Taupunkt des Gasgemisches kleiner als -22°C, oder das Überangebot der im Vergleich zum Cr sauerstoffaffineren Elemente Mn und Si im Bereich von bis zu 300 nm unter der Oberfläche des Grundwerkstoffs zu hoch, diffundiert auch Cr durch die Oberfläche hinaus, was sich negativ auf die Haftung des Korrosionsschutzüberzugs und auf die Umformbarkeit auswirkt.The proportion of water vapor is described using the dew point. The dew point corresponds to the temperature at which the water condenses in a volume of gas. If the dew point values are low, the proportion of water in the gas mixture is low. As the dew point rises, the proportion of water in the gas mixture increases. The moistened gas mixture in the furnace atmosphere, in combination with the facilitated diffusion during annealing, initially leads to an enrichment of the elements Mn, Si and Cr, which have a higher oxygen affinity than iron, on the surface of the base material. Due to the small size difference between manganese and iron, Mn diffuses faster in the iron lattice than Cr or Si. Chromium exhibits slightly slower diffusion than Mn, while silicon diffuses significantly more slowly. Of the Enrichment counteracts the out-diffusion of the elements from the base material during the annealing in step d). Outdiffusion is particularly pronounced for Mn, but can also be observed for Si. Cr, on the other hand, passivates near the surface through the formation of oxides. Cr is therefore enriched in the range of up to 300 nm below the surface of the base material. However, if the dew point of the gas mixture is below -22°C, or if the oversupply of the elements Mn and Si, which have a higher oxygen affinity than Cr, is too high in the range of up to 300 nm below the surface of the base material, Cr also diffuses through the surface, which has a negative effect on the adhesion of the anti-corrosion coating and on the formability.
In einer bevorzugten Ausführung beträgt der Wasserdampfanteil in der Ofenatmosphäre, insbesondere während des Haltens in Arbeitsschritt d), mehr als 0,070 Vol.-%, besonders bevorzugt mindestens 0,080 Vol.-%. Typischerweise beträgt der Wasserdampfanteil in der Ofenatmosphäre höchstens 1,0 Vol.-%, bevorzugt höchstens 0,8 Vol.-%.In a preferred embodiment, the proportion of water vapor in the furnace atmosphere, in particular during holding in step d), is more than 0.070% by volume, particularly preferably at least 0.080% by volume. Typically, the proportion of water vapor in the furnace atmosphere is at most 1.0% by volume, preferably at most 0.8% by volume.
Die Steuerung der Gaszusammensetzung kann beispielsweise mit Hilfe eines automatisierten Systems erfolgen. Dazu können trockene und feuchte Gasanteile miteinander gemischt werden, wobei als Trägergas für den Wasserdampf Stickstoff verwendet wird. Die Einspeisung des mit Wasserdampf angefeuchteten Stickstoffs in den Glühofen kann beispielsweise unterhalb der Umlenkrolle erfolgen. Die Glühöfen, in denen das Stahlflachprodukt einer Glühbehandlung unterzogen wird, können hierbei vertikal oder horizontal ausgelegt sein. Während des Glühprozesses wird das Band durch den Ofen geleitet. Über sog. Umlenkrollen wird beispielsweise die Bewegungsrichtung des Stahlflachproduktes in einem Vertikalofen von abwärts nach aufwärts und umgekehrt geändert.The gas composition can be controlled, for example, with the aid of an automated system. For this purpose, dry and moist gas components can be mixed with one another, with nitrogen being used as the carrier gas for the water vapor. The nitrogen moistened with water vapor can be fed into the annealing furnace, for example below the deflection roller. The annealing furnaces in which the flat steel product is subjected to an annealing treatment can be designed vertically or horizontally. During the annealing process, the strip is passed through the furnace. For example, the direction of movement of the steel flat product in a vertical furnace is changed from downwards to upwards and vice versa via so-called deflection rollers.
Durch das Einhalten der erfindungsgemäßen Glühzeit, Glühtemperatur und Atmosphärenzusammensetzung mit einem Taupunkt von -22 °C bis 0 °C während des Glühens in Arbeitsschritt d) wird gewährleistet, dass die Elemente Si, Mn und Cr in dem nach Durchführung des Arbeitsschritts i) beschichteten Stahlflachprodukt in der Grenzschicht zwischen dem Korrosionsschutzüberzug und dem Stahlsubstrat folgendes Verhältnis der Summe von Si und Mn zu Cr aufweisen:
1,7 < [(Si + Mn) / Cr]_GS < 15
mit Si: Si-Gehalt in Gew.-% in der Grenzschicht; Mn: Mn-Gehalt in Gew.-% in der Grenzschicht; Cr: Cr-Gehalt in Gew.-% in der Grenzschicht.Adhering to the annealing time, annealing temperature and atmosphere composition according to the invention with a dew point of -22 °C to 0 °C during the annealing in step d) ensures that the elements Si, Mn and Cr in the flat steel product coated after step i) has been carried out have the following ratio of the sum of Si and Mn to Cr in the boundary layer between the anti-corrosion coating and the steel substrate:
1.7 < [(Si + Mn) / Cr]_GS < 15
with Si: Si content in % by weight in the boundary layer; Mn: Mn content in wt% in the boundary layer; Cr: Cr content in wt% in the boundary layer.
Eine Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass hohe Si- und Mn-Gehalte in der Grenzschicht die Beschichtbarkeit verschlechtern, wohingegen Cr keinen negativen Einfluss, sondern bei Einhalten des oben genannten Verhältnisses sogar einen positiven Einfluss auf die Haftung des Korrosionsschutzüberzugs hat. Das Einhalten des Verhältnisses der oxidbildenden Elemente Si, Mn und Cr in der Grenzschicht führt neben einer hervorragenden Haftung des Korrosionsschutzüberzugs auch zu einer guten Umformbarkeit des beschichteten Stahlflachprodukts.One finding of the present invention is that high Si and Mn contents in the boundary layer impair coatability, whereas Cr has no negative influence, but even a positive influence on the adhesion of the anti-corrosion coating if the abovementioned ratio is maintained. Maintaining the ratio of the oxide-forming elements Si, Mn and Cr in the boundary layer leads not only to excellent adhesion of the anti-corrosion coating but also to good formability of the coated flat steel product.
