WO2010029012A1 - Nichtrostender stahl, aus diesem stahl hergestelltes kaltband und verfahren zur herstellung eines stahlflachprodukts aus diesem stahl - Google Patents

Nichtrostender stahl, aus diesem stahl hergestelltes kaltband und verfahren zur herstellung eines stahlflachprodukts aus diesem stahl Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a stainless steel, a cold-rolled steel flat product made of this steel, such as a steel strip or steel sheet, and a method for producing a flat steel product from the steel in question.
  • a stainless steel which has been widely used in practice is known as X5CrNil8-10 and is listed under EN material number 1.4301.
  • This material is a relatively soft, nonferromagnetic austenitic steel, from which, for example, pans, cutlery, Spulbecken, parts of household appliances, so-called "white goods", such as washing machines, washer-dryers, dishwashers, etc., are manufactured. It contains according to DIN EN 10088 besides iron and unavoidable impurities typically (in wt.%) Up to 0.07% C, 17.0-19.5% Cr, 8.0-10.5% Ni, max. 1.0% Si, max. 2.0% Mn, max. 0.045% P, max. 0.015% S and max. 0.110% N.
  • the high nickel content ensures the austenitic structure of the steel, which is a prerequisite for its good is malleability.
  • the high Cr content ensures the good corrosion resistance of this steel.
  • a disadvantage of the steel 1.4301 is that it can only be produced at a comparatively high cost, since its alloy components, in particular the high contents of nickel, require high prices.
  • the austenitic steel known from this publication has, in addition to iron and unavoidable impurities (in% by weight) 0.01-0.08% C, 0.1-1% Si, 5-11% Mn, 15-17.5% Cr, 1 - 4% Ni, 1 - 4% Cu, 0.1 - 0.3% N, as well as closely defined levels of sulfur, calcium, aluminum, phosphorus, boron and oxygen.
  • JP 56 146862 Another example of a steel of the type discussed here is known from JP 56 146862.
  • This austenitic steel contains (by weight) up to 0.03% C, up to 0.5% Si, 2.2-3.0% Mn, 14-18% Cr, 6-9% Ni, bis at 0.03% N, 0.15-0.50% Mo, 1-3% Cu and balance iron and unavoidable impurities.
  • Particular emphasis is placed on a good forming behavior, which is set by the controlled setting of the so-called MD30 value, which according to a specified in JP 56 146862 specific formula is calculated.
  • M d3 o is generally referred to the temperature at which after a cold working of 30%, the conversion of Austemt martensite z ⁇ 50% has expired. Above this temperature, conversely, a reduced conversion occurs (see Material Science Stahl, Volume 2, publisher: disclose Universityr Eisenhuttenleute, 1985, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo, Verlag Stahleisen mbH Dusseldorf, Chapter D 10.3.2).
  • EP 1 431 408 B1 has furthermore proposed (in% by weight) a low-Ni austenitic stainless austenitic CrNiMnCu steel having the following composition: 0.03-0.064% C, 0.2-1, 0% Si, 7.5-10.5% Mn, 14.0-16.0% Cr, 1.0-5.0% Ni, 0.04-0.25% N, 1.0-3, 5% Cu, traces of molybdenum and the remainder iron and unavoidable impurities.
  • ⁇ content (“delta ferrite content") that its content calculated according to a formula given in EP 1 431 408 B1 itself is less than 8.5%.
  • the steel produced in this way shows comparable mechanical properties to the well-known steel 1.4301.
  • EP 1 319 091 B1 discloses a possibility for the cost-effective production of a steel strip or sheet consisting predominantly of Mn austenite, which has an increased strength compared with the prior art.
  • a steel is melted which contains (in% by weight) at least the following alloy constituents: 15.00-24.00% Cr, 5.00-12.00% Mn, 0.10-0.60% N, 0.01-0.2% C, max. 3.00% Al and / or Si, max. 0.07% P, max. 0.05% S, max. 0.5% Nb, max. 0.5% V, max. 3.0% Ni, max. 5.0% Mo, max. 2.0% Cu and the remainder iron and unavoidable impurities.
  • Such a steel is doing in the casting gap formed between two rotating rollers of a Zweirolleng manmaschine to a Dunnband with a thickness of max. Poured 10 mm. Meanwhile, the rollers or rollers are cooled so strongly that the Dunnband cools in the casting gap with a cooling rate of at least 200 K / s.
  • the known method thus makes use of the generally known technique of a strip casting plant by casting the steel in the casting gap formed between the rolls or rolls, for example a double roller casting machine, thereby cooling it to such an extent that it cools to a shift of a primary ferritic towards a primary austenitic solidification comes.
  • This makes it possible to transfer the molten nitrogen in the steel into the steel, because the austenite has a high solubility for nitrogen. Due to the intensive cooling, which takes place at a high cooling speed, it is ensured that nitrogen gas bubbles possibly arising in the solidifying melt remain small and the pressure directed against them is high. This prevents outgassing of the high nitrogen contents in the
  • the chromium content of the steel known from EP 1 352 982 B1 is between 16 and 20%, the manganese content between 6 and 12%, the nickel content is less than or equal to 9.05% and Copper content is less than or equal to 3%.
  • Nitrogen is added between 0.1 - 0.5%.
  • the alloy is composed such that the t-factor (ratio of ferrite-forming elements to austenite-forming elements having respective pre-factors) in a corridor of more than 1.3 to less than 1.8.
  • the MD30 temperature of the alloy must meet a certain condition.
  • the object of the invention was to provide a steel which can be produced inexpensively in a simple manner.
  • a method should be given to produce a steel strip with optimized properties from such a steel.
  • this object has been achieved according to the invention that this steel is composed according to claim 1.
  • Advantageous embodiments of the steel are given in the claims based on claim 1.
  • the alloy components of the composite according to the invention are chosen so that his Gefuge in the cold-rolled state in addition to austenite has a ⁇ -ferrite content ("delta ferrite content") of 5 - 15 vol .-%.
  • This ⁇ -ferrite content is so dimensioned that the inventive steel as a cold strip with good strength a
  • the mechanical properties of a steel flat product cold-rolled from the steel according to the invention such as yield strength and tensile strength, are shifted towards higher values compared with steel 1.4301 and the elongation at break is shifted to low A80 values.
  • the technological parameters for assessing the cold workability such as the limit ratio and the cup height in the subsidence test, lie in the lower scatter band of the values determined for steel sheets produced from steel 1.4301.
  • the inventive steel is therefore suitable as a replacement for the steel 1.4301 in the production of in the field products used in "white goods" and for use in other applications in which steel sheets are each deformed with distinct thermoforming and stretch-drawing components to the respective product.
  • the steel according to the invention has (in% by weight):
  • H max. 0.0025%, and the remainder Fe and unavoidable impurities.
  • Cr is contained primarily in order to improve the corrosion resistance in contents of more than 17.5% by weight to at most 22.0% by weight in the steel according to the invention. The requirement that in each case more than 17.5% by weight of Cr should be present in the steel according to the invention, ensures that one comparable to the steel 1.4301
  • Corrosion resistance is achieved. This is achieved with particular certainty when the Cr content is at least 17.7% by weight, in particular at least 18.0% by weight.
  • the results achieved by the invention occur in particular when the Cr content of the inventive steel is limited to 20 wt .-%.
  • C and N are strong austenite formers and, moreover, effectively increase resistance to the formation of deformed martensite in the processing of steels of the present invention. Therefore, the lower limit of the C content has been set to 0.05 wt%, and the lower limit of the N content has been set to 0.03 wt%.
  • N leads as an interstitial element to an increase in the yield strength and is therefore set to a maximum of 0.2 wt .-%.
  • the N content is preferably limited to 0.12% by weight.
  • the effect of nitrogen in a stainless steel according to the invention occurs accordingly, in particular if its N content amounts to at least 0.06% by weight, in particular from 0.06 to 0.10% by weight.
  • Si supports the formation of ferrite. Therefore, the Si
  • Mo steel alloy according to the invention is not selectively alloyed, since it supports on the one hand the ferrite and on the other hand is expensive.
