[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Schmelztauchbeschichtung
von Stahlband. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit dem Verfahren erhältliches,
schmelztauchbeschichtes, also insbesondere verzinktes Stahlband. Dieses Stahlband
soll alterungsbeständig sein, eine gute Kaltumformbarkeit beziehungsweise Tiefziehfähigkeit
aufweisen, also insbesondere geeignet sein, um damit Karosseriebleche herzustellen.
Das Stahlband soll außerdem ein quasi isotropes Verformungsverhalten (kleiner Delta
r Wert) und eine hohe Streckgrenze aufweisen.
[0002] Nach DE-OS 15 21 376 ist bekannt, die Bänder vor der Einführung in das Zinkbad auf
450 bis 500 Grad zu erwärmen, nachdem vorher in reduzierender Atmosphäre das Band
bei einer Temperatur von 720 bis 950 Grad geglüht worden ist.
[0003] Es war nach der gleichen Schritt ferner bekannt, weichgeglühte Bänder einzusetzen,
bei denen keine Glühbehandlung erfolgt. Stattdessen werden die Bänder auf bis zu 230
Grad Celsius erwärmt und mit dieser Oberflächentemperatur durch das auf 450 Grad Celsius
erhitzte Zinkbad gezogen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß das Zinkbad
durch eine unwirtschaftliche Induktionsheizung von außen beheizt werden muß und hierbei
Schwierigkeiten auftreten. Es wurde deshalb vorgeschlagen, die Bänder weiterhin weichzuglühen,
zu reinigen und in reduzierender Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 500 und 720
Grad Celsius zu erwärmen, bevor das Band mit etwa 480 Grad Celsius in das Zinkbad
eingeführt wird. Hierdurch sollte eine Streckgrenze von nur 20 kg/mm
2 erreicht werden.
[0004] Die Glühbehandlung bei Temperaturen von mehr als 500 Grad Celsius vor der Einführung
des Bandes in das Zinkbad ist auch im weiter bekannten Stand der Technik als grundsätzliche
Maßnahme vorgesehen.
[0005] So wird zum Beispiel in DE-OS 16 21 340 das Band bei Temperaturen zwischen 650 und
750 Grad geglüht.
[0006] Nach DE-OS 23 40 413 wird das Band unter nichtoxidierenden Bedingungen auf 750 bis
800 Grad Celsius erhitzt, bevor es in das Zinkbad eingeführt wird.
[0007] Nach DE 27 11 041 wird das Band auf 650 bis 950 Grad Celsius erwärmt, bevor es nach
Abkühlung in das Zinkbad eintaucht.
[0008] Nach DE 40 38 186 C1 können im Schmelztauchverfahren oberflächenveredelte Bänder
nur in einem Durchlaufverfahren hergestellt werden. Dabei muß nach einem Glühprozeß
die sonst übliche Überalterungsbehandlung, bei der das Band für wenigstens 60 Sekunden
unterhalb 450 Grad Celsius gehalten werden muß, durch eine Abkühlung in drei Kühlphasen
mit jeweils definierter Abkühlgeschwindigkeit erfolgen. Hierdurch soll erreicht werden,
daß die Streckgrenze der erfindungsgemäß behandelten Stähle verringert und die Bruchdehnung
erhöht wird. Wie sich an Proben, die nach einer Auslagerung von vier Wochen geprüft
wurden, um übliche Lagerzeiten zwischen der Fertigung und der Verarbeitung zu berücksichtigen
ergab, soll eine Verbesserung der Alterungsbeständigkeit erreicht worden sein. Diese
günstige Wirkung wird durch eine mit der erfindungsgemäßen Abkühlung erzielten Abnahme
des schädlichen, gelösten Kohlenstoffgehaltes hervorgerufen. Auch in diesem Fall geht
der empfohlenen Abkühlung mit definierten Abkühlungsgeschwindigkeiten eine Glühbehandlung
von 750 bis 800 Grad Celsius voraus. Es zeigt sich außerdem, daß es sich nicht um
ein alterungsbeständiges Blech mit hoher Streckgrenze handelt.
[0009] Aufgabe der Erfindung war es daher, ein schmelztauchbeschichtetes Stahlband bereitzustellen,
das alterungsbeständig ist. Eine weitere Aufgabe ist die Herstellung eines feuerverzinkten
Bleches oder Bandes, das eine hohe Streckgrenze beziehungsweise eine hohe Festigkeit
mit einer guten Kaltumformbarkeit beziehungsweise Tiefziehfähigkeit vereint und ein
quasi isotropes Ziehverhalten aufweist.
