VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES STAHLBANDES AUS EINEM HÖHERFESTEN DUALPHASENSTAHL

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kalt- oder warmgewalzten Stahlbandes aus einem höherfesten Dualphasenstahl mit ausgezeichneten Umformeigenschaften, insbesondere für den Fahrzeugleichtbau gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Der heiß umkämpfte Automobilmarkt zwingt die Hersteller u. a. ständig nach Lösungen zur Senkung des Flottenverbrauches unter Beibehaltung eines höchstmöglichen Komforts und größtmöglichem Insassenschutz zu suchen. Dabei spielt einerseits die Gewichtsersparnis aller Fahrzeugkomponenten eine entscheidende Rolle, andererseits aber auch ein möglichst günstiges Verhalten der einzelnen Bauteile bei hoher statischer und dynamischer Beanspruchung im Betrieb, wie auch im Crashfall. Dieser Notwendigkeit versuchen die Lieferanten dadurch Rechnung zu tragen, dass durch die Bereitstellung hochfester und höchstfester Stähle die Wanddicken reduziert werden können bei gleichzeitig verbessertem Bauteilverhalten bei dessen Fertigung und im Betrieb. Derartige Stähle müssen daher vergleichsweise hohen Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Dehnfähigkeit, Zähigkeit, Energieaufnahme und Verarbeitbarkeit, beispielsweise durch Kaltumformen, Schweißen und/oder Oberflächenbehandeln genügen.

[0003] Zunehmende Anwendung für diesen Bereich finden hier die sog. Dualphasenstähle, die sich durch eine sehr gute Umformbarkeit bei gleichzeitig hohen Festigkeitswerten auszeichnen. Dualphasenstähle weisen dabei ein überwiegend ferritisch-martensitisches Gefüge auf.

[0004] Betrachtet werden in diesem Zusammenhang sowohl kalt-, wie auch warmgewalzte Stahlbänder aus Dualphasenstahl.

[0005] Üblicherweise werden kaltgewalzte Stahlbänder aus wirtschaftlichen Gründen im Durchlaufglühverfahren rekristallisierend zu gut umformbarem Feinblech geglüht.

[0006] Abhängig von der Legierungszusammensetzung und der Banddicke werden die Ofenparameter (Durchlaufgeschwindigkeit, Glühtemperatur, Abkühlgeschwindigkeit) entsprechend dem geforderten Gefüge und den mechanisch-technologischen Eigenschaften eingestellt.

[0007] Zur Einstellung des Dualphasengefüges wird das Kaltband im Durchlaufglühofen auf eine solche Temperatur aufgeheizt, dass sich während der Abkühlung die geforderte ferritischmartensitische Gefügeausbildung einstellt.

[0008] Wenn aufgrund hoher Korrosionsanforderungen die Oberflächen von Warm- oder Kaltbändern schmelztauchverzinkt werden sollen, wird die Glühbehandlung üblicherweise in einem dem Verzinkungsbad vorgeschalteten Durchlaufglühofen durchgeführt.

[0009] Auch beim Warmband wird je nach Legierungskonzept fallweise das geforderte Dualphasengefüge erst bei der Glühbehandlung im Durchlaufofen eingestellt, um ausgehend von einem möglichst homogenen Austenitgefüge die geforderten mechanischen Eigenschaften realisieren zu können.

[0010] Beim Durchlaufglühen von warm- oder kaltgewalzten Stahlbändern mit z. B. aus den Schriften EP 1 319 726 EP 0 152 665 B1, EP 0691 415 B1 und EP 0510 718 B1 bekannten Legierungskonzepten für Dualphasenstähle besteht ein Problem darin, dass nur ein enges Prozessfenster für die Glühparameter vorhanden ist, um gleichmäßige mechanische Eigenschaften über die Bandlänge zu gewährleisten.

[0011] Um eine zum Erreichen des geforderten Dualphasengefüges ausreichende Umwandlungsträgheit dieser Stähle bei der rekristallisierenden Glühung des Kaltbandes zu erreichen, weisen die bekannten Stähle entsprechende Gehalte z. B. an Cr, Mo, Nb oder B auf. Insbesondere wirken sich hier die kostenträchtigen Elemente Cr und Mo stark auf die Herstellkosten des Dualphasenstahles aus.