  • the Mo content is as low as possible.
  • the Mo content can be lowered to such an extent that it is limited to ineffective quantities attributable to the production-related unavoidable impurities.
  • Ni is added to the inventive steel as Austenitchanner, wherein a minimum content of 1 wt .-% is required to the ⁇ -ferrite content ("delta ferrite content") in a steel according to the invention to max.
  • delta ferrite content ⁇ -ferrite content
  • This effect is achieved particularly reliably if the Ni content is at least 1.5% by weight, in particular at least 2.0% by weight.
  • Copper has a similar austenite-stabilizing effect as nickel. Too high a copper content, however, can lead to the formation of copper-rich precipitates with lowered melting point, which could cause cracks, in particular during casting of the inventive steel in a cast strip to cast strip or the subsequent inline hot rolling. Therefore, the invention provides for an upper limit of 3% for copper. In order to ensure the effect of Cu in the inventive steel, a minimum Cu content of 1.5 wt .-%, in particular 2.0 wt .-% has proved to be favorable, which in practical experiments, contents of 2.1 wt .-% and more have preserved.
  • the austenite-forming action of Mn in a steel according to the invention occurs at Mn contents of at least 4% by weight. From an alloying-technical, economic point of view, the Mn content is limited to max. 12 wt .-% limited, wherein an optimized effect of manganese is achieved in steel according to the invention, when the Mn content is 4.0 - 10.5 wt .-%, in particular 7.5 - 10.5 wt .-%, amounts ,
  • P and S are for P at max. 0.07 wt .-% and for S to max. 0.01 wt .-% limited to the negative influence of these alloying elements on the Deformability of a steel according to the invention as far as possible excluded.
  • Ti contents of up to 0.02 wt .-% are used both in the production of the inventive flat steel product on the continuous casting and on the so-called "strip casting route" of avoiding cracks in the obtained band.
  • Nb contents of up to 0.1% by weight have a favorable effect on the formability when produced both by continuous casting and by strip casting.
  • Boron may be added to steel in accordance with the present invention in amounts of up to 0.004 wt% in the case of its strip-cast processing to counteract the risk of cracking. If the steel is cast in continuous casting, the presence of B contributes to the aforementioned upper limit to avoid surface tears.
  • the degree of purity of the steel according to the invention can be improved.
  • the same purpose is served by the presence of Ca at levels of from 0.0005 to 0.003% by weight.
  • t is less than or equal to 1.3
  • a cold-rolled steel product made of a composite steel according to the invention for example, a cold-rolled steel strip or steel sheet, has an elongation A80 of at least 35%.
  • Flat steel product is the limit ratio when deep drawing a rotationally symmetric 2.00.
  • "Grenzziehverhaltnis” means the largest of the diameter of the round blank from which the cup is drawn, the drawing ratio formed in the first train to the diameter of the stamp used for deep-drawing of the cup, bex with a particular hold-down force a bowl without bottom tears or wrinkles can be thermoformed.
  • the blank is clamped at its outer edge completely between a drawing ring and a hold-down.
  • a punch with a diameter of 100 mm then penetrates the round blank and forms a dome in a deep-drawing process. This process continues until the sheet material breaks.
  • crack-free Kalottenhohe amounts to a manufactured from inventive steel cold strip or sheet regularly 58 mm.
  • a flat steel product obtained according to the invention has a property combination which makes it optimally suitable for forming, for example by deep drawing or comparable operations.
  • the production of a cold-rolled flat steel product generally comprises the working sections “melting, treating and aftertreating the steel in the steel mill", “producing cast strip by steel strip casting”, “hot rolling the cast strip or slabs”, “preparing (annealing and pickling Descaling) of the hot strip for cold rolling ",” cold rolling “,” finished cold-rolled cold-rolled “and” finishing (cold-rolling, stretch-leveling, trimming) cold-rolled strip ".
  • Each of these working sections may include optional work steps, which are carried out, for example, depending on the available technology and the requirements made by the user (customer).
  • a composite in erfindungeinger manner steel is first melted.
  • the melt thus composed is then cast into a cast strip in a two roll caster.
  • the solidification of the inventive steel is carried out primarily ferritic and then austemtisch due to the high Cr content and low Ni content.
  • the high cooling rates on which the strip is cast favor the retention of distinct ⁇ -ferrite fractions ("delta ferrite fractions") in the hot strip.
  • the cast from the inventive steel strip is hot rolled inline following the strip casting in a continuous production process.
  • a hot strip is produced with a typical thickness of 1 to 4 mm.
  • the cast strip may pass through other work stations, such as a leveling or reheating furnace.
  • the processing of the inventive steel in a strip casting plant has the advantage that the molten steel to a band with minimized, in particular to max. 4 mm, preferably max. 3.5 mm, limited thickness, then let transformations with Forming degrees of max. 50% is required to bring the cast strip to final thickness.
  • the inventive method has a particularly advantageous effect if the hot rolling takes place in a single hot rolling pass.
  • the overall degree of deformation ⁇ achieved in the course of hot rolling should be at most 50%, since otherwise an undesirable fine-grained structure forms.
  • the hot rolling temperatures at which the cast strip einlauft in the first roll pass of the hot rolling are preferably in the range of 1050 - 1200 0 C.
  • Table 1 shows the chemical compositions of three alloys El - E4 according to the invention.
  • the melt After the AOD treatment, the melt has been poured into a pan.
  • the high quality requirements for the properties of the molten steels then required aftertreatment. This was done in the secondary metallurgy, the pan or vacuum treatment of liquid crude steel.
  • this step firstly pursued the goal of setting low contents of the elements carbon, nitrogen, hydrogen, phosphorus and some trace elements in the steel.
  • the correspondingly treated melt is then integrated in a conventional twin roll coater into a cast strip 2.5 to 3.5 mm thick and then directly integrated in a stitch into a hot strip of 1.5 gauge thickness - 2.5 mm hot rolled.
  • the hot rolling end temperature was 1100 0 C, for the hot rolling of hot strips of inventive steels in principle hot rolling end temperatures of 1050 - 1200 0 C come at degrees of deformation of 25 - 50% in question. Due to the direct succession of strip casting and hot rolling under the above conditions, the Risk of crack formation and surface defects are avoided, which consists in a conventional, taking place over a multi-stage hot rolling process processing of the inventive steel alloys due to the two-phase nature of the hot strip produced from them.
  • the hot strips produced in the manner described above were then prepared for cold rolling. They have been subjected to a heat treatment in the form of a Gluhung at a temperature typically in the processing erfindungsgeshoper hot bands in the range of 1000 - 1180 is 0 C. In the illustrated exemplary embodiments, here they were each 1,050 0 C.
  • the hot strips were subjected to descaling in a known manner in order to free the hot strip surface from the oxide layer adhering thereto.
  • descaling usually involves mechanical, for example with the help of Vorentzundern performed a conventional scale breaker and a pickling, in which with a liquid pickling medium, the scale is largely completely removed from the metallic surface of the hot strip.
  • the cold rolling of the hot strip to the required final thickness of 0.8 mm has been carried out without prior heating on a 20-roll cold rolling mill.
  • This type of cold rolling mill is able to apply the high forming forces required to process stainless steels, while ensuring compliance with the tolerances required by customers regarding surface quality and thickness.
  • the degrees of deformation achieved in the course of cold rolling are typically in the range of 40-80% in the case of processing according to the invention.
  • the solidified in the cold rolling cold strip is annealed with recrystallization for the restoration of its required for further processing forming properties at a Gluhtemperatur of 1140 0C.
  • Gluhtemperaturen are in the range of 1050 - 1180 0 C.
  • the recrystallizing annealing has been carried out on a conventional annealing and pickling line, in which the Cold strip first annealed in an open atmosphere and then freed again in the pickling section of the resulting scale.
  • a conventional annealing and pickling line in which the Cold strip first annealed in an open atmosphere and then freed again in the pickling section of the resulting scale.
  • the heat-treated cold strips were finally subjected to temper rolling.
  • temper rolling usually two- or four-roller tempering skeletons are used with polished work rolls.