[0010] Ein diese Aufgabe lösendes, schmelztauchbeschichtetes Kaltband ist erhältlich, indem
das Kaltband, welches z. B. folgende Analyse aufweist:
0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff, vorzugsweise 0,03 bis 0,48 % Kohlenstoff,
0,01 bis 0,40 % Silizium, bevorzugt bis 0,06 % Silizium,
0,10 bis 0,80 % Mangan,
0,005 bis 0,08 % Phosphor,
0,0005 bis 0,02 % Schwefel,
0,002 bis 0,009 % Stickstoff,
0,015 bis 0,08 % Aluminium,
0,01 bis 0,04 % Titan,
max. 0,15 % von einem oder mehreren Elemente Kupfer, Vanadium, Nickel,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen,
rekristallisierend im Haubenofen geglüht wird.
[0011] Das Kaltband wird dann vor dem Eintauchen in das Schmelzbad im wesentlichen nur noch
auf Schmelzbadtemperatur erwärmt. Dabei wird insbesondere die Tempertur der Bandoberfläche
bei einer Verzinkung auf nicht mehr als 500 Grad Celsius erhöht. Das Band taucht unmittelbar
nach dieser Erwärmung in das Schmelzbad ein. Der Vorteil hierbei ist, daß zum Beispiel
sowohl bei den weichen unlegierten Güten als auch bei den höherfesten mikrolegierten
Güten das beschichtete Feinblech unabhängig von der Beschichtungsart (zum Beispiel
elektrolytische Verzinkung oder Feuerverzinkung) die gleiche chemische Zusammensetzung
und die gleichen technologischen Eigenschaften aufweisen. Die technologischen Eigenschaften
des beschichteten Stahlbandes sind nicht nur von der chemischen Zusammensetzung des
Stahles abhängig, sondern auch von der Wärmebehandlung, die das beschichtete Stahlblech
durchlaufen hat. Für die Bandverzinkung hat die Technik sich grundsätzlich in die
Richtung bewegt, mit der Bandverzinkung eine Durchlaufglühe zu kombinieren. Dabei
wird das Band auf die oben beschriebenen hohen Temperaturen aufgeheizt. Um mit diesem
Verfahren die gleichen technologischen Eigenschaften zu erzeugen, wie sie zum Beispiel
bei haubengeglühtem Material (zum Beispiel ST14) in Verbindung mit einer elektrolytischen
Beschichtung erreicht werden, muß für die Feuerverzinkung ein höherwertiges Material
(zum Beispiel IF-Stahl) eingesetzt werden. Die jetzt vorgeschlagene, von der bisher
üblichen Durchlaufglühe in Verbindung mit einer Schmelztauchbeschichtung abweichende
Verfahrensführung führt zu dem wesentlichen Vorteil, daß die Verarbeitung des beschichteten
Bleches nicht mehr an die Beschichtungsart angepaßt werden muß. So sind die gleichen
technologischen Eigenschaften bei gleicher chemischer Analyse, unabhängig von der
Beschichtungsart erreichbar.
[0012] Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße feuerverzinkte Stahlband ohne zusätzliche
Maßnahmen - wie zum Beispiel definierte Abkühlphasen - alterungsbeständig.
[0013] Schließlich ist, da die bisher grundsätzlich verwendete Durchlaufglühe zur Rekristallisation
nicht mehr notwendig ist, die Beschichtungsbehandlung nicht mehr auf die Durchlaufglühe
abzustimmen. Bei einer Verzinkung ist diese also nicht mehr abhängig von der Rekristallisationsbehandlung
in der Durchlaufglühe. Daher ist auch die Bandgeschwindigkeit nicht mehr auf die Stahlsorte
abzustimmen. Die Leistung der Verzinkungsanlage ist demzufolge nur noch bestimmt durch
die Auslegung des Verzinkungsteils.
[0014] Das erfindungsgemäße schmelztauchbeschichtete Stahlband wird zunächst hinsichtlich
der Kaltbandherstellung anhand der folgenden Ausführungsbeispiele zur Herstellung
eines Kaltbandes mit äußerst geringer Anisotropie (Delta r < 0,2) näher erläutert.
