Verfahren zur Herstellung von Warmband mit Zweiphasen-Gefüge

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Warmband mit einem Zweiphasen-Gefüge aus einer zuvor durch Blockgießen oder Stranggießen hergestellten Bramme. Die Bramme enthält neben Eisen als wesentliche Bestandteile Kohlenstoff, Mangan, Silizium und Chrom. Die Bramme wird bis auf Walztemperatur erwärmt, bei einer Temperatur oberhalb A,₃ warmgewalzt, aus der Walzhitze beschleunigt abgekühlt und bei verhältnismäßig niedriger Temperatur gehaspelt. Kennzeichnende Maßnahmen der Erfindung sind, daß das Warmband

a) aus einem Stahl erzeugt wird, der neben 0,05 bis 0,16 % C, 0,5 bis 1,0 % Si, 0,3 bis 1,5 % Cr, ≤ 0,025 % P,≤ 0,015 % S, 0,02 bis 0,10 % Al und ≤ 0,011 % N, 0,2 bis 0,4 % Mn, Rest Eisen und die üblichen Verunreinigungen enthält,

b) unmittelbar nach dem Fertigwalzen von der Endwalztemperatur bis auf die Haspeltemperatur mit einer mittleren Geschwindigkeit im Bereich von 30 bis 70 °C/s und ohne Unterbrechungen beschleunigt abgekühlt wird und

c) anschließend bei einer Temperatur im Bereich von 350 bis 190 °C gehaspelt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Warmband mit einem Zweiphasen-Gefüge aus einer zuvor durch Blockgießen oder Stranggießen hergestellten Bramme, die neben Eisen als wesentliche Bestandteile Kohlenstoff, Mangan, Silizium und Chrom enthält, durch Erwärmen der Bramme bis auf Walztemperatur, durch Warm- und Fertigwalzen bei einer Temperatur > Ar3, durch beschleunigtes Abkühlen aus der Walzhitze und durch Haspeln bei verhältnismäßig niedriger Temperatur.

[0002] Ein derartiges Verfahren zur Herstellung von Warmband mit einem Zweiphasen-Gefüge aus.feinkörnigem Ferrit ( > 70 %) und darin dispergierten Körnern aus Martensit, bei dem die im wesentlichen Kohlenstoff, Mangan, Silizium und Chrom enthaltene Bramme zunächst auf Warmwalztemperatur erwärmt, anschließend oberhalb A_r3 warm- und fertiggewalzt, im Anschluß daran beschleunigt abgekühlt und schließlich bei niedriger Temperatur gehaspelt wird, ist aus der EP-B-19 193 und aus der EP-A-72 867 bekannt.

[0003] Bei dem aus der EP-B-19 193 bekannten Verfahren wird die Bramme, die im wesentlichen 0,05 - 0,20 % C, 0,5 - 1,5 % Mn und 0,5 - 2,0 % Si sowie ggf. Cr, V, Mo, Ti und Nb, Rest Eisen enthält, im austenitischen Zustand warmgewalzt, anschließend bis auf eine Temperatur im bereich von ca. 800 - 650 °C abgekühlt, gehaspelt und bei dieser Temperatur mindestens eine Minute lang gehalten. Im Anschluß daran wird das Band in einem weiteren Verfahrensschritt abgewickelt, mit einer Geschwindigkeit >10 °C/s auf eine Temperatur < 450 °C gekühlt und schließlich bei dieser Temperatur erneut gehaspelt.

[0004] Bei dem aus der EP-A-72 867 bekannten Verfahren wird die auf Walztemperatur erwärmte Bramme, die im wesentlichen 0,02 - 0,20 % C, 0,5 - 2,0 % Mn, 0,05 - 2,0 % Si und 0,3 - 1,5 % Cr sowie ≤ 0,15 % P und ≤ 0,1 % Al, Rest Eisen enthält, mit einer Endwalztemperatur > 780 °C warmgewalzt. Nach dem Verlassen der Fertigstaffel wird das Warmband mit einer Geschwindigkeit >40 °C/s auf eine Zwischentemperatur T_N in der Größenordnung von ca. 750 - 650 °C abgekühlt und mindestens 5 Sekunden lang auf dieser Temperatur gehalten. Im Anschluß daran erfolgt eine weitere beschleunigte Abkühlung mit einer Geschwindigkeit >50 °C/s auf eine Temperatur im Bereich von 550 - 200 °C, bevor das Band schließlich bei dieser Temperatur gehaspelt wird.