  • the ⁇ -ferrite contents of the hot strips (“WB”) produced from the steels El-E4, 4301.70 and 4301.60 and their respective mechanical properties yield strength Rp, tensile strength Rm and elongation A80 are listed in Table 2.
  • Table 2 for the cold rolled strips produced from the steels El - E4, 4301.70 and 4301.60 in the manner explained here, the delta ferrite content ⁇ ferrite, the ASTM rated granularity of their structure and the yield strength Rp, Tensile strength Rm and elongation A80 indicated.
  • the elongation values A80 for the cold strips produced from the samples El - E4 are between 44.4% and 48.5% transverse to the rolling direction, while for the comparative samples 4301.70 and 4301.60 elongation values A80 of 53% and 57.6% could be determined.
  • the ⁇ -ferrite content (“delta-ferrite content”) of the steel according to the invention in the cold-rolled strip is between 8.5% and 13% and thus significantly above the values determined for the two comparative samples.
  • the significant proportions of ⁇ -ferrite present in the samples according to the invention explain the lower elongation values.
  • especially the cold strip produced from the samples El-E4 with ASTM values of up to 10 is very fine-grained, which is considered as a possible cause for the high strength level.
  • elements such as carbon and nitrogen or manganese increase the strength properties as interstitially or substitutionally released atoms (in the form of a mixed crystal).
  • the calotte height as a characteristic for the iron drawability is in the range or slightly below the values for the cold strips produced from the samples El and E4, which could be determined from the two comparative samples.
  • the cut-off ratio for the cold strips produced from samples El and E4 is in the range of the cut-off ratio of sample 4301.60.
  • the cold strips according to the invention thus have the same thermoforming power as the samples produced from the conventional steel 1.4301.
  • inventive steel Accordingly, it is possible to produce components with a high thermoforming content and a large draw depth from inventive steel. As they are deformed, cold-rolled flat steel products produced in accordance with the invention exhibit less of a peak than cold strips which have been conventionally produced by continuous casting of steel 1.4301. This proves an isotropic flow behavior of the inventive steel due to a lower rolling texture in the cold strip. Such behavior proves to be particularly favorable in many deep-drawing processes.
  • the r values in the transverse direction according to the invention produced cold rolling products are in the range of conventionally produced material.
  • the cold rolled strip obtained after temper rolling can be subjected to stretch straightening and trimming. As a rule, these production steps are carried out separately. If required, sanding lines can then provide the bands with different shots on the surface of the belt. For highest demands on the flatness of a stainless steel sheet are trained or also undress Arthur Kaltbander treated in strip stretching lines. Any residual stresses which may lead to the unpleasantness of a strip are thus compensated.
  • the invention thus provides a steel whose corrosion resistance is comparable to that of steel 1.4301.
  • the ⁇ -ferrite content (“delta-ferrite content”) of hot and cold strip produced from steel according to the invention is adjusted via the former composition and the strip casting method selected in the course of processing with hot roller rolling, which has subsequently been completed inline, in such a way that elongation at fracture values becomes clear above 35%, in particular above 40%, and the technological forming properties lie in the scatter band of the material 1.4301.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen nichtrostenden Stahl und daraus hergestelltes Kaltflachprodukt, die sich auf einfache Weise kostengünstig herstellen lassen. Ein erfindungsgemaßer Stahl weist dazu im kaltgewalzten Zustand ein Gefüge mit 5 - 15 Vol.-% d-Ferrit und als Rest Austenit auf. Dabei enthalt er (in Gew.-%) : C: 0,05 - 0,14 %, Si: 0,1 - 1,0 %, Mn: 4,0 - 12,0 %, Cr: >17,5 - 22,0 %, Ni: 1,0 - 4,0 %, Cu: 1,0 - 3,0 %, N: 0,03 - 0,2 %, P: max. 0,07 %, S: max. 0,01 %, Mo: max. 0,5 %, optional eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe "Ti, Nb, B, V, Al, Ca, As, Sn, Sb, Pb, Bi, H" mit folgender Maßgabe Ti: max. 0,02 %, Nb: max. 0,1 %, B: max. 0,004 %, V: max. 0,1 %, Al: 0,001 - 0,03 %, Ca: 0,0005 - 0,003 %, As: 0,003 - 0,015 %, Sn: 0,003 - 0,01 %, Pb: max. 0,01 %, Bi: max. 0,01 %, H: max. 0,0025 %, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.

Description

NICHTROSTENDER STAHL, AUS DIESEM STAHL HERGESTELLTES
KALTBAND UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES
STAHLFLACHPRODUKTS AUS DIESEM STAHL
Die Erfindung betrifft einen nichtrostenden Stahl, ein aus diesem Stahl hergestelltes kaltgewalztes Stahlflachprodukt, wie einem Stahlband oder Stahlblech, und ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlflachprodukts aus dem in Rede stehenden Stahl.
Ein in der Praxis vielfach bewahrter nichtrostender Stahl ist unter der Bezeichnung X5CrNil8-10 bekannt und wird unter der EN-Werkstoffnummer 1.4301 gefuhrt. Bei diesem Werkstoff handelt es sich um einen relativ weichen, nicht ferromagnetischen Austenit-Stahl, aus dem beispielsweise Topfe, Essbesteck, Spulbecken, Teile von Haushaltsgeraten, so genannter "weißer Ware", wie Waschmaschinen, Waschetrockner, Geschirrspulmaschinen etc., gefertigt werden. Er enthalt gemäß DIN EN 10088 neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen typischerweise (in Gew.-%) bis zu 0,07 % C, 17,0 - 19,5 % Cr, 8,0 - 10,5 % Ni, max. 1,0 % Si, max . 2,0 % Mn, max. 0,045 % P, max. 0,015 % S und max. 0,110 % N. Der hohe Nickelanteil stellt dabei die austenitische Struktur des Stahls sicher, welche Voraussetzung für seine gute ümformbarkeit ist. Der hohe Cr-Gehalt gewahrleistet dabei die gute Korrosionsbeständigkeit dieses Stahls.
Nachteilig an dem Stahl 1.4301 ist allerdings, dass er nur zu vergleichbar hohen Kosten hergestellt werden kann, da für seine Legierungsbestandteile, insbesondere die hohen Gehalte an Nickel, hohe Preise zu zahlen sind.
Aufgrund der hohen Legierungskosten des Stahls 1.4301 gibt es zahlreiche Versuche, einen Ersatz für diesen Werkstoff zu schaffen. Übereinstimmendes Ziel dieser Bemühungen ist es, den Nickelgehalt zu reduzieren.
Ein Beispiel für eine solche Entwicklung ist in der EP 0 969 113 Al beschrieben. Der aus dieser Veröffentlichung bekannte austenitische Stahl weist neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) 0,01 - 0,08 % C, 0,1 - 1 % Si, 5 - 11 % Mn, 15 - 17,5 % Cr, 1 - 4 % Ni, 1 - 4 % Cu, 0,1 - 0,3 % N, sowie naher definierte Gehalte an Schwefel, Kalzium, Aluminium, Phosphor, Bor und Sauerstoff auf.
Ein anderes Beispiel für einen Stahl der hier behandelten Art ist aus der JP 56 146862 bekannt. Dieser austenitische Stahl enthalt (in Gew.-%) bis zu 0,03 % C, bis zu 0,5 % Si, 2,2 - 3,0 % Mn, 14 - 18 % Cr, 6 - 9 % Ni, bis zu 0,03 % N, 0,15 - 0,50 % Mo, 1 - 3 % Cu und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen. Dabei wird besonderer Wert auf ein gutes Umformverhalten gelegt, welches durch das kontrollierte Einstellen des so genannten MD30-Wertes eingestellt wird, der gemäß einer in der JP 56 146862 angegebenen speziellen Formel berechnet wird.
Mit "Md3o" wird allgemein die Temperatur bezeichnet, bei der nach einer Kaltumformung von 30 % die Umwandlung von Austemt in Martensit zα 50 % abgelaufen ist. Oberhalb dieser Temperatur tritt dagegen eine verminderte Umwandlung auf (s. Werkstoffkunde Stahl, Band 2, Herausgeber: Verein Deutscher Eisenhuttenleute, 1985, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokio, Verlag Stahleisen m.b.H. Dusseldorf, Kapitel D 10.3.2) .
