DE60000392T2

DE60000392T2 - Aluminiumberuhigtes, niedriggekohltes Stahlband für Behälter

Info

Publication number: DE60000392T2
Application number: DE60000392T
Authority: DE
Inventors: Mohamed Bouzekri
Original assignee: Sollac SA; Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
Current assignee: Sollac SA
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2020-07-01
Also published as: DE60000392D1; ATE223506T2; EP1065284A1; DK1065284T3; PT1065284E; US6478901B1; CA2312673C; FR2795740B1; FR2795740A1; ES2182761T3; ES2182761T5; DK1065284T4; BR0002270A; CA2312673A1; EP1065284B1; EP1065284B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Stähle zur Anwendung auf dem Gebiet der metallischen Verpackung im Lebensmittel- oder Nichtlebensmittelbereich oder in der Industrie.
Die Stähle, die zur Verwendung für metallische Verpackungen erzeugt werden, unterscheiden sich vor allem von den Feinblechen durch ihre physikalischen Eigenschaften.
Die Dicken der Stahlbleche zur Verpackung bewegen sich für die überwiegende Mehrzahl der Anwendungen von 0,12 mm bis 0,25 mm, können aber auch größere Dicken von bis zu 0,49 mm für sehr spezielle Anwendungen erreichen. Dies ist zum Beispiel bei bestimmten Verpackungen für den Nichtlebensmittelbereich der Fall, wie zum Beispiel für gewisse Aerosole, oder für gewisse industrielle Verpackungen. Sie können auch bis zu 0,08 mm hinuntergehen, zum Beispiel im Fall von Lebensmittelbehältern.
Die Stahlbleche zur Verpackung sind üblicherweise mit einem metallischen Überzug beschichtet (Zinn, umgeschmolzen oder nicht, oder Chrom), auf dem im Allgemeinen ein organischer Überzug abgelagert ist (Lack, Tinten, Kunststoff filme).
Im Fall von zweiteiligen Verpackungen im Fall von Getränkedosen werden diese durch Tiefziehen unter einem Niederhalter oder durch Tiefziehen/Repassieren hergestellt, wobei dies im Allgemeinen axialsymmetrische, zylindrische oder kegelstumpfförmige Dosen sind. Die Verpackungshersteller zeigen jedoch ein immer ausgeprägteres Interesse für Stähle mit immer geringeren Dicken von 0,12 mm bis 0,075 mm, und im Bestreben, sich von den Mitbewerbern abzuheben, suchen sie nach neuen, immer komplexeren Formen.
So gibt es heute Dosen mit originellen Formen, die aus Stahlblechen mit geringen Dicken hergestellt wurden, die jedoch, obwohl ihre Formung immer schwie riger wird, die Verwendungskriterien erfüllen müssen (mechanische Festigkeit der Verpackung, Widerstandsfähigkeit gegenüber der axialen Belastung, der sie bei der aufeinandergestapelten Lagerung ausgesetzt sind, Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Überdruck im Inneren, dem sie während der Wärmebehandlung zur Sterilisierung ausgesetzt sind, und gegenüber dem Unterdruck im Inneren, dem sie nach dem Abkühlen ausgesetzt sind) und somit eine sehr hohe mechanische Widerstandsfähigkeit aufweisen müssen.
Der Einsatz und die Leistungsfähigkeit dieser Verpackungen hängen somit von einer bestimmten Anzahl an mechanischen Eigenschaften des Stahls ab:
- dem Koeffizienten der planaren Anisotropie ΔC aniso,
- dem Lankford-Koeffizienten,
- der Elastizitätsgrenze Re,
- der maximalen Bruchfestigkeit Rm,
- der Dehnung A%,
- der Gleichmaßdehnung Ag%.
Um der Verpackung bei geringerer Dicke des Stahls eine gleichwertige mechanische Festigkeit zu verleihen, muss das Stahlblech unbedingt eine höhere maximale Bruchfestigkeit aufweisen.
Es ist bekannt, für die Herstellung von Verpackungen Standardstähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und niedrigem Mangangehalt zu verwenden, die mit Aluminium beruhigt wurden.
Der Kohlenstoffgehalt, der üblicherweise für diesen Stahltyp angestrebt wird, beträgt zwischen 0,020% und 0,040%, denn Gehalte über 0,040% führen zu mechanischen Eigenschaften, die für das Tiefziehen weniger günstig sind, und Gehalte unter 0,020% rufen trotz einer Alterung durch das Glühen eine Neigung zur natürlichen Alterung des Blechs hervor.
Der Mangangehalt wird maximal reduziert, da dieses Element bei nicht vakuumentgasten Stählen eine ungünstige Wirkung auf den Wert des Lankford- Koeffizienten hat. Der angestrebte Mangangehalt liegt daher zwischen 0,15 und 0,25%.
Diese Stahlbleche werden erzeugt durch Kaltwalzen eines warmgewalzten Bandes mit einem Kaltwalzgrad zwischen 75% und mehr als 90%, gefolgt von einem kontinuierlichen Glühen bei einer Temperatur zwischen 640 und 700ºC, und einem zweiten Kaltwalzen, wobei der Dehnungsgrad im Lauf dieses zweiten Kaltwalzens je nach dem Ausmaß der angestrebten maximalen Bruchfestigkeit Rm zwischen 2% und 45% variiert.
Bei aluminiumberuhigten Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt sind gute mechanische Eigenschaften jedoch mit einer geringen Dehnbarkeit verbunden. Außer dass sie ungünstig für die Formung der Verpackung ist, führt diese geringe Duktilität bei dieser Formung zu einer Verdünnung der Wände, die ungünstig für die Leistungsfähigkeit der Verpackung ist.