Durch das Einhalten der erfindungsgemäßen Glühzeit, Glühtemperatur und Atmosphärenzusammensetzung mit einem Taupunkt von -22 °C bis 0 °C während des Glühens in Arbeitsschritt d) wird ferner gewährleistet, dass die Elemente Si, Mn und Cr folgendes Konzentrationsgefälle in der Grenzschicht aufweisen:
[(Si + Mn) / Cr]_GS < [(Si + Mn) / Cr]_GW
- mit [(Si + Mn) / Cr]_GS: Verhältnis der Summe des Si-Gehalts in Gew.-% und des Mn-Gehalts in Gew.-% zum Cr-Gehalt in Gew.-% in der Grenzschicht;
- [(Si + Mn) / Cr]_GW: Verhältnis der Summe des Si-Gehalts in Gew.-% und des Mn-Gehalts in Gew.-% zum Cr-Gehalt in Gew.-% im Grundwerkstoff .
[(Si + Mn) / Cr]_GS < [(Si + Mn) / Cr]_GW
- with [(Si+Mn)/Cr]_GS: ratio of the sum of the Si content in % by weight and the Mn content in % by weight to the Cr content in % by weight in the boundary layer;
- [(Si + Mn) / Cr]_GW: Ratio of the sum of the Si content in % by weight and the Mn content in % by weight to the Cr content in % by weight in the base material.
Die Elementgehalte des Grundwerkstoffs beziehen sich dabei typischerweise auf eine Lage, welche sich bei einem Drittel der Dicke des Stahlsubstrats befindet.The element content of the base material typically refers to a layer that is one third of the thickness of the steel substrate.
Durch das Einstellen des Konzentrationsgefälles von [(Si + Mn) / Cr]_GS zu [(Si + Mn) / Cr]_GW kann sowohl die Haftung des Korrosionsschutzüberzugs als auch die Umformbarkeit des beschichteten Stahlflachprodukts verbessert werden.By adjusting the concentration gradient from [(Si + Mn) / Cr]_GS to [(Si + Mn) / Cr]_GW, both the adhesion of the anti-corrosion coating and the formability of the coated steel flat product can be improved.
In einer bevorzugten Ausführung erfolgen das Aufheizen des Stahlflachprodukts in Arbeitsschritt c) und / oder das Halten in Arbeitsschritt d) in einem Radiant Tube Furnace. In dem mit keramischen Strahlrohen ausgerüsteten Ofen kommen die sauerstoffhaltigen Verbrennungsgase nicht mit dem Stahlflachprodukt in Kontakt, da das zu verbrennende Gasgemisch in einem geschlossenen Brenner verbrannt wird und die Wärmeübertragung durch Strahlung erfolgt. Dadurch können zum einen eine Entkohlung der Oberfläche sowie eine starke Oxidation der Oberfläche des unbeschichteten Stahlflachprodukts sowie die Bildung einer deckenden Oxidschicht reduziert und bevorzugt vermieden werden.In a preferred embodiment, the flat steel product is heated in step c) and/or held in step d) in a radiant tube furnace. In the furnace equipped with ceramic radiant tubes, the combustion gases containing oxygen do not come into contact with the flat steel product, since the gas mixture to be burned is in is burned in a closed burner and heat transfer is by radiation. As a result, decarburization of the surface and severe oxidation of the surface of the uncoated steel flat product and the formation of a covering oxide layer can be reduced and preferably avoided.
In Arbeitsschritt e) wird das Stahlflachprodukt auf eine Temperatur TLK abgekühlt. Die Abkühlung setzt nach Ablauf des Haltens in Arbeitsschritt d) ein. Insbesondere setzt die Abkühlung unmittelbar nach dem Halten, und somit spätestens nach Ablauf der maximalen Haltedauer von 15 s, ein. Die Temperatur TLK liegt nicht tiefer als 150 °C unterhalb der A3-Temperatur des Stahls des Stahlflachprodukts, um die Bildung von Ferrit zu vermeiden. Die Dauer für die Abkühlung von THZ auf TLK beträgt mindestens 50 s und höchstens 300 s. Die in Arbeitsschritt e) durchgeführte Abkühlung kann auch als kontrollierte und langsame Abkühlung bezeichnet werden.In step e), the flat steel product is cooled to a temperature TLK. The cooling starts after the end of the holding in step d). In particular, cooling starts immediately after holding, and thus at the latest after the maximum holding time of 15 s has expired. The temperature TLK is no more than 150 °C below the A3 temperature of the steel of the steel flat product in order to avoid the formation of ferrite. The duration for cooling from THZ to TLK is at least 50 s and at most 300 s. The cooling carried out in step e) can also be referred to as controlled and slow cooling.
In Arbeitsschritt f) wird das Stahlflachprodukt von der Temperatur TLK weiter abgekühlt auf eine Kühlstopptemperatur TAB. Die Abkühlung von TLK auf TAB erfolgt mit einer Abkühlrate ThetaQ, welche mindestens 30 K/s beträgt. Die Abkühlung kann auch als schnelle Abkühlung bezeichnet werden. Die Abkühlrate ThetaQ beträgt mindestens 30 K/s, um die Bildung von Ferrit und die Bildung von Bainit zu vermeiden. Die Abkühlung kann bevorzugt mit bis zu 120 K/s durchgeführt werden, was beispielsweise durch den Einsatz einer modernen Gasjetkühlung erreicht werden kann.In work step f), the flat steel product is further cooled from temperature TLK to a cooling stop temperature TAB. The TLK is cooled down to TAB at a cooling rate ThetaQ, which is at least 30 K/s. Cooling can also be referred to as rapid cooling. The ThetaQ cooling rate is at least 30 K/s to avoid the formation of ferrite and the formation of bainite. Cooling can preferably be carried out at up to 120 K/s, which can be achieved, for example, by using modern gas jet cooling.
Die Kühlstopptemperatur TAB liegt zwischen der Martensitstarttemperatur TMS, das heißt der Temperatur, bei der eine martensitische Umwandlung beginnt, und einer Temperatur, die bis zu 175 °C kleiner ist als TMS. Es gilt:
(TMS-175°C) < TAB < TMS.
The cooling stop temperature TAB lies between the martensite start temperature TMS, ie the temperature at which a martensitic transformation begins, and a temperature which is up to 175°C lower than TMS. The following applies:
(TMS-175°C) < TAB < TMS.
Die Martensitstarttemperatur kann mit Hilfe der folgenden Gleichung abgeschätzt werden:
TMS[°C] = 539°C+(-423%C - 30,4%Mn - 17,7%Ni - 12,1%Cr - 11%Si - 7%Mo)*°C/Gew.-%
mit %C=C-Gehalt des Stahls in Gew.-%, %Mn=Mn-Gehalt des Stahls in Gew.-%, %Ni=Ni-Gehalt des Stahls in Gew.-%, %Cr=Cr-Gehalt des Stahls in Gew.-%, %Si=Si-Gehalt des Stahls in Gew.-%, %Mo=Mo-Gehalt des Stahls in Gew.-%.The martensite start temperature can be estimated using the following equation:
TMS[°C] = 539°C+(-423%C - 30.4%Mn - 17.7%Ni - 12.1%Cr - 11%Si - 7%Mo)*°C/wt%
with %C=C content of the steel in % by weight, %Mn=Mn content of the steel in % by weight, %Ni=Ni content of the steel in % by weight, %Cr=Cr content of the steel in % by weight, %Si=Si content of the steel in % by weight, %Mo=Mo content of the steel in % by weight.