[0012] Ein enges Prozessfenster bedeutet in diesem Zusammenhang, dass je nach Dicke des zu glühenden Bandes die Durchlaufgeschwindigkeit angepasst werden muss, um eine homogene Temperaturverteilung im Band und bei der Abkühlung das geforderte Dualphasengefüge und die mechanisch-technlogischen Eigenschaften zu erreichen.

[0013] Bei großen Prozessfenstern sind bei gleichen Ofenparametern die geforderten Bandeigenschaften auch bei unterschiedlich dicken zu glühenden Bändern zu realisieren.

[0014] Während der Fertigung müssen oftmals je nach Vorgabe auch Bänder mit unterschiedlicher Dicke, z. B. 1,5 und 2,0 mm, nacheinander geglüht werden.

[0015] Eine homogene Temperaturverteilung ist gerade bei unterschiedlichen Dicken im Übergangsbereich vom einen Band zum anderen nur schwierig zu realisieren und führt bei Legierungszusammensetzungen mit zu kleinem Prozessfenster dazu, dass das dünnere Band entweder zu langsam durch den Ofen gefahren wird, was die Produktivität senkt, andererseits wenn das dickere Band zu schnell durch den Glühofen gefahren wird, besteht die Gefahr, dass eine homogene Temperaturverteilung und damit die geforderten mechanisch-technologischen Eigenschaften nicht erreicht werden. Die Folge sind vermehrter Ausschuss oder sogar Reklamationen beim Kunden.

[0016] Besonders gravierend wird das Problem eines zu engen Prozessfensters bei der Glühbehandlung dann, wenn belastungsoptimierte Bauteile aus Warm- oder Kaltband hergestellt werden sollen, die über die Bandlänge und ggf. -breite variierende Blechdicken aufweisen, also flexibel gewalzt worden sind. Ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlbandes mit unterschiedlicher Dicke über die Bandlänge wird z. B. in der DE 100 37 867 A1 beschrieben.

[0017] Bei Anwendung der bekannten Legierungskonzepte für Dualphasenstähle ist es auf Grund des engen Prozessfensters schon beim Durchlaufglühen unterschiedlich dicker Bänder nur schwer möglich, über die gesamte Bandlänge des jeweiligen Bandes gleichmäßige mechanische Eigenschaften zu erreichen.

[0018] Bei flexibel gewalzten Warm- oder Kaltbändern aus Stählen bekannter Zusammensetzungen weisen dann bei zu kleinem Prozessfenster die Bereiche mit kleinerer Blechdicke aufgrund der Umwandlungsvorgänge bei der Abkühlung entweder zu niedrige Festigkeiten durch zu große Ferritanteile auf oder die Bereiche mit größerer Blechdicke erreichen zu hohe Werte durch zu große Martensitanteile. Homogene mechanisch-technologische Eigenschaften über die Bandlänge oder -breite sind mit den bekannten Legierungskonzepten beim Durchlaufglühen praktisch nicht zu erreichen.

[0019] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein anderes kostengünstigeres Legierungskonzept für einen höherfesten Stahl mit Dualphasengefüge anzugeben, mit dem das Prozessfenster für die Durchlaufglühung von Warm- oder Kaltbändern so erweitert werden kann, dass neben verschieden dicken Bändern auch Stahlbänder mit über Bandlänge und ggf. Bandbreite variierender Dicke mit möglichst homogenen mechanisch-technologischen Eigenschaften erzeugt werden können.

[0020] Nach der Lehre der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Stahl mit folgenden Gehalten in Masse %:

C	0,1 bis ≤ 0,16
Al	0,02 bis ≤ 0,05
Si	0,40 bis ≤ 0,60
Mn	1,5 bis ≤ 2,0
P	≤ 0,020
S	≤ 0,003
N	≤ 0,01
Nb	≥ 0,01 bis 0,05
V	≥ 0,02 bis 0,10

mit optionaler Zugabe von Ti von ≤ 0,01
Rest Eisen einschließlich üblicher stahlbegleitender Elemente, wobei das geforderte Dualphasengefüge während einer Durchlaufglühung erzeugt wird, und wobei das kalt- oder warmgewalzte Stahlband im Durchlaufglühofen in einem einstufigen Prozess auf eine Temperatur im Bereich von 820 bis 1000°C, vorzugsweise 840 bis 1000°C aufgeheizt wird, und das geglühte Stahlband anschließend von der Glühtemperatur mit einer Abkühlgeschwindigkeit zwischen 15 und 30 °C/s abgekühlt wird.

