DE19543804B4

DE19543804B4 - Verfahren zur Herstellung von feuerverzinktem Stahlband und damit hergestelltes feuerverzinktes Blech oder Band aus Stahl

Info

Publication number: DE19543804B4
Application number: DE19543804A
Authority: DE
Inventors: Walter Dr. Zimnik; Klaus Dr. Freier; Heino Dr. Buddenberg; Otto Schanderl
Original assignee: Salzgitter AG
Current assignee: Salzgitter AG
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2015-11-25
Also published as: DE19543804A1; DE59610189D1; EP0775757A1; EP0775757B1; ATE233830T1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von feuerverzinktem Stahlband mit folgenden Verfahrensschritten:
– Herstellung eines eine gute Kaltumformbarkeit aufweisenden Stahlbandes durch Warmwalzen, Haspeln und anschließendes Kaltwalzen und rekristallisierendes Glühen im Haubenglühofen
– Erwärmung des so hergestellten, auf etwa Raumtemperatur abgekühlten Stahlbandes im abgehaspelten Zustand auf eine Temperatur zwischen 420 °C und 500 °C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 150 °C bis 300 ° C/s
– unmittelbar darauf Einleiten des erwärmten Stahlbandes im Wesentlichen ohne Abkühlung in ein etwa die gleiche Temperatur aufweisendes Zink-Schmelzbad
– anschließende Abkühlung mit einer Kühleinheit und Dressieren des schmelztauchbeschichteten Bandes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feuerverzinktem Stahlband. Die Erfindung betrifft ferner ein feuerverzinktes, kalt gewalztes und alterungsbeständiges Blech oder Band aus Stahl.

Nach DE-OS 1 521 376 ist es bekannt, Stahlbänder vor der Einführung in das Zinkbad auf 450 bis 500°C zu erwärmen, nachdem vorher in reduzierender Atmosphäre das Band bei einer Temperatur von 720 bis 950°C geglüht worden ist.

Nach der gleichen Schrift ist ferner bekannt, weich geglühte Bänder einzusetzen, bei denen keine Glühbehandlung erfolgt. Stattdessen werden die Bänder auf bis zu 230°C erwärmt und mit dieser Oberflächentemperatur durch das auf 450°C erhitzte Zinkbad gezogen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass das Zinkbad durch eine unwirtschaftliche Induktionsheizung von außen beheizt werden muss und hierbei Schwierigkeiten auftreten. Es wurde deshalb vorgeschlagen, die Bänder weiterhin weich zu glühen, zu reinigen und in reduzierender Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 500 und 720°C zu erwärmen, bevor das Band mit etwa 480°C in das Zinkbad eingeführt wird. Hierdurch sollte eine Streckgrenze von nur 20 kg/mm² erreicht werden.

Die Glühbehandlung bei Temperaturen von mehr als 500°C vor der Einführung des Bandes in das Zinkbad ist auch im weiter bekannten Stand der Technik als grundsätzliche Maßnahme vorgesehen.

So wird z.B. in DE-OS 1 621 340 das Band bei Temperaturen zwischen 650 und 750°C geglüht.

Nach DE-OS 23 40 413 wird das Band unter nicht oxidierenden Bedingungen auf 750 bis 800°C erhitzt, bevor es in das Zinkbad eingeführt wird.

Nach DE 27 11 041 wird das Band auf 650 bis 950°C erwärmt, bevor es nach Abkühlung in das Zinkbad eintaucht.

Nach DE 40 38 186 C1 können im Schmelztauchverfahren oberflächenveredelte Bänder nur in einem Durchlaufverfahren hergestellt werden. Dabei muss nach einem Glühprozess die sonst übliche Überalterungsbehandlung, bei der das Band für wenigstens 60 Sek. unterhalb 450°C gehalten werden muss, durch eine Abkühlung in drei Kühlphasen mit jeweils definierter Abkühlgeschwindigkeit erfolgen. Hierdurch soll erreicht werden, dass die Streckgrenze der erfindungsgemäß behandelten Stähle verringert und die Bruchdehnung erhöht wird. Wie sich an Proben, die nach einer Auslagerung von 4 Wochen geprüft wurden, um übliche Lagerzeiten zwischen der Fertigung und der Verarbeitung zu berücksichtigen, ergab, soll eine Verbesserung der Alterungsbeständigkeit erreicht worden sein. Diese günstige Wirkung wird durch eine mit der vorgesehenen Abkühlung erzielten Abnahme des schädlichen, gelösten Kohlenstoffgehalts hervorgerufen. Auch in diesem Fall geht der empfohlenen Abkühlung mit definierten Abkühlungsgeschwindigkeiten eine Glühbehandlung von 750 bis 800°C voraus. Es zeigt sich außerdem, dass es sich nicht um ein alterungsbeständiges Blech mit hoher Streckgrenze handelt.

Demgegenüber lassen sich alterungsbeständige Bleche durch eine rekristallisierende Glühung im Haubenofen erzeugen.

