DE2543366A1

DE2543366A1 - Stahlblecherzeugnis in tiefziehguete

Info

Publication number: DE2543366A1
Application number: DE19752543366
Authority: DE
Inventors: David Carl Ludwigson
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1974-09-30
Filing date: 1975-09-29
Publication date: 1976-04-08
Also published as: BR7506215A; IT1047328B; BE833772A; FR2286203B3; US3926692A; FR2286203A1; JPS5160623A; NL7511464A; CA1043592A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

H. KINKELDEY 4 3 O V O _w> STOCKMAIR

DR..1NQ Art ICALTKH

K. SCHUMANN

OR BSI NAT ■ OPL-PHYa

P. H. JAKOB

DIF=L-ING.

G. BEZOLD

DR RER NKT-- DIPL-CHB*

MÜNCHEN

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

^p 9617 2 9. Sep. 1975

USS ENGINEERS AND CONSULTANTS, INC. 600 Grant Street, Pittsburgh, Pennsylvania / U.S.A.

StahlbleeherZeugnis in Tiefziehgüte

Die Erfindung 'beschäftigt sich mit der Entwicklung eines wirtschaftlichen Stahlblecherzeugnisses mit einer außerordentlich hohen Tiefziehbarkeit, die durch einen entsprechend günstigen r -Wert ausgedrückt wird. Dabei beschäftigt sich die Erfindung insbesondere damit, einen speziellen Zusammensetzungsbereich anzugeben, der die angestrebte gute Tiefziehbarkeit ermöglicht.

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TELEFON (O89) 23 28 62 TELEX OB-293BO TELEGRAMME MONAPAT

Es ist allgemein anerkannt, daß das Verhalten eines Stahlbleches während des als Tiefziehen "bekannten Verformungsvorganges eng mit dem Verhältnis r zusammenhängt, welches das Verhältnis der wahren Formänderungsarbeit in Breitenrichtung (true width strain) zur wahren Formänderungsarbeit in Dickenrichtung (true thickness strain) darstellt, wenn der Stahl bei Zugwirkung in Längsrichtung verformend beansprucht wird. Deshalb kann die Eignung eines Stahls als Tiefziehblech durch Bestimmung der Größe r im Laborversuch ermittelt werden, was häufig die Untersuchung eines Werkstoffes im großtechnischen Maßstab überflüssig macht. Üblicherweise wird r in der Blechebene in drei Richtungen gemessen, nämlich parallel zur Walzrichtung (tq), diagonal zur Walzrichtung (iVr) und senkrecht zur Walzrichtung (tqq). Aus diesen drei Größen werden üblicherweise zwei zusammengesetzte Werte ermittelt.:

r = (r₀ + 2r₄₅ + *_go.)A (Ό

Ar = (r₀ - 2r₄₅ + r_gQ)/2 (2)

Hohe r -Werte gehören zu einer großen Fähigkeit des Werkstoffes_? ohne Bruch tief gezogen zu werden und /v>r-Werte im Bereich von 0 gehören zu einer geringen Neigung zu einer unerwünschten richtungsmäßigen Ungleichmäßigkeit beim Tiefziehen, welche Erscheinung als Zipfelbildung bekannt ist.

Isotropische Stähle sind bereits mit r-Werten um 1,0 und mit Ar-Werten um 0,0 hergestellt worden. Derartige Stähle besitzen eine begrenzte Tiefziebarkeit, aber eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen die Zipfelbildung. Kaltgewalzte, unberuhigte Stahlbleche besitzen im allgemeinen r-Werte von etwa 1,2 und /^,r-Werte von etwa +0,4. Derartige Stähle können leichten Tiefziehvorgängen unterworfen werden, zeigen jedoch eine nach-