[0021] Der erfindungsgemäße höherfeste Dualphasenstahl für den Fahrzeugleichtbau zeichnet sich dadurch aus, dass mit einer gezielten Zugabe von V und Nb unter Verzicht der kostenträchtigen Legierungselemente Mo oder Cr, eine so hohe Umwandlungsträgheit erreicht wird, die dazu führt, dass während des Durchlaufglühens auch bei Bändern mit über Bandlänge oder - breite variierender Dicke aus einer vollständig austenitischen Matrix mit sehr hoher Prozesssicherheit das geforderte Dualphasengefüge mit homogenen mechanisch-technologischen Eigenschaften eingestellt werden kann.

[0022] Bei umfangreichen Laboruntersuchungen hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass durch eine gezielte Zugabe von V in Kombination mit Nb, ein Dualphasenstahl bereitgestellt wird, der ein deutlich erweitertes Prozessfenster bei der Durchlaufglühung ermöglicht. Auch bei Glühung von Bändern mit unterschiedlicher Dicke oder bei Bändern mit variierender Dicke können bei sonst konstanten Ofenparametern gleiche Gefügeausbildungen und mechanisch-technologische Eigenschaften der Bänder erreicht werden.

[0023] Der erfindungsgemäße Stahl bietet den Vorteil eines deutlich vergrößerten Prozessfensters im Vergleich zu den bekannten Stählen. Hieraus resultiert eine erhöhte Prozesssicherheit beim Durchlaufglühen oder Feuerverzinken von Kalt- und Warmband mit Dualphasengefüge. Somit können sowohl für feuerverzinkte, wie auch nur durchlaufgeglühte Warm- oder Kaltbänder homogenere mechanisch-technologische Eigenschaften im Band gewährleistet werden. Dies gilt für das Durchlaufglühen aufeinander folgender Bänder mit unterschiedlicher Banddicke und auch im Besonderen für Bänder mit variierender Blechdicke über Bandlänge bzw. -breite.

[0024] Werden erfindungsgemäß im Durchlaufglühverfahren erzeugte höherfeste Warm- oder Kaltbänder aus Dualphasenstahl mit variierenden Blechdicken erzeugt, können aus diesem Material vorteilhaft belastungsoptimierte Bauteile umformtechnisch hergestellt werden.

[0025] Erfindungsgemäß handelt es sich um einen Dualphasenstahl mit ca. 20 % inselförmig eingelagertem Martensit in der Festigkeitsklasse von ca. 800MPa, insbesondere zum kontinuierlichen Feuerverzinken sowie für den Einsatz in einer Durchlaufglühanlage.

[0026] Durch den optionalen Zusatz von Ti in Gehalten von ≤ 0,01 % wird erfindungsgemäß über die Bildung von Nitriden oder Carbonitriden in Abhängigkeit vom N-Gehalt des Stahles die Feinkörnigkeit des Gefüges eingestellt und die mechanisch-technologischen Eigenschaften beeinflusst.

[0027] Das Einsatzgebiet des Stahls für das Walzen mit flexiblen Blechdicken in Längs- und Querrichtung zur Walzrichtung wird durch seine Unempfindlichkeit gegen Prozessschwankungen während der Wärmebehandlung eröffnet.

[0028] Diese Unempfindlichkeit wird durch den Einsatz von Nb und vor allem V hervorgerufen, die während der Abkühlung eine umwandlungsträge bzw. umwandlungsfreie Zone bedingen.

[0029] Um einen entsprechenden Effekt zu erreichen, weist der Stahl erfindungsgemäß einen V-Gehalt von mindestens 0,02% und einen Nb-Gehalt von mindestens 0,01 % auf. Hierbei wirkt Nb ebenfalls als kornfeinendes Element, wobei die Höhe der Nb-Zugabe an den aktuellen C- und N-Gehalt des Stahles angepasst ist.

