WO1999014384A1 - Verfahren zur erzeugung von einbrennlackierten bauteilen aus alterungsempfindlichem stahl - Google Patents

Verfahren zur erzeugung von einbrennlackierten bauteilen aus alterungsempfindlichem stahl Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing dent-resistant, stove-enamelled components from cold-rolled and trained strip (cold strip) made of age-sensitive steel with a high bake-hardening potential, in particular of more than 70 N / mm 2 .
  • steels In order to achieve a high bake-hardening potential, steels are generally used which, in addition to dissolved carbon, also contain dissolved nitrogen. Examples of this are unsteady steels.
  • the storage of cold strips from such steels at room temperature leads to aging processes after only a short time of one or two days, which makes perfect further processing, in particular cold forming, impossible. The surface quality of the cold strips will also be affected.
  • Aging can be caused by the diffusion of dissolved carbon and / or nitrogen.
  • the influence of temperature on the aging time can be estimated as follows: The times t x and t 2 required for the same aging effects behave in the opposite way to the associated temperature-dependent diffusion coefficients of carbon in the ⁇ -iron. This applies in the temperature range up to 100 ° C
  • Table 1 shows the factors calculated according to equation [1] for the time delay of an aging effect due to reduced temperatures. For example, at -10 ° C compared to aging at room temperature, the aging time is extended 62 times.
  • the invention is based on the object of specifying a method for the aging-free further processing of cold strips from an age-sensitive steel with a high bake-hardening potential for the finished stove-enamelled component.
  • the aging of trained cold rolled strip is suppressed by its storage at low temperature.
  • the stove enamelling which takes place shortly after the shaping further processing prevents aging of the cold strip which has been briefly trained before further processing due to the triggered bake hardening effect.
  • Equation [3] follows from equation [2] and refers to a steel that cannot be processed properly due to nitrogen aging after a storage period of more than 2 days at 20 ° C. Due to the lower diffusion rate of carbon compared to nitrogen, aging by both elements only takes nitrogen into account.
  • Fig. 1 shows the temporal development of R eh -R el at room temperature, 60 ° C and 100 ° C.
  • Table 4 shows the mechanical values of the steel, its 0.2% proof stress (Rp 0/2 ), tensile strength (Rm), elongation (A80), uniform elongation (Ag), the r-value and its bake-hardening potential BH 0 and the contents of dissolved C and N in the initial state are listed.
  • a steel with a high content of dissolved carbon and / or nitrogen, which is not resistant to aging at room temperature, can be further processed by using one of the two methods according to the invention even after a long storage period without the risk of surface defects.
  • the advantage of the method according to the invention lies in the utilization of a high bake-hardening potential which, in comparison to conventional bake-hardening steels which are resistant to aging at room temperature, enables the components produced therefrom to have higher dent resistance.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines beulfesten einbrennlackierten Bauteils aus kaltgewalztem und dressiertem Band (Kaltband) aus alterungsempfindlichem Stahl mit hohem Bake-hardening-Potential, insbesondere von mehr als 70 N/mm<2>. Kennzeichen der Erfindung ist, dass das Kaltband durch Dressieren in einen streckgrenzen-dehnungsfreien Zustand (Reh-Rel < 2 N/mm<2>) überführt wird, dann bei einer unter Raumtemperatur liegenden Temperatur gelagert, in die Bauteilform weiterverarbeitet und das Band abschliessend einbrennlackiert wird.

Description

Verfahren zur Erzeugung von einbrennlackierten Bauteilen aus alterungsempfindlichem Stahl
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von beulfesten einbrennlackierten Bauteilen aus kaltgewalztem und dressiertem Band (Kaltband) aus alterungsempfindlichem Stahl mit hohem Bake-hardening- Potential, insbesondere von mehr als 70 N/mm2.
Für das Erreichen eines hohen Bake-hardening-Potentials werden allgemein Stähle verwendet, die neben gelöstem Kohlenstoff zusätzlich gelösten Stickstoff enthalten. Beispiele hierfür sind unberuhigte Stähle. Die Lagerung von Kaltbändern aus solchen Stählen bei Raumtemperatur führt schon nach kurzer Zeit von ein oder zwei Tagen zu Alterungsvorgängen, die eine einwandfreie Weiterverarbeitung, insbesondere Kaltumformung unmöglich machen. Auch die Oberflächenbeschaffenheit der Kaltbänder wird beeinträchtige.