In Arbeitsschritt g) wird das Stahlflachprodukt für eine Haltezeit tQ, welche zwischen 10 und 60 Sekunden beträgt, auf der Kühlstopptemperatur TAB gehalten. tQ wird dabei als Parameter zum Einstellen des Gefüges, insbesondere des Martensitanteils, verwendet. Durch das Halten des Stahlflachprodukts auf der Temperatur TAB für 10 bis 60 s kann eine sehr feine Martensitstruktur mit kleiner Paketgröße und geringer Lanzettenbreite eingestellt werden. Diese führt im anschließenden Behandlungsschritt des Erwärmens zu kurzen Diffusionswegen, wodurch eine gezielte lokale Stabilisierung des Restaustenits möglich ist.In work step g), the flat steel product is held at the cooling stop temperature TAB for a holding time tQ, which is between 10 and 60 seconds. tQ is used as a parameter for adjusting the microstructure, in particular the martensite content. By keeping the steel flat product at the temperature TAB for 10 to 60 s, a very fine martensite structure with a small package size and small lancet width can be set. In the subsequent treatment step of heating, this leads to short diffusion paths, which means that targeted local stabilization of the retained austenite is possible.
In Arbeitsschritt h) wird das Stahlflachprodukt mit einer höchstens 80 K/s betragenden Aufheizrate ThetaB1 auf eine 450 - 500 °C betragende Behandlungstemperatur TB erwärmt, um Restaustenit mit Kohlenstoff aus dem übersättigten Martensit anzureichern. Die Bildung von Karbiden und der Zerfall von Restaustenit werden durch Einhalten einer Gesamtbehandlungszeit für diesen Arbeitsschritt von 10 - 1000 s vermieden. Zudem ist die Behandlungstemperatur TB auf die nachfolgende Schmelztauchbeschichtungsbehandlung abgestimmt. Mit 450 - 500°C stellt TB gleichzeitig eine geeignete Temperatur für das Eintauchen in ein Zink-basiertes Schmelzenbad dar. Das Aufheizen erfolgt mit einer Aufheizrate von höchstens 80 K/s, insbesondere weniger als 80 K/s, um eine ausreichende Umverteilung des Kohlenstoffs zu gewährleisten. In einer bevorzugten Ausführung kann das Aufheizen beispielsweise durch den Einsatz von Strahlrohren oder durch den Einsatz eines Boosters realisiert werden.In step h), the steel flat product is heated at a maximum heating rate ThetaB1 of 80 K/s to a treatment temperature TB of 450 - 500 °C in order to enrich residual austenite with carbon from the supersaturated martensite. The formation of carbides and the decomposition of residual austenite are avoided by observing a total treatment time of 10 - 1000 s for this work step. In addition, the treatment temperature TB is matched to the subsequent hot-dip coating treatment. At 450 - 500°C, TB is also a suitable temperature for immersion in a zinc-based molten bath. The heating takes place at a heating rate of at most 80 K/s, in particular less than 80 K/s, in order to ensure sufficient redistribution of the carbon to guarantee. In a preferred embodiment, the heating can be implemented, for example, by using radiant tubes or by using a booster.
Die gesamte Behandlungszeit tBT beträgt mindestens 10 und höchstens 1000 s, um eine ausreichende Umverteilung des Kohlenstoffs zu gewährleisten. Die gesamte Behandlungszeit tBT setzt sich aus der Zeit tBR, die für das Erwärmen benötigt wird, und der Zeit tBI, während der das Stahlflachprodukt optional isotherm gehalten wird, zusammen.The total treatment time tBT is at least 10 and at most 1000 s to ensure sufficient carbon redistribution. The total treatment time tBT is made up of the time tBR required for heating and the time tBI during which the steel flat product is optionally kept isothermally.
In Arbeitsschritt i) wird das Stahlflachprodukt einer Beschichtungsbehandlung, insbesondere einem Schmelztauchbeschichten unterzogen. Dabei durchläuft das Stahlflachprodukt ein Beschichtungsbad mit einer auf Zink basierenden Schmelzbadzusammensetzung. Die Temperatur des Schmelzbads beträgt dabei bevorzugt 450 - 500 °C. Eine geeignete Schmelzbadzusammensetzung kann beispielsweise bis zu 2 Gew.-% Al, bis zu 2 Gew.-% Mg, Rest Zink und unvermeidbare Verunreinigungen enthalten, insbesondere aus bis zu 2 Gew.-% Al, bis zu 2 Gew.-% Mg, Rest Zink und unvermeidbare Verunreinigungen bestehen. In einer weiteren bevorzugten Ausführung kann eine geeignete Schmelzbadzusammensetzung beispielsweise bis zu 1 Gew.-% Al, Rest Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen enthalten, insbesondere aus bis zu 1 Gew.-% Al, Rest Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen bestehen. In einer besonders bevorzugten Ausführung kann eine Schmelzbadzusammensetzung 1-2 Gew.-% Al, 1-2 Gew.-% Mg, Rest Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen enthalten, insbesondere aus 1-2 Gew.-% Al, 1-2 Gew.-% Mg, Rest Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen bestehen. Durch die Beschichtungsbehandlung wird auf mindestens einer Seite des Stahlflachprodukts ein Korrosionsschutzüberzug auf das Stahlflachprodukt aufgebracht.In step i), the flat steel product is subjected to a coating treatment, in particular a hot dip coating. The steel flat product runs through a coating bath with a zinc-based molten bath composition. The temperature of the molten bath is preferably 450-500.degree. A suitable molten bath composition can contain, for example, up to 2% by weight Al, up to 2% by weight Mg, the remainder zinc and unavoidable impurities, in particular from up to 2% by weight Al, up to 2% by weight Mg, The rest consists of zinc and unavoidable impurities. In a further preferred embodiment, a suitable molten bath composition can contain, for example, up to 1% by weight Al, the remainder being zinc and unavoidable impurities contain, in particular consist of up to 1 wt .-% Al, remainder zinc and unavoidable impurities. In a particularly preferred embodiment, a molten bath composition can contain 1-2% by weight Al, 1-2% by weight Mg, the remainder zinc and unavoidable impurities, in particular 1-2% by weight Al, 1-2% by weight % Mg, remainder zinc and unavoidable impurities. By the coating treatment, an anti-corrosion coating is applied to the flat steel product on at least one side of the flat steel product.