[0005] Mit beiden vorbekannten Verfahren werden ein geringes Streckgrenzenverhältnis ( < ca. 0,70) und gute Kaltumformbarkeit des warmgewalzten Bandes bzw. der daraus erzeugten Bleche erzielt. Um das entsprechene Zweiphasen-Gefüge einzustellen, sind jedoch in beiden Fällen ein gesteuertes bzw. gestuftes Abkühlverfahren nach dem Warm- bzw. Fertigwalzen des Warmbandes vorgesehen. Es wechseln Phasen der beschleunigten Abkühlung und Phasen des Haltens des Warmbandes bei einer bestimmten Temperatur (Abkühlung an ruhender Luft) miteinander ab. Vorrichtungsmäßig bedeuten beide Abkühlverfahren aufwendige Kühlstrecken bzw. im Falle des aus der EP-B-19 193 vorbekannten Verfahrens eine zweite Ab- und Aufwickelvorrichtung für das fertiggewalzte Warmband.

[0006] Andererseits ist aus der EP-A-68 598 ein Verfahren zum Herstellen von Warmband mit einem Zweiphasen-Gefüge, niedrigem Streckgrenzenverhältnis und guter Umformbarkeit bekannt, bei dem im Unterschied zu den beiden vorgenannten Verfahren das Warmband nach dem Fertigwalzen ohne zusätzlichen Aufwand auf eine niedrige Haspeltemperatur abgekühlt wird. Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß die Bramme neben 0,03 - 0,15 % C, 0,6 - 1,8 % Mn, ≤ 0,10 % Al, ≤ 0,008 % S und ggf. 0,2 - 2,0 % Si allein oder zusammen mit Cr einen erhöhten Phosphorgehalt im Bereich von 0,04 - 0,20 ) , Rest Eisen enthält. Zusätzlich muß die Bramme auf eine bestimmte Temperatur in dem vorgegebenen Bereich von 1.100 - 1.250 °C erwärmt werden bevor sie anschließend warmgewalzt und bei einer Temperatur im Bereich von 900 - 780 °C fertiggewalzt sowie nach dem Fertigwalzen mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 10 - 200 °C/s abgekühlt wird und schließlich bei einer Temperatur ≤ 450 °C gehaspelt werden kann. Zwar besitzt dieses vorbekannte Verfahren den Vorteil, daß das Warmband auf herkömmlichen Walzstraßen mit der zugehörigen Kühlstrecke ohne zusätzlichen apparativen Aufwand hergestellt werden kann. Andererseits bedeutet jedoch die Erhöhung des Phosphorgehaltes eine Verschlechterung der Schweißbarkeit des Warmbandes. Des weiteren nimmt die Neigung zur Anlaßversprödung des Warmbandes mit zunehmendem bzw. erhöhtem Phosphorgehalt zu. Diese Anlaßversprödung macht sich insbesondere dann negativ bemerkbar, wenn das aus dem Warmband mit dem erhöhten Phosphorgehalt hergestellte blech anschließend bei der Weiterverarbeitung beispielsweise geschweißt werden muß. Darüber hinaus muß bei diesem vorbekannten Verfahren die Temperatur des Ofens zur Erwärmung und Durchwärmung der Bramme bis auf Walztemperatur exakt eingestellt werden, wobei diese Temperatur aus dem vorgegebenen Temperaturbereich darüber hinaus unterhalb der üblichen Temperaturen liegt.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist nun die Schaffung eines Verfahrens zur Erzeugung von Warmband mit Zweiphasen-Gefüge das bei mindestens gleich gutem Eigenschaftsprofil, nämlich niedrigem Streckgrenzenverhältnis (unter ca. 0,70), isotroper Kaltumformbarkeit, guter Schweißbarkeit, mit einfachen Mitteln, insbesondere auf herkömmlichen Walzstraßen mit zugehöriger Kühlstrecke, d.h. ohne zusätzlichen apparativen Aufwand hergestellt werden kann.