Alterung kann durch Diffusion von gelöstem Kohlenstoff und/oder Stickstoff hervorgerufen werden. Bei reiner Kohlenstoffalter ng kann der Einfluß der Temperatur auf die Alterungszeit wie folgt abgeschätzt werden: Die für gleiche Alterungseffekte benötigten Zeiten tx bzw. t2 verhalten sich umgekehrt wie die zugehörigen temperaturabhängigen Diffusionskoeffizienten von Kohlenstoff im α-Eisen. Im Temperaturbereich bis 100 °C gilt damit
t^T / ^T,) = D(T2)/D(T1) = = exp(-21, 1 / (1, 987 - IQ'3 " [1] exp(-21,l / (1,987 10" l) mit T1<2 in K
In Tabelle 1 sind die nach Gleichung [1] berechneten Faktoren für die zeitliche Verzögerung eines Alterungseffektes durch abgesenkte Temperaturen angegeben. Es ergibt sich z.B. bei -10 °C im Vergleich zur Auslagerung bei Raumtemperatur eine Verlängerung der Alterungszeit um das 62 -fache.
Tabelle 1
Figure imgf000004_0001
Faktor für die zeitliche Verzögerung eines Alterungseffektes bei verschiedenen Temperaturen im Vergleich zur Raumtemperatur für eine Alterung durch gelösten Kohlenstoff nach Gleichung [ 1 ]
Die quantitative Beschreibung des Einflusses von gelöstem Stickstoff auf die Stahlalterung kann unter Verwendung des Diffusionskoeffizienten für Stickstoff analog zur Beschreibung der Kohlenstoffalterung nach Gleichung [1] erfolgen. Der Zusammenhang von Alterungszeit und Alterungstemperatur ergibt sich damit wie folgt :
t- T- /t^T.,) = D(T2)/D(T1) =
= exp(-18,33 / (1,987 • IQ'3 • T [2] exp(-18,33 / (1,987 ' 10"3 • Tx) mit T1>2 in K
In Tabelle 2 sind die nach Gleichung [2] berechneten Faktoren für die Verzögerung eines .Alterungseffektes , hervorgerufen durch gelösten Stickstoff, angegeben. Tabelle 2
Figure imgf000005_0001
2) Faktor für die zeitliche Verzögerung eines Alterungseffektes bei verschiedenen Temperaturen im Vergleich zur Raumtemperatur für eine Alterung durch gelösten Stickstoff nach Gleichung [2]
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum alterungsfreien Weiterverarbeiten von Kaltbändern aus einem alterungsempfindlichen Stahl mit hohem Bake-hardening-Potential zum fertigen einbrennlackierten Bauteil anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren nach Anspruch 1 oder ein Verfahren nach Anspruch 3 vorgeschlagen.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 1 wird die Alterung von dressiertem Kaltband durch seine Lagerung bei tiefer Temperatur unterdrückt. Bei dem Alternatiwerfahren nach Anspruch 3 verhindert das kurzzeitig nach der formgebenden Weiterverarbeitung erfolgende Einbrennlackieren durch den dabei ausgelösten Bake- hardening-Effekt eine Alterung des kurzzeitig vor der Weiterverarbeitung dressierten Kaltbandes.
Um den positiven Einfluß einer Absenkung der Umgebungstemperatur während der Lagerung von Kaltbändern zu nutzen, kann die Lagerungstemperatur T in K (Grad Kelvin) in Abhängigkeit von der geplanten Lagerungszeit in h (Stunden) erfindungsgemäß wie folgt abgeschätzt werden: T = 9225 / (31 , 48 - In (48/t ) C3 ]
Die Gleichung [3] folgt aus Gleichung [2] und bezieht sich auf einen Stahl, der infolge einer Stickstoff- alterung nach Überschreitung einer Lagerzeit von mehr als 2 Tagen bei 20 °C nicht mehr einwandfrei verarbeitet werden kann. Aufgrund der geringeren Diffusions- geschwindigkeit des Kohlenstoffs im Vergleich zum Stickstoff ist bei einer Alterung durch beide Elemente nur die Berücksichtigung von Stickstoff ausreichend.
Am Beispiel eines Kaltbandes aus einem Stahl mit 0,003 % C, 0,27 % Mn, 0,003 % Si, 0,007 % P, 0,006 % S, 0,046 % AI, 0,001 % N und Cu+Ni+Cr < 0,1 % (Angaben in Masse- %) wurde die Veränderung der Werkstoffeigenschaften durch Alterung bei verschiedenen Temperaturen gemessen. Nach der Warm- und Kaltwalzung wurde der Stahl in einer kontinuierlichen Feuerbeschichtungsanlage mit einer maximalen Glühtemperatur von 820 °C verzinkt und anschließend mit 1,5 % dressiert. Als Maß für die Gefahr von Fließfiguren wurde die Differenz zwischen oberer und unterer Streckgrenze (Reh-Rel) aus dem Zugversuch ausgewerte .