So weist zum Beispiel ein aluminiumberuhigter Stahl mit niedrigem Kohlenstoff gehalt, der eine maximale Bruchfestigkeit Rm in der Größenordnung von 550 MPa aufweist, einen Dehnungsgrad A% in der Größenordnung von nur 1 bis 3% auf.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Blech aus aluminiumberuhigtem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt für Verpackungszwecke zu schaffen, der bei gleicher maximaler Bruchfestigkeit wie aluminiumberuhigte Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt des Stands der Technik einen höheren Dehnungsgrad A% aufweist.
Um diese Eigenschaften zu erzielen, ist der Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bandes aus aluminiumberuhigtem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zur Verpackung, wobei
- ein warmgewalztes Stahlband, enthaltend zwischen 0,022 und 0,035 Gew.-% Kohlenstoff, zwischen 0,15 und 0,25 Gew.-% Mangan, zwischen 0,040 und 0,070 Gew.-% Aluminium, zwischen 0,0035 und 0,0060 Gew.-% Stickstoff, wobei der Rest Eisen und unvermeidliche restliche Verunreinigungen sind, zugeführt wird,
- ein erstes Kaltwalzen des Bandes durchgeführt wird,
- das kaltgewalzte Band einem Glühen unterzogen wird,
- eventuell ein zweites Kaltwalzen durchgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass das Glühen ein kontinuierliches Glühen ist, dessen Zyklus umfasst:
- einen Temperaturanstieg bis zu einer Temperatur über der Temperatur des Beginns der Perlitbildung Ac&sub1;,
- ein Halten des Bandes über dieser Temperatur während einer Dauer von über 10 Sekunden,
- eine rasche Abkühlung des Bandes bis auf eine Temperatur von unter 100ºC mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von über 100ºC pro Sekunde,
- eine Wärmebehandlung bei einer niedrigen Temperatur zwischen 100ºC und 300ºC während einer Dauer von über 10 Sekunden,
- und eine Abkühlung bis auf die Umgebungstemperatur.
Gemäß anderen Merkmalen des erfindungsgemäßen Verfahrens:
- wird nach dem raschen Abkühlen des Bandes und vor der Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur ein Vorgang der plastischen Dehnungsverformung des Bandes mit einem Dehnungsgrad zwischen 1 und 5% durchgeführt,
- wird das Band im Lauf des Glühens während einer Dauer von 10 Sekunden bis 2 Minuten auf einer Temperatur zwischen Ac&sub1; und 800ºC gehalten,
- beträgt die Geschwindigkeit des raschen Abkühlens zwischen 100ºC pro Sekunde und 500ºC pro Sekunde,
- wird das Band im Lauf der Wärmebehandlung während einer Dauer zwischen 10 Sekunden und 2 Minuten auf einer niedrigen Temperatur zwischen 100ºC und 300ºC gehalten,
- erfolgt der Vorgang der plastischen Dehnungsverformung des Bandes durch Streckbiegerichten oder durch Walzen.
Die Erfindung betrifft auch ein Blech aus aluminiumberuhigtem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zur Verpackung, enthaltend zwischen 0,022 und 0,035 Gew.-% Kohlenstoff, zwischen 0,15 und 0,25 Gew.-% Mangan, zwischen 0,040 und 0,070 Gew.-% Aluminium und zwischen 0,4035 und 0,0060 Gew.-% Stickstoff, wobei der Rest Eisen und unvermeidliche restliche Verunreinigungen sind, das nach dem obengenannten Verfahren hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass es im gealterten Zustand einen Dehnungsgrad A% aufweist, der die Beziehung:
(670 - Rm)/14 ≤ A% ≤ (720 - Rm)/17
erfüllt, wobei Rm die maximale Bruchfestigkeit des Stahls, ausgedrückt in MPa, ist.
Gemäß anderen Merkmalen des Blechs enthält der Stahl COTTRELL- Atmosphären und/oder Epsilon-Carbide, die sich bei niedriger Temperatur niedergeschlagen haben, und weist er eine Kornanzahl pro mm² von über 20.000 auf.
Die Merkmale und Vorteile gehen klarer aus der folgenden Beschreibung hervor, die nur beispielshalber gegeben wird und bei der auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird.
Fig. 1 und 2 sind Diagramme, die den Einfluss der Glühtemperatur auf die maximale Bruchfestigkeit Rm zeigen.
Fig. 3 ist ein Diagramm, das den Einfluss der Abkühlungsgeschwindigkeit auf die maximale Bruchfestigkeit Rm zeigt.
Fig. 4 ist ein Diagramm, das den Einfluss der Abkühlungsgeschwindigkeit auf die maximale Bruchfestigkeit Rm und den Dehnungsgrad A% zeigt.
Fig. 5 ist ein Diagramm, das den Einfluss der Abkühlungsgeschwindigkeit auf die Härte HR30T zeigt.
Fig. 6 ist ein Diagramm, das den Einfluss der Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur auf die maximale Bruchfestigkeit Rm zeigt.
Fig. 7 ist ein Diagramm, das den Einfluss der Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur auf den Dehnungsgrad A% zeigt.
Fig. 8 ist ein Diagramm, das den Einfluss der plastischen Dehnungsverformung auf die maximale Bruchfestigkeit Rm zeigt.
Es wurden mehrere Tests durchgeführt, zuerst im Laboratorium, dann unter industriellen Bedingungen, um die Merkmale der Erfindung zu bestätigen. Im Folgenden werden die vollständigen Resultate zweier dieser Tests beschrieben.
Diese Tests betreffen zwei kaltgewalzte Rollen aus aluminiumberuhigtem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, dessen Eigenschaften in der folgenden Tabelle 1 wiedergegeben sind.

