DD201153A1 - Verfahren zur waermebehandlung von bandstahl mit hoher brucharbeit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von kaltgewalztem Bandstahl hoher Festigkeit, insbesondere fuer Verpackungszwecke an grossen Transporteinheiten. Das Ziel der Erfindung ist es, ohne Inanspruchnahme von Spezialeinrichtungen mit geringem technologischen Aufwand und unter Einsatz eines leichtverfuegbaren, kostenguenstigen Ausgangswerkstoffes ein Erzeugnis mit konstant hohen Eigenschaftswerten, insbesondere an Bruchfestigkeit und Bruchdehnung herzustellen. Dazu ist das Verfahrensprinzip der Einstellung einer vorteilhaften Eigenschaftskombination Festigkeit/Zaehigkeit ueber die Kristallerholungsbehandlung weiterzuentwickeln. Erfindungsgemaess wird das Waermegut auf eine um 20 bis 70K unterhalb Sollgluehtemperatur leigende Temperatur erwaermt, bei dieser mindestens 30 Min. lang gehalten, danach auf Solltemperatur gebracht, bei dieser gehalten und anschliessend mit subkritischer Geschwindigkeit abgekuehlt.

Description

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a) Titel der Erfindung

Verfahren zur Wärmebehandlung von Bandstahl mit hoher Brucharbeit

b) Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von kaltgewalztem Bandstahl hoher Festigkeit, insbesondere für Verpackungszwecke an großen Transporteinheiten, der in der Lage ist, sehr hohe Spannkräfte aufzunehmen und damit einer in sieht verschiebbaren Last, z.B. einem Blechpaket, über Reibschluß entsprechende Stabilität zu verleihen sowie bei Verschiebestößen ein Maximum an kinetischer Energie in Formänderungsarbeit umzusetzen und damit die Bruchwahrscbeinlicbkeit zu verringern. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung o.g. Bandstahls.

c) Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen

Zur Erzielung hoher Beansprucbbarkeit von Bandstahl durch Zugkräfte sowie ausreichender Bruchsicherheit durch genügende Reserven in Verformungs- bzw. Dehnvermögen des Bandstahls sind bereits sehr unterschiedliche Wege beschritten worden, so der Einsatz von höherfesten Stählen, die Nutzung der Kaltverfestigung oder die Herstellung verschiedenartiger patentierter, bainitiseher, massiv-ferritischer oder martensitischer Vergütungsgefüge· Eine bekannte Verfahrensweise ist der Einsatz eines höherfesten Baustahls, dessen Kaltverformung zur Erzielung einer wirksamen Kaltverfestigung sowie die anschließende

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Wärmebehandlung bei Temperaturen bzw. unter Bedingungen, die zwar eine wirksame Wiederherstellung der ümformbarkeit des Bandstahls bewirken, dessen Bruchfestigkeit Em, jedoch weitaus weniger herabsetzen, als dies bei einer Vollrekristallisation der Fall ist.

Hier einzuordnende Verfahrensvarianten sind die Teilrekristallisation und die Kristallerholungsbehandlung. (EE-AS 1608 164)j "The effect of partial recreßtallisation on the properties of continnaisly annealed strip" Totb, R; Lancher, Hj Blast Furnace and Steel Plant (1969) 11, s. 919/28)

Der Arbeitstemperaturbereich für die Teilrekristallisation liegt im Übergang zum Rekristallisationsteilabfall. Die erzielbare Eigenschaftskombination ist gekennzeichnet durch hohe Produktwerte aus Zugfestigkeit und Dehnung, wobei der Verhältniswert Zugfestigkeit des teilrekristallisierend behandelten Bandes zur Zugfestigkeit des kaltverfestigten Ausgangsbandes unterhalb etwa 0,8 liegt und der o.g. Produktwert z.B. für Weißblechvormaterial bei gleicher Bezugsfestigkeit des Bandes und Verwendung der Gleichmaßdelmung im Falle teilrekristallisierender Behandlung etwa 5 bis 10 und höher st als im Falle des Anwalzens der Festigkeit. Die sichere Erreichung der Eigenscbafts-Zielparameter am Band setzt allerdings eine genaue Steuerung der Prozeßparameter Temperatur und/oder Verweilzeit des Bandes im Ofen voraus, die. großtechnisch nur in Durchlauf anlagen mit etwa + 8⁰C für eine Härtetolerenz von + 1 RT 30 zu gewährleistet] ist. .

