EP0231864A2 - Alterungsfreier Bandstahl - Google Patents

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EP0231864A2
EP0231864A2 EP87101123A EP87101123A EP0231864A2 EP 0231864 A2 EP0231864 A2 EP 0231864A2 EP 87101123 A EP87101123 A EP 87101123A EP 87101123 A EP87101123 A EP 87101123A EP 0231864 A2 EP0231864 A2 EP 0231864A2
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EP
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steel
cold
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annealed
carbon
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EP0231864A3 (en
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Ernst Jürgen dr. Drewes
Bernhard Dr. Engl
Klaus Dieter Horn
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Hoesch Stahl AG
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Hoesch Stahl AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/04—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for drawing, e.g. for deep-drawing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium

Definitions

  • the invention relates to the use of a cold-rolled steel strip as a material for non-aging sheets with excellent cold formability.
  • a Ti-containing deep-drawing steel is known from EP-PS 120 976, which has very low carbon contents (0.004%), because with a high carbon content, the cold-rolled sheet has high yield strengths, low elongations and low r values, and accordingly that Carbon content to max. 0.015% is to be limited.
  • DE-OS 32 34 574 it is pointed out in DE-OS 32 34 574 that the amount of titanium carbide formed in the steel increases when carbon is contained in amounts above 0.015%, which leads to a considerable increase in the recrystallization temperature of the strips obtained, which is why the carbon content is limited to a maximum of 0.015%.
  • the carbon content with a titanium content of 0.15 to 0.30% must not be higher than 0.020, preferably 0.010%.
  • the sulfur content of this known deep-drawing steel must not be higher than 0.030%.
  • a steel with excellent formability can only be produced according to US Pat. No. 3,522,110 if the carbon content at Ti contents is from 0.02 to 0.5% to max. 0.02% C is limited. A vacuum degassing treatment is proposed to achieve this goal. Furthermore, in US Pat. No. 1,192,794 a limitation of the carbon content of 0.02% is required using vacuum degassing.
  • the invention has for its object to provide a steel as a material for non-aging sheets with excellent cold formability, which nonetheless without increased effort, d. H. can be produced in particular without using a vacuum degassing process.
  • a steel which has a chemical composition of up to 0.4% for complete setting of the elements nitrogen, sulfur and carbon contained in the liquid steel, Remainder iron and melting-related impurities and in the annealed, untreated state a yield strength of less than 150 N / mm2, a characteristic value of the vertical anisotropy (r m ) of more than 1.7, an elongation at break (A80) of more than 38% and an average strengthening exponent (n m ) greater than 0.22.
  • Further preferred embodiments result from the subclaims and the following exemplary embodiments.
  • the advantage of the use proposed according to the invention can be seen in particular in the fact that the steel according to the invention contains more carbon than required by the prior art and z. B. is approved for an excellent cold-formable steel, so that an expensive process step in the production of non-aging sheets with excellent cold formability, in particular the use of a vacuum treatment for carbon reduction can be dispensed with.
  • the steel contains an increased sulfur content, so that a complex desulfurization treatment can be dispensed with in the same way.
  • Steels 1 to 6 listed in the table below were melted in an oxygen blowing process and cast into slabs in the strand.
  • the slabs were heated and rolled out into hot strip in a hot strip mill, coiled, pickled, cold-rolled and annealed in the laboratory, but not dressed.
  • Steels 7 to 14 were melted, rolled, annealed and also not treated in the laboratory.
  • the steel 1 - with low C content and S content according to the prior art - has mechanical properties - measured in the tensile test - which speak for excellent cold formability, ie the yield strength ( R po.2 ) and the yield strength ratio (R po.2 / R m ) are low, while the elongation at break (A80) of the hardening exponents (n m ) and the characteristic value of the vertical anisotropy (r m ) are high.
  • Steel 2 has an increased carbon - at 0.025% with a still relatively low S content of 0.14%. Such an increased C content occurs in steel production using the oxygen blowing process without the use of an additional vacuum treatment.
  • the properties of the steel 2 are significantly deteriorated compared to the steel 1 - as determined in the prior art - with a tensile strength of 341 N / mm2, a rotation limit of 150 N / mm2, a yield ratio of 0.44, an elongation at break A80 of 34%, an average Solidification exponents of 0.228 and a characteristic value of the vertical mean. Anisotropy of 1.7.
  • the mechanical properties of this non-vacuum-treated steel 3 according to the invention are, as can be seen from FIG. 1, excellent and comparable to those of the vacuum-treated steel 1.
  • the structure of the steel according to the invention consists of ferrite with a grain size of approx. 15 ⁇ m and thus resembles the structure of steel 1 according to the prior art.
  • Steels 4 to 6 were subjected to batch annealing.
  • the behavior of these steels with regard to the mechanical properties is very similar to that of steels 1 to 3.
  • the mechanical properties of the steel 4 with the low C content required according to the current state of knowledge are excellent.
  • the steel 5 with a C content increased to 0.018% due to the saving of a vacuum treatment shows significantly deteriorated mechanical properties with a tensile strength of 330 N / mm2, an elastic limit R po.2 of 136 N / mm2 , a yield strength ratio of 0.41, an elongation at break A80 of 38%, an average strengthening exponent n m of 0.239 and a characteristic value of the vertical anisotropy r m of 1.70.
  • the steel 6 according to the invention has a C content increased to 0.023% and the specifically increased sulfur content of 0.028% according to the invention.
  • the excellent properties are comparable to those of the vacuum-treated steel 4.
  • FIG. 3 shows the effect of the increasing sulfur content at a different level of carbon on the mechanical properties using steels 7 to 14. From the graph it can be clearly seen that when the carbon content is increased from 0.005 to 0.015 to 0.022%, e.g. B. by saving a vacuum treatment, with low sulfur content, for. B. as is customary in the current state of the art below 0.02% S, the properties of the deep-drawing steel are significantly deteriorated. It is only through the targeted increase of the sulfur content according to the invention to values above 0.02% that improvements in properties can be achieved with a carbon content increased to more than 0.015%, which lead to the desired values of excellent cold formability.