Direkt im Anschluss an den Arbeitsschritt i) kann das Stahlflachprodukt in einem optionalen Arbeitsschritt j) einer Galvannealing-Behandlung unterzogen werden. Dazu wird es für eine Dauer tGA von 10 s - 60 s bei einer Temperatur TGA von 500 - 565 °C angelassen.Directly after step i), the flat steel product can be subjected to a galvannealing treatment in an optional step j). To do this, it is tempered for a duration tGA of 10 s - 60 s at a temperature TGA of 500 - 565 °C.
In Arbeitsschritt k) wird das beschichtete Stahlflachprodukt mit einer Abkühlgeschwindigkeit ThetaB2 von mindestens 5 K/s, bevorzugt von mehr als 5 K/s, auf Raumtemperatur abgekühlt. Vorliegend wird der im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens durch das zweite Abschrecken in Arbeitsschritt k) gebildete Martensit als nicht angelassener Martensit bezeichnet. Der durch das erste Abschrecken nach dem Austenitisieren entstandene Martensit, der in Arbeitsschritt h) einer Erwärmung unterzogen wird, wird auch als angelassener Martensit bezeichnet.In step k), the coated flat steel product is cooled to room temperature at a cooling rate ThetaB2 of at least 5 K/s, preferably more than 5 K/s. In the present case, the martensite formed in the course of the method according to the invention by the second quenching in step k) is referred to as untempered martensite. The martensite created by the first quenching after austenitizing, which is subjected to heating in step h), is also referred to as tempered martensite.
In einer bevorzugten Ausführung können die Atmosphärenzusammensetzungen, welche das Stahlflachprodukt in den weiteren Arbeitsschritten, insbesondere in den Arbeitsschritten e) bis k) durchläuft, an die Ofenatmosphäre des Halteprozesses des Arbeitsschritts d) angepasst werden. So wird bevorzugt in mindestens einem weiteren Arbeitsschritt eine Atmosphäre eingestellt, die 3 - 7 Vol.-% Wasserstoff und als Rest mit Wasserdampf, bevorzugt mit mindestens 0,070 Vol.-%, besonders bevorzugt mit mindestens 0,080 Vol.-%, weiter bevorzugt mit höchstens 1,0 Vol.-%, besonders bevorzugt mit höchstens 0,8 Vol.-% Wasserdampf, angefeuchteten Stickstoff und unvermeidbare Verunreinigungen enthält.In a preferred embodiment, the atmosphere compositions through which the flat steel product passes in the further work steps, in particular in work steps e) to k), can be adapted to the furnace atmosphere of the holding process of work step d). In at least one further step, an atmosphere is preferably set that contains 3-7% by volume of hydrogen and the balance with steam, preferably with at least 0.070% by volume, particularly preferably with at least 0.080% by volume, more preferably with at most 1.0% by volume, particularly preferably containing at most 0.8% by volume, water vapor, humidified nitrogen and unavoidable impurities.
In einer bevorzugten Ausführung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines höchstfesten, mit einem metallischen Korrosionsschutzüberzug versehenen Stahlflachprodukts keine weiteren Arbeitsschritte und somit ausschließlich die unter a) - k) genannten Arbeitsschritte.In a preferred embodiment, the method according to the invention for producing a high-strength flat steel product provided with a metallic anti-corrosion coating comprises no further work steps and thus exclusively the work steps mentioned under a) - k).
Ein erfindungsgemäßes Produkt umfasst ein Stahlsubstrat, welches einen Stahl umfasst, bevorzugt aus einem Stahl besteht, der aus (in Gew.-%): 0,1 - 0,5 % C, mindestens einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mn und Si, wobei der Mn-Gehalt 1,0 - 3,0 % und der Si-Gehalt 0,7 - 2,5 % beträgt, 0,05 - 1 % Cr, bis zu 0,020 % P, bis zu 0,005 % S, bis zu 0,008 % N, sowie optional aus einem oder mehreren der folgenden Elemente 0,01 - 1,5 % Al, 0,05 - 0,5 % Mo, 0,0004 - 0,001 % B sowie optional aus in Summe 0,001 - 0,3 % V, Ti und Nb, und als Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.A product according to the invention comprises a steel substrate which comprises a steel, preferably consisting of a steel, which consists of (in % by weight): 0.1-0.5% C, at least one element selected from the group consisting of Mn and Si , where the Mn content is 1.0 - 3.0% and the Si content is 0.7 - 2.5%, 0.05 - 1% Cr, up to 0.020% P, up to 0.005% S, up to 0.008% N, and optionally from one or more of the following elements 0.01 - 1.5% Al, 0.05 - 0.5% Mo, 0.0004 - 0.001% B and optionally from a total of 0.001 - 0, 3% V, Ti and Nb, and the balance consists of iron and unavoidable impurities.
Das Stahlsubstrat weist ein Gefüge auf, das 5 - 20 Vol.-% Restaustenit, weniger als 5 Flächen-% Bainit, weniger als 10 Flächen-% Ferrit und mindestens 80 Flächen-% Martensit, wovon mindestens 75 Flächen-% angelassener Martensit und weniger als 25 Flächen-% nicht angelassener Martensit ist, enthält. In einer bevorzugten Ausführung besteht das Gefüge des erfindungsgemäßen Produkts aus 5 - 20 Vol.-% Restaustenit, weniger als 5 Flächen-% Bainit, weniger als 10 Flächen-% Ferrit und als Rest aus Martensit, wobei der Martensitanteil am Gesamtgefüge mindestens 80 Flächen-% beträgt, wovon mindestens 75 Flächen-% angelassener Martensit und weniger als 25 Flächen-% nicht angelassener Martensit ist.The steel substrate has a microstructure containing 5-20% by volume retained austenite, less than 5% by area bainite, less than 10% by area ferrite and at least 80% by area martensite, of which at least 75% by area is tempered martensite and less than 25% by area is untempered martensite. In a preferred embodiment, the structure of the product according to the invention consists of 5-20 vol. % of which at least 75% by area is tempered martensite and less than 25% by area is untempered martensite.
Zum Erreichen der angestrebten Festigkeiten wird ein hoher Martensitanteil eingestellt. Die Duktilität kann über den Anteil angelassenen Martensits beeinflusst werden. Der gesamte im Gefüge vorhandene Martensitanteil setzt sich aus angelassenem und nicht angelassenem Martensit zusammen, wobei die Möglichkeit besteht, dass kein nicht angelassener Martensit vorliegt.A high proportion of martensite is used to achieve the desired strength. The ductility can be influenced by the proportion of tempered martensite. All of the martensite present in the structure is composed of tempered and untempered martensite, with the possibility that there is no untempered martensite.
