WARMBAND AUS STAHL UND VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein höchstens 5 mm dickes Warmband aus Stahl hoher Festigkeit und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Unter "Warmband" versteht man warmgewalztes Band.

[0002] Nach heutigem Stand der Technik wird Warmband nur bis zu Festigkeiten von etwa 800 N/mm² hergestellt. Dabei handelt es sich um thermomechanisch gewalzte mikrolegierte Stähle. Bei Anwendungen, die darüber hinausgehende Festigkeiten erfordern, setzt man weiches Warmband ein und stellt die am Bauteil erforderliche Festigkeit durch eine anschließende Wärmebehandlung ein. Für den Dickenbereich unter 2,0 mm ist üblicherweise ein zusätzliches Kaltwalzen erforderlich, um die gewünschte Dicke einzustellen. Die erforderliche Festigkeit wird auch in diesem Fall durch eine geeignete Wärmebehandlung eingestellt.

[0003] Aus der US 4 406 713 ist ein hochfester und hochzäher Stahl mit guter Bearbeitbarkeit bekannt, der 0,005 bis 0,3 % C, 0,3 bis 2,5 % Mn, bis 1,5 % Si und wenigstens einen Karbid- und Nitridbildner aus der Gruppe Nb, V, Ti und Zr in Mengen von bis 0,1 %, bis 0,15 %, bis 0,3 % und 0,3 % jeweils enthält. Dieser Stahl wird nach dem Austenitisieren derart abgeschreckt, daß er 5 bis 65 % Ferrit, Rest Martensit enthält. Gedacht ist insbesondere an die Herstellung von Drähten und Stäben.

[0004] Aus der GB 2 195 658 A1 sind Schmiedeteile aus einem Stahl mit 0,01 bis 0,20 % C, bis 1,0 % Si, 0,5 bis 2,25 % Mn, bis 1,5 % Cr, bis 0,05 % Ti, bis 0,10 % Nb, 0,005 bis 0,015 % N und bis 0,06 % A1 bekannt. Die Abkühlung des Stahls aus dem Austenitgebiet soll so gesteuert werden, daß das Gefüge voll martensitisch ist. Offenbart werden allerdings nur Beispiele mit Kohlenstoffgehalten unter 0,10 % und Siliziumgehalten über 0,17%. Die Schwefelgehalte sind mit über 0,01 % relativ hoch.

[0005] Auch die aus der EP 0 072 867 A1 bekannten Stähle haben Kohlenstoffgehalte unter 0,10 % und Siliziumgehalte über 0,15 %. Das Warmband hat nach einer gebrochenen Abkühlung ein Dualphasen-Gefüge aus polygonalem Ferrit und einer Mischung aus Perlit und Bainit.

[0006] Auch das aus der DE 30 07 560 A1 bekannte Warmband wird nach dem Warmwalzen mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 1 K/s oder schneller abgekühlt, um ein Dualphasen-Gefüge aus Ferrit und Martensit zu erzeugen. Mit Rücksicht auf befriedigende Duktilitäts- und Schweißbarkeitseigenschaften werden Kohlenstoffgehalte im Bereich von 0,02 bis 0,09 % empfohlen. Der bevorzugte Siliziumgehalt liegt mit 1,0 % relativ hoch.

[0007] Aus der EP 0 492 623 A1 ist ein aus einem siliziumberuhigten Stahl erzeugtes Warmband bekannt, der jeweils Si-Gehalte von 0,1 Gew.-% und mehr aufweist und einen Martensitgehalt von 60 - 100 % besitzt. Das bekannte Warmband wird zur Herstellung von geschweißtem Stahlrohr genutzt, ohne dass dabei besonderen Wert auf eine gute Oberflächenbeschaffenheit gelegt wird. Von einer Absenkung der Si-Gehalte unter eine Untergrenze von 0,03 Gew.-% wird dabei mit der Begründung abgeraten, dass sich bei niedrigeren Si-Gehalten die Eigenschaften des bekannten Warmbands nicht mehr erreichen lassen.