In der europaischen Patentschrift EP 1 431 408 Bl ist des Weiteren ein nichtrostender austenitischer CrNiMnCu-Stahl mit niedrigem Ni-Gehalt mit folgender Zusammensetzung vorgeschlagen worden (in Gew.-%) : 0,03 - 0,064 % C, 0,2 - 1,0 % Si, 7,5 - 10,5 % Mn, 14,0 - 16,0 % Cr, 1,0 - 5,0 % Ni, 0,04 - 0,25 % N, 1,0 - 3,5 % Cu, Spuren von Molybdän und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen. Um Warmwalzfahigkeit zu erhalten, ist dabei für den δ-Ferπtgehalt ( "delta-Ferritgehalt" ) vorgeschrieben, dass dessen nach einer m der EP 1 431 408 Bl selbst angegebenen Formel berechneter Gehalt weniger als 8,5 % betragt . Der derart beschaffene Stahl zeigt vergleichbare mechanische Eigenschaften wie der bekannte Stahl 1.4301.
Auch aus der EP 0 593 158 Al ist ein nichtrostender, zur Gattung der hier betrachteten Stahle gehörender austenitischer CrNiMnCuN-Stahl bekannt. Dieser Stahl weist neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (m Gew.-%) < 0,15 % C, < 1 % Si, 6,4 - 8,0 % Mn, 16,5 - 17,5 % Cr, 2,50 - 5,0 % Ni, < 0,2 % N und 2,0 - 3,0 % Cu auf. Bei diesem Stahl ist eine gute Warmwalzfahigkeit , insbesondere die Vermeidung von Kantenrissen beim Warmwalzen, bei gleichzeitig akzeptablen mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit erreicht worden. Um diese Eigenschaftskombination sicher zu gewahrleisten, wird dabei der Cr-Gehalt des Stahls jeweils so eingestellt, dass er 17,5 Gew.-% sicher nicht überschreitet .
Aus der EP 1 319 091 Bl ist eine Möglichkeit zur kostengerechten Herstellung eines überwiegend aus Mn- Austenit bestehenden Stahlbands oder -blechs bekannt, das eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Festigkeit besitzt. Zu diesem Zweck wird ein Stahl erschmolzen, welcher (in Gew.-%) mindestens die folgenden Legierungsbestandteile enthalt: 15,00 - 24,00 % Cr, 5,00 - 12,00 % Mn, 0,10 - 0,60 % N, 0,01 - 0,2 % C, max . 3,00 % Al und / oder Si, max. 0,07 % P, max. 0,05 % S, max. 0,5 % Nb, max. 0,5 % V, max. 3,0 % Ni, max. 5,0 % Mo, max. 2,0 % Cu sowie als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen. Ein solcher Stahl wird dabei in den zwischen zwei rotierenden Rollen einer Zweirollengießmaschine gebildeten Gießspalt zu einem Dunnband mit einer Dicke von max. 10 mm gegossen. Währenddessen werden die Walzen oder Rollen derart stark gekühlt, dass das Dunnband im Gießspalt mit einer Abkuhlgeschwindigkeit von mindestens 200 K/s abkühlt. Das bekannte Verfahren macht sich auf diese Weise die grundsatzlich bekannte Technik einer Bandgießanlage zunutze, indem sie den Stahl in dem zwischen den Walzen oder Rollen beispielsweise einer Zweirollen-Gießapparatur ("Double roller") gebildeten Gießspalt vergießt und ihn dabei so stark abkühlt, dass es zu einer Verschiebung von einer primär ferritischen in Richtung zu einer primär austenitschen Erstarrung kommt. Dies ermöglicht es, den in der Schmelze gelosten Stickstoff in den Stahl zu überfuhren, denn der Austenit besitzt eine hohe Loslichkeit für Stickstoff. Durch die intensive, mit hoher Kuhlgeschwindigkeit erfolgende Abkühlung ist dabei sichergestellt, dass in der erstarrenden Schmelze möglicherweise entstehende Stickstoff-Gasblasen klein bleiben und der gegen sie gerichtete Druck groß ist. Dies verhindert ein Ausgasen der hohen Stickstoffgehalte im Zuge der Erstarrung.
Aus der EP 1 352 982 Bl ist schließlich ein kostengünstig herstellbarer nichtrostender Stahl bekannt, der auch bei konventioneller Kaltumformung unempfindlich gegen die Entstehung von Spannungsrissen ist. Bei diesem Stahl wird anstelle des üblicherweise angestrebten, einphasigen, rein austenitischen Gefuges ein zweiphasiges Mischgefuge eingestellt, bei dem durch Zulegieren von Si und/oder Mo und teilweise unter Absenkung des Ni-Gehaltes bzw. durch Austausch von Ni durch Cu die Austenit- (A) und Ferrit- (F) Anteile eingestellt sind. Der Austenit wird dabei soweit stabilisiert, dass bei der Verformung eintretende Martensitbildung nicht mehr zu Spannungsrissen fuhrt. In Gew.-% angegeben liegt der Chrom-Gehalt des aus der EP 1 352 982 Bl bekannten Stahls zwischen 16 - 20 %, der Mangan-Gehalt zwischen 6 - 12 %, der Nickel-Gehalt ist kleiner gleich 9,05 % und der Kupfer-Gehalt liegt bei kleiner gleich 3 %. Stickstoff ist zwischen 0,1 - 0,5 % hinzulegiert. Die Legierung ist so zusammengesetzt, dass der t-Faktor (Verhältnis von Ferrit bildenden Elementen zu Austenit bildenden Elementen mit jeweiligen Vorfaktoren) in einem Korridor von mehr als 1,3 bis weniger als 1,8 liegt. Gleichzeitig muss die MD30-Temperatur der Legierung eine bestimmte Bedingung erfüllen.
Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, einen Stahl anzugeben, der sich auf einfache Weise kostengünstig herstellen lasst. Darüber hinaus sollte ein Verfahren angegeben werden, mit dem sich aus einem solchen Stahl ein Stahlband mit optimierten Eigenschaften erzeugen lasst. Schließlich sollte auch ein kaltgewalztes, kostengünstig herstellbares nicht rostendes Stahlflachprodukt angegeben werden, das bei guten Umformungseigenschaften eine für ein weites Feld von Anwendungen ausreichende Festigkeit besitzt .
In Bezug auf den Stahl ist diese Aufgabe erfindungsgemaß dadurch gelost worden, dass dieser Stahl gemäß Anspruch 1 zusammengesetzt ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Stahls sind in den auf Anspruch 1 ruckbezogenen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Losung der voranstehend genannten Aufgabe in Bezug auf das Stahlflachprodukt ist in Anspruch 12 angegeben, wobei in Anspruch 13 eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses Produktes genannt ist.
Schließlich besteht die erfindungsgemaße Losung der oben genannten Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens darin, dass bei der Herstellung eines Stahlflachproduktes mindestens die in Anspruch 14 angegebenen Arbeitsschritte durchlaufen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemaßen Verfahrens sind in den auf Anspruch 14 ruckbezogenen Ansprüchen angegeben.
Mit der Erfindung steht ein nichtrostender CrMnNiCu-Stahl mit höheren Mn- und Cu-Gehalten sowie niedrigem Ni-Gehalt als kostengünstiger Älternativwerkstoff zum 1.4301 zu Verfugung, der sich vorteilhaft über Bandguss zu einem Stahlflachprodukt verarbeiten lasst.