Tabelle 1

Die erste Spalte bezeichnet die Rolle; Spalte zwei bis fünf geben in 10&supmin;³ Gew.-% die Gehalte der Hauptbestandteile an, die von Bedeutung sind. Spalte sechs bis acht betreffen die Warmwalzbedingungen: In der sechsten Spalte ist die Temperatur am Ende des Warmwalzens angegeben, in der siebten Spalte die Rolltemperatur, in der achten Spalte die Dicke des Warmbandes. Spalte neun und zehn schließlich betreffen die Kaltwalzbedingungen: In der neunten Spalte ist der Kaltwalzverformungsgrad angegeben, in der zehnten Spalte die endgültige Dicke des Kaltbandes.
Diese zwei Standardbänder wurden unterschiedlichen Glühvorgängen, gefolgt von ebenfalls unterschiedlichen zweiten Kaltwalzvorgängen, unterzogen.
Die Haltetemperaturen beim Glühen variierten zwischen 650ºC und 800ºC, die Abkühlungsgeschwindigkeiten variierten zwischen 40ºC/s und 400ºC/s, die Temperaturen des Glühens bei niedriger Temperatur variierten zwischen 150ºC und 350ºC, und die Dehnungsgrade beim zweiten Walzen variierten zwischen 1% und 42%, mit oder ohne dazwischen ausgeführte plastische Dehnungsverformung.
Die Charakterisierung des Metalls, das aus diesen verschiedenen Tests hervorgegangen ist, bestand neben den mikrographischen Untersuchungen einerseits in der Ausübung von Zug auf ISO-Proben 12,5 · 50 in Walzrichtung und in Querrichtung, im frischen und im gealterten Zustand nach einer 20 Minuten dauernden Alterung bei 200ºC und andererseits in der Bestimmung der Härte HR30T, ebenfalls im frischen und im gealterten Zustand.
Diese Tests ermöglichten es, aufzuzeigen, dass es möglich ist, die maximale Bruchfestigkeit Rm beim gleichen aluminiumberuhigten Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt mit identischem Dehnungsgrad beim zweiten Kaltwalzen erheblich zu erhöhen, wen man zwischen den zwei Kaltwalzvorgängen ein kontinuierliches Glühen unter den erfindungsgemäßen Bedingungen durchführt.
Anders gesagt ermöglichten es diese Tests, aufzuzeigen, dass es möglich ist, die Duktilität A% beim gleichen aluminiumberuhigten Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt mit identischer maximaler Bruchfestigkeit Rm erheblich zu erhöhen, wenn man zwischen den zwei Kaltwalzvorgängen ein kontinuierliches Glühen unter den erfindungsgemäßen Bedingungen durchführt, denn das gleiche Rm-Niveau wird mit einem geringeren Dehnungsgrad während des zweiten Walzens erreicht. So wird es möglich, entsprechende Qualitäten des aluminiumberuhigten Stahls mit niedrigem Kohlenstoffgehalt mit einem Rm-Niveau in der Größenordnung von 380 MPa zu erzielen, ohne dass ein zweites Walzen nach dem Glühen notwendig ist, außer vielleicht ein Vorgang eines leichten Nachwalzens, genannt skin-pass, der es ermöglicht, die Stufe der Elastizitätsgrenze zu beseitigen, die beim Metall am Ausgang des Glühens vorhanden ist.

Auswirkungen der Zusammensetzung des Stahls

Wie oben erwähnt, betrifft die Erfindung nicht die Zusammensetzung des Stahls, der ein aluminiumberuhigter Standardstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist.
Wie bei allen aluminiumberuhigten Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, sind es im Wesentlichen die Gehalte an Kohlenstoff und Mangan, die wichtig sind:
- Der Kohlenstoffgehalt, der üblicherweise für diesen Stahltyp angestrebt wird, beträgt zwischen 0,022% und 0,040%, denn Gehalte von über 0,040% führen zu mechanischen Eigenschaften, die weniger günstig für das Tiefziehen sind. Bei Gehalten von unter 0,022% gibt es keine Perlitbildung bei der Abkühlung, diese Perlitbildung ist jedoch notwendig und gewünscht,
- der Mangangehalt wird maximal reduziert, da dieses Element bei nicht vakuumentgasten Stählen eine ungünstige Wirkung auf den Wert des Lankford-Koeffizienten hat; der angestrebte Mangangehalt liegt daher zwischen 0,15 und 0,25%.
Stickstoff und Aluminium sind ebenfalls zwei Elemente, die kontrolliert werden müssen.
Stickstoff wird im Überschuss verwendet, wenn man einen harten und alternden Stahl erhalten will. Im Allgemeinen sind zwischen 0,0035 und 0,0060% enthalten.
Aluminium wird verwendet, um den Stahl zu beruhigen. Im allgemeinen sind zwischen 0,040 und 0,070% enthalten.

Auswirkungen der Bedingungen der Warmdenaturierung

Aluminiumberuhigte, kontinuierlich geglühte Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt werden im Allgemeinen bei einer Temperatur von über Ar&sub3; gewalzt.
Der wesentliche Parameter ist die Rolltemperatur, wobei ein Kaltrollen zwischen 500 und 620ºC bevorzugt wird. Das Warmrollen bei einer Temperatur von über 650ºC weist nämlich zwei Nachteile auf:
- Es erzeugt Heterogenitäten der mechanischen Eigenschaften, die mit den Unterschieden der Abkühlungsgeschwindigkeiten zwischen dem Kern und den Enden des Bandes zusammenhängen;
- es birgt die Gefahr eines abnormalen Kornwachstums, das bei bestimmten Paaren auftreten kann (Temperatur am Ende des Walzens, Rolltemperatur) und kann schwerwiegende Mängel sowohl bei warmgewalztem Blech als auch bei kaltgewalztem Blech hervorrufen.
Ein Warmrollen kann dennoch ausgeführt werden, indem zum Beispiel ein selektives Rollen durchgeführt wird: Die Temperatur ist an den Enden des Bandes höher.