[0008] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Warmband

a) aus einem Stahl erzeugt wird, der neben 0,05 bis 0,16 % C, 0,5 bis 1,0 % Si, 0,3 bis 1,5 % Cr, 0, 025 % P, ≤ 0,015 % S, 0,02 bis 0,10 % Al und ≤ 0,011 % N, 0,2 bis 0,4 % Mn, Rest Eisen und die üblichen Verunreinigungen enthält,

b) unmittelbar nach dem Fertigwalzen von der Endwalztemperatur bis auf die Haspeltemperatur mit einer mittleren Geschwindigkeit im Bereich von 30 bis 70 °C/s und ohne Unterbrechungen beschleunigt abgekühlt wird und

c) anschließend bei einer Temperatur im Breich von 350 bis 190 °C gehaspelt wird.

[0009] Im Vergleich zu dem vorgenannten bereits bekannten Stand der Technik ist erfindungswesentlich, daß der Mangan-Gehalt des Stahles, aus dem zunächst die Bramme und anschließend das Warmband hergestellt werden, reduziert und auf einen niedrigen Wert im Bereich von 0,20 bis 0,40 % eingestellt wird. Vorzugsweise wird dabei gleichzeitig der Kohlenstoffgehalt des Stahles auf einen Wert im Bereich von 0,05 bis 0,12 % eingestellt.

[0010] Die aus einem Stahl der beanspruchten Zusammensetzung erzeugte Bramme kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren anschließend auf die übliche Walztemperatur erwärmt und durcherwärmt werden. Diesbezüglich sind keine besonderen Maßnahmen erforderlich.

[0011] Erfindungsgemäß erfolgt das Warm- und Fertigwalzen der durcherwärmten Bramme zu dem Warmband bei einer Temperatur oberhalb und möglichst dicht an A_r3. Auch bezüglich dieser Verformung während des Warmwalzens und insbesondere während des Fertigwalzens in den letzten beiden Gerüsten der Fertigstaffel sind bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens darüber hinaus keine weiteren besonderen Maßnahmen notwendig. So beträgt die Verformung in den letzten beiden Gerüsten der Fertigstaffel pro Gerüst maximal 25 %, vorzugsweise etwa 15 %.

[0012] Im Anschluß daran wird das Warmband erfindungsgemäß unmittelbar nach dem Fertigwalzen mit einer Endwalztemperatur oberhalb A_r3 mit einer mittleren Geschwindigkeit im Bereich von 30 bis 70 °C/s und ohne Unterbrechungen beschleunigt abgekühlt und dann bei einer Temperatur im Bereich von 350 bis 190 °C gehaspelt.

[0013] Erfindungsgemäß enthält die Bramme zusätzlich 0,01 bis 0,04 % Titan im stöchiometrischen Verhältnis zum Stickstoff, um bei der erfindungsgemäßen niedrigen Haspeltemperatur eine Verbesserung der Kaltumformbarkeit zu erzielen. Gleichzeitig wird damit eine Stickstoffalterung des fertiggewalzten Warmbandes bzw. der daraus hergestellten Bleche vermieden.

[0014] Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß Warmband mit einem Zweiphasen-Gefüge aus feinkörnigem, globularem Ferrit (>80 %) und darin dispergierten Körnern aus Martensit auf herkömmlichen Warmbandstraßen mit der zugehörigen nachgeschalteten Kühlstrecke hergestellt werden kann. Ferner ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, auf bekannte Maßnahmen zur Beschleunigung der Ferritbildung und deren negative Auswirkungen, wie z.B. auf eine hohe Endverformung beim Warmwalzen und auf ein Fertigwalzen im Zweiphasen-Gebiet, zu verzichten. Dabei bedeuten eine hohe Endverformung unerwünschte hohe Walzkräfte sowie eine Verschlechterung der Bandebenheit und Bandgeometrie und ein Fertigwalzen im Zweiphasen-Gebiet ebenfalls hohe Walzkräfte, eine Verschlechterung der Kaltumformbarkeit und anisotrope mechanische Eigenschaften des fertiggewalzten Warmbandes.