[0030] Erfindungsgemäß wird die Zugabe von V ebenfalls an die Gehalte von C und N angepasst, wobei die Höhe der Zugabe aber so eingestellt ist, dass zum Erreichen einer ausreichend großen Umwandlungsträgheit genügend V in Lösung gehalten wird. Wird ein möglichst umwandlungsträges Verhalten und damit ein möglichst breites Prozessfenster bei der Durchlaufglühung angestrebt, beträgt der V-Gehalt mindestens 0,06 bis 0,10% und der Nb-Gehalt mehr als 0,02 bis 0.05%. Eine weitere Steigerung der Gehalte an V oder Nb bringt dann keine weitere Verbesserung im Hinblick auf eine weiter verzögerte Umwandlung des Stahles und damit auf die Breite des Prozessfensters bei der Durchlaufglühung.

[0031] Um ein möglichst homogenes Ausgangsgefüge für die Einstellung des Dualphasengefüges zu erreichen, wird das zu glühende Band zunächst auf eine solche Temperatur erwärmt, dass ein vollaustenitisches Gefüge vorliegt. Die Glühtemperaturen liegen dabei für den erfindungsgemäßen Stahl zwischen ca. 820 und ca. 1000°C, abhängig von der konkreten Legierungszusammensetzung.

[0032] Bei den durchgeführten Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass für diesen Stahl eine Zone existiert, in welcher trotz Temperaturen kleiner als 800°C keine Rückumwandlung von Austenit in Ferrit, Bainit oder Martensit stattfindet. Wichtig ist hierbei besonders der Temperaturbereich um 450°C, da hier die Zinkbadtemperatur in der Feuerverzinkung liegt.

[0033] Der sich während der Abkühlung einstellende Gehalt an Ferrit und (Rest) Austenit bleibt bis nach dem Prozessschritt "Verzinken" erhalten. Der noch vorhandene Austenitanteil wandelt dann bei weiterer Abkühlung vollständig zu Martensit um. Die Verzinkungsparameter können über einen großen Bereich variieren. In Abhängigkeit von der Blechdicke liegen die Verzinkungsgeschwindigkeiten zwischen 60 und 120m/min. Die Kühlraten vor und nach dem Zinkbad liegen bei relativ niedrigen 10 bis 30 °C/sec.

[0034] Das erzeugte Material kann sowohl als Kalt- wie auch als Warmband, im dressierten und undressierten und auch im wärmebehandelten Zustand (Zwischenglühen) über eine Feuerverzinkungslinie oder reine Durchlaufglühanlage prozessiert werden.

[0035] Gleichzeitig besteht die Möglichkeit, durch gezielte Variierung der Abkühlbedingungen vor dem Zinkbad den Ferritanteil zu erhöhen oder zu verringern. Dadurch ist z. B. auch die Erzeugung von partialmartensitischen Stählen (PM) möglich.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines kalt- oder warmgewalzten Stahlbandes aus einem höherfesten Dualphasenstahl mit ausgezeichneten Umformeigenschaften, insbesondere für den Fahrzeugleichtbau, bestehend aus den Elementen (Gehalte in Masse-%):

C	0,1 bis ≤ 0,16
Al	0,02 bis ≤ 0,05
Si	0,40 bis ≤ 0,60
Mn	1,5 bis ≤ 2,0
P	≤ 0,020
S	≤ 0,003
N	≤ 0,01
Nb	≥ 0,01 bis 0,05
V	≥ 0,02 bis 0,10

mit optionaler Zugabe von Ti von ≤ 0,01
Rest Eisen einschließlich üblicher stahlbegleitender Verunreinigungen, wobei das geforderte Dualphasengefüge während einer Durchlaufglühung erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das kalt- oder warmgewalzte Stahlband im Durchlaufglühofen in einem einstufigen Prozess auf eine Temperatur im Bereich von 820 bis 1000°C, vorzugsweise 840 bis 1000°C aufgeheizt wird, und dass das geglühte Stahlband anschließend von der Glühtemperatur mit einer Abkühlgeschwindigkeit zwischen 15 und 30 °C/s abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der V- Gehalt ≥ 0,06% beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der V- Gehalt ≥ 0,08% beträgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 3
dadurch gekennzeichnet,
dass der Nb- Gehalt ≥ 0,02% beträgt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Nb- Gehalt ≥ 0,04% beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ti-Gehalt ≤ 0,01 % beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Stahlband einer Schmelztauchveredelung unterzogen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Stahlband anschließend dressiert wird