[0015] Aus den Schmelzen A - D sowie dem Vergleichsschmelzen E - F (Tabelle 1) werden Brammen
von 210 mm Dicke im Strang vergossen. Nach Erwärmung im Stoßofen auf 1250 Grad Celsius
wurde die Bramme zu Warmband von 3 mm Dicke ausgewalzt, gehaspelt und auf Raumtemperatur
abgekühlt. Die Walzendtemperaturen und Haspeltemperturen zeigt Tabelle 2. Nach dem
Beizen wurden Bänder durch Kaltwalzen in unterschiedlichen Stufen von 10 % bis zu
80 % auf Feinblechdicke reduziert und erneut gehaspelt. Das Bund wurde im Haubenglühofen
auf 700 Grad Celsius erwärmt, mit einem Durchsatz von 1,1 t/h bis 1,9 t/h rekristallisierend
geglüht und anschließend im Ofen auf 120 Grad Celsius abgekühlt.
[0016] Die Kaltwalzung in Abhängigkeit vom Titangehalt erfolgt bei:
0,01 % Titan mit 20-60 %, bevorzugt 30 - 50 % Kaltwalzgrad;
0,02 % Titan mit 10-15 % oder 40 - 85 %, bevorzugt 50 - 80 % Kaltwalzgrad;
0,03 % Titan mit 10 - 20 % oder 50 - 85%, bevorzugt 60 - 80 % Kaltwalzgrad;
0,04 % Titan mit 15 - 25 % oder 55 - 80%, bevorzugt 20 % oder 60 - 70 % Kaltwalzgrad.
[0017] Für Zwischenwerte des Legierungselementes Titan, beispielsweise 0,025 % Ti, werden
bevorzugt Kaltwalzgrade bis 15 % oder 20 % und bis 85 % eingestellt. Bei Werten zwischen
0,01 % und 0,02 % werden bevorzugt niedrigere Kaltwalzgrade eingestellt. Den bevorzugten
Kaltwalzgraden konnte ein hohes Zugfestigkeits- und Streckgrenzenniveau zugeordnet
werden.
Beispiel: Stahl B
[0018]
a) Kaltwalzgrad 10 bis 15 % =
Streckgrenzenniveau Rp 0,2 = 400 bis 350 N/mm2
Zugfestigkeitsniveau Rm = 450 bis 400 N/mm2
b) Kaltwalzgrad 30 % =
Rp 0,2 = 180 N/mm2 und Rm = 320 N/mm2
c) Kaltwalzgrad 50 bis 80 % =
Rp 0,2 = 250 bis 280 N/mm2 und Rm = 360 bis 370 N/mm2
[0019] Diese Erkenntnis ermöglicht eine bauteil- oder funktionsangepaßte Wahl der Festigkeit
für ein und dasselbe Bauteil durch Änderung der Parameter Titangehalt und Kaltwalzgrad.
[0020] Tabelle 2 zeigt die erfindungsgemäß erzielte Korngröße in ASTM-Einheiten; die erzielbare
Kornverfeinerung gegenüber Stählen ohne Titanzusatz nach dem Stand der Technik ist
erheblich und reicht bis ASTM 11. Demgegenüber wiesen die Vergleichsschmelzen ein
größeres Korn und eine erhöhte Anisotropie auf.
[0021] Für einen Stahl C (Varianten C3 bis C5) wurden Versuche mit variabler Haspeltemperatur
Th und Glühdurchsatz Pg durchgeführt (Tabelle 3). Während Schwankungen in der Durchsatzmenge
des Haubenglühofens von 1,1 bis 1,9 t/h sowohl die Korngröße als auch die ebene Anisotropie
Delta r nicht negativ beeinflußten, hatte eine Erhöhung der Haspeltemperaturen auf
710 Grad Celsius bei annähernd gleichen Walzendtemperaturen eine Kornvergröberung
und eine Erhöhung der ebenen Anisotropie zur Folge. Die Haspeltemperaturen sollten
demzufolge zwischen 520 und 710, bevorzugt zwischen 450 und 680 Grad Celsius liegen.