[0015] Im Vergleich zu den beiden aus der EP-B-19 193 und EP-A-72 867 vorbekannten Verfahren sind apparative Änderungen und vorrichtungsmäßige Ergänzungen der Kühlstrecke nicht erforderlich. Darüber hinaus ist es im Vergleich zu dem aus der EP-A-68 598 bekannten Verfahren auch nicht notwendig, die Temperatur, mit der das Warmwalzen begonnen wird, zu steuern und zuvor exakt einzustellen. Vielmehr kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei einer Temperatur > 1.250 °C mit dem Warmwalzen begonnen werden.

[0016] Trotz des Hinweises in der EP-A-68 598, Seite 7, daß zur Einstellung des Zweiphasen-Gefüges ein Mn-Gehalt von mindestens 0,6 % erforderlich ist, hat sich überraschenderweise gezeigt, daß dies erfindungsgemäß auch mit einem reduzierten Mn-Gehalt, vorzugsweise im Bereich von 0,2 - 0,4 % möglich ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß aufgrund des reduzierten Mn-Gehaltes die Herstellungkosten reduziert werden. Darüber hinaus bewirkt der erfindungsgemäß geringe Mn Gehalt in vorteilhafter Weise, daß sich praktisch keine gestreckten Sulfide (MnS) bilden, die üblicherweise bei hochfesten Stählen eine Verschlechterung der Kaltumformbarkeit, insbesondere in Querrichtung, verursachen. Aus diesem Grund kann beispielsweise bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf eine Absenkung des Schwefelgehaltes bei der Herstellung des Stahles verzichtet werden, um damit die Ausbildung gestreckter Sulfide bei höheren Mn-Gehalten zu steuern. Dies bedeutet aber eine Verringerung der Herstellungskosten der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Warmbänder.

[0017] Dabei kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Gegensatz zu dem aus der EP-A-68 598 vorbekannten Verfahren auf den erhöhten Zusatz von Phosphor, der zur Versprödung führt, verzichtet werden. Der bevorzugte Phosphorgehalt ist auf 4 0,015 % begrenzt.

[0018] Insgesamt kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Warmband mit einem Zweiphasen-Gefüge aus >80 % feinkörnigem, globularem Ferrit und Martensit und mit einem Streckgrenzenverhältnis < 0,70 hergestellt werden, das sich ohne Probleme schweißen läßt und sowohl in Längs- als auch in Querrichtung eine gute gleichmäßige Kaltumformbarkeit besitzt.

[0019] Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei dem nach dem Verfahren hergestellten Warmband nach einer Verformung und anschließenden Anlaßbehandlung, beispielsweise durch das Einbrennen einer aufgetragenen Lackschicht, eine zusätzliche Streckgrenzensteigerung erreicht wird. Des weiteren ermöglicht der geringe Legierungsgehalt die Erzeugung von Warmband mit einem Zweiphasen-Gefüge mit Zugfestigkeiten von 500 bis 600 N/mm², die insbesondere für die Fertigung von Teilen geeignet sind, die eine hohe Kaltumformbarkeit erfordern.

[0020] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.

[0021] Stranggußbrammen mit den in Tabelle 1 angegebenen chemischen Zusammensetzungen A und B wurden zunächst auf eine Temperatur von ca. 1.250 °C erwärmt und durcherwärmt. Im Anschluß daran wurden sie bei einer Temperatur oberhalb A_r3 warm- und bis auf eine Enddicke d (s. Tabelle 2) fertiggewalzt. Dabei wurde die Endwalz- bzw. Fertigwalztemperatur möglichst dicht an A_r3 gelegt. Anschließend wurden die fertiggewalzten Bänder mit einer mittleren Geschwindigkeit im Bereich von 30 - 70 °C/s auf einer herkömmlichen der Warmbandstraße nachgeordneten Kühlstrecke ohne Unterbrechungen beschleunigt abgekühlt und bei den verschiedenen in Tabelle 2 angegebenen Haspeltemperaturen HT aufgewickelt. Es ergaben sich dabei die in Tabelle 2 zusammengestellten mechanischen Eigenschaften der fertiggewalzten Bleche.