Die Legierungsbestandteile des erfindungsgemaß zusammengesetzten Stahls sind dabei so gewählt, dass sein Gefuge im kaltgewalzten Zustand neben Austenit einen δ-Ferritgehalt ( "delta-Ferritgehalt " ) von 5 - 15 Vol.-% besitzt. Dieser δ-Ferritgehalt ist dabei so bemessen, dass der erfindungsgemaße Stahl als Kaltband bei guter Festigkeit eine
an den Stahl 1.4301 heranreichende Korrosionsbeständigkeit besitzt. Die mechanischen Eigenschaften eines aus dem erfindungsgemaßen Stahl kaltgewalzten Stahlflachprodukts, wie Streckgrenze und Zugfestigkeit, sind gegenüber dem Stahl 1.4301 zu höheren Werten und die Bruchdehnung zu geringen A80-Werten verschoben. Die technologischen Kennwerte zur Beurteilung der Kaltumformbarkeit , wie das Grenzziehverhaltnis und die Kalottenhohe im Tiefungsversuch, liegen dabei im unteren Streubandbereich der für aus dem Stahl 1.4301 erzeugten Stahlbleche ermittelten Werte.
Aufgrund seiner besonderen Eigenschaftskombination eignet sich der erfindungsgemaße Stahl folglich als Ersatz für den Stahl 1.4301 bei der Herstellung von in den Bereich der "weißen Ware" fallenden Produkten sowie für den Einsatz in anderen Anwendungsbereichen, bei denen Stahlbleche jeweils mit deutlichen Tiefzieh- und Streckziehanteilen zu dem jeweiligen Produkt verformt werden .
Der erfindungsgemaße Stahl weist dazu (in Gew.-%) :
C: 0,05 - 0, 14 %,
Si: 0,1 - 1,0 %,
Mn: 4,0 - 12, 0 %,
Cr: >17,5 - 22, 0 %,
Ni: 1,0 - 4,0 %,
Cu: 1,0 - 3,0 %,
N: 0, 03 - 0,2 %,
P: max. 0,07 %,
S: max. 0,01 %,
Mo: max. 0,5 %, optional eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe "Ti,
Nb, B, V, Al, Ca, As, Sn, Sb, Pb, Bi, H" mit folgender
Maßgabe
Ti: max . 0,02 %,
Nb: max . 0,1 %,
B: max . 0,004 %,
V: max . 0,1 %,
Al: 0,001 - 0,03 %,
Ca: 0,0005 - 0,003 %,
As: 0,003 - 0,015 %,
Sn: 0,003 - 0,01 %,
Pb: max . 0,01 %,
H: max . 0,0025 %, und als Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen auf. Cr ist in erster Linie zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit in Gehalten von mehr als 17,5 Gew.-% bis maximal 22,0 Gew.-% in dem erfindungsgemaßen Stahl enthalten. Die Vorschrift, dass jeweils mehr als 17,5 Gew.-% Cr in dem erfindungsgemaßen Stahl enthalten sein sollen, gewahrleistet dabei, dass eine mit dem Stahl 1.4301 vergleichbare
Korrosionsbeständigkeit erzielt wird. Dies wird besonders sicher dann erreicht, wenn der Cr-Gehalt mindestens 17,7 Gew.-%, insbesondere mindestens 18,0 Gew.-% betragt. Die durch die Erfindung erzielten Erfolge treten dabei insbesondere dann ein, wenn der Cr-Gehalt des erfindungsgemaßen Stahls auf 20 Gew.-% beschrankt ist.
C und N sind starke Austenitbildner und erhohen außerdem wirkungsvoll den Widerstand gegen die Bildung von Umformmartensit bei der Verarbeitung erfindungsgemaßer Stahle. Daher ist die Untergrenze des C-Gehaltes auf 0,05 Gew.-% und die Untergrenze für den N-Gehalt auf 0,03 Gew.-% gesetzt worden.
Durch Einhaltung einer Obergrenze von 0,14 Gew.-% für den C-Gehalt wird die Gefahr von Chromkarbidbildung bei einer Wärmebehandlung, z. B. beim Schweißen, und damit einhergehender interkristalliner Korrosion vermieden.
N fuhrt als interstitielles Element zu einer Erhöhung der Streckgrenze und ist daher auf maximal 0,2 Gew.-% festgelegt. Um eine möglichst gute Verformbarkeit zu gewahrleisten, wird der N-Gehalt bevorzugt auf 0,12 Gew.~% beschrankt. Die Wirkung von Stickstoff in einem erfindungsgemaßen nichtrostenden Stahl tritt demnach insbesondere dann ein, wenn sein N-Gehalt mindestens 0,06 Gew.-%, insbesondere 0,06 - 0,10 Gew.-% betragt .
Si unterstutzt die Bildung von Ferrit. Daher ist der Si-
Gehalt eines erfindungsgemaßen Stahls auf max. 1 Gew.-%, insbesondere 0,5 Gew.-%, beschrankt, wobei die unerwünschte Wirkung von Si insbesondere dadurch vermieden werden kann, dass der Si-Gehalt des erfindungsgemaßen Stahls auf max. 0,4 Gew.-% beschrankt wird.
Mo wird erfindungsgemaßem Stahl nicht gezielt zulegiert, da es einerseits die Ferritbildung unterstutzt und andererseits teuer ist. Bevorzugt ist daher der Mo-Gehalt so gering wie möglich. Insbesondere kann der Mo-Gehalt erfindungsgemaß soweit abgesenkt werden, dass er auf unwirksame, den herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen zuzuordnende Mengen beschrankt ist.
Ni wird dem erfindungsgemaßen Stahl als Austenitbildner zugegeben, wobei ein Mindestgehalt von 1 Gew.-% erforderlich ist, um den δ-Ferritgehalt ("delta- Ferritgehalt " ) bei einem erfindungsgemaßen Stahl auf max. 25 % im Warmband und gute Umformeigenschaften zu gewahrleisten, so dass der angestrebte, auf maximal 15 % beschrankte delta-Ferritgehalt erfindungsgemaßen Kaltbands sicher eingehalten wird. Besonders sicher wird dieser Effekt erreicht, wenn der Ni-Gehalt mindestens 1,5 Gew.-%, insbesondere mindestens 2,0 Gew.-%, betragt. Durch die Begrenzung des Ni-Gehalts auf höchstens 4 Gew.-% wird eine deutliche Reduktion der Legierungsmittelkosten im Vergleich zum Stahl 1.4301 erreicht .
Durch das Hinzulegieren der Austenitbildner Mn und Cu ist die Reduktion des Ni-Gehaltes möglich.
Kupfer hat eine ahnliche austenitstabilisierende Wirkung wie Nickel. Ein zu hoher Kupfergehalt kann allerdings zur Bildung von kupferreichen Ausscheidungen mit erniedrigtem Schmelzpunkt fuhren, die insbesondere beim Vergießen des erfindungsgemaßen Stahls in einer Bandgießanlage zu gegossenem Band oder dem anschließend inline erfolgenden Warmwalzen Risse verursachen konnten. Daher sieht die Erfindung für Kupfer eine Obergrenze von 3 % vor. Um die Wirkung von Cu in dem erfindungsgemaßen Stahl zu sichern, hat sich ein Cu-Mindestgehalt von 1,5 Gew.-%, insbesondere 2,0 Gew.-% als gunstig erwiesen, wobei sich in praktischen Versuchen Gehalte von 2,1 Gew.-% und mehr bewahrt haben.
Die austenitbildende Wirkung von Mn in einem erfindungsgemaßen Stahl tritt bei Mn-Gehalten von mindestens 4 Gew.-% ein. Aus legierungsgmitteltechnischer, ökonomischer Sicht ist der Mn-Gehalt auf max. 12 Gew.-% beschrankt, wobei eine optimierte Wirkung des Mangans in erfindungsgemaßem Stahl erzielt wird, wenn der Mn-Gehalt 4,0 - 10,5 Gew.-%, insbesondere 7,5 - 10,5 Gew.-%, betragt.
Die Gehalte an P und S sind für P auf max. 0,07 Gew.-% und für S auf max. 0,01 Gew.-% beschrankt, um den negativen Einfluss dieser Legierungselemente auf die Verformbarkeit eines erfindungsgemaßen Stahls weitestgehend auszuschließen.
Zur Einstellung bestimmter Eigenschaften bei einem erfindungsgemaßen Stahl können optional Gehalte an Ti, Nb, B, V, Al, Ca, As, Sn, Pb oder H anwesend sein.