[0008] Schließlich ist aus der US 4,437,903 ein Stahl bekannt, dessen Kohlenstoffgehalt jeweils so eingestellt ist, dass sicher ein zweiphasiges Gefüge erreicht wird. Das Ziel dieser Maßnahme bestand dabei darin, ein Gefüge mit möglichst hohem Anteil an weichem Ferrit zu erhalten. Aus demselben Grund wird bei diesem Stand der Technik eine ausreichende Abkühlgeschwindigkeit vorgeschrieben, um die Koexistenz von Ferrit und Austenit zu gewährleisten.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Warmband mit Zugfestigkeitswerten über 800 N/mm² und gleichzeitig guter Kaltumformbarkeit im Dickenbereich ≤ 5 mm herzustellen. Dies würde eine Erweiterung des direkten Einsatzes von Warmband zu Kaltumformzwecken, wie Kaltpressen, mit deutlichen wirtschaftlichen Vorteilen, die sich aus dem Entfall des Kaltwalzens und einer Wärmebehandlung ergeben, bedeuten.

[0010] Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Warmband mit einer Dicke unter 5 mm, insbesondere unter 2 mm, vorgeschlagen, das aus einem Stahl, der (in Masse-%)
   0,08 bis 0,25 % Kohlenstoff,
   1,20 bis 2,0 % Mangan,
   0,02 bis 0,05 % Aluminium,
   weniger als 0,04 % Silizium,
   sowie wahlweise eines oder mehrere der Elemente Chrom, Kupfer, Molybdän, Nickel, Stickstoff, Titan und Bor mit folgenden Gehalten
      bis 1,0 % Chrom,
      bis 0,1 % Kupfer,
      bis 0,5 % Molybdän,
      bis 0,1 % Nickel,
      bis 0,009 % Stickstoff,
      Titan in einer zur stöchiometrischen Abbindung des im Stahl vorhandenen Stickstoffs ausreichenden Menge (Ti = 3,4 % N), bis zu 0,0025 % B
   und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, einschl. bis 0,015 % Phosphor und bis 0,003% Schwefel enthält, und ein martensitisches Gefüge mit weniger als 5 % insgesamt an anderen Gefügebestandteilen aufweist.

[0011] Kohlenstoff kann bevorzugt von 0,08 bis 0,15 %, Mangan von 1,75 bis 1,90 %, Chrom von 0,5 bis 0,6 % und Stickstoff von 0,005 bis 0,009 % enthalten sein.

[0012] Titan kann in einer zur stöchiometrischen Abbindung (Ti = 3,4 % N) des im Stahl vorhandenen Sickstoffs ausreichenden Menge zugesetzt werden, um einen Zusatz von bis zu 0,0025 % B vor der Bindung an N zu schützen, damit es zur Festigkeitssteigerung und Durchhärtbarkeit beitragen kann.

[0013] Durch die Begrenzung des Siliziumgehaltes auf unter 0,04 % wird eine Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit erreicht.

[0014] Ein Verfahren zur Herstellung von Warmband einer Enddicke von weniger als 5 mm, insbesondere weniger als 2 mm, aus einem Stahl der beanspruchten Zusammensetzung mit Zugfestigkeitswerten über 800 N/mm² umfaßt folgende Maßnahmen:

eine Bramme wird auf 1000 bis 1300°C erwärmt, im Temperaturbereich von 950 bis 1150°C vorgewalzt und bei einer Endwalztemperatur oberhalb Ar3 fertiggewalzt, das so erzeugte Warmband wird auf eine Haspeltemperatuim Bereich von 20 °C bis unterhalb der Martensitstarttemperatur zur Umwandlung in martensitisches Gefüge mit einem Gesamtgehalt anderer Gefügebestandteile von weniger als 5 % abgekühlt und gehaspelt.

[0015] Vorzugsweise soll die Abkühlung von Endwalztemperatur auf die Haspeltemperatur mit t 8/5 von kleiner 10 s erfolgen. (t 8/5 = Abkühlungszeit von 800 °C auf 500°C)

[0016] Die Ar3-Temperatur kann durch folgende Gleichung abgeschätzt werden:

        Ar3=910-310x(%C)-33x(%Mn)-22x(%Cr)-17x(%Ni)-11x(%Si)-11x(%Mo)

Die Martensitstart-Temperatur Ms kann durch folgende Gleichung abgeschätzt werden:

        Ms=500-300x(%C)-33x(%Mn)-22x(%Cr)-1,7x(%Ni)-11x(%Si)-11x(%Mo)

[0017] Bevorzugt wird durch entsprechende Wahl der Haspeltemperatur innerhalb des vorerwähnten Temperaturbereichs die Zugfestigkeit des Warmbandes auf einen Wert im Bereich von 800 bis 1400 N/mm² eingestellt.