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Abstract

Die Erfindung besteht in der Verwendung eines kaltgewalzten Bandstahles, der eine chemische Zusammensetzung von
Figure imga0001
 bis 0,4 % zur vollständigen Abbindung der im flüssigen Stahl enthaltenen Elemente Stickstoff, Schwefel und Kohlenstoff,

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Ver­unreinigungen

aufweist und im geglühten, nicht dressierten Zustand eine Streck­grenze von weniger als 150 N/mm², einen Kennwert der senk­rechten Anisotropie (rm) von mehr als 1,7, eine Bruchdehnung (A₈₀) von mehr als 38 % und einen mittleren Verfestigungsexponenten (nm) von mehr als 0,22 aufweist, als Werkstoff für alterungsfreie Bleche mit hervorragender Kaltumformbarkeit.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Verwendung eines kaltgewalzten Bandstahles als Werkstoff für alterungsfreie Bleche mit her­vorragender Kaltumformbarkeit.
  • Zur Erzielung besonders guter mechan. Eigenschaften, insbe­sondere eines hohen Wertes der senkrechten Anisotropie rm für Tiefziehbeanspruchungen und eines hohen Verfestigungs­exponenten nm bei Streckziehvorgängen von kaltgewalztem Band­stahl wurden die sog. IF - (= interstitial free) - Stähle ent­wickelt, vgl. ʺWerkstoffkunde der gebräuchlichen Stähleʺ, Teil 1, S. 253, Verlag Stahleisen l977. In diesen sind die störenden Elemente C und N durch einen Zusatz von Titan oder Niob stabil abgebunden.
  • Im einzelnen ist aus der EP-PS 120 976 ein Ti-haltiger Tief­ziehstahl bekannt, der sehr niedrige Kohlenstoffgehalte (0,004 %) aufweist, weil bei hohem Kohlenstoffgehalt das kaltgewalzte Blech hohe Streckgrenzen, niedrige Dehnungen und niedrige r-Werte aufweist, und daß dementsprechend der Kohlenstoffgehalt auf max. 0,015 % zu begrenzen ist. In gleicher Weise wird in der DE-OS 32 34 574 darauf hingewiesen, daß die Menge des im Stahl gebildeten Titankarbides ansteigt, wenn Kohlenstoff in Mengen über 0,015 % enthalten ist, was zu einer beträcht­lichen Anhebung der Rekristallisationstemperatur der erhal­tenen Bänder führt, weshalb der Kohlenstoffgehalt auf höchstens 0,015 % zu begrenzen ist. Auch nach dem in der US-PS 36 07 456 beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Tiefziehstahles darf bei einem Titangehalt von 0,15 bis 0,30 % der Kohlen­stoffgehalt nicht höher als 0,020, vorzugsweise 0,010 % sein. Darüber hinaus darf der Schwefelgehalt dieses bekannten Tief­ziehstahles nicht höher als 0,030 % liegen.
  • Ein Stahl mit ausgezeichneter Umformbarkeit ist nach der US-PS 3 522 110 nur dann herstellbar, wenn der Kohlenstoff­gehalt bei Ti-Gehalten von 0,02 bis 0,5 % auf max. 0,02 % C begrenzt wird. Zur Erreichung dieses Zieles wird eine Vakuum­entgasungsbehandlung vorgeschlagen. Des weiteren wird auch in der US-PS 1 192 794 eine Begrenzung des Kohlenstoffge­haltes aof 0,02 % unter Anwendung einer Vakuumentgasung ge­fordert.
  • Auch in der US 3 138 078 muß bei einem Stahl mit 0,05 bis 0,20 % Titan der Kohlenstoffgehalt mittels Vakuumentgasung auf weniger als 0,02 % eingestellt werden und ist darüber hinaus der Schwefelgehalt auf weniger als 0,02 % zu begrenzen.
  • Zusammenfassend ist dem Stand der Technik zu entnehmen, daß zur Erzielung der gewünschten, hervorragenden Umformeigen­schaften, nämlich insbesondere

    - eines hohen Wertes der senkrechten Anisotropie
    - eines hohen Wertes des Verfestigungsexponenten
    - einer niedrigen Dehngrenze und
    - hoher Bruchdehnungswerte

    des Stahles sehr niedrige Kohlenstoffgehalte vorausgesetzt werden und Schwefel als schädlich für diese Eigenschaften angesehen wird. Zur Erzielung der gewünschten niedrigen Kohlenstoffgehalte wird daher nach dem Stand der Technik vorzugsweise eine Vakuumentgasung vorgesehen, was einer­seits den Herstellungsaufwand erhöht, und andererseits nicht alle Stahlhersteller über eine entsprechend große Vakuum-­Behandlungskapazität verfügen. Die Absenkung des Schwefel­gehaltes macht darüber hinaus besondere Entschwefelungsver­fahren erforderlich, wodurch ebenfalls der Herstellungsauf­wand erhöht wird.
  • Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stahl als Werk­stoff für alterungsfreie Bleche mit hervorragender Kalt­umformbarkeit anzugeben, der nichts desto weniger ohne erhöhten Aufwand, d. h. insbesondere ohne Anwendung eines Vakuumentgasungsverfahrens herstellbar ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Stahl vorgeschlagen, der eine chemische Zusammensetzung von
    Figure imgb0001
     bis 0,4 % zur vollständigen Abbindung der im flüssigen Stahl enthaltenen Elemente Stickstoff, Schwefel und Kohlen­stoff,

    Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen

    aufweist und im geglühten, nicht dressierten Zustand eine Streckgrenze von weniger als 150 N/mm², einen Kennwert der senkrechten Anisotropie (rm) von mehr als 1,7, eine Bruchdeh­nung (A₈₀) von mehr als 38 % und einen mittleren Verfesti­gungsexponenten (nm) von mehr als 0,22 aufweist. Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteran­sprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen.
  • Der Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verwendung ist insbesondere darin zu sehen, daß der erfindungsgemäße Stahl mehr Kohlenstoff enthält als nach dem Stand der Technik vor­ausgesetzt und z. B. für einen hervorragend kaltverformbaren Stahl zugelassen wird, so daß auf einen aufwendigen Verfahrens­schritt bei der Herstellung von alterungsfreien Blechen mit hervorragender Kaltumformbarkeit, insbesondere auf die An­wendung einer Vakuumbehandlung zur Kohlenstoffreduzierung verzichtet werden kann. Darüber hinaus enthält der Stahl erfindungsgemäß einen erhöhten Schwefelgehalt, so daß in gleicher Weise auf eine aufwendige Entschwefelungsbehandlung verzichtet werden kann. Durch die Kombination des erhöhten Kohlenstoffgehaltes mit einem erhöhten Schwefelgehalt in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Titangehalt werden schließlich mechanische Eigenschaftswerte des vorgeschlagenen Stahles erzielt, die ihn in besonderer Weise für den vorge­schlagenen Verwendungszweck geeignet machen.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung des vorgeschlagenen Stahles ist nachfolgend im Vergleich mit einem Stahl gemäß dem Stand der Technik näher erläutert.
  • Es wurden die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Stähle 1 bis 6 in einem Sauerstoffblasverfahren geschmolzen und im Strang zu Brammen gegossen. Die Brammen wurden er­wärmt und in einer Warmbandstraße zu Warmband ausgewalzt, aufgehaspelt, gebeizt, kaltgewalzt und im Labor geglüht, jedoch nicht dressiert. Die Stähle 7 bis 14 wurden im Labor erschmolzen, gewalzt, geglüht und ebenfalls nicht dressiert.
  • Bekannterweise ändern sich allgemein die Werte durch das Dressieren, welches auch bei IF-Stählen zur Verbesserung der Planheit und zur Übertragung der Rauheit mit Dressiergraden unter 1 % angewendet wird. Geglüht wurden die Stähle 1 bis 3 kontinuierlich in einem Durchlaufglühofen und die Stähle 4 bis 6 diskontinuierlich im Haubenofen.
  • Im einzelnen sind die Werte der chemischen Zusammensetzung und der mechanischen Eigenschaften in der Tabelle 1 zusammen­gefaßt.
  • Wie aus der Diagrammdarstellung in Fig. 1 hervorgeht, weist der Stahl 1 - mit niedrigem C-Gehalt und S-Gehalt nach dem Stand der Technik - mechanische Eigenschaften - gemessen im Zugversuch - auf, die für eine hervorragende Kaltumformbar­keit sprechen, d. h. die Dehngrenze (Rpo.2) und das Streck­grenzverhältnis (Rpo.2/Rm) sind niedrig, während die Bruchdeh­nung (A₈₀) der Verfestigungsexponenten (nm) und der Kennwert der senkrechten Anisotropie (rm) hoch sind.