Darüberhinaus besteht für Verpackungsband Interesse, mit der Wärmebehandlung nur möglichst geringe, weniger als ** * 15 % betragende Festigkeitsabfälle in Kauf zu nehmen. Das ist prinzipiell möglich, wenn bei Temperaturen unterhalb des Rekristallisationsteilabfalls gearbeitet wird. Für diesen Temperaturbereich ist die Änderung der mechanischen Kenngrößen Festigkeit und Bruchdehnung des Bandes mit Änderung der Parameter Behandlungszeit und -temperatur geringer und ermöglicht auch die Anwendung von Einsatzver-

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fahren, d.h. z.B. die Wärmebehandlung in Haubenglühanlagen.

Eine entsprechende, großtechnisch angewendete Verfahrensweise zur Herstellung von höherfesten Verpackungsbandstahl begründet sich auf der Kaltverfestigung von höherfesten, in der Regel Al-vollberu'higtem Baustahl und dessen anschließender Entspannungs- oder Erholungsglühung in Topfoder Haubenöfen oder auch Durchlaufglühanlagen. ("Eine neue Herstellungsteehnologie für hochfestes Verpack ungaband"j Rsenzuk, F. u.a. Stal, Moskwa, 35 (1976) 12, S. 1111 - 1112)

Die konkrete Höhe der Arbeitate mperatur ist dabei von der verwendeten Glüheinrichtung ala auch vom Rekristallisationsverhalten des eingesetzten Stahles abhängig, liegt jedoch in jedem Falle unterhalb der Rekristallisationsschwelle. Die für Einsatz böherfester Baustähle des Typs H 52-3 erzielbaren Werkstoffeigenschaften sind Bruchfestigkeiten xtfn^700 MPa bei Bruchdehnungen </c> 10 jo. Für Baustähle mit abweichenden Nennfestigkeiten des Warmbandes (z.B. H 45-3i H 60-3) ergeben sich entsprechend höhere oder niedrigere Festigkeits- oder Dehnungswerte. Gleiches trifft auch für abweichende Vorbehandlungszustände, z.B. den Einsatz von sorbitisiertem oder patentiertem Kaltband, zu. Zur Erzielung hoher Festigkeiten an Verpackungsband bei gleichzeitig hoher Bruchdehnung wurden auch bereits andere Verfahren zum Einsatz gebracht oder vorgeschlagen, darunter das Patentieren oder das Zwischenstufenvergüten von Bandstahl oder auch die Herstellung von Warmband mit sorbitischem oder Zwischenstufengefüge, das einer anschließenden Kaltwalzung und Kristallerholungsbehandlung unterzogen wird. (DE-PS 1608 163) Es ist auf diese Weise möglich, Verpackungsbänder mit Festigkeiten ^ 950 MPa, für die Verfahrens variant θ mit Kaitnachverfegtigung und Kristallerholungsbehandlung bis zu etwa 1250 Mpa jeweils bei Bruchdehnungen^ zwischensilo und 17 % herzustellen. Die genannten Verfahren setzen jedoch entweder besondere Einrichtungen in Form von Patentier- oder Verguteanlagen sowie zusätzliche

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Arbeitsschritte voraus, belasten also das Fertigerzeugnis durch erforderlichen hohen Grundmitteleinsatz und erhöhte Produktionskosten oder aber sie verzichten - wie im Falle der VerfahrensVariante mit Kaltnachverfestigung von sorbitischem oder bainitiachem Warmband - auf einen zusätzliche: Verfahrens schritt und weitere Anlagentechnik, setzen aber aufgabenspezifische technische Sondermaßnahmen im Warmwalz werk und erhöhte Gehalte an austenit-stabilisierenden Legierungselementen von z.B. 0,4- bis 2,0 % Mangan und/oder Nickel im Warmband bei einem weiteren Gehalt von 0,35 bis 0,8 % C voraus. Letzteres trifft auch für die Herstellung von Verpackungsband auf dem Wege der Luftvergütung zu, wofür etwa 2,0 bis 2,5 % Mangan zur Stabilisierung des unterkühlten Austenita eingesetzt werden. Weiterhin vorgeschlagen wurde ein Verfahren zur Erzeugung von höherfestem Verpackungsband mit Festigkeiten um 1000 MPa und DehnungeneC um 12 bia 17 %> bei dem kaltverfestigter Bandstahl mit Kohlenstoffgehalten von 0,10 bis 0,20 % ,höchstens 0,50% Si und 0,50 bis 1,0 % Mn nach Austenitisierung oberhalb 820⁰G in Wasser oder wassergekühlten Quetten abgeschreckt wird, um auf diese Weise ein massiv-ferritiscbes Gefüge mit vorgenannten Eigenschaften ' zu erzeugen. (Dissertation E. Hesse, BA Freiberg 1976) Auch dieses Verfahren erfordert eine gesonderte Anlagentechnik. Nach vorliegender Erfahrung ist die Bandebenheit nur schwer beherrschbar. Auch zur sicheren Einstellung der mechanischen Eigenschaften wird die evtl. Korrektur der Parameter durch ein© zusätzliche Anlaßbehandlung empfohlen.

