(19)
(11) EP 0 775 757 A1

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag:
28.05.1997  Patentblatt  1997/22

(21) Anmeldenummer: 96116218.7

(22) Anmeldetag:  10.10.1996
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)6C23C 2/02, C23C 2/06, C22C 38/00, C21D 9/48, C21D 8/04
(84) Benannte Vertragsstaaten:
AT BE CH DE FR GB IT LI LU NL SE

(30) Priorität: 24.11.1995 DE 19543804

(71) Anmelder: PREUSSAG STAHL AG
31226 Peine (DE)

(72) Erfinder:
  • Zimnik, Walter, Dr.
    38302 Wolfenbüttel (DE)
  • Freier, Klaus, Dr.
    38302 Wolfenbüttel (DE)
  • Buddenberg, Heino, Dr.
    38300 Wolfenbüttel (DE)
  • Schanderl, Otto
    38228 Salzgitter (DE)

(74) Vertreter: Lüdtke, Frank 
Preussag AG Patente und Lizenzen Postfach 61 02 09
30602 Hannover
30602 Hannover (DE)

   


(54) Verfahren und Anlage zur Schmelztauchbeschichtung von alterungsbeständigem Stahlband


(57) Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Schmelztauchbeschichtung von Stahlband. Bisher wurde das Kaltband vor der Schmelztauchbeschichtung, zum Beispiel dem Verzinken, nicht nur auf Schmelzbadtemperatur erwärmt, sondern in einer Durchlaufglühe vor der Schmelztauchbeschichtung rekristallisierend geglüht.
Das so hergestellte schmelztauchbeschichtete Stahlband ist nicht alterungsbeständig. Um ein alterungsbeständiges, schmelztauchbeschichtetes Stahlband zu erzeugen, wird vorgeschlagen, auf das rekristallisierende Glühen in einer Durchlaufglühe zu verzichten und das Band nur noch auf etwa Schmelzbadtemperatur zu erwärmen.


Beschreibung


[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/mm2 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.


Ansprüche

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.
 




Zeichnung







Recherchenbericht