Claims

1. A process for the production of a cold-rolled or hot-rolled steel strip of a relatively high strength dual phase steel having excellent forming properties, particularly for lightweight vehicle construction, consisting of the following elements (contents in wt.%):

C	0.1 to ≤ 0.16
Al	0.02 to ≤ 0.05
Si	0.40 to ≤ 0.60
Mn	1.5 to ≤ 2.0
P	≤ 0.020
S	≤ 0.003
N	≤ 0.01
Nb	≥ 0.01 to 0.05
V	≥ 0.02 to 0.10

with an optional addition of Ti of ≤ 0.01,
balance iron, including conventional steel-accompanying impurities, wherein the required dual phase structure is produced during continuous annealing, characterised in that
the cold-rolled or hot-rolled steel strip is heated in a continuous annealing furnace in a one-step process to a temperature in the range of 820 to 1000°C, preferably 840 to 1000°C, and that the annealed steel strip is then cooled from the annealing temperature at a cooling rate of between 15 and 30°C/s.

2. The process according to claim 1,
characterised in that
the V content is ≥ 0.06%.

3. The process according to claim 1,
characterised in that
the V content is ≥ 0.08%.

4. The process according to claims 1 - 3
characterised in that
the Nb content is ≥ 0.02%.

5. The process according to claims 1 - 3,
characterised in that
the Nb content is ≥ 0.04%.

6. The process according to one of claims 1 - 5,
characterised in that
the Ti content is ≤ 0.01 %.

7. The process according to one of claims 1 - 6,
characterised in that
the steel strip is subjected to hot dip galvanising.

8. The process according to one of claims 1 - 7,
characterised in that
the steel strip is then skin-passed.

Revendications

1. Procédé de fabrication d'une bande d'acier laminée à froid ou laminée à chaud à partir d'un acier dual-phase de grande résistance ayant d'excellentes caractéristiques de formage, en particulier pour la construction légère en automobile, composé des éléments suivants (teneur en %-masse) :

C	de 0,1 1 à ≤ 0,16
Al	de 0,02 à ≤ 0,05
Si	de 0,40 à ≤ 0,60
Mn	de 1,5 à ≤ 2,0
P	≤ 0,020
S	≤ 0,003
N	≤ 0,01
Nb	de ≥ 0,01 à 0,05
V	de ≥ 0,02 à 0,10

avec addition optionnelle de Ti de ≤ 0,01
le reste étant du fer, y compris les habituelles impuretés accompagnant l'acier, la structure dual-phase demandée étant produite pendant un recuit en continu, caractérisé en ce que
la bande d'acier laminée à froid ou laminée à chaud est chauffée dans le four de recuit en continu dans un processus à étape unique à une température dans la plage de 820 à 1 000 °C, de préférence de 840 à 1 000 °C, et en ce que la bande d'acier recuite est ensuite refroidie à partir de la température de recuit à une vitesse de refroidissement entre 15 et 30 °C/s.

2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la teneur en V est ≥ 0,06 %.

3. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la teneur en V est ≥ 0,08 %.

4. Procédé selon les revendications 1-3,
caractérisé en ce que
la teneur en Nb est ≥ 0,02 %.

5. Procédé selon les revendications 1-3,
caractérisé en ce que
la teneur en Nb est ≥ 0,04 %.

6. Procédé selon l'une des revendications 1-5,
caractérisé en ce que
la teneur en Ti est ≥ 0,01 %.

7. Procédé selon l'une des revendications 1-6,
caractérisé en ce que
la bande d'acier est soumise à un affinage dans un bain de fusion.

8. Procédé selon l'une des revendications 1-7,
caractérisé en ce que
la bande d'acier est ensuite dressée.