[0018] Das Warmband kann feuerverzinkt werden, um korrosionsbeständiger zu werden. Gut kaltverformbare hochfeste verzinkte Bleche werden bevorzugt für mechanisch hochbelastete Bauteile im Automobilbau eingesetzt, z.B. für Seitenaufprallträger und Stoßfänger.

[0019] Der erfindungsgemäße Stahl erreicht hohe Festigkeit ohne teure Legierungselemente und ohne Glühbehandlung wie dies bei bekannten Stählen der Fall ist.

[0020] Anhand der folgenden Beispiele wird die Erfindung erläutert.

Beispiel 1:

[0021] Ein Stahl mit 0,15 % C, 0,01 % Si, 1,77 % Mn, 0,014 % P, 0,003 % S, 0,028 % Al, 0,0043 % N, 0,526 % Cr, 0,017 % Cu, 0,003 % Mo, 0,027 % Ni, Rest Fe wurde zu einer Bramme vergossen. Die Bramme wurde auf rd. 1250 °C aufgewärmt, bei rd. 1120 °C vorgewalzt und mit 840°C Endtemperatur auf eine Enddicke von 2 mm gewalzt, danach abgekühlt und mit 50 °C gehaspelt. Dabei entsteht ein Gefüge mit mehr als 95 % Martensit.

[0022] Die Streckgrenze erreichte werte von 1120 N/mm² und die Zugfestigkeit Werte von 1350 N/mm² bei Dehnwerten A₅₀ bis 11,1 %.

Beispiel 2:

[0023] Ein Stahl mit derselben Analyse wie im Beispiel 1 wurde zu 3,5 mm dickem Warmband verarbeitet. Die Daten sind in Tabelle 1 mitgeteilt. Die Festigkeitswerte sind deutlich höher, wenn statt über 400°C bis 95°C gehaspelt wird.

Tabelle 1

Probe	Endwalztemperatur °C	Haspeltemperatur °C	Rp0,2 N/mm2	Rm N/mm2
1	845	95	940	1243
2	845	95	997	1305
3	845	95	983	1199
4*	850	420	742	803
5*	850	420	691	793
6*	850	420	641	741
7	845	95	916	1089
8	845	95	1037	1293
9	845	95	1073	1328
10*	835	455	672	768
11*	835	455	643	760
12*	835	455	676	778

[0024] Das Warmband kann vor dem Kaltverformen in die Endform feuerverzinkt werden. Durch den Wärmebehandlungszyklus beim. Verzinken wird der Martensit angelassen. Ausgehend von einem, Warmband mit Zugfestigkeiten im Bereich von 1200 - 1400 N/mm² stellen sich je nach Wärmebehandlungszyklus beim Verzinken Zugfestigkeiten zwischen 800 und 1100 N/mm² ein.

Beispiel 3:

[0025] Ein 2,0 und 1,6 mm dickes Warmband wurden verzinkt. Die folgende Tabelle 2 stellt die Eigenschaften im Walzzustand und nach dem Verzinken gegenüber:

Tabelle 2

	Walzzustand			nach dem Verzinken
Dicke	Re	Rm	A80	Re	Rm	A80
mm	N/mm2		%	N/mm2		%
1,6	1052	1393	5,7	1065	1095	7
1,6	1048	1387	7,6	1040	1082	5,5
2,0	1098	1361	6,6	1058	1082	5,9

Beispiel 4:

[0026] 1,6 und 1,8 mm dickes Warmband wurde in der im. Beispiel 1 beschriebenen Weise erzeugt. Die Herstellungsparameter und die ermittelten Festigkeitseigenschaften sind in Tabelle 3 mitgeteilt, die auch die chemische Zusammensetzung des untersuchten Werkstoffes enthält.

Beispiel 5:

[0027] In Tabelle 4 sind die entsprechenden Daten für 1,4 mm dickes Warmband mitgeteilt.