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teilige Zipfelbildung. Beruhigte Stähle in Sondertiefziehgüte (DQSKrStähle) zeichnen sich häufig durch r-Werte im Bereich von 1,5 unaAr-Werte im Bereich von +0,5 aus. Wenngleich diese Stähle starken Verformungen durch Tiefziehen gewachsen sind, neigen sie doch zur Zipfelbildung, wobei außerdem noch zu "bedenken ist, daß unberuhigte Stähle kostengünstiger zu erzeugen sind« In jüngster Zeit sind Stahlbleche aufgetaucht, welche Niob oder Titan zur Verbindung mit interstitiellen Elementen enthalten. Diese Stähle besitzen r-Werte von mehr als 2,0 und sind somit auch starken Tiefziehbeanspruchungen gewachsen. Ihre Neigung zur Zipfelbildung kann in manchen !"allen klein sein, wie aus ^r-Werten im Bereich von -0,1 hervorgeht, kann jedoch in anderen Fällen auch hoch sein, wie durch Ar-Werte im Bereich von +0,5 zum Ausdruck kommt. Wegen ihrer Gehalte an Niob und Titan sind diese Stähle jedoch sehr teuer in der Herstellung. Ein deutlich billigeres Verfahren zur Verbesserung der Tief ziehf ähigkeit ist durch den Zusatz von Eb.osph.or zu unberuhigten Stählen gekennzeichnet. So ist den US-Patentschriften 3 215 567 und 3 244 565 zu entnehmen, daß ein Zusatz von mehr als etwa 0,03 % Phosphor zu einem unberuhigten Stahl mit einer nachfolgenden Entkohlung des Stahls zu einer merklichen Verbesserung der Tiefziehbarkeit führen kann. Es sei jedoch bemerkt, daß die r-Werte dieser Stähle sich lediglich denjenigen der bereits erwähnten DQSK-Stähle nähern.

Die Erfindung verfolgt somit in erster Line das Ziel, einen phosphorhaltigen Stahl zu schaffen, aus welchem Erzeugnisse mit r-Werten in der Größenordnung von 2,0 und mehr hergestellt werden können.

Ein weiteres Ziel der Erfindung bestölt darin, einen phosphorhaltigen Stahl zu schaffen, welcher ohne die Notwendigkeit einer Entkohlung eine überlegene Tief ziehbarkeit besitzt. Das

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bedeutet mit anderen Worten, daß ein Tiefzieh-Werkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,01 % geschaffen, werden soll.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des HauptanSpruches gelöst.

Die Erfindung beruht auf dan Leitgedanken, daß das gute Tiefziehvermögen desoxidierter Stähle mit Mangangehalten von weniger als etwa 0,22 % durch Zusatz von etwa 0,015 bis 0,05 % Phosphor gesteigert werden kann. Der vorteilhafte Einfluß eines derartigen Phosphorzusatzes auf die Ziehbarkeit wird noch durch Siliciumgehalte von 0,02 bis 0,05 % gesteigert.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen untf>r Bezug auf die Zeichnung. In dieser zeigen:

Pig. 1 ein Schaubild, welches den Einfluß von Mangan- und Phosphorgehalten auf den r-Wert erkennen läßt, und

Fig. 2 ein Schaubild, welches den günstigen Einfluß auf den r-Wert von Siliciumzusätzen zu einem phoshporhaltigen Stahl zeigt.

Die Anisotropie, welche sich aus günstigen f- und Δ r-Werten ergibt, wird durch metallurgische Reaktionen im Stahl entwickelt, weiche gewisse Orientierungen der Einzelkristallite im Stahl hinsichtlich der Stahloberfläche und Walzrichtung begünstigen. Insbesondere dann, wenn ein großer Anteil der Kristallite mit ihren <111>-Achsen senkrecht zur Blechoberfläche orientiert sind, können hohe r-Werte beobachtet werden.