Insofern nicht anders erwähnt, sind vorliegend die Angaben zu den Gefügeanteilen für Restaustenit auf Vol.-% und für andere Gefügebestandteile wie beispielsweise Martensit, Ferrit und Bainit, auf Flächen-% bezogen.Unless otherwise stated, the information on the microstructural proportions for retained austenite is based on vol. % and for other microstructural components such as martensite, ferrite and bainite, on area %.
Das Gefüge ist besonders feinkörnig und weist bevorzugterweise eine durchschnittliche Korngröße von weniger als 30 µm auf. Aufgrund der Feinheit der Gefügestrukturen empfiehlt es sich, die Gefügeuntersuchungen an einem Rasterelektronenmikroskop (REM) bei mindestens 5000facher Vergrößerung durchzuführen. Als geeignete Methode zur quantitativen Bestimmung des Restaustenits empfiehlt sich eine Untersuchung mittels Röntgenbeugung (XRD) nach ASTM E975.The structure is particularly fine-grained and preferably has an average grain size of less than 30 μm. Due to the fineness of the microstructure, it is advisable to carry out the microstructure investigations using a scanning electron microscope (SEM) with a magnification of at least 5000x. An examination using X-ray diffraction (XRD) according to ASTM E975 is recommended as a suitable method for the quantitative determination of retained austenite.
Das erfindungsgemäße Produkt umfasst ferner einen metallischen Schutzüberzug, bevorzugt einen Zn-basierten Korrosionsschutzüberzug. Ein geeigneter Korrosionsschutzüberzug enthält bis zu 2 Gew.-% Al, bis zu 2 Gew.-% Mg, Rest Zink und unvermeidbare Verunreinigungen, insbesondere besteht der Korrosionsschutzüberzug aus bis zu 2 Gew.-% Al, bis zu 2 Gew.-% Mg, Rest Zn und unvermeidbaren Verunreinigungen. In einer besonders bevorzugten Ausführung weist der Korrosionsschutzüberzug 1-2 Gew.-% Al, 1-2 Gew.-% Mg, Rest Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen auf, insbesondere besteht er aus 1-2 Gew.-% Al, 1-2 Gew.-% Mg, Rest Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen. In einer alternativen bevorzugten Ausführung weist der Korrosionsschutzüberzug bis zu 1 Gew.-% Al, Rest Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen auf, insbesondere besteht er aus bis zu 1 Gew.-% Al, Rest Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen.The product according to the invention also comprises a metallic protective coating, preferably a Zn-based anti-corrosion coating. A suitable anti-corrosion coating contains up to 2% by weight Al, up to 2% by weight Mg, the remainder zinc and unavoidable impurities, in particular the anti-corrosion coating consists of up to 2% by weight Al and up to 2% by weight Mg , remainder Zn and unavoidable impurities. In a particularly preferred embodiment, the anti-corrosion coating has 1-2% by weight Al, 1-2% by weight Mg, the remainder zinc and unavoidable impurities, in particular it consists of 1-2% by weight Al, 1-2% by weight % Mg, remainder zinc and unavoidable impurities. In an alternative preferred embodiment, the anti-corrosion coating has up to 1% by weight Al, remainder zinc and unavoidable impurities, in particular it consists of up to 1% by weight Al, remainder zinc and unavoidable impurities.
Das erfindungsgemäße, beschichtete Stahlflachprodukt weist in der Grenzschicht zwischen dem Korrosionsschutzüberzug und dem Stahlsubstrat ein Verhältnis der Summe von Si und Mn zu Cr von mindestens 1,7 und höchstens 15 gemäß folgender Beziehung auf:
1,7 < [(Si + Mn) / Cr]_GS < 15
mit Si: Si-Gehalt in Gew.-% in der Grenzschicht, Mn: Mn-Gehalt in Gew.-% in der Grenzschicht, Cr: Cr-Gehalt in Gew.-% in der Grenzschicht.The coated steel flat product according to the invention has a ratio of the sum of Si and Mn to Cr of at least 1.7 and at most 15 in the boundary layer between the anti-corrosion coating and the steel substrate according to the following relationship:
1.7 < [(Si + Mn) / Cr]_GS < 15
with Si: Si wt% content in the boundary layer, Mn: Mn wt% content in the boundary layer, Cr: Cr wt% content in the boundary layer.
Eine Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass hohe Si- und Mn-Gehalte in der Grenzschicht die Beschichtbarkeit negativ beeinflussen, wohingegen Cr keinen negativen Einfluss, sondern bei Einhalten des oben genannten Verhältnisses sogar einen positiven Einfluss auf die Haftung des Korrosionsschutzüberzugs hat. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich die Haftung des Korrosionsschutzüberzugs bei einer Anreicherung von Si und Mn in der Grenzschicht verschlechtert, wohingegen die Haftung deutlich verbessert ist, wenn auch Chrom angereichert vorliegt. Allerdings ist die Zugabe von Cr durch seine negative Wirkung auf die Korngrenzenoxidation sowie durch wirtschaftliche Überlegungen auf höchstens 1,0 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,6 Gew.-%, begrenzt, während Mindestgehalte an Si und/oder Mn zum Erreichen der angestrebten mechanischen Eigenschaften erforderlich sind. Eine verhältnismäßig starke Anreicherung von Si und/oder Mn in der Grenzschicht führt dort jedoch lokal zu einer ausgeprägten Oxidbildung. Diese Oxide führen zu Problemen bei der Schmelztauchbeschichtung und resultieren in einer unzureichenden Haftung des Korrosionsschutzüberzugs auf dem Grundwerkstoff. Das Risiko für Haftungsfehler ist jedoch gering, wenn das Verhältnis der Summe aus Si+Mn zu Cr höchstens 15, bevorzugt höchstens 13 beträgt. Das Risiko für Haftungsfehler ist ebenfalls gering, wenn das Verhältnis der Summe aus Si+Mn zu Cr mindestens 1,7, bevorzugt mindestens 2,5 beträgt.One finding of the present invention is that high Si and Mn contents in the boundary layer have a negative effect on coatability, whereas Cr has no negative effect, but rather even a positive effect on the adhesion of the anti-corrosion coating if the above-mentioned ratio is maintained. Investigations have shown that the adhesion of the anti-corrosion coating deteriorates with an enrichment of Si and Mn in the boundary layer, whereas the adhesion is significantly improved when chromium is also enriched. However, the addition of Cr is limited to a maximum of 1.0% by weight, preferably a maximum of 0.6% by weight, due to its negative effect on grain boundary oxidation and economic considerations, while minimum contents of Si and/or Mn are required to achieve the desired mechanical properties are required. However, a relatively strong accumulation of Si and/or Mn in the boundary layer locally leads to pronounced oxide formation. These oxides lead to problems with hot-dip coating and result in insufficient adhesion of the anti-corrosion coating to the base material. However, the risk of liability errors is low if the Ratio of the sum of Si+Mn to Cr is at most 15, preferably at most 13. The risk of adhesion failure is also low when the ratio of the sum of Si+Mn to Cr is at least 1.7, preferably at least 2.5.