Tabelle 1
Schmelzanalyse (Werte in Gewichtsprozenten) |
Stahl |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Al |
N |
Ti |
Bemerkung |
A |
0,046 |
0,02 |
0,17 |
0,009 |
0,011 |
0,022 |
0,0025 |
0,01 |
|
B |
0,044 |
0,025 |
0,25 |
0,013 |
0,005 |
0,054 |
0,0032 |
0,02 |
|
C |
0,048 |
0,03 |
0,24 |
0,014 |
0,006 |
0,051 |
0,0034 |
0,03 |
|
D |
0,03 |
0,03 |
0,20 |
0,012 |
0,005 |
0,078 |
0,0050 |
0,04 |
|
E |
0,04 |
0,02 |
0,25 |
0,020 |
0,015 |
0,061 |
0,0033 |
---- |
Vergleich |
F |
0,04 |
0,03 |
0,25 |
0,008 |
0,007 |
0,065 |
0,0047 |
---- |
Vergleich |
Tabelle 2
Stahl |
Tw °C |
Th °C |
KASTM min/max |
A |
860 |
490 |
10/7 |
B |
870 |
500 |
11/9 |
C1 |
870 |
500 |
11/9 |
C2 |
880 |
450 |
11/9 |
D |
890 |
430 |
11/9 |
E |
900 |
710 |
9/4 |
F |
890 |
500 |
9/6 |
Tabelle 3
Stahl |
Tw °C |
Th °C |
Pg t/h |
KASTM |
Δ r min/max |
C3 |
880 |
520 |
1,1 |
9 - 10 |
-0,07 / +0,06 |
C4 |
915 |
540 |
1,9 |
9 - 10 |
-0,04 / +0,08 |
C5 |
870 |
710 |
1,9 |
8 - 9 |
+0,09 / +0,17 |
[0022] In Tabelle 2 und 3 bedeuten:
- Tw
- Walzendtemperatur
- Th
- Haspeltemperatur
- K
- Korngröße nach ASTM
- Pg
- Glühdurchsatz
- Δr
- ebene Anisotropie
[0023] Das derart hergestellte Kaltband wird nach einer chemischen Reinigung in einem Ofen
unter Schutzgas, bevorzugt einem Induktionsofen, auf im wesentlichen nur die Schmelzbadtemperatur
erwärmt. Die Bezeichnung

Schmelzbad" ist hier nur im Sinne eines Beispiels verwendet. Es können auch andere
Beschichtungsverfahren, wie z. B. Flammsprühen, verwendet werden. Erfindungsgemäß
kommt es darauf an, das Band nur soweit zu erwärmen, wie es für die Beschichtung notwendig
ist. Unter Erwärmung auf

Schmelzbadtemperatur" ist also eine Erwärmung auf die für die Beschichtung notwendige
Temperatur zu verstehen.
[0024] Bei einer Verzinkung beträgt die Oberflächentemperatur des Bandes bei dieser Erwärmung
nicht mehr als 420 bis 500 Grad Celsius. Das derart erwärmte Band wird unmittelbar,
also im wesentlichen ohne Abkühlung, in das Bad für die Schmelztauchbeschichtung eingeführt.
[0025] Das schmelztauchbeschichtete Band wird nach einer Abkühlung auf etwa Raumtemperatur
dressiert, streckgerichtet und chemisch passiviert beziehungsweise für eine nachfolgende
Beschichtung chemisch vorbehandelt und getrocknet. Die Beschichtung kann insbesondere
aus einem Mehrschichtaufbau, zum Beispiel aus Versiegelung, Vorgrundierung und einer
mehrschichtigen Vorlackierung, bestehen. Hierbei ist von entscheidender Bedeutung,
daß das erfindungsgemäße schmelztauchbeschichtete Stahlband durch die Erwärmung auf
nur Schmelzbadtemperatur des eingesetzten Kaltbandes, auch nach der Lackierung, keine
Alterung aufweist.
[0026] Die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage weist einen unmittelbar vor dem Schmelztauchbad
4 angeordneten Erwärmungsofen 14 auf. In dem Ofen wird das Band auf im wesentlichen
Schmelzbadtemperatur erwärmt. Bei einer Verzinkungsanlage beträgt die Oberflächentemperatur
des Bandes im Ofen maximal 500 Grad Celsius. Bevorzugt wird eine Temperatur von 420
bis 500 Grad Celsius eingestellt. Hierdurch entfällt die bisher übliche Kühlung sowie
die bisher übliche Überalterung. Ein Ausführungsbeispiel der Beschichtungsanlage wird
anhand des in der beigefügten Abbildung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles
erläutert.