  • Der Stahl 2 weist einen erhöhten Kohlenstoff - mit 0,025 % bei immer noch verhältnismäßig niedrigem S-Gehalt von 0,14 % auf. Ein solcher erhöhter C-Gehalt ergibt sich bei der Stahlher­stellung nach dem Sauerstoffblasverfahren ohne Anwendung einer zusätzlichen Vakuumbehandlung. Die Eigenschaften des Stahles 2 sind gegenüber dem Stahl 1 - wie im Stand der Technik festge­stellt - deutlich verschlechtert, und zwar mit einer Zugfestig­keit von 341 N/mm², einer Drehgrenze von 150 N/mm², einem Streckgrenzenverhältnis von 0,44, einer Bruchdehnung A₈₀ von 34 %, einem mittl. Verfestigungsexponenten von 0,228 und einem Kennwert der senkrechten mittl. Anisotropie von 1,7.
  • Der Stahl 3 weist gemäß der Erfindung bei einem auf 0,025 % erhöhten C-Gehalt, wie er sich ohne Anwendung einer Vakuumbe­handlung ergibt, einen ebenfalls gezielt erhöhten S-Gehalt von 0,028 % auf. Die mechanischen Eigenschaften dieses erfindungs­gemäßen, nicht vakuumbehandelten Stahles 3 sind, wie sich aus Fig. 1 ergibt, hervorragend und mit denen des vakuumbehandelten Stahles 1 vergleichbar. Das Gefüge des erfindungsgemäßen Stahles besteht aus Ferrit mit einer für einen Tiefziehstahl typischen Korngröße von rd. 15 µm und gleicht damit dem Gefüge des Stahles 1 nach dem Stand der Technik.
  • Die Stähle 4 bis 6 wurden diskontinuierlich einer Haubenglühung unterworfen. Das Verhalten dieser Stähle bezüglich der mecha­nischen Eigenschaften ist sehr ähnlich wie der Stähle 1 bis 3. Die mechanischen Eigenschaften des Stahles 4 mit dem nach bis­herigem Erkenntnisstand erforderlichen niedrigen C-Gehalt sind hervorragend.
  • Der Stahl 5 mit einem auf 0,018 % erhöhten C-Gehalt infolge der Einsparung einer Vakuumbehandlung zeigt, wie in Fig. 2 dargestellt, deutlich verschlechterte mechanische Eigen­schaften mit einer Zugfestigkeit von 330 N/mm², einer Dehngrenze Rpo.2 von 136 N/mm², einem Streckgrenzenverhältnis von 0,41, einer Bruchdehnung A₈₀ von 38 %, einem mittleren Verfestigungs­exponenten nm von 0,239 und einem Kennwert der senkrechten Anisotropie rm von 1,70 auf. Der erfingungsgemäße Stahl 6 weist infolge der Einsparung einer Vakuumbehandlung einen auf 0,023 % erhöhten C-Gehalt und den gezielt erhöhten Schwefelge­halt von 0,028 % nach der Erfindung auf. Die hervorragenden Eigenschaften sind mit denen des vakuumbehandelten Stahles 4 vergleichbar.
  • In Fig. 3 ist die Wirkung des zunehmenden Gehaltes an Schwefel bei einem unterschiedlichem Niveau an Kohlenstoff auf die mechanischen Eigenschaften anhand der Stähle 7 bis 14 darge­stellt. Aus der graphischen Darstellung ist deutlich ersicht­lich, daß bei einer Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes von 0,005 über 0,015 auf 0,022 %, z. B. durch eine Einsparung einer Vakuumbehandlung, bei niedrigem Schwefelgehalt, z. B. wie nach dem heutigen Stand der Technik üblich unter 0,02 % S, die Eigenschaften des Tiefziehstahles deutlich verschlechtert werden. Erst durch die erfindungsgemäße, gezielte Erhöhung des Schwefelgehaltes auf Werte oberhalb von 0,02 % sind bei einem auf mehr als 0,015 % erhöhten Kohlenstoffgehalt Eigenschafts­verbesserungen zu erzielen, die zu den gewünschten Werten her­vorragender Kaltumformbarkeit führen.