Auswirkungen der Kaltwalzbedingungen

Auf Grund der geringen Enddicken, die erzielt werden müssen, erstreckt sich der Kaltverformungsgrad zwischen 75% und mehr als 90%.
Die wichtigsten Faktoren, die bei der Festlegung des Kaltverformungsgrades eine Rolle spielen, sind auf offensichtliche Weise die endgültige Dicke des Produktes, wobei man bezüglich dieses Punktes die Dicke des warmgewalzten Produktes variieren kann, sowie metallurgische Überlegungen.
Die metallurgischen Überlegungen basieren auf der Auswirkung des Kaltverformungsgrades auf den mikrostrukturellen Zustand und in der Folge auf die mechanischen Eigenschaften nach der Rekristallisation und dem Glühen. Je mehr der Kaltverformungsgrad steigt, um so geringer ist die Rekristallisationstemperatur, um so kleiner sind die Körner und um so höher sind Re und Rm. Der Verformungsgrad kann insbesondere eine sehr starke Auswirkung auf den Lankford-Koeffizienten haben.
Werden Anforderungen hinsichtlich der Zipfligkeit gestellt, so kann man zum Beispiel die Stahlsorte, vor allem den Kohlenstoffgehalt, sowie den Verformungsgrad beim Kaltwalzen mit der Härte oder den gewünschten mechanischen Eigenschaften optimieren, um ein sogenanntes "zipfelfreies" Metall zu erhalten.

