Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Warmband oder -blech aus mikrolegiertem Stahl.
Aus dem Patent Abstract of Japan zur JP 61-281814 A ist ein Verfahren zum Herstellen von hochfesten Warmbändern bekannt. Die Warmbänder bestehen aus einem Stahl, der in Gewichts-% höchstens 0,3 % C, höchstens 0,5 % Si, 0,3 - 2,0 % Mn, ≤ 0,05 % Al, 0,01 - 0,02 % Nb, 0,01 - 0,2 % V sowie ggf. 0,01 - 0,2 % Mo und 0,01 - 0,2 % Ti, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält. Ein aus diesem Stahl erzeugtes Vormaterial wird bei einer Walzendtemperatur von mindestens 750 °C zu Warmband fertiggewalzt, welches unmittelbar anschließend auf eine höchstens 650 °C betragende Haspeltemperatur abgekühlt wird. Anschließend wird das Warmband einer abschließenden Wärmebehandlung unterzogen.
Praktische Versuche haben ergeben, daß die Festigkeit der nach dem bekannten Verfahren erzeugten Warmbänder bei größeren Dicken von 8 mm und mehr nicht die Anforderungen erfüllt, die sich beispielsweise beim Bau von tragenden Konstruktionselementen von Kraftfahrzeug-Chassis ergeben.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Warmbändern anzugeben, die auch bei größeren Dicken eine hohe Festigkeit besitzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Zum Herstellen von bei einer Dicke von 8 mm eine Mindeststreckgrenze von 700 N/mm2 besitzenden Warmbändern oder -blechen wird ein mikrolegierter Stahl, welcher neben Mikrolegierungselementen (in Gewichts-%) 0,05 - 0,12 % C, 0,2 - 0,5 % Si, 1,5 - 2,2 % Mn, ≤ 0,025 % P, ≤ 0,01 % S, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, zu einem Vormaterial wie Brammen, Dünnbrammen oder Vorblöcken, vergossen; das Vormaterial wird auf eine Temperatur von 1300 - 1350 °C erwärmt; das erwärmte Vormaterial wird mit einem Verformungsgrad von 36 % bis 43 % vorgewalzt; das vorgewalzte Vormaterial wird thermomechanisch bei einer oberhalb der Ac3 -Temperatur liegenden Walzendtemperatur zu einem Warmband warmgewalzt; das Warmband wird mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 15 °C/s auf eine mindestens 590 °C und höchstens 630 °C betragende Haspeltemperatur gekühlt und das abgekühlte Warmband schließlich gehaspelt.
Überraschend hat sich gezeigt, daß sich durch die erfindungsgemäße Bemessung der Gehalte der einzelnen Legierungselemente und die gezielte Abstimmung der Walzendtemperatur, der Abkühlungsgeschwindigkeit und der Haspeltemperatur Warmbänder erzeugen lassen, die auch bei Dicken von mehr als 8 mm höchste Festigkeiten besitzen. So liegt bei einem erfindungsgemäß zusammengesetzten und hergestellten Warmband mit einer Dicke von 16 mm die Streckgrenze immer noch bei mindestens 700 N/mm2. Für Dicken von 13 mm läßt sich eine Streckgrenze von mindestens 760 N/mm2 erreichen. Einer ergänzenden Wärmebehandlung im Anschluß an die im Coil erfolgende Abkühlung bedarf es dazu nicht.
Die hohe Festigkeit von erfindungsgemäß erzeugtem Stahl wird durch die kombinierte Anwendung der Ausscheidungs-, Feinkorn- und Mischkristallverfestigung erzielt. Dabei führen die gewählten Gehalte der Legierungselemente C und Mn zu der angestrebten Mischkristallverfestigung. Indem das Vormaterial vor dem Vorwalzen auf eine Temperatur von 1300 °C bis 1350 °C gebracht wird, werden die Ausscheidungen der Mikrolegierungselemente Ti, V und Nb vollständig in Lösung gebracht. Die bei der anschließenden Vorverformung eingestellten Verformungsgrade führen zu einem feinen, gleichmäßig verteilten und rekristallisierten Austenitkorn.
Die hervorragenden Festigkeitswerte machen erfindungsgemäß erzeugtes Warmband insbesondere geeignet zur Herstellung von tragenden Bauelementen an Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise stark belasteten Längsträgern von LKW.
Der Stahl enthält mindestens eines der Mikrolegierungselemente V, Mo, Ti, Nb in folgenden Gehalten (in Gewichts-%) 0,08 - 0,12 % V, 0,1 - 0,2 % Mo, 0,08 - 0,11 % Ti und 0,05 - 0,06 % Nb. Der Al-Gehalt sollte dabei zwischen 0,02 - 0,05 Gewichts-% liegen. Das Mikrolegierungselement Niob behindert das Austenitkornwachstum. Zusätzlich behindert es die Rekristallisation der Austenitkörner während des Warmwalzens.