[0022] Die in Tabelle 2 angegebenen Werte verdeutlichen, daß bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten _Bändernbzw. blechen ein Streckgrenzenverhältnis < 0,70 sowohl in Längsrichtung L als auch in Querrichtung Q erreicht werden konnte. Ferner ist der Tabelle 2 zu entnehmen, daß erfindungsgemäß eine Haspeltemperatur HT im Bereich von 350 - 190 °C eingehalten werden muß. Demgegenüber wird bei höheren Haspeltemperaturen das gewünschte ferritisch/martensitische Gefüge nicht erreicht, wie anhand der ausgeprägten Streckgrenze und des höheren Streckgrenzenverhältnisses der Proben A1 und B1 zu erkennen ist.

[0023] Darüber hinaus zeigt die Tabelle 2, daß die Haspeltemperatur HT vorzugsweise auf eine Temperatur oberhalb 200 °C einzustellen ist, weil sich bei einer niedrigeren Haspeltemperatur, s. Proben A3 und B3, das Streckgrenzenverhältnis wieder erhöht und die Bruchdehnung A₅ zu noch schlechteren Werten hin abnimmt. Beides wirkt sich aber ungünstig auf die Kaltumformbarkeit des Warmbandes bzw. Bleches aus.

[0024] Ferner ergab eine künstlich durchgeführte Alterungsbehandlung bei 100 °C und ca. eine Stunde lang keine Veränderung der Streckgrenze. Andererseits wurde zum Beispiel bei den beiden Bändern bzw. Blechen A2 und B2 eine Streckgrenzensteigerung im Bereich von 40 - 80 N/mm² nach einer Anlaßbehandlung bei ca. 170 °C und 20 Minuten lang ermittelt, nachdem die Bänder bzw. Bleche zuvor einer dreiprozentigen Vorverformung unterworfen wurden.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Warmband mit einem Zweiphasen-Gefüge aus einer zuvor durch Blockgießen oder Stranggießen hergestellten Bramme, die neben Eisen als wesentliche Bestandteile Kohlenstoff, Mangan, Silizium und Chrom enthält, durch Erwärmen der Bramme bis auf Walztemperatur, durch Warm- und Fertigwalzen bei einer Temperatur > A_r3, durch beschleunigtes Abkühlen aus der Walzhitze und durch Haspeln bei verhältnismäßig niedriger Temperatur,
dadurch gekennzeiehnet,
daß das Warmband

a) aus einem Stahl erzeugt wird, der neben 0,05 bis 0,16 % C, 0,5 bis 1,0 % Si, 0,3 bis 1,5 % Cr, ≤ 0,025 % P, ≤ 0,015 % S, 0,02 bis 0,10 % Al und ≤ 0,011 % N, 0,2 bis 0,4 % Mn, Rest Eisen und die üblichen Verunreinigungen enthält,

b) unmittelbar nach dem Fertigwalzen von der Endwalztemperatur bis auf die Haspeltemperatur mit einer mittleren Geschwindigkeit im Bereich von 30 bis 70 °C/s und ohne Unterbrechungen beschleunigt abgekühlt wird und

c) anschließend bei einer Temperatur im Bereich von 350 bis 190 °C gehaspelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Stahl 0,06 bis 0,12 % C zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Phosphorgehalt auf ≤ 0,015 % begrenzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Stahl zusätzlich 0,01 bis 0,04 % Titan im stöchiometrischen Verhältnis zum vorhandenen Stickstoff zugesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Warmband bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 50 °C oberhalb A_r3 fertiggewalzt und nach der beschleunigten Abkühlung aus der Walzhitze bei einer Temperatur im Bereich von 330 bis 260 °C gehaspelt wird.