Auswirkungen des Glühens

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Glühtemperatur. Es ist wichtig, dass die Glühtemperatur über dem Punkt des Beginns der Perlitbildung Ac&sub1; liegt (bei diesem Stahltyp in der Größenordnung von 720ºC).
Ein anderes wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Abkühlungsgeschwindigkeit, die höher als 100ºC/s sein muss.
Während des Haltens des Bandes auf einer Temperatur über Ac&sub1; bildet sich kohlenstoffreicher Austenit. Die rasche Abkühlung dieses Austenits ermöglicht es, eine bestimmte Menge an Kohlenstoff und Stickstoff in freiem Zustand zu bewahren.
Es ist daher wichtig, eine rasche Abkühlung zwischen 100 und 500ºC/s durchzuführen, zumindest bis auf eine Temperatur von unter 100ºC. Wenn die rasche Abkühlung vor 100ºC gestoppt wird, können sich die freien Kohlenstoff- und Stickstoffatome verbinden, und der gewünschte Effekt wird nicht erreicht. Es ist offensichtlich, dass eine rasche Abkühlung bis auf die Umgebungstemperatur möglich ist.
Es ist auch möglich, eine Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von über 500ºC/s durchzuführen, doch der Anmelder hat festgestellt, dass jenseits von 500ºC/s der Einfluss einer Erhöhung der Abkühlungsgeschwindigkeit nicht mehr sehr signifikant ist.
Auf dieses Glühen bei hoher Temperatur mit rascher Abkühlung folgt eine Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur, die man als Wärmebehandlung zur Pseudo-Überalterung bezeichnen könnte.
Das wesentliche Merkmal dieser Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur ist die Haltetemperatur des Bandes, die zwischen 100 und 350ºC liegen muss. Die Geschwindigkeiten des Temperaturanstiegs und der Abkühlung während dieser Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur haben wenig Bedeutung.
Ziel dieser Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur ist es, die freien Kohlenstoffatome in Form von feinen und dispergierten Niederschlägen von Carbiden mit niedriger Temperatur und/oder Epsilon-Carbiden abzuscheiden. Sie ermöglicht auch die Entmischung der freien Kohlenstoff und Stickstoffatome im Bereich der Dislokationen, um COTTRELL-Atmosphären zu bilden.
Fig. 1 und 2 zeigen den Einfluss der Glühtemperatur bei konstanter Abkühlungsgeschwindigkeit (angestrebt 100ºC/s und realisiert 73 bis 102ºC/s in Fig. 1; angestrebt 300ºC/s und realisiert 228 bis 331ºC/s in Fig. 2) auf die maximale Bruchfestigkeit Rm.
Man sieht in diesen Figuren einen deutlichen Anstieg von Rm bei identischem Dehnungsgrad beim zweiten Kaltwalzen bei den Stählen, die bei 740ºC und bei 780ºC geglüht wurden, im Vergleich zu den gleichen Stählen, die bei 650ºC und bei 680ºC geglüht wurden.
Dieser Einfluss der Glühtemperatur auf die maximale Bruchfestigkeit Rm ist jedoch bei Dehnungsgraden des zweiten Kaltwalzens von unter 3% kaum wahrnehmbar. Er wird erst ab 5% Dehnung beim zweiten Kaltwalzen wirklich signifikant.
Eine zu hohe Temperatur von über 800ºC führt zu einem zumindest teilweisen Niederschlag des Stickstoffs in Form von Aluminiumnitriden. Dieser niedergeschlagene Stickstoff ist nicht mehr an der Härtung des Stahls beteiligt, was eine Senkung der maximalen Bruchfestigkeit Rm zur Folge hat. Dieses Phänomen ist in Fig. 2 erkennbar, in der man bei Dehnungsgraden von über 10% eine Senkung des Anstiegs der maximalen Bruchfestigkeit Rm zwischen der bei 750ºC geglühten Probe und der bei 800ºC geglühten Probe bemerkt.
Die Zeit des Haltens des Bandes zwischen 720ºC und 800ºC muss ausreichend sein, um den gesamten Kohlenstoff, der dem Gleichgewicht entspricht, in Lösung zu versetzen. Ein Halten während 10 Sekunden reicht aus, um diese Lösung der dem Gleichgewicht entsprechenden Kohlenstoffmenge bei Stählen zu gewährleisten, deren Kohlenstoffgehalt zwischen 0,022 und 0,035% liegt, wobei ein Halten von mehr als 2 Minuten, obwohl möglich, unnötig und teuer ist.