[0027] Von dem Haspel 1 gelangt das Band über einen Bandspeicher 2 (Looper) über eine Entfettung
mit Trocknung 3 in den Erwärmungsofen 14. Der Erwärmungsofen 14 ist bevorzugt ein
Induktionsofen, der unmittelbar vor der Einführung des Bandes in das Schmelzbad 4
angeordnet ist. In dem Ofen wird von etwa Raumtemperatur (a) das Band zum Beispiel
mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 150 bis 300 Grad Celsius/Sekunde unter Schutzgas
auf die gewünschte Temperatur (b) erwärmt und verläßt dann das Schmelzbad 4 mit etwa
der Schmelzbadtemperatur (c). In einem weiteren Bandspeicher mit einer Kühleinheit
kühlt das Band auf vorgegebene Temperaturen (d, e) ab, gelangt dann in ein Dressiergerüst
5, einen Streckrichter 6 und eine chemische Behandlung 7 mit Trockner 8. Daran anschließend
können mehrere Beschichtungsschritte 9, 11 mit jeweiliger Trocknung 10, 12 erfolgen.
Das fertig beschichtete Band wird auf einem Haspel 13 aufgewickelt.
1. Verfahren zur Herstellung von schmelztauchbeschichtetem kaltgewalztem Stahlband, dadurch
gekennzeichnet, daß
vor einer Tauchbeschichtung das Stahlband unter Schutzgas auf eine Temperatur unterhalb
der Rekristallisationstemperatur auf nicht mehr als 420 bis 500 Grad Celsius erwärmt
wird, wobei das Stahlband die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozenten aufweist:
0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff,
0,01 bis 0,40 % Silizium,
0,10 bis 0,80 % Mangan,
0,005 bis 0,08 % Phosphor,
0,0005 bis 0,02 % Schwefel,
0,002 bis 0,009 % Stickstoff,
0,015 bis 0,08 % Aluminium,
0,01 bis 0,04 % Titan,
max. 0,15 % von einem oder mehreren Elemente Kupfer, Vanadium, Nickel,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
2. Schmelztauchbeschichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor dem Schmelztauchbad
ein Erwärmungsofen angeordnet ist, in dem die Temperatur des Stahlbandes auf einen
Wert unterhalb der Rekristallisationstemperatur, im wesentlichen auf nur die Temperatur
des Schmelzbades eingestellt ist.
3. Beschichtungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im
Erwärmungsofen bei einer Verzinkung maximal 500 Grad Celsius, insbesondere 420 bis
500 Grad Celsius beträgt.
4. Schmelztauchbeschichtetes Stahlband, erhältlich durch Haubenglühung des Kaltbandes
und Erwärmung des Bandes vor der Tauchbeschichtung auf eine Temperatur, welche die
Schmelzbadtemperatur nicht wesentlich überschreitet, insbesondere nicht größer als
500 Grad Celsius ist.
5. Schmelztauchbeschichtetes , kaltgewalztes Blech oder Band aus Stahl mit folgender
Zusammensetzung in Gewichtsprozenten:
0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff, vorzugsweise 0,03 bis 0,048 % Kohlenstoff,
0,01 bis 0,40 % Silizium,
0,10 bis 0,80 % Mangan,
0,005 bis 0,08 % Phosphor,
0,005 bis 0,02 % Schwefel,
0,002 bis 0,009 % Stickstoff
0,015 bis 0,08 % Aluminium,
0,01 bis 0,04 % Titan,
max. 0,15 % von einem oder mehreren Elemente Kupfer, Vanadium, Nickel,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen,
erhältlich durch eine Erwärmung des rekristallisierend geglühten Bandes auf nicht
mehr als 420 bis 500 Grad Celsius.
6. Schmelztauchbeschichtetes , kaltgewalztes Blech oder Band aus Stahl mit folgender
Zusammensetzung in Gewichtsprozenten:
0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff, vorzugsweise 0,03 bis 0,048 % Kohlenstoff,
0,01 bis 0,40 % Silizium,
0,10 bis 0,80 % Mangan,
0,005 bis 0,08 % Phosphor,
0,005 bis 0,02 % Schwefel,
max. 0,009 % Stickstoff
0,015 bis 0,08 % Aluminium,
0,01 bis 0,04 % Titan,
max. 0,15 % von einem oder mehreren Elemente Kupfer, Vanadium, Nickel,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen,
erhältlich durch Haspeln des Warmbandes bei weniger als 700 Grad Celsius und anschließendes
Kaltwalzen und Glühen, wobei die Kaltwalzung in Abhängigkeit vom Titangehalt erfolgt
und durch eine Erwärmung des Bandes auf nicht mehr als 420 bis 500 Grad Celsius.
7. Verwendung eines schmelztauchbeschichteten kaltgewalzten Bleches oder Bandes aus Stahl
nach den Ansprüchen 1 bis 6 für das Tiefziehen von Automobilteilen.