Fig. 1 zeigt die zeitliche Entwicklung von Reh-Rel bei Raumtemperatur, 60 °C und 100 °C. Der Wert R eh~R ei = 2 N/mm2 kann als Grenzwert für eine fehlerfreie Verarbeitung angesehen werden. Bei höheren Werten als 2 N/mm2 muß mit dem Auftreten von Fließfiguren gerechnet werden, da in der Spannungs-Dehnungs-Kurve ein ausgeprägter Lastabfall vorliegt.
In Fig. 2 ist als Arrhenius-Darstellung für jede Temperatur die dazugehörige Zeit für das Erreichen des Wertes Reh-Rel = 2 N/mm2 aufgetragen.. Wie bei allen diffusionsgesteuerten Vorgängen ergibt sich in guter Näherung eine Gerade. Der Einfluß einer weiter abgesenkten Temperatur kann durch Verlängerung der Geraden mit den Werten aus Tabelle 3 ermittelt werden.
Tabelle 3
Alterungs30 20 5 0 -5 -10 temperatur [ °C]
Alterungszeit 3I [h] 56 1 74 1 1 1 8 21 70 4320 8830
(2,3 Tage) (7,3 Tage) (6,7 Wo) ( 1 3 Wo) (26 Wo) (53 Wo)
Zeit zum Erreichen von Reh-Rel = 2 N/mm2 bei verschiedenen Alterungstemperaturen am Beispiel von Stahl A (Arrheniusabhängigkeit, Fig. 2)
Während der kritische Wert der Alterungsbeständigkeit bei 30 °C und 20 °C nach 2 bzw. 7 Tagen erreicht wird, so ist eine fließfigurenfreie Verarbeitung bei 0 °C bis zu 13 Wochen und bei -10 °C sogar bis zu einem Jahr gewährleistet .
In Tabelle 4 sind die mechanischen Werte des Stahles, seine 0,2 % -Dehnungsgrenze (Rp0/2) , Zugfestigkeit (Rm) , Dehnung (A80), Gleichmaßdehnung (Ag) , der r-Wert und sein Bake-hardening-Potential BH0 sowie die Gehalte an gelöstem C und N im Ausgangszustand aufgeführt.
Tabelle 4
Figure imgf000007_0001
Ein Stahl mit hohen Gehalten an gelöstem Kohlenstoff und/oder Stickstoff, der bei Raumtemperatur nicht alterungsbeständig ist, kann durch Anwendung eines der beiden erfindungsgemäßen Verfahren auch nach längerer Lagerzeit ohne Gefahr von Oberflächenfehlern weiterverarbeitet werden kann.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Nutzbarmachung eines hohen Bake-hardening-Potentials, das im Vergleich zu üblichen bei Raumtemperatur alterungs- beständigen Bake-hardening-Stählen höhere Beulfestigkeiten der daraus hergestellten Bauteile ermöglicht .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines beulfesten einbrennlackierten Bauteils aus kaltgewalztem und dressiertem Band (Kaltband) aus alterungsempfindlichem Stahl mit hohem Bake-hardening-Potential, insbesondere von mehr als 70 N/mm2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Kaltband durch Dressieren in einen
Streckgrenzendehnungsfreien Zustand (Reh-Rel < 2 N/mm2 ) überführt wird, dann bei einer unter Raumtemperatur liegenden Temperatur gelagert, in die Bauteilform weiterverarbeitet und das Band abschließend einbrennlackiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Lagerungstemperatur T in K des Kaltbandes in Abhängigkeit von der geplanten Lagerzeit t in h nach Maßgabe der Gleichung
T = 9225 /f31,48 - In (48/t)) [3] gewählt wird.
3. Verfahren zur Herstellung eines beulfesten einbrennlackierten Bauteils aus einem kaltgewalzten und dressierten Band (Kaltband) aus alterungsempfindlichem Stahl mit hohem Bake-hardening-Potential , insbesondere von mehr als 70 N/mm2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Kaltband undressiert bei Raumtemperatur gelagert wird, nach /Ablauf der Lagerzeit durch Dressieren in einen Streckgrenzendehnungsfreien Zustand (Reh-Rel < 2 N/mm2 ) überführt wird, anschließend in die Bauteilform weiterverarbeitet und das Bauteil abschließend einbrennlackiert wird.
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