Fig. 3 und 4 zeigen den Einfluss der Abkühlungsgeschwindigkeit bei konstanter Glühtemperatur (750ºC), die 20 Sekunden lang aufrechterhalten wurde.
Wie in Fig. 3 zu sehen ist, beträgt bei 10% Dehnung beim zweiten Kaltwalzen die maximale Bruchfestigkeit Rm des Stahls etwa 520 MPa, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit gleich 100ºC/s ist, während sie nur 440 MPa erreicht, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit gleich 50ºC/s ist.
Man kann daher einen aluminiumberuhigten Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, dessen Rm-Wert gleich 520 MPa ist, mit nur 10% Dehnung beim zweiten Kaltwalzen erzielen, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit gleich 100ºC/s ist, während man ein zweites Kaltwalzen mit einem Dehnungsgrad von 25% ausführen muss, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit nur 50ºC/s beträgt.
Dieser geringere Dehnungsgrad beim zweiten Kaltwalzen ermöglicht es, die Duktilität des Stahls weniger zu beeinträchtigen. In Fig. 4 ist zu sehen, dass der Stahl, dessen Rm gleich 520 MPa ist, eine Duktilität A% gleich 14 aufweist, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit gleich 100ºC/s ist, während sie gleich 3,5 ist, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit gleich 50ºC/s ist.
Diese Feststellung gilt auch für die Härte des Stahls. Wie in Fig. 5 zu sehen ist, steigt die Härte des Stahls bei gleichem Dehnungsgrad beim zweiten Kaltwalzen, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit gleich 100ºC/s ist. Diese Erhöhung der Härte ist auf einen höheren Gehalt an freiem Kohlenstoff und/oder auf die Gegenwart feiner und dispergierter Niederschläge zurückzuführen.
Wie in Fig. 6 zu sehen ist, steigt bei einem Stahl, der 20 Sekunden lang bei 750ºC geglüht, mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von gleich 100ºC/s abgekühlt und dann mit einem Dehnungsgrad von gleich 10% kaltgewalzt wurde, die maximale Bruchfestigkeit Rm, wenn man eine Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur nach dem Glühen bei hoher Temperatur ausführt. Beim Stahl A zum Beispiel ermöglicht es die Wärmebehandlung bei 150ºC, bei einem Walzgrad beim zweiten Kaltwalzen von 10% den Rm-Wert im Vergleich zum gleichen Stahl, der keiner Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur unterzogen wurde und der einem zweiten Kaltwalzen mit einem Dehnungsgrad von gleich 18% unterzogen wurde, um etwa 50 MPa zu erhöhen (Rm = 520 MPa ohne Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur nach dem Glühen bei hoher Temperatur, und Rm = 490 MPa nach Wärmebehandlung bei 150ºC).
In dieser Figur ist festzustellen, dass die maximale Bruchfestigkeit Rm sinkt, wenn die Temperatur der Wärmebehandlung 300ºC übersteigt. Zum Beispiel beträgt nach einer Wärmebehandlung bei 350ºC der Rm-Wert nur durchschnittlich 450 MPa, was eine Senkung um 20 MPa im Vergleich zu einem Stahl be deutet, der ohne Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur hergestellt wurde und bis auf den Dehnungsgrad während des zweiten Kaltwalzens gleich ist. Diese Verringerung der Rm mit der Temperatur der Wärmebehandlung ist auf einen Niederschlag des Kohlenstoffs in Form von Zementit zurückzuführen.
Wie in Fig. 7 zu sehen ist, ermöglicht es die Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur auch, den Dehnungsgrad A% zu erhöhen, der auf diese Weise von 4,8% auf durchschnittlich 9% steigt, wobei im Übrigen alle Bedingungen gleich sind.