Ti-Gehalte von bis zu 0,02 Gew.-% dienen sowohl bei der Erzeugung des erfindungsgemaßen Stahlflachprodukts über den Strangguss als auch über die so genannte "Bandgussroute" der Vermeidung von Rissen im erhaltenen Band.
Nb-Gehalte von bis zu 0,1 Gew.-% wirken sich bei einer Erzeugung sowohl über Strangguss als auch über Bandguss gunstig auf die Umformbarkeit aus.
Bor kann erfindungsgemaßem Stahl in Gehalten von bis zu 0,004 Gew.-% im Fall seiner Verarbeitung über Bandguss zugegeben werden, um der Gefahr von Rissbildung entgegenzuwirken. Wird der Stahl im Strangguss vergossen, so tragt die Anwesenheit von B bis zu der genannten Obergrenze zur Vermeidung von Oberflachenaufreißungen bei .
Durch die Zugabe von Al in Gehalten von 0,001 - 0,03 Gew.-% kann der Reinheitsgrad des erfindungsgemaßen Stahls verbessert werden. Demselben Zweck dient die Anwesenheit von Ca in Gehalten 0,0005 - 0,003 Gew.-%.
Durch Gehalte an As von 0,003 - 0,015 Gew.-%, Sn von 0,003 - 0,01 Gew.-%, Pb von bis zu 0,01 Gew.-% und Bi von bis zu 0,01 Gew.-% kann bei der Verarbeitung eines erfindungsgemaßen Stahls über Bandguss die Gefahr von Rissbildung minimiert werden. Im Fall der Verarbeitung über Strangguss helfen diese Elemente in den genannten Gehaltsgrenzen, die Gefahr des Auftretens von Oberflachenfehlern beim Warmwalzen zu vermindern.
Ein hinsichtlich der insbesondere im kaltgewalzten Zustand angestrebten Eigenschaften optimales Verhältnis der austenit- und ferritbildenden Legierungsbestandteile ergibt sich dann, wenn für den Faktor
%Cr + 2%Mo + 1,5%Si + 3%A1 - 5
0,3%Mn + %Ni + 0,5%Cu + 15(%C + %N) + 2
gilt
t kleiner oder gleich 1,3,
wobei mit %C der C-Gehalt, %N der N-Gehalt, %Si der Si- Gehalt, %A1 der Äl-Gehalt, %Mn der Mn-Gehalt, %Cr der Cr- Gehalt, %Ni der Ni-Gehalt, %Mo der Mo-Gehalt und %Cu der Cu-Gehalt der jeweiligen Stahlzusammensetzung bezeichnet sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn t kleiner als 1,3 ist, wobei sich die erfindungsgemaß angestrebten Eigenschaften dann besonders sicher einstellen, wenn t höchstens 1,2 betragt.
Gemäß der Erfindung weist ein aus einem erfindungsgemaß zusammengesetzten Stahl kaltgewalztes Stahlprodukt, also beispielsweise ein kaltgewalztes Stahlband oder Stahlblech, eine Dehnung A80 von mindestens 35 % auf. Bei einem derart beschaffenen kaltgewalzten erfindungsgemaßen Stahlflachprodukt betragt das Grenzziehverhaltnis beim Tiefziehen eines rotationssymmetrischen Napfchens 2,00. "Grenzziehverhaltnis" meint dabei das größte aus dem Durchmesser der Ronde, aus der das Napfchen gezogen wird, zum Durchmesser des zum Tiefziehen des Napfchens eingesetzten Stempels gebildete Ziehverhaltnis im Erstzug, bex dem mit einer bestimmten Niederhalterkraft ein Napf ohne Bodenreißer oder Falten tiefgezogen werden kann. Die Ronde wird dabei an ihrem äußeren Rand vollständig zwischen einem Ziehring und einem Niederhalter eingespannt. Ein Stempel mit 100 mm Durchmesser dringt dann in die Ronde ein und formt in einem Tiefziehvorgang eine Kalotte. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis das Blechmaterial reißt. Die unter diesen Umstanden erzielte, rissfreie Kalottenhohe betragt bei einem aus erfindungsgemaßen Stahl hergestellten Kaltband oder -blech regelmäßig 58 mm. Dementsprechend weist ein erfmdungsgemaß beschaffenes Stahlflachprodukt eine Eigenschaftskombination auf, die es in optimaler Weise für eine Umformung beispielsweise durch Tiefziehen oder vergleichbare Operationen geeignet macht.
Die Erzeugung eines erfindungsgemaßen kaltgewalzten Stahlflachprodukts umfasst allgemein die Arbeitsabschnitte "Erschmelzen, Behandeln und Nachbehandeln des Stahls im Stahlwerk", "Erzeugen von gegossenem Band durch Bandguss aus dem Stahl", "Warmwalzen des gegossenen Bandes oder der Brammen", "Vorbereiten (Glühen und Beizen/Entzundern) des Warmbandes für das Kaltwalzen", "Kaltwalzen", "Fertiggluhen des Kaltbandes" und "Endbearbeiten (Dressieren, Streckrichten, Besäumen) des Kaltbandes". Jeder dieser Arbeitsabschnitte kann dabei optionale Arbeitsschritte umfassen, die beispielsweise jeweils in Abhängigkeit von der zur Verfugung stehenden Änlagentechnik und den vom Verwender (Kunden) gestellten Anforderungen durchgeführt werden.
Zur Herstellung eines Stahlflachproduktes wird gemäß der Erfindung demnach zunächst ein in erfindungemaßer Weise zusammengesetzter Stahl erschmolzen. Die derart zusammengesetzte Schmelze wird dann in einer Zweirollengießmaschine zu einem gegossenen Band vergossen. Die Erstarrung des erfindungsgemaßen Stahls erfolgt dabei aufgrund des hohen Cr-Gehaltes und niedrigen Ni-Gehaltes primär ferritisch und dann austemtisch . Die hohen dem Bandgießen zu Grunde liegenden Abkuhlraten begünstigen den Verbleib deutlicher δ-Ferritanteile ( "delta-Ferritanteile" ) im Warmband.
Anschließend wird das aus dem erfindungsgemaßen Stahl gegossene Band in einem kontinuierlichen Fertigungsablauf inline auf das Bandgießen folgend warmgewalzt. Auf diese Weise wird ein Warmband mit einer typischen Dicke von 1 bis 4 mm erzeugt. Auf dem Weg zu dem jeweiligen Warmwalzgerust kann das gegossene Band selbstverständlich weitere Arbeitsstationen, wie einen Ausgleichs- oder Wiedererwarmungsofen, durchlaufen .
Die Verarbeitung des erfindungsgemaßen Stahls in einer Bandgießanlage hat den Vorteil, dass sich die Stahlschmelze zu einem Band mit minimierter, insbesondere auf max . 4 mm, vorzugsweise max . 3,5 mm, beschrankter Dicke vergießen lasst und anschließend Umformungen mit Umformgraden von max . 50 % erforderlich sind, um das gegossene Band auf Enddicke zu bringen. Auf diese Weise ist es möglich, aus erfindungsgemaßem Stahl trotz dessen Zweiphasigkeit prozesssicher ein Warmband zu fertigen, das anschließend einer konventionellen Weiterverarbeitung zu Kaltband zugeführt werden kann.
Besonders vorteilhaft wirkt sich die erfindungsgemaße Vorgehensweise aus, wenn das Warmwalzen in einem einzigen Warmwalzstich erfolgt. Der im Zuge des Warmwalzens erzielte Gesamtumformgrad ε sollte dabei höchstens 50 % betragen, da sich andernfalls ein unerwünscht feinkorniges Gefuge bildet.
Die Warmwalztemperaturen, mit denen das gegossene Band in den ersten Walzstich des Warmwalzens einlauft, liegen dabei bevorzugt im Bereich von 1050 - 1200 0C.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Äusfuhrungsbeispielen naher erläutert.
In Tabelle 1 sind die chemischen Zusammensetzungen von drei unter die Erfindung fallenden Legierungen El - E4 angegeben .