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Zur Ermittlung des Einflusses von in geringen Konzentrationen anzutreffenden Begleitelementen, die üblicherweise in Stahlblechen vorliegen, auf derartige Kornorientierungen, wurde eine Vielzahl von Chargen unter planmäßiger Variation ihrer Gehalte an Hangan, Phosphor, Schwefel, Silicium, Kupfer, Nickel, Sauerstoff und Stickstoff hergestellt. Jede Charge wurde warm auf ein angestrebtes Fertigmaß von 2,28 mm Dicke bei einer Temperatur von etwa 899°C ausgewalzt, worauf das Bandmaterial langsam von 621⁰C abgekühlt wurde, um auf diese Weise Abkühlungsbedingungen einzuhalten, wie sie bei technisch hergestellten Stählen im aufgehaspelten Zustand üblich sind. Each dem Entzundern wurde das Bandmaterial in der Kälte auf eine angestrebte Dicke von 0,762 mm ausgewalzt, was einem angestrebten Kaltwalzgrad von etwa 67% entsprach. Die erzeugten kaltgewalzten Bänder wurden in herkömmlicher Weise einer Rekristallisationsglühung unterzogen, worauf ihre f- und Δ-r-Werte ermittelt wurden. Aus den Ergebnissen dieser VersuchsChargen und mit Hilfe der Regressionsanalyse wurde die Beziehung von r- und Ar als Punksion der Gehalte an den oben erwähnten Legierungsbestandteilen entwickelt. Dabei zeigte sich, daß innerhalb der untersuchten Bereiche die Elemente Schwefel, K _t r, Nickel, Sa-^rstoff und Stickstoff alle samt dem Erreichen hoher r-Werte entgegen standen. Anders ausgedrückt heißt das, daß zunehmende Gehalte irgendeines der vorstehend genannten fünf Elemente eine ungünstige Auswirkung auf den r-Wert besitzen. Demzufolge ist es anzustreben, die vorstehend erwähnten Begleitelemente auf Gehaltsgrenzen zu halten, die unterhalb der im folgenden wiedergegebenen Höchstgrenzen liegen: 0,04 % Schwefel, vorzugsweise max. 0,03 %\ 0,05 % Kupfer; 0,12 % Nickel; 0,015 % Stickstoff, vorzugsweise max. 0,01 %; 0,02 % Sauerstoff, vorzugsweise jedoch max. 0,015 %·

Im Unterschied zu den erwähnten US-Patentschriften 3 215 und 3 244 565 wurde jedoch gefunden, daß Phosphor auch die

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Zielibarkeit beruhigter (desoxidierter) Stähle verbessern kann. Bei beruhigten Stählen ist ein Phosphorzusatz- oder gehalt jedoch, nur dann von Nutzen,wenn der Mangangehalt unterhalb von etwa 0,22 Gew.-% gehalten wird. Die desweiteren überraschende Interaktion oder Wechselwirkung zwischen Mangan' und Phosphor in einem desoxidierten Stahl wird durch Pig. 1 noch weiter 'erhellt. Aus Pig. 1 ist in Übereinstimmung mit der Aussage der US-Patentschrift 3 215 567 (vgl. die Stähle 17 und 18) zu erkennen, daß bei einem beruhigten Stahl, bei welchem der Mangangehalt beispielsweise 0,35 % beträgt, eine Steigerung des Phosphorgehaltes einen deutlich nachteiligen Einfluß auf die Ziehbarkeit besitzt. Bei Zusammensetzungen mit Mangangehalten von 0,22 bis 0,28 % hat der Phosphorgehalt lediglich einen geringen oder gar vernachlässigbaren Einfluß auf den r-Wert. Überraschenderweise wächst der r-Wert jedoch, bei Mangangehalten von etwa 0,22 % oder weniger spürbar mit zunehmenden Phosphorghalten an, wobei dieser vorteilhafte Einfluß des Phosphors mit fortschreitend abnehmenden Mangangehalten immer deutlicher wird. -

Hinsichtlich dieses vom Mangangehalt abhängigen "flip-flop"-Effektes des Phosphors in Stählen, die als beruhigte Stähle bezeichnet werden können, kann nunmehr geschlußfolgert werden, weshalb die beiden erwähnten US-Patentschriften den vorteilhaften Einfluß von Phosphor auf unberuhigte Stähle begrenzen. Die ■Verminderung des Mangangehaltes auf Werte von weniger als etwa 0,2 % ist nicht nur kostspielig, sondern kann auch schädlich sein, da im allgemeinen dann nur ein zum Abbinden des im Stahl vorliegenden Schwefels unzureichender Mangananteil verbleibt. (Dadurch können die Stäle zur Warmbrüchigkeit neigen). Es ergibt sich somit, daß im Stand der Technik niedrige Mangangehalte nur dann benutzt wurden, wenn dieses absolut erforderlich oder unumgänglich war, wie beispielsweise zur Verbesserung der Durch-