Eine Cr-Anreicherung in der Grenzschicht mit einem Verhältnis der Summe aus Si+Mn zu Cr von höchstens 15, bevorzugt höchstens 13, wirkt sich auch positiv auf das Umformverhalten des beschichteten Stahlflachprodukts aus. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Cr der Bildung von Si- und Mn-Oxiden entgegenwirkt. Si- und Mn-Oxide weisen eine spröde Beschaffenheit auf, wodurch die Bildung von Rissen beim Umformen gefördert wird. Durch das Einhalten des Verhältnisses der oxidbildenden Elemente Si, Mn und Cr an der Grenzschicht können selbst für Stähle mit sehr hohen Zugfestigkeiten von beispielsweise 1180 MPa und mehr, Lochaufweitungen von über 25 % eingestellt werden.A Cr enrichment in the boundary layer with a ratio of the sum of Si+Mn to Cr of at most 15, preferably at most 13, also has a positive effect on the forming behavior of the coated flat steel product. This is because Cr counteracts the formation of Si and Mn oxides. Si and Mn oxides are brittle in nature, which promotes the formation of cracks during forming. By maintaining the ratio of the oxide-forming elements Si, Mn and Cr at the boundary layer, hole expansions of over 25% can be set even for steels with very high tensile strengths of, for example, 1180 MPa and more.
Erfindungsgemäß ist das Verhältnis der Summe aus Si+Mn zu Cr in der Grenzschicht kleiner als im Grundwerkstoff. So weist das beschichtete Stahlflachprodukt zwischen der Grenzschicht und dem Stahlsubstrat beziehungsweise dem Grundwerkstoff ein Konzentrationsgefälle auf, welches sich durch folgende Beziehung darstellen lässt:
[(Si + Mn) / Cr]_GS < [(Si + Mn) / Cr]_GW
- mit [(Si + Mn) / Cr]_GS: Verhältnis der Summe des Si-Gehalts in Gew.-% und des Mn-Gehalts in Gew.-% zum Cr-Gehalt in Gew.-% in der Grenzschicht,
- [(Si + Mn) / Cr]_GW: Verhältnis der Summe des Si-Gehalts in Gew.-% und des Mn-Gehalts in Gew.-% zum Cr-Gehalt in Gew.-% im Grundwerkstoff. Die Angabe der Elementgehalte des Grundwerkstoffs bezieht sich typischerweise auf die Zusammensetzung bei einem Drittel der Dicke des Stahlsubstrats.
[(Si + Mn) / Cr]_GS < [(Si + Mn) / Cr]_GW
- with [(Si + Mn) / Cr]_GS: ratio of the sum of the Si content in % by weight and the Mn content in % by weight to the Cr content in % by weight in the boundary layer,
- [(Si + Mn) / Cr]_GW: Ratio of the sum of the Si content in % by weight and the Mn content in % by weight to the Cr content in % by weight in the base material. The specification of the element content of the base material typically refers to the composition at one third of the thickness of the steel substrate.
Dadurch, dass [(Si + Mn) / Cr]_GS kleiner als [(Si + Mn) / Cr]_GW ist, wird gewährleistet, dass das Stahlflachprodukt eine gute Haftung der metallischen Beschichtung auf dem Stahlsubstrat sowie gute Umformeigenschaften aufweist. Dieser Effekt lässt sich besonders sicher erreichen, wenn [(Si + Mn) / Cr]_GS bevorzugt kleiner als 0,9*[(Si + Mn) / Cr]_GW, besonders bevorzugt kleiner als 0,6*[(Si + Mn) / Cr]_GW ist.The fact that [(Si + Mn) / Cr]_GS is smaller than [(Si + Mn) / Cr]_GW ensures that the steel flat product has good adhesion of the metallic coating on the steel substrate and good forming properties. This effect can be achieved particularly reliably if [(Si+Mn)/Cr]_GS is preferably less than 0.9*[(Si+Mn)/Cr]_GW, particularly preferably less than 0.6*[(Si+Mn ) / Cr]_GW is.
Die beschichteten Stahlflachprodukte weisen bevorzugt eine Zugfestigkeit Rm von mindestens 600 MPa, eine Dehngrenze Rp02 von mindestens 400 MPa und eine Dehnung A80 von mindestens 7 %, insbesondere von mehr als 7 %, auf. Typischerweise werden Zugfestigkeiten von 950 bis 1500 MPa erreicht. Die Dehngrenzenwerte betragen typischerweise mindestens 700 MPa. Die Dehngrenze liegt dabei jeweils unter der erreichten Zugfestigkeit. Typischerweise liegt die Dehngrenze unterhalb von 950 MPa. Ferner weisen die beschichteten Stahlflachprodukte eine ausgezeichnete Haftung des Korrosionsschutzüberzugs, vorzugsweise eine gemäß Kugelschlagtest gemäß SEP 1931 ermittelte Haftung der Stufe 1, auf dem Stahlsubstrat sowie eine sehr gute Umformbarkeit auf. Als ein Maß für die Umformbarkeit kann beispielsweise die Lochaufweitung herangezogen werden. Die Lochaufweitung beträgt typischerweise mindestens 25 %. Auch das Produkt aus Zugfestigkeit und Lochaufweitung kann als Maß für die Umformbarkeit herangezogen werden. In einer bevorzugten Ausführung beträgt das Produkt aus Zugfestigkeit und Lochaufweitung mindestens 20.000 MPa*%, bevorzugt mindestens 25.000 MPa*%.The coated flat steel products preferably have a tensile strength Rm of at least 600 MPa, a yield point Rp02 of at least 400 MPa and an elongation A80 of at least 7%, in particular more than 7%. Tensile strengths of 950 to 1500 MPa are typically achieved. Yield strength values are typically at least 700 MPa. The yield point is below the achieved tensile strength. The yield point is typically below 950 MPa. Furthermore, the coated flat steel products have excellent adhesion of the anti-corrosion coating, preferably level 1 adhesion determined by the ball impact test in accordance with SEP 1931, on the steel substrate, and very good formability. Hole expansion, for example, can be used as a measure of formability. The hole expansion is typically at least 25%. The product of tensile strength and hole expansion can also be used as a measure of formability. In a preferred embodiment, the product of tensile strength and hole expansion is at least 20,000 MPa*%, preferably at least 25,000 MPa*%.