Zur Einstellung besonders günstiger Werkstoffeigenschaften auf dem Wege der Kristallerholungsbehandlung von kalt verfestigtem Bandstahl wird letztenendes empfohlen, Warmband ν on £ 5,0 mm Dicke zunächst auf eine Zwischendicke kalt abzuwalan, bei dieser Dicke eine Kristallerholungsbehandlung durchzuführen, auf Fertigdicke zu walzen und die Endeigenschaften mittels erneuter Kristallerholungs-

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behandlung einzustellen, ("Herstellung von Verpackungaband hoher Festigkeit"; Popov, G. u.a.; Metallurg, Moskva, 23 (1978) 11, S. 30/31) Auch dieses Verfahren ist durch er- . höhte Anzahl von Arbeitsschritten kostenaufwendig, wobei der erzielte Eigenschaftsvorteil gegenüber der Verfahrensweise mit nur einer Erholungsbehandlung auf eine leichte Anhebung der Zugfestigkeit des Bandstahls beschränkt bleibt. Kristallerholungsbehandlungen werden in der Regel im Durch- · lauf, z.T. auch im Einsatz, durchgeführt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist der Nachweis eines Verfahrens zur Erzeugung von höherfestem, kaltgewalztem Verpackungsbandstahl, nach dem es möglich ist, ohne Inanspruchnahme von Spezial einrichtungen mit geringem technologischen Aufwand und geringstmöglichem Aufwand an Arbeitsschritten sowie unter Einsatz eines leichtverfügbaren, kostengünstigen Ausgangswerkstoffs ein Erzeugnis mit konstant hohen Eigenschafts wert en, insbesondere einem hohen Produktwert aus Bruchfestigkeit Rm und Bruchdehnung sowie einer Festigkeit > 750 MPa, vorzugsweise > 800 MPa sicher herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahrensprinzip der Einstellung einer vorteilhaften Eigenschaftskombination Festigkeit/Zähigkeit über Kristallerholungstfbehandlung von kaltverfestigtem Bandstahl weiterzuentwickeln und eine optimale Verbindung von Maximaleigenschaften, hoher Produktionssicherheit und geringsten Verfahrenskosten zu schaffen«χ

Mit der Erfindung wird die Erkenntnis genutzt, daß die Eigenschaften am Fertigerzeugnia nur dann optimal einstellbar sind, wenn die Möglichkeiten der Kristallerholung maximal genutzt werden, ohne daß es zur Kristallneubildung (Rekristallisation) kommt. Dabei wird berücksichtigt, daß die Rekristallisation als thermisch aktivierter Vorgang

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bei umao niedrigerer Temperatur einsetzt, je höher das Potential an latenter Gitterenergie, eingebracht durch Kaltverformung und aus drückbar durch den Zustand der Versetzungsanordnungen im Kristallgitter und die Versetzungsdichte, ist. Eine bedeutende Absenkung dieses Energieniveaus tritt im Verlaufe der Kristallerholung ein. Diese kann - bei genügend langsamer Erwärmung - soweit führen, daß die Triebkraft für eine Kornneubildung nicht mehr und eine primäre Rekristallisation des Gefüges völlig unterbleibt. Eine solche Wirkung ist unter großtechnischen Bedingungen allerdings nicht realisierbar.