Ansprüche

1. Warmband mit einer Dicke unter 5 mm, insbesondere unter 2 mm, das eine Zugfestigkeit von 800 bis 1400 N/mm² besitzt,
aus einem Stahl, der (in Masse-%)
   0,08 bis 0,25 % Kohlenstoff,
   1,20 bis 2,0 % Mangan,
   0,02 bis 0,05 % Aluminium,
   weniger als 0,04 % Silizium,
   sowie wahlweise eines oder mehrere der Elemente Chrom, Kupfer, Molybdän, Nickel, Stickstoff, Titan und Bor mit folgenden Gehalten
      bis 1,0 % Chrom,
      bis 0,1 % Kupfer,
      bis 0,5 % Molybdän,
      bis 0,1 % Nickel,
      bis 0,009 % Stickstoff,
      Titan in einer zur stöchiometrischen Abbindung des im Stahl vorhandenen Stickstoffs ausreichenden Menge (Ti = 3,4 % N),
      bis zu 0,0025 % B
   und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, einschl. bis 0,015 % Phosphor und bis 0,003 % Schwefel enthält,
   und ein martensitisches Gefüge mit weniger als 5 % insgesamt an anderen Gefügebestandteilen aufweist.

2. Warmband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl 0,12 bis 0,25 % Kohlenstoff enthält.

3. Warmband nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass (in Masse-%) der Gehalt an Kohlenstoff von 0,08 bis 0,15 %, an Mangan von 1,75 bis 1,90 %, an Chrom von 0,5 bis 0,6 % und Stickstoff von 0,005 bis 0,009 % beträgt.

4. Warmband nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß es feuerverzinkt ist.

5. Verfahren zur Herstellung von Warmband einer Enddicke von weniger als 5 mm, insbesondere weniger als 2 mm, aus einem Stahl der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit Zugfestigkeitswerten über 800 N/mm²,
gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen:

- eine Bramme wird auf 1000 bis 1300 °C erwärmt,

- im Temperaturbereich von 950 bis 1150 °C vorgewalzt,

- bei einer Endwalztemperatur oberhalb Ar3 fertiggewalzt,

- das so erzeugte Warmband wird auf eine Haspeltemperatur im Bereich von 20°C bis unterhalb der Martensitstart-Temperatur abgekühlt und gehaspelt, wodurch ein Gefüge mit mehr als 95 % Martensit erzielt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung von Endwalztemperatur auf die Haspeltemperatur mit t 8/5 von kleiner 10 s erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Wahl der Haspeltemperatur innerhalb des im Anspruch 5 erwähnten Temperaturbereichs die Zugfestigkeit des Warmbandes auf einen Wert im Bereich von 800 bis 1400 N/mm² eingestellt wird.

8. Verwendung von feuerverzinktem, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 beschaffenen-und nach einem gemäß den Ansprüchen 5 bis 7 ausgebildeten Verfahren hergestellten Warmband für mechanisch hochbelastete Bauteile im Automobilbau, z.B. Seitenaufprallträger und Stoßfänger.

Claims

1. A hot-rolled steel strip with a thickness of less than 5 mm, in particular less than 2 mm, having a tensile strength of 800 N/mm² to 1400 N/mm², containing (in percent by weight, wt %)
   0.08 % to 0.25 % carbon,
   1.20 % to 2.0 % manganese,
   0.02 % to 0.05 % aluminum,
   less than 0.04 % silicon,
   plus optionally one or more of the elements chromium, copper, molybdenum, nickel, nitrogen, titanium and boron with the following quantities:

up to 1.0 % chromium,

up to 0.1 % copper,

up to 0.5 % molybdenum,

up to 0.1 % nickel,

up to 0.009 % nitrogen,

titanium in an amount sufficient for stoichiometric binding of the nitrogen present in the steel (Ti = 3.4 % N), up to 0.0025 % B,

   with the remainder being iron and unavoidable impurities, including up to 0.015 % phosphorus and up to 0.003 % sulfur,
   and having a martensitic structure with less than 5 % total other structural constituents.

2. The hot-rolled strip according to Claim 1, characterized in that the steel contains 0.12 % to 0.25 % carbon.

3. The hot-rolled strip according to one of the preceding claims,
characterized in that the carbon content is from 0.08 % to 0.15 %, the manganese content is from 1.75 % to 1.90 %, the chromium content is from 0.5 % to 0.6% and the nitrogen content is from 0.005 % to 0.009 % (each in wt %).