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hangfestigkeit emailierter Stähle. Von gleicher Wichtigkeit war Ms vor Kurzem der Umstand, daß Stähle mit derart niedrigem Mangangehalt nicht mit Hilfe einer sogenannten subkritischen Glühung rekristallisiert werden konnte. Demzufolge mußten derart manganarme Stähle durch normalisieren rekristallisiert werden, wodurch jedoch das Erreichen hoher r-Werte unmöglich gemacht wird. Es ist beispielsweise aus den US-Patentschriften 3 668 016 und 3 709 744 heutzutage bekannt, daß derart manganarme Stähle subkritisch geglüht werden können, sofern sie im erforderlichen Ausmaß desoxidiert worden sind. Ferner ist aus den genannten Patentschriften bekannt, daß niedrige Mangangehalte in der Tat einen günstigen Einfluß auf die Erzielung eines hohen r-Wertes besitzen. Demzufolge waren die den US-Patentschriften 3 215 567 und 3 244 565 zugrundeliegenden Untersuchungen ggf. auf den Einfluß des Phosphors in Stählen mit Mangangehalten von mehr als etwa 0,25 % begrenzt. Bei (desoxidierten) Stählen mit so hohen Mangangehalten läßt sich jedoch beobachten, daß eine Erhöhung des Phosphorgehaltes eine Verminderung des erzielten r-Wertes zur Folge hat, wozu auf Fig. 1 und die erwähnte US-Patentschrift 3 215 567 verwiesen wird.

Außerdem wurde gefunden, daß auch durch höhere Siliciumgehalte die Ziehbarkeit verbessert wird, wobei sich der günstige Einfluß noch zunehmend mit wachsenden Phosphorgehalten vergrößert. Dieser letztgenannte Zusammenhang ist in Fig. 2 veranschaulicht. Wie Fig. 2 zu ent nehmen, wird bei einem Phosphorgehalt von 0,01. % durch eine Vergrößerung des Siliciumgehaltes ein Anstieg des r-Wertes erzielt. Beträgt der Phosphorgehalt jedoch 0,02 % oder mehr, so hat eine vergleichbare Erhöhung des Siliciumgehaltes eine viel stärkere Verbesserung des r-Wertes zur Folge.

Drei, Stahlchargen unterschiedlicher Zusammensetzungen wurden in der vorstehend dargelegten Weise zu Blech verarbeitet. Die

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ο -

jeweiligen Zusammensetzungen der erhaltenen Stahlbleche sind in der folgenden Tafel 1 zusammengestellt, während in Tafel 2 die gemessenen und die berechneten Werte der verschiedenen Verhältnisse r zusammengestellt sind. Bei dem zu Vergleichszwecken aufgeführten stahl 1 handelt es sich um einen Vergleichsstahl, dessen Phosphorgehalt außerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens liegt. Die Stähle 2 und 3 betreffen Zusammensetzungen innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens.

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Tafel I Nr. C Mn P S Si Cu Ni Mo N Al (Gesamt) °(ppm)

1 0,012 0,08 0,006 0,006 0,020 0,040 0,114 0,004 0,003 0,004

2 0,011 0,075 0,020 0,006 0,042<0,005 0,022(0,005 0,002 0,002

3 0,011 0,085 0,021 0,005 0,056 0,040 0,025<0,005 0,003 0,005

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	1	^ro	1	^r45	2	T a	f	1	elll	Δ	r
Nr.	1	,581	2	,795	2	^r90		2	f	ο,	141
1	1	,891	2	,227	2	,291	2	,866	+0,	005
2		,760		,306	,573	,230	-ο,	004
3			,844	,304

OJ OO CD CO

Abgesehen von ihren etwas geringeren Nickelgehalten ist zu erkennen, daß die Stähle 2 und 3 im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie der Vergleichs stahl "besitzen, mit Ausnahme ihrer höheren Phosphor- und Schwefelgehalte. Die deutlich höheren r-Werte der letztgenannten "beiden Stähle sind deutlich zu erkennen. Dabei ist hervorzuheben, daß derart hohe r-Werte erreicht worden sind, ohne daß Einbußen im Hinblick auf die richtungsmäßige Gleichmäßigkeit in Kauf genommen werden mußten, da - wie ersichtlich, die .Ar-Werte bei den Stählen 2 und 3 nur sehr wenig von 0 verschieden sind.

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Claims

Patentansprüche

1. Tiefziehblech gekennzeichnet durch einen r-Wert von wenigstens etwa 2,0 und einen Gehalt an

max. 0,1 % Kohlenstoff, max. 0,22 % Mangan,

0,015 - 0,05 % Phosphor,
max. 0,06 % Silicium,
max. 0,02 % Sauerstoff,
Eest Eisen und herstellungshedingte Verunreinigungen.

2. Tiefziehblech nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Phosphorgehalt von wenigstens 0,03 %·

3. Tiefziehblech nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,01 % und einen Sauerstoffgehalt von weniger als etwa 0,015 %·

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