Auswirkungen der plastischen Dehnungsverformung

Es ist möglich, das Phänomen der Härtung des Stahls weiter zu erhöhen, indem man nach der raschen Abkühlung des Bandes und vor der Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur einen Vorgang der plastischen Dehnungsverformung des Bandes mit einem Dehnungsgrad zwischen 1 und 5% durchführt.
Diese plastische Verformung erzeugt Dislokationen, an denen sich im Lauf der Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur COTTRELL-Atmosphären, d. h. Ansammlungen von freien Kohlenstoff und Stickstoffatomen um die von der plastischen Verformung erzeugten Dislokationen, und/oder Epsilon-Carbide bilden. Durch die Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur werden die von der Verformung des Materials erzeugten Dislokationen durch diese COTTRELL-Atmosphären immobilisiert oder verankert, was eine Härtung des Stahls zur Folge hat.
Wie in Fig. 8 zu sehen ist, steigt bei identischem Gesamtdehnungsgrad die maximale Bruchfestigkeit Rm des Stahls A signifikant, wenn man eine kleine plastische Dehnungsverformung zwischen dem Glühen bei hoher Temperatur und der Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur durchführt. Man sieht, dass zum Beispiel bei einem Gesamtdehnungsgrad von gleich 15%, der auf ein einziges Mal nach der Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur erzielt wird, der Rm-Wert gleich 645 MPa ist. Wird hingegen dazwischen eine plastische Verformung mit einem Dehnungsgrad von 3% ausgeführt, wobei der Gesamtdehnungsgrad gleich 15% bleibt (was bedeutet, dass man den Dehnungsgrad im Lauf des zweiten Kaltwalzens reduziert), so ist der Rm-Wert gleich 675 MPa.
Diese dazwischen ausgeführte plastische Dehnungsverformung kann durch Streckbiegerichten oder durch Walzen ausgeführt werden.
Mikrographische Analysen der Proben haben gezeigt, dass die Anzahl der Körner pro mm² höher ist (über 20.000) und dass die Carbide, wenn sie sich gebildet haben, interkristalliner Zementit sind.
Dieses Herstellungsverfahren ermöglicht es somit, einen aluminiumberuhigten Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zur Verpackung zu erzielen, enthaltend zwischen 0,022 und 0,035 Gew.-% Kohlenstoff, zwischen 0,15 und 0,25 Gew.-% Mangan, zwischen 0,040 und 0,070 Gew.-% Aluminium und zwischen 0,0035 und 0,0060 Gew.-% Stickstoff, wobei der Rest Eisen und unvermeidliche restliche Verunreinigungen sind, der im gealterten Zustand einen Dehnungsgrad A% aufweist, der die Beziehung:
(670 - Rm)/14 ≤ A% ≤ (720 - Rm)/17
erfüllt, wobei Rm die maximale Bruchfestigkeit des Stahls, ausgedrückt in MPa, ist.
Die Effekte des erfindungsgemäßen Verfahrens (Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur nach rascher Abkühlung) sind auch bei Stählen sichtbar, deren Kohlenstoffgehalt über 0,040% liegt. Dies ist typischerweise der Fall bei Stählen, die für Anwendungen verwendet werden, die kein Tiefziehen unter strengen Bedingungen erfordern, zum Beispiel zur Herstellung von Körpern von dreiteiligen Dosen oder von Dosenböden. Der Kohlenstoffgehalt dieser Stähle liegt im Allgemeinen zwischen 0,040 und 0,080%.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Bandes aus aluminiumberuhigtem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zur Verpackung, wobei