Vermieden wird die Rekristallisation während des Warmwalzens auch dadurch, daß erfindungsgemäß bei oberhalb der Ac3-Temperatur liegenden Temperaturen warmgewalzt wird. Die Austenit/Ferrit-Umwandlung erfolgt während der Bandabkühlung hinter dem letzten Gerüst der Warmwalzfertigstraße. Auf diese Weise wird ein rekristallisiertes, feinkörniges Gefüge mit geringen Perlitanteilen erhalten. Die Ferritkörner haben dabei eine Größe von 11 bis 14 ASTM.
Die Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 15 °C/s wird gewählt, um das Warmband von der vorzugsweise mindestens 840 °C betragenden Warmwalzendtemperatur ausreichend schnell auf die Haspeltemperatur abzukühlen. Bei der von dieser Haspeltemperatur ausgehenden Abkühlung im Coil wird das Ausscheidungshärtemaximum durch die Mikrolegierungselemente Ti und V sowie Nb erreicht. Besonders sicher läßt sich dieser Effekt erzielen, wenn die Haspeltemperatur im Bereich von 600 °C bis 620 °C liegt.
Warmbänder, deren Streckgrenze auch bei einer Dicke von 16 mm mindestens 700 N/mm2 beträgt, lassen sich bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise dann besonders zuverlässig erzeugen, wenn der Stahl (in Gewichts-%) 0,06 - 0,08 % C, 0,2 - 0,3 % Si, 1,95 - 2,1 % Mn, ≤0,02 % P und ≤ 0,005 % S enthält. Dabei sollte, sofern vorhanden, der Ti-Gehalt nicht mehr als 0,1 Gewichts-% betragen.
Gemäß einer anderen Variante der Erfindung lassen sich Warmbänder, deren Streckgrenze bei einer Dicke von 13 mm mindestens 760 N/mm2 beträgt, dadurch sicher erzeugen, daß der Stahl (in Gewichts-%) 0,10 - 0,12 % C, 0,4 - 0,5 % Si, 1,95 - 2,1 % Mn, ≤ 0,02 % P, ≤ 0,005 % S enthält. Dabei weist der Stahl vorzugsweise mindestens eines der Mikrolegierungselemente V, Mo, Ti, Nb in folgenden Gehalten (in Gewichts-%) auf: 0,08 - 0,10 % V, 0,1 - 0,2 % Mo, 0,09 - 0,11 % Ti, 0,05 - 0,06 % Nb.
Der erfindungsgemäß verwendete Stahl kann herstellungsbedingt oder zur Ausprägung bestimmter Eigenschaften wahlweise eines oder mehrere der Elemente N, Cu, Ni, Sn, B oder As enthalten, wobei die Summe der Gehalte an diesen Elementen nicht mehr als 0,1 Gew.-% beträgt.
Werden als Vormaterial Brammen verarbeitet, so sollte die Haltezeit während der Erwärmung der Brammen mindestens 135 Minuten betragen, um eine sichere Durchwärmung des Vormaterials zu gewährleisten.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert:
Eine Stahlschmelze mit (in Gew.-%)
Das aus der Fertigwalzstaffel austretende Warmband A wurde unmittelbar anschließend auf eine Haspeltemperatur von 610 °C wassergekühlt und gehaspelt. Im Zuge der Wasserkühlung wurden Abkühlgeschwindigkeiten von mindestens 15 °C/s erzielt.
An aus dem derart erzeugten Warmband A gewonnenen Proben A1 - A8 wurden Zugversuche durchgeführt, deren Ergebnisse in Tabelle 1 angegeben sind:
An Proben A9 - A12 des Warmbands wurden darüber hinaus Kerbschlagbiegeversuche durchgeführt. Deren Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben:
Eine aus (in Gew.-%)
Das aus der Fertigwalzstaffel austretende Warmband B wurde ebenso wie das Warmband A unmittelbar anschließend auf eine Haspeltemperatur von 610 °C wassergekühlt und gehaspelt. Im Zuge der Wasserkühlung wurden wiederum Abkühlgeschwindigkeiten von 15 °C/s erzielt.
An aus dem derart erzeugten Warmband B gewonnenen Proben B1 - B8 wurden Zugversuche durchgeführt, deren Ergebnisse in Tabelle 3 angegeben sind:
Die Ergebnisse der an Proben B9 - B12 des Warmbands B ebenfalls durchgeführten Kerbschlagbiegeversuche sind in Tabelle 4 angegeben:
Die durchgeführten Versuche bestätigten klar die hervorragenden mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäß erzeugten Warmbänder A, B.