Zur Herstellung von entsprechend diesen Legierungen El - E4 zusammengesetzten Schmelzen sind im Stahlwerk in einem Elektrolichtbogenofen legierter und unlegierter Schrott sowie Ferrolegierungen gemeinsam eingeschmolzen worden . Danach ist die so erhaltene Schmelze aus dem Elektrolichtbogenofen in einem AOD-Konverter (AOD = Argon Oxygen Decarburization) weiter behandelt worden. Hauptziel dieser Behandlung war die Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes auf einen Zielwert durch Einblasen eines Sauerstoff-Argon-Gemisches .
Nach der AOD-Behandlung ist die Schmelze in eine Pfanne gegossen worden. Die hohen Qualitatsanforderungen an die Eigenschaften der erschmolzenen Stahle machten dann eine Nachbehandlung erforderlich. Dies erfolgte in der Sekundarmetallurgie, der Pfannen- bzw. Vakuumbehandlung von flussigem Rohstahl. Dieser Arbeitsschritt verfolgte neben der Homogenisierung der Schmelze sowie der Einhaltung enger Temperaturgrenzen bzw. exakter Temperaturen in erste Linie das Ziel, niedrige Gehalte der Elemente Kohlenstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Phosphor sowie einiger Spurenelemente im Stahl einzustellen .
Die entsprechend behandelte Schmelze ist dann in einer konventionellen Zweirollengießmaschine ( "Twin-Roller" ) zu einem gegossenen Band mit einer Dicke von 2,5 - 3,5 mm und anschließend direkt in einem Stich integriert zu einem Warmband mit einer Dicke von 1,5 - 2,5 mm warmgewalzt worden. Die Warmwalzendtemperatur betrug dabei 1100 0C, wobei für das Warmwalzen von Warmbandern aus erfindungsgemaßen Stahlen grundsatzlich Warmwalzendtemperaturen von 1050 - 1200 0C bei Verformungsgraden von 25 - 50 % in Frage kommen. Durch die unmittelbare Aufeinanderfolge von Bandgießen und Warmwalzen unter den genannten Bedingungen kann die Gefahr der Entstehung von Rissen und Oberflachenfehlern vermieden werden, die bei einer konventionellen, über einen mehrstufigen Warmwalzprozess erfolgenden Verarbeitung der erfindungsgemaßen Stahllegierungen aufgrund der Zweiphasigkeit der aus ihnen erzeugten Warmbander besteht.
Zum Vergleich sind zwei unter die genormte Legierung des Stahls 1.4301 fallende Proben 4301.70, 4301.60 erschmolzen worden, von denen die Probe 4301.70 in der Zweirollengießmaschine mit anschließendem Warmwalzen in der voranstehend für die Proben El - E4 beschriebenen Weise zu Warmband mit einer Dicke von 1,9 - 2,4 mm verarbeitet worden ist, wahrend die Probe 4301.60 in konventioneller Weise zu Brammen stranggegossen und mehrstufig zu 2,8 - 3,6 mm dickem Warmband verarbeitet worden ist .
Die in der voranstehend erläuterten Weise erzeugten Warmbander sind anschließend zum Kaltwalzen vorbereitet worden. Sie sind dazu einer Wärmebehandlung in Form einer Gluhung bei einer Temperatur unterzogen worden, die bei der Verarbeitung erfindungsgemaßer Warmbander typischerweise im Bereich von 1000 - 1180 0C liegt. Bei den hier erläuterten Ausfuhrungsbeispielen betrug sie jeweils 1050 0C.
Anschließenden sind die Warmbander in bekannter Weise einer Entzunderung unterzogen worden, um die Warmbandoberflache von der darauf haftenden Oxidschicht zu befreien. Eine solche Entzunderung umfasst üblicherweise ein mechanisches, beispielsweise mit Hilfe eines konventionellen Zunderbrechers durchgeführtes Vorentzundern und ein Beizen, bei dem mit einem flussigen Beizmedium der Zunder weitestgehend vollständig von der metallischen Oberflache des Warmbandes entfernt wird.
Das so geglühte und sauber gebeizte so genannte "weiße" Warmband ist zu Coils aufgewickelt und dem Kaltwalzgerust zugeführt worden.
Das Kaltwalzen der Warmbander auf die geforderte Enddicke von 0,8 mm ist ohne vorhergehende Erwärmung auf einem 20-Rollen-Kaltwalzgerust durchgeführt worden. Dieser Kaltwalzgerust-Typ ist in der Lage, die für die Verarbeitung von Edelstahlen erforderlichen hohen Umformkrafte aufzubringen und gewahrleistet zugleich die Einhaltung der von den Kunden geforderten Toleranzen bezuglich Oberflachenqualitat und Dicke. Die im Zuge des Kaltwalzens erzielten Verformungsgrade liegen bei erfmdungsgemaßer Verarbeitung typischerweise im Bereich von 40 - 80 %.
Das beim Kaltwalzen verfestigte Kaltband ist für die Wiederherstellung seiner für die weitere Verarbeitung erforderlichen Umformeigenschaften bei einer Gluhtemperatur von 1140 0C rekristallisierend geglüht worden. Für die rekπstallisierende Gluhung erfmdungsgemaßer Stahlflachprodukte geeignete Gluhtemperaturen liegen im Bereich von 1050 - 1180 0C.
Bei den vorliegenden Ausfuhrungsbeispielen ist die rekristallisierende Gluhung auf einer konventionellen Glüh- und Beizlinie durchgeführt worden, in der das Kaltband zunächst in einer offenen Atmosphäre geglüht und anschließend in der Beizstrecke erneut von dem dabei entstandenen Zunder befreit worden ist. Alternativ ist es bei besonders hohen Anforderungen an die
Oberflachenbeschaffenheit auch möglich, die Gluhung unter einer Schutzgasatmosphare einer Blankgluhlinie durchzufuhren. Die metallisch glanzende Oberflache des Kaltbandes bleibt hierbei erhalten, ihr Glanz wird durch die abschließende Wärmebehandlung in einer Schutzgasatmosphare verstärkt.
Zur endgültigen Einstellung der vom Kunden gewünschten mechanischen Eigenschaften, der Planheit, der Oberflachenfeinstruktur und des Glanzes sind die warmebehandelten Kaltbander schließlich einem Dressierwalzen unterzogen worden. Dazu werden üblicherweise Zwei- oder Vier-Rollen-Dressiergeruste mit polierten Arbeitswalzen eingesetzt.
Die δ-Ferritgehalte der aus den Stahlen El - E4, 4301.70 und 4301.60 erzeugten Warmbander ("WB") und ihre jeweiligen mechanischen Eigenschaften Dehngrenze Rp, Zugfestigkeit Rm und Dehnung A80 sind in Tabelle 2 aufgeführt. Genauso sind in Tabelle 2 für die aus den Stahlen El - E4, 4301.70 und 4301.60 in der hier erläuterten Weise erzeugten, 0,8 mm dicken Kaltbander der delta-Ferritgehalt δ-Ferrit, die nach ASTM bewertete Kornigkeit ihres Gefuges sowie die Dehngrenze Rp, Zugfestigkeit Rm und Dehnung A80 angegeben.
Bei den meisten der aus den erfindungsgemaßen Proben erhaltenen Kaltbander liegen die Werte der Dehngrenze und Zugfestigkeit über den Werten der aus den Vergleichsproben 4301.70 und 4301.60 erzeugten Kaltbander .
Die Dehnungswerte A80 liegen für die aus den Proben El - E4 erzeugten Kaltbander zwischen 44,4 % und 48,5 % quer zur Walzrichtung, wahrend für die Vergleichsproben 4301.70 und 4301.60 Dehnwerte A80 von 53 % und 57,6 % ermittelt werden konnten.