- ein warmgewalztes Stahlband, enthaltend zwischen 0,022 und 0,035 Gew.-% Kohlenstoff, zwischen 0,15 und 0,25 Gew.-% Mangan, zwischen 0,040 und 0,070 Gew.-% Aluminium, zwischen 0,0035 und 0,0060 Gew.-% Stickstoff, wobei der Rest Eisen und unvermeidliche restliche Verunreinigungen sind, zugeführt wird,

- ein erstes Kaliwalzen des Bandes durchgeführt wird,

- das kaltgewalzte Band einem Glühen unterzogen wird,

- eventuell ein zweites Kaltwalzen durchgeführt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass das Glühen ein kontinuierliches Glühen ist, dessen Zyklus umfasst:

- einen Temperaturanstieg bis zu einer Temperatur über der Temperatur des Beginns der Perlitbildung Ac&sub1;,

- ein Halten des Bandes über dieser Temperatur während einer Dauer von über 10 Sekunden,

- eine rasche Abkühlung des Bandes bis auf eine Temperatur von unter 100ºC mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von über 100ºC pro Sekunde,

- eine Wärmebehandlung bei einer niedrigen Temperatur zwischen 100ºC und 300ºC während einer Dauer von über 10 Sekunden,

- und eine Abkühlung bis auf die Umgebungstemperatur.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem raschen Abkühlen des Bandes und vor der Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur ein Vorgang der plastischen Dehnungsverformung des Bandes mit einem Dehnungsgrad zwischen 1 und 5% durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Band im Lauf des Glühens während einer Dauer von 10 Sekunden bis 2 Minuten auf einer Temperatur zwischen Ac&sub1; und 800ºC gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des raschen Abkühlens zwischen 100ºC pro Sekunde und 500ºC pro Sekunde beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Band im Lauf der Wärmebehandlung während einer Dauer zwischen 10 Sekunden und 2 Minuten auf einer niedrigen Temperatur zwischen 100ºC und 300ºC gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang der plastischen Dehnungsverformung des Bandes durch Streckbiegerichten erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang der plastischen Dehnungsverformung des Bandes durch Walzen erfolgt.

8. Blech aus aluminiumberuhigtem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zur Verpackung, enthaltend zwischen 0,022 und 0,035 Gew.-% Kohlenstoff, zwi schen 0,15 und 0,25 Gew.-% Mangan, zwischen 0,040 und 0,070 Gew.-% Aluminium, zwischen 0,0035 und 0,0060 Gew.-% Stickstoff, wobei der Rest Eisen und unvermeidliche restliche Verunreinigungen sind, das nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7 hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass es im gealterten Zustand einen Dehnungsgrad A% aufweist, der die Beziehung:

(670 - Rm)/14 ≤ A% ≤ (720 - Rm)/17

erfüllt, wobei Rm die maximale Bruchfestigkeit des Stahls, ausgedrückt in MPa, ist.

9. Stahlblech nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl COTTRELL-Atmosphären und/oder Epsilon-Carbide, die sich bei niedriger Temperatur niedergeschlagen haben, enthält und eine Kornanzahl pro mm² von über 20.000 aufweist.