Claims (7)

1. Verwendung eines kaltgewalzten Bandstahles, der eine chemische Zusammensetzung von
Figure imgb0002
 bis 0,4 % zur vollständigen Abbindung der im flüssigen Stahl enthaltenen Elemente Stickstoff, Schwefel und Kohlenstoff,

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreini­gungen

aufweist und im geglühten, nicht dressierten Zustand eine Streckgrenze von weniger als 150 N/mm², einen Kennwert der senkrechten Anisotropie (rm) von mehr als 1,7, eine Bruch­dehnung (A₈₀) von mehr als 38 % und einen mittleren Ver­festigungsexponenten (nm) von mehr als 0,22 aufweist, als Werkstoff für alterungsfreie Bleche mit hervorragender Kalt­umformbarkeit.
2. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1 mit einem Kohlen­stoffgehalt von 0,020 bis 0,040 % für den Zweck nach An­spruch 1.
3. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1 mit einem Schwefel­gehalt von 0,03 bis 0,05 % für den Zweck nach Anspruch 1.
4. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1 mit einem Schwefel­gehalt von (
Figure imgb0003
% C) bis 0,05 % für den Zweck nach Anspruch 1.
5. Verwendung eines Stahles nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Stahl nach dem Kaltwalzen kontinuierlich geglüht wird.
6. Verwendung eines Stahles nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der kaltgewalzte und kontinuierlich geglühte Stahl unmittelbar anschließend in einem Schmelzbad metallisch beschichtet wird.
7. Verwendung eines Stahles nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Stahl nach dem Kaltwalzen nach dem Haubenglühver­fahren geglüht wird.
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