Die Zugfestigkeit, Dehngrenze und Dehnung wurden gemäß DIN EN ISO 6892, Probenform 2, die Haftung wurde anhand eines Kugelschlagtests KST gemäß SEP 1931 und die Lochaufweitung wurde gemäß ISO 16630 bestimmt. Die Elementverteilung in der Grenzschicht sowie in den der Grenzschicht benachbarten Bereichen kann mittels der Methode der Glimmentladungsspektroskopie (Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy, kurz GDOES) durchgeführt werden. Hierfür kann beispielsweise ein GDOES-Messgerät der Firma Leco verwendet werden. Mittels GDOES ist es möglich, die quantitative Bestimmung von Elementen in Schichtaufbauten entlang der Schichtdicke durchzuführen. So kann der Beginn der Grenzschicht mittels GDOES ermittelt werden, indem jeweils der Schnittpunkt des Kurvenverlaufs des Zn-Gehalts und des Fe-Gehalts als Anfangspunkt der Grenzschicht, welche sich von diesem Schnittpunkt aus 300 nm in den Grundwerkstoff hinein erstreckt, herangezogen wird.The tensile strength, yield point and elongation were determined according to DIN EN ISO 6892, sample form 2, the adhesion was determined using a ball impact test KST according to SEP 1931 and the hole expansion was determined according to ISO 16630. The element distribution in the boundary layer and in the areas adjacent to the boundary layer can be carried out using the glow discharge spectroscopy method (Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy, GDOES for short). For example, a GDOES measuring device from Leco can be used for this. With GDOES it is possible to carry out the quantitative determination of elements in layer structures along the layer thickness. The beginning of the boundary layer can be determined using GDOES by using the intersection of the curves of the Zn content and the Fe content as the starting point of the boundary layer, which extends 300 nm from this intersection into the base material.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt durch das obenstehend erläuterte erfindungsgemäße Verfahren hergestellt.In a further preferred embodiment, the flat steel product according to the invention is produced by the method according to the invention explained above.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments.
Zur Erprobung wurden sieben Schmelzen A-G der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen erzeugt, aus welchen auf konventionelle Weise 11 Warmbänder mit einer Dicke von 1,8 bis 2,5 mm erzeugt wurden. Dabei entsprechen die Schmelzen C, E, F und G den erfindungsgemäßen Vorgaben für die Stahlzusammensetzung, wohingegen die Schmelzen A und B zu geringe Si-Gehalte aufweisen und die Schmelze D einen zu geringen Si-Gehalt und einen zu hohen Al-Gehalt aufweist.For testing, seven melts AG were produced with the compositions given in Table 1, from which 11 hot strips with a thickness of 1.8 to 2.5 mm were produced in a conventional manner. The melts C, E, F and G correspond to the specifications for the steel composition according to the invention, whereas the melts A and B have too low Si contents and the melt D has too low a Si content and too high an Al content.
Die Warmbänder wurden auf konventionelle Weise gebeizt und mit den in Tabelle 2 angegebenen Fertigungsparametern weiterverarbeitet. Dabei wurden die Warmbänder jeweils mit dem in Tabelle 2 angegebenen Kaltwalzgrad "KWG" zu Kaltbändern gewalzt, die Kaltbänder wurden jeweils mit einer ersten, schnelleren Aufheizrate "ThetaH1" auf eine Wendetemperatur "TW" erwärmt und dann mit einer zweiten, langsameren Aufheizrate "ThetaH2" auf die Haltezonentemperatur "THZ" gebracht, auf welcher sie für die Dauer "tHZ" von 5 bis 15s in einer Atmosphäre mit einem Taupunkt "TP" gehalten wurden. Danach wurden die Kaltbänder zunächst langsam innerhalb einer Zeitspanne "tLK" von 50 bis 300 s auf eine Zwischentemperatur "TLK" abgekühlt, dann von der Zwischentemperatur "TLK" mit einer Abkühlrate "ThetaQ" schnell auf eine Kühlstopptemperatur "TAB" abgeschreckt, auf welcher sie für eine Dauer "tQ" von 10 bis 60s gehalten wurden. Anschließend wurden die Stahlflachprodukte mit einer Aufheizrate "ThetaB1" von höchstens 80K/s auf eine Behandlungstemperatur "TB" erwärmt. Die Stahlflachprodukte wurden nicht auf der Behandlungstemperatur gehalten. Anschließend wurden die Stahlflachprodukte einem in ansonsten konventioneller Weise durchgeführten Schmelztauchbeschichten in einem Schmelzenbad der folgenden Zusammensetzung unterzogen: bis zu 2 Gew.-% Al, bis zu 2 Gew.-% Mg, Rest Zink und unvermeidbare Verunreinigungen. Die Stahlflachprodukte der Schmelzen A - F wurden abschließend mit einer Abkühlrate "ThetaB2" von mindestens 5 K/s auf Raumtemperatur abgeschreckt. Die Stahlflachprodukte der Schmelze G wurden nach dem Schmelztauchbeschichten zunächst bei einer Temperatur TGA für eine Dauer tGA angelassen und erst nach dem Anlassen mit einer Abkühlrate von mindestens 5 K/s auf Raumtemperatur abgeschreckt.The hot strips were pickled in a conventional manner and further processed with the production parameters given in Table 2. The hot strips were each rolled into cold strips with the degree of cold rolling "KWG" given in Table 2, the cold strips were each heated to a turning temperature "TW" at a first, faster heating rate "ThetaH1" and then at a second, slower heating rate "ThetaH2" brought to the holding zone temperature "THZ", at which they were held for the duration "tHZ" of 5 to 15s in an atmosphere with a dew point "TP". Thereafter, the cold strips were first slowly cooled to an intermediate temperature "TLK" within a period of time "tLK" of 50 to 300 s, then quickly quenched from the intermediate temperature "TLK" at a cooling rate "ThetaQ" to a cooling stop temperature "TAB", at which they were held for a duration "tQ" of 10 to 60s. The flat steel products were then heated to a treatment temperature "TB" at a heating rate "ThetaB1" of at most 80K/s. The steel flat products were not kept at the treatment temperature. The flat steel products were then subjected to hot dip coating, carried out in an otherwise conventional manner, in a melt bath with the following composition: up to 2% by weight Al, up to 2% by weight Mg, the remainder zinc and unavoidable impurities. The steel flat products of melts A - F were finally quenched to room temperature at a cooling rate "ThetaB2" of at least 5 K/s. After hot-dip coating, the flat steel products of melt G were first tempered at a temperature TGA for a duration tGA and only after tempering were they quenched to room temperature at a cooling rate of at least 5 K/s.