Es wurde jedoch gefunden, daß die Temperatur des Rekristallisationsbeginna dann um einen nennenswerten Betrag (ca. 30 K) anhebbar ist, wenn der kaltverfestigte Bandstahl nach Erhitzung auf eine unter der Rekristallisationsschwelle liegende Temperatur dort über längere Zeit belassen wird. Damit wird es möglich, den Proaeß der Kristallerholung bei erhöhter Temperatur fortzusetzen und im Ergebnis eine deutliche Anhebung der Bruchdehnung des Materials bei einem verhältnismäßig geringerem gleichzeitigem Rückgang der Bruchfestigkeit, insgesamt jedoch eine merkliche Vergrößerung des Produktwertes aus Festigkeit und Dehnung und damit des Energieabsorptionsvermögens des Verpackungsbandes bis zum Bruch zu erreichen. Erfindungsgemäß wird das Wärmgut auf eine um 20 bis 70 K unterhalb Sollglühtemperatur liegende Temperaturstufe gebracht und bei dieser mindestens 30 Minuten lang gehalten. Nachfolgen wird das Glühgut auf Solltemperatur erwärmt, bei dieser Temperatur gehalten und anschließend beliebig mit aubkritischer Geschwindigkeit abgekühlt. Die Solltemperatur in der oberen Temperaturstufe liegt zwischen 500° und 580⁰O. Es liegt im Bereich der Erfindung, daß der 20 bis 70 K unterhalb Sollglühtemperatur liegenden Haltestufe sich weitere Zwiscbenwärmstufen anschließen. Die Durchführung der Kristallerholungsbehandlung in zwei Temperaturstufen führt gleichzeitig zu einem

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besseren Temperaturausgleich dea Glühgutes im Einsatz und trägt zur Erreichung eines engen Streubandes für die Zielparameter Bruchfestigkeit und Bruchdehnung des Bandstahls bei..

f) Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend durch zwei Ausführungsbeispiele näher erläutert·

Beispiel 1

Warmband aus einem vollberuhigten höherfesten Aluminium-Feinkorn-Baustahl H 52 wird nach Entfernen des WalζZunders von einer Ausgangsdicke 2,4 mm auf eine Enddicke 0,9 ™i kaltgewalzt und das Ringmaterial anschließend in eine Haubenglühanlage zur Durchführung der Kristallerholungsbehandlung eingesetzt. Der Ringstapel wird daraufhin auf eine Zwischen-Solltemperatur von 480⁰O erwärmt, bei dieser Temperatur 4 Stunden lang gehalten, anschließend auf Solltemperatur 53O⁰O weiter erhitzt, nochmals 4 bis 5 Stunden gehalten und auf Entnah me temperatur abgekühlt. Hierbei ergibt sich aus der möglichen Temperaturanhebung für die 2. Haltestufe gegenüber Verfahrensweise mit unmittelbarer Aufheizung auf die maximale Arbeitstemperatur der Kristallerholung eine relative Zunahme der Bruchdehnung um 13,9 % bei einer gleichzeitigen Abnahme der Bruchfestigkeit des Bandstahls um 2,5 %. Das Energieabsorptionsvermögen des Bandstahls steigt damit um 11 % an,

Beispiel 2

Nach einen weiteren Variante wird Warmband des gleichen Stahls von 2,0 auf 0,9 mm kalt abgewalzt, im Haubenofen auf 500⁰O erwärmt\ dort 4 Stunden lang gehalten, danach auf eine Metalltemperatur von 55O⁰O gebracht und nach einer Haltedauer von 4 bis 5 Stunden abgekühlt. Die er- ι «mittelte relative Dehnungszunähme gegenüber einstufiger Verfahrensweise beträgt 14 %, Bei einem gleichzeitigen Nachlassen der Werkstoff-Festigkeit um 3,8 % ergibt sich eine Zunahme des Energie ab Sorptionsvermögens um 10 %* ·

Claims (3)

1. -* < 23 5 0 50

   Erfindungaanspruch

   1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Bandstahl mit hoher Brucharbeit im Bereich der Kristallerholung dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmegut zunächst auf eine um 20 bis 70 K unterhalb Sollglühtemperatur liegende Temperaturstufe gebracht, bei dieser mindestens 30 Minuten lang gehalten und daraufhin weiter auf Solltemperatur erwärmt, bei dieser gehalten und anschließend beliebig mit subkritischer Geschwindigkeit abgekühlt wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solltemperatur in der oberen Temperaturstufe zwischen 500° und 580⁰C liegt.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der 20 bis 70 K unterhalb Sollgluhtemperatur liegenden Haltestufe weitere Zwischenwärmstufen vorgesehen werden.