4. The hot-rolled strip according to one of Claims 1 through 3,
characterized in that it is hot-dip galvanized.

5. A method of producing hot-rolled strip with a final thickness of less than 5 mm, in particular less than 2 mm, from a steel having a composition according to one of Claims 1 through 3, with tensile strength values of more than 800 N/mm²,
characterized by the following measures:

- a slab ingot is heated to 1000°C to 1300 °C,

- prerolled in a temperature range from 950 °C to 1150°C,

- finish-rolled at a final rolling temperature above Ar3,

- the hot-rolled strip thus produced is cooled to a winding temperature in the range of 20 °C to below the martensite starting temperature and it is wound, so that a structure with more than 95 % martensite is obtained.

6. The method according to Claim 5,
characterized in that the cooling from the final rolling temperature to the winding temperature is carried out at t 8/5 of less than 10 sec.

7. The method according to Claim 5 or 6,
characterized in that the tensile strength of the hot-rolled strip is adjusted to a value in the range of 800 N/mm² to 1400 N/mm² through an appropriate choice of the winding temperature within the temperature range specified in Claim 5.

8. Use of hot-dip galvanized hot-rolled strip constituted according to one of the Claims 1 through 3 and produced according to a method devised according to Claims 5 through 7 for mechanically high-stressed parts in automotive engineering, e.g., front and rear bumpers and side-impact bumpers.

Revendications

1. Feuillard à chaud avec une épaisseur inférieure à 5 mm, en particulier inférieure à 2 mm, qui possède une résistance à la traction comprise entre 800 et 1400 N/mm²,
   réalisé en un acier qui contient (en pourcentage en masse)
   entre 0,08 et 0,25 % de carbone,
   entre 1,20 et 2,0 % de manganèse,
   entre 0,02 et 0,05 % d'aluminium,
   moins de 0,04 % de silicium,
   ainsi qu'un ou plusieurs des éléments suivants au choix : chrome, cuivre, molybdène, nickel, azote, titane et bore avec les teneurs ci-dessous :

jusqu'à 1,0 % de chrome,

jusqu'à 0,1% de cuivre,

jusqu'à 0,5 % de molybdène,

jusqu'à 0,1 % de nickel,

jusqu'à 0,009 % d'azote,

   le titane en une quantité suffisante pour la captation stoechiométrique de l'azote contenu dans l'acier (Ti = 3,4 % N),
   jusqu'à 0,0025 % de B
   et pour le reste, du fer et des impuretés inévitables incluant jusqu'à 0,015 % de phosphore et jusqu'à 0,003 % de soufre,
   et qui présente une structure martensitique avec, au total, moins de 5 % d'autres constituants structuraux.

2. Feuillard à chaud selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'acier contient entre 0,12 et 0,2 % de carbone.

3. Feuillard à chaud selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que (en pourcentage en masse) la teneur en carbone est comprise entre 0,08 et 0,15 %, la teneur en manganèse entre 1,75 et 1,90 %, la teneur en chrome entre 0,5 et 0,6 % et la teneur en azote entre 0,005 et 0,009 %.

4. Feuillard à chaud selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est galvanisé à chaud.

5. Procédé de fabrication de feuillards à chaud d'une épaisseur finale inférieure à 5 mm, en particulier inférieure à 2 mm, réalisé en un acier de la composition selon l'une des revendications 1 à 3, avec des valeurs de résistance à la traction supérieures à 800 N/mm²,
   caractérisé par les actions suivantes :

- une brame est portée à une température comprise entre 1000 et 1300°C,

- dégrossie dans la plage de température comprise entre 950 et 1150°C,

- finie au laminoir à une température de fin de laminage supérieure à Ar3,

- le feuillard à chaud ainsi produit est refroidi et bobiné pour atteindre une température de bobinage dans la plage de 20°C jusqu'à en dessous de la température de départ de la martensite, grâce à quoi une structure avec plus de 95 % de martensite est obtenue.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le refroidissement pour passer de la température de laminoir finisseur à la température de bobinage se fait avec t 8/5 inférieur à 10 s.

7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la résistance à la traction du feuillard à chaud est fixée à une valeur comprise entre 800 et 1400 N/mm² par la sélection correspondante de la température de bobinage à l'intérieur de la plage de température mentionnée à la revendication 5.

8. Application du feuillard à chaud galvanisé à chaud, constitué selon l'une des revendications 1 à 3 et fabriqué selon un procédé développé selon les revendications 5 à 7 pour les pièces mécaniques fortement sollicitées dans la construction automobile, par exemple des poutres de protection latérale et des boucliers.