Der δ-Ferritanteil ( "delta-Ferritanteil" ) des erfindungsgemaßen Stahls im Kaltband liegt bei Gehalten zwischen 8,5 % und 13 % und damit deutlich über den für die beiden Vergleichsproben ermittelten Werten. Die bei den erfindungsgemaßen Proben vorhandenen deutlichen Anteile an δ-Ferrit erklaren die niedrigeren Dehnungswerte. Außerdem ist insbesondere das aus den Proben El - E4 erzeugte Kaltband mit ASTM-Werten von bis zu 10 sehr feinkornig, was als eine mögliche Ursache für das hohe Festigkeitsniveau in Frage kommt. Zudem steigern Elemente wie Kohlen- und Stickstoff bzw. Mangan als interstitiell bzw. substitutioneil geloste Atome (in Form eines Mischkristalls) die Festigkeitseigenschaften.
Die zur Bewertung der Umformbarkeit geeigneten technologischen Kennwerte der aus den Proben El und E4 sowie der 4301.60 erzeugten Kaltbander sind in Tabelle 3 aufgeführt .
Die Kalottenhohe als Kennwert für die Streckziehfahigkeit liegt bei den aus den Proben El und E4 erzeugten Kaltbandern im Bereich bzw. leicht unterhalb der Werte, die aus den beiden Vergleichsproben ermittelt werden konnten .
Auch liegt das Grenzziehverhaltnis bei den aus den Proben El und E4 erzeugten Kaltbandern im Bereich des Grenzziehverhaltnisses der Probe 4301.60. Die erfindungsgemaßen Kaltbander weisen somit ein gleich gutes Tiefziehvermogen auf wie die aus dem konventionellen Stahl 1.4301 erzeugten Proben.
Dementsprechend lassen sich aus erfindungsgemaßerα Stahl Bauteile mit hohem Tiefziehanteil und großer Ziehtiefe herstellen. Bei ihrer Verformung zeigen in erfindungsgemaßer Weise erzeugte kaltgewalzte Stahlflachprodukte eine geringere Zipfeligkeit als Kaltbander, die in konventioneller Weise über Strangguss aus dem Stahl 1.4301 erzeugt worden sind. Dies belegt ein isotroperes Fließverhalten des erfindungsgemaßen Stahls bedingt durch eine geringere Walztextur im Kaltband. Em solches Verhalten erweist sich bei vielen Tiefziehprozessen als besonders gunstig. Die r-Werte in Querrichtung erfmdungsgemaß erzeugter Kaltwalzprodukte liegen im Bereich des konventionell erzeugten Materials.
Das nach dem Dressierwalzen erhaltene Kaltband kann erforderlichenfalls einem Streckrichten und Besäumen unterzogen werden. In der Regel werden diese Fertigungsschritte separat durchgeführt. Schleiflinien können dann die Bander erforderlichenfalls noch mit unterschiedlichen Schilffbildern auf der Bandoberflache versehen. Für höchste Anforderungen an die Planheit eines Edelstahlbleches werden dressierte oder auch undressierte Kaltbander in Bandstreckanlagen behandelt. Eventuell vorhandene Eigenspannungen, die zur Unplanneit eines Bandes fuhren können, werden so ausgeglichen.
Mit der Erfindung steht somit ein Stahl zur Verfugung, dessen Korrosionsbeständigkeit mit der des Stahls 1.4301 vergleichbar ist. Der δ-Ferritgehalt ("delta- Ferritgehalt" ) bei aus erfindungsgemaßem Stahl erzeugten Warm- und Kaltband wird dabei über die ehem. Zusammensetzung und die im Zuge des als Verarbeitungsverfahren gewählten Bandgießens mit anschließend inline absolviertem Warmwalzen mögliche schnelle Erstarrung so eingestellt, dass Bruchdehnungswerte deutlich oberhalb von 35 %, insbesondere oberhalb von 40 %, erreicht werden und die technologischen Umformeigenschaften im Streubandbereich des Werkstoffs 1.4301 liegen.
Figure imgf000025_0001
Angaben in Gew.-% Tabelle 1
Figure imgf000025_0002
= Nicht ermittelt
Tabelle 2b
Tabelle 3 κ>
Ul

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Nichtrostender Stahl, dessen Gefüge im kaltgewalzten Zustand 5 - 15 Vol.-% δ-Ferrit und als Rest Austenit aufweist, mit folgender Zusammensetzung (in Gew.-%) :
C: 0,05 - 0,14 %,
Si: 0, 1 - 1,0 % ,
Mn: 4, 0 - 12,0 %,
Cr: >17,5 - 22,0 %,
Ni: 1, 0 - 4,0 %,
Cu: 1, 0 - 3,0 %,
N: 00,,003 - 0,2 %,
P: max. 0,07 %,
S: max. 0,01 %,
Mo: max . 0,5 % , optional eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe "Ti, Nb, B, V, Al, Ca, As, Sn, Sb, Pb, Bi, H" mit folgender Maßgabe
Ti: max. 0,02 %,
Nb: max. 0,1 %,
B: max. 0,004 %,
V: max. 0,1 %,
Al: 0,001 - 0,03 %,
Ca: 0, 0005 - 0, 003 %,
As: 0,003 - 0,015 %,
Sn: 0,003 - 0,01 %,
Pb: max. 0,01 %,
Bi: max. 0,01 %,
H: max. 0,0025 %, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.
2. Nichtrostender Stahl nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s für
%Cr + 2%Mo + 1,5 %Si + 3%A1 - 5 t —
0,3%Mn + INi + 0,5%Cu + 15(%C + %N) + 2
gilt t < 1,3,
wobei mit %C der C-Gehalt, %N der N-Gehalt, %Si der Si-Gehalt, %A1 der Al-Gehalt, %Mn der Mn-Gehalt, %Cr der Cr-Gehalt, %Ni der Ni-Gehalt, %Mo der Mo-Gehalt und %Cu der Cu-Gehalt der jeweiligen Stahlzusammensetzung bezeichnet sind.
3. Nichtrostender Stahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Si- Gehalt 0, 1 - 0, 4 Gew.-% betragt.
4. Nichtrostender Stahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Mn-Gehalt 4, 0 - 10, 5 Gew.-% betragt.
5. Nichtrostender Stahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Cr-Gehalt max. 20,0 Gew.-% betragt.
6. Nichtrostender Stahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Cr- Gehalt mindestens 17,7 Gew.-%, insbesondere mindestens 18,0 Gew.-%, betragt.
7. Nichtrostender Stahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Ni-Gehalt mindestens 1,5 Gew.-% betragt.
8. Nichtrostender Stahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s er mindestens 1, 5 Gew.-% Cu enthalt.
9. Nichtrostender Stahl nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Cu- Gehalt mindestens 2,0 Gew.-% betragt.
10. Nichtrostender Stahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein N-Gehalt 0, 03 - 0, 10 Gew.-% betragt.
11. Kaltgewalztes Stahlflachprodukt hergestellt aus einem gemäß einem der voranstehenden Ansprüche zusammengesetzten Stahl.
12. Kaltgewalztes Stahlflachprodukt nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s seine Dehnung A80 mindestens 35 % betragt.
13. Kaltgewalztes Stahlflachprodukt nach Anspruch lloder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Grenzziehverhaltnis beim Tiefziehen eines rotationssymmetrischen Napfchens 2,00 betragt.
14. Verfahren zum Herstellen eines Stahlflachprodukts, wie Stahlband oder Stahlblech, bei dem folgende Arbeitsschritte durchlaufen werden:
- Erschmelzen eines gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 beschaffenen nichtrostenden Stahls,
- Vergießen des erschmolzenen Stahls in einer Zweirollengießmaschine zu einem gegossenen Band;
- inline auf das Gießen des gegossenen Bandes erfolgendes Warmwalzen des gegossenen Bands zu einem Warmband.
15. Verfahren nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Warmwalzen in einem einzigen Warmwalzstich erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der wahrend des Warmwalzens erzielte Gesamtumformgrad ε höchstens 50 % betragt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das gegossene Band mit einer im Bereich von 1050 - 1200 °C liegenden Warmwalzanfangstemperatur in den ersten Walzstich einlauft.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Dicke des gegossenen Bandes höchstens 4 mm betragt .
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Warmband zu einem Kaltband kaltgewalzt wird, so dass ein gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14 ausgebildetes Kaltband erhalten wird.
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