Von den Stahlflachprodukten der Versuche A1-G12 wurden Proben entnommen, an welchen das Gefüge untersucht und die mechanischen Eigenschaften geprüft wurden. Die Buchstaben in der Probenbezeichnung geben an, aus welcher der in Tabelle 1 angegebenen Schmelzen das Probenmaterial stammt. Die Ergebnisse der Gefügeuntersuchungen sind in Tabelle 3 angegeben und die Ergebnisse der Prüfungen der mechanischen Eigenschaften sind in Tabelle 4 angegeben. Dabei bezeichnet "MA" den Anteil angelassenen Martensits am gesamten Gefüge, "M" den Anteil nicht angelassenen Martensits am gesamten Gefüge, "F" den Anteil Ferrits, "B" den Anteil Bainits, "RA" den Anteil Restaustenits.Samples were taken from the flat steel products of tests A1-G12, on which the microstructure was examined and the mechanical properties tested. The letters in the sample designation indicate from which of the melts given in Table 1 the sample material comes. The results of the structural tests are given in Table 3 and the results of the mechanical property tests are given in Table 4. "MA" denotes the proportion of tempered martensite in the entire structure, "M" the proportion of untempered martensite in the entire structure, "F" the proportion of ferrite, "B" the proportion of bainite, "RA" the proportion of residual austenite.
Die Gefügeuntersuchungen erfolgten an Querschliffen bei 1/3t-Lage, d.h. an Schliffen, welche bei einem Drittel der Blechdicke des Stahlsubstrats entnommen wurden. Die Schliffe wurden für eine rasterelektronenmikroskopische (REM) Untersuchung präpariert und mit einer 3%-Nital-Ätzung behandelt. Aufgrund der Feinheit der Gefügestrukturen wurde das Gefüge mittels REM-Betrachtung bei 5000facher Vergrößerung charakterisiert. Die quantitative Bestimmung des Restaustenits wurde mittels Röntgenbeugung (XRD) nach ASTM E975 durchgeführt. An einer weiteren Probe, die neben der Schliffprobe entnommen wurde, erfolgte die GDOES-Untersuchung der Elementverteilung in der Grenzschicht sowie in den der Grenzschicht benachbarten Bereichen. Die Ermittlung der Elementgehalte des Grundwerkstoffs erfolgte mittels der Verbrennungsanalytik ICP-OES (inductively coupled plasma optical emission spectrometry) in 1/3t-Lage. Die Prüfung der mechanischen Eigenschaften Dehngrenze "Rp02", Zugfestigkeit "Rm" und Dehnung "A80" erfolgte gemäß DIN EN ISO 6892:2009, Probenform 2, an Längsproben, welche in der Mitte der Stahlflachprodukte entnommen wurden. Die Haftung des zinkbasierten Korrosionsschutzüberzugs wurde als KST gemäß SEP 1931 und die Lochaufweitung wurde gemäß ISO16630 ermittelt.The structural investigations were carried out on cross-sections at 1/3t layer, i.e. on sections which were taken from a third of the sheet thickness of the steel substrate. The sections were prepared for scanning electron microscopy (SEM) examination and treated with a 3% Nital etch. Due to the fineness of the microstructure, the microstructure was characterized by means of REM observation at a magnification of 5000x. The quantitative determination of the retained austenite was carried out by means of X-ray diffraction (XRD) according to ASTM E975. The GDOES examination of the element distribution in the boundary layer and in the areas adjacent to the boundary layer was carried out on another sample that was taken in addition to the micrograph. The element content of the base material was determined using the combustion analysis ICP-OES (inductively coupled plasma optical emission spectrometry) in a 1/3t layer. The mechanical properties yield strength "Rp02", tensile strength "Rm" and elongation "A80" were tested according to DIN EN ISO 6892:2009, specimen form 2, on longitudinal specimens which were taken from the middle of the steel flat products. The adhesion of the zinc-based anti-corrosion coating was determined as KST according to SEP 1931 and the hole expansion was determined according to ISO16630.
Die Versuche zeigen, dass die erfindungsgemäß gefertigten Proben C4, C5, E8 und F10 sehr niedrige Werte für das Verhältnis [(Si+Mn)/Cr]_GS von höchstens 15 aufweisen. Gleichzeitig zeigen diese Proben eine ausgezeichnete Haftung des Korrosionsschutzüberzugs von kleiner 1,5 und eine sehr gute Lochaufweitung von über 25%. Im Vergleich hierzu zeigen Proben von Stählen derselben Festigkeitsklasse, die jedoch einen höheren Wert als 15 für [(Si+Mn)/Cr]_GS aufweisen, eine schlechtere Umformbarkeit und schlechtere Überzugshaftung. Die Probe E9 zeigt, dass es zwar bei einer zu geringen Anfeuchtung des Stickstoffs im Gasgemisch mit Wasserdampf und somit einem zu niedrigen Taupunkt möglich ist, noch ausreichende Werte für das Produkt aus Zugfestigkeit und Lochaufweitung (Zugfestigkeit*Lochaufweitung) zu erreichen, jedoch ist die Haftung des Korrosionsschutzüberzugs beeinträchtigt. Bei den Proben der Versuche A1, B2 und F11 ist zu erkennen, dass die zunehmende Differenz zwischen der Streckgrenze und der Zugfestigkeit im geglühten Material dazu führt, dass für das Produkt aus Zugfestigkeit*Lochaufweitung keine ausreichenden Werte mehr erreicht werden.
Claims (15)
1,7 < [(Si + Mn) / Cr]_GS < 15
[(Si + Mn) / Cr]_GS < [(Si + Mn) / Cr]_GW
1.7 < [(Si + Mn) / Cr]_GS < 15
[(Si + Mn) / Cr]_GS < [(Si + Mn) / Cr]_GW
[(Si + Mn) / Cr]_GS < 0,9*[(Si + Mn) / Cr]_GW
aufweist.Flat steel product according to claim 5 , characterized in that there is a concentration gradient between the base material and the boundary layer
[(Si + Mn) / Cr]_GS < 0.9*[(Si + Mn) / Cr]_GW
having.
[(Si + Mn) / Cr]_GS < 0,6*[(Si + Mn) / Cr]_GW
aufweist.Flat steel product according to claim 5 , characterized in that there is a concentration gradient between the base material and the boundary layer
[(Si + Mn) / Cr]_GS < 0.6*[(Si + Mn) / Cr]_GW
having.
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