Der Aufsatz von Heintz „Verfahrenstechnische Neuentwicklungen bei der Band-Feuerverzinkung" in BLECH 1967, Nr. 1, Seiten 5 bis 12 verdeutlicht, dass eine Feuerverzinkung von Stahlblechen regelmäßig in Verbindung mit einer Durchlaufglühe vorgenommen worden ist. Dabei werden die metallkundlichen Eigenschaften von kaltgewalzten und rekristallisierend geglühten Blechen verändert. Insbesondere sind diese Bleche nicht alterungsbeständig, weswegen eine Überalterungsbehandlung für derartige Bleche bekannt ist. In dem Aufsatz ist ein modifiziertes Cook-Norteman-Verfahren beschrieben, bei dem vorgeglühte und dressierte Bunde verarbeitet werden. Da das im Bund aufgewickelte Stahlband eine rekristalliserende Glühung bereits erfahren hat, wird das Band nach dem modifizierten Verfahren in einem Vorerhitzer auf Zinkbadtemperatur erwärmt, und zwar in einer Sendzimir-Anlage mittels eines Glühofens, der nur auf die Zinkbadtemperatur erhitzt wird. Dabei werden die Materialeigenschaften des zu verzinkenden Bandes nicht verändert, womit ein Unterschied zu der das Material völlig verändernden rekristallisierenden Glühbehandlung des Sendzimir-Verfahrens angesprochen sind. Durch die Erwärmung des Stahlbandes entstehen bei dem beschriebenen Verfahren jedoch wieder Alterungserscheinungen, die durch eine sonst übliche Überalterungsbehandlung nicht beseitigt werden können, weil dadurch die durch das rekristallisierende Glühen im Bund bewirkten und angestrebten Materialeigenschaften erheblich beeinträchtigt würden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines feuerverzinkten Stahlbandes zu ermöglichen, das seine durch die rekristallisierende Glühung erzeugten Materialeigenschaften, insbesondere seine Alterungsbeständigkeit, auch nach der Feuerverinkung beibehält.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit folgenden Verfahrensschritten:

– Herstellung eines eine gute Kaltumformbarkeit aufweisenden Stahlbandes durch Warmwalzen, Haspeln und anschließendes Kaltwalzen und rekristallisierendes Glühen im Haubenglühofen
– Erwärmung des so hergestellten, auf etwa Raumtemperatur abgekühlten Stahlbandes im abgehaspelten Zustand auf eine Temperatur zwischen 420 °C und 500 °C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 150 °C bis 300 °C/s
– unmittelbar darauf Einleiten des erwärmten Stahlbandes im Wesentlichen ohne Abkühlung in ein etwa die gleiche Temperatur aufweisendes Zink-Schmelzbad
– anschließende Abkühlung mit einer Kühleinheit und Dressieren des schmelztauchbeschichteten Bandes.

Das in üblicher Weise hergestellte Kaltband wird vor dem Eintauchen in das Schmelzbad im Wesentlichen nur noch auf Schmelzbadtemperatur erwärmt. Dabei wird insbesondere die Temperatur der Bandoberfläche bei der Verzinkung auf nicht mehr als 500°C erhöht. Das Band taucht unmittelbar nach dieser Erwärmung in das Schmelzbad ein. Der Vorteil hierbei ist, dass sowohl bei den weichen unlegierten Güten als auch bei den höherfesten mikrolegierten Güten das beschichtete Feinblech unabhängig von der Beschichtungsart die gleiche chemische Zusammensetzung und die gleichen technologischen Eigenschaften aufweisen. Die technologischen Eigenschaften des beschichteten Stahlbandes sind nicht nur von der chemischen Zusammensetzung des Stahles abhängig, sondern auch von der Wärmebehandlung, die das beschichtete Stahlblech durchlaufen hat. Die erfindungsgemäße, von der bisher üblichen Durchlaufglühe in Verbin dung mit einer Feuerverzinkung abweichende Verfahrensfühung führt zu dem wesentlichen Vorteil, dass die Verarbeitung des beschichteten Bleches nicht mehr an die Beschichtungsart angepasst werden muss. So sind die gleichen technologischen Eigenschaften bei gleicher chemischer Analyse unabhängig von der Beschichtungsart erreichbar.

Demgegenüber müssen bei der Verwendung einer Durchlaufglühe zur Feuerverzinkung die Bänder auf hohe Temperaturen aufgeheizt werden. Um dabei die gleichen technologischen Eigenschaften zu erzeugen, wie sie z.B. bei haubengeglühtem Material (z.B. St 14) in Verbindung mit einer elektrolytischen Beschichtung erreicht wurden, musste für die Feuerverzinkung ein höherwertiges Material (z.B. IF-Stahl) eingesetzt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht mehr notwendig, die Verzinkungsbehandlung auf eine Durchlaufglühe abzustimmen, da eine Durchlaufglühe nicht verwendet wird. Die Verzinkung ist also nicht mehr abhängig von der Rekristallisationsbehandlung in der Durchlaufglühe. Daher ist auch die Bandgeschwindigkeit nicht mehr auf die Stahlsorte abzustimmen. Die Leistung der Verzinkungsanlage ist demzufolge nur noch bestimmt durch die Auslegung des Verzinkungsteils.

Das erfingungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für Stahlbänder, die ein quasi isotropes Verformungsverhalten ( < Δr-Wert) und eine hohe Streckgrenze aufweisen. Ein derartiges Kaltband weist z.B. folgende Analyse auf:
0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff, vorzugsweise 0,03 bis 0,048 % Kohlenstoff,
0,01 bis 0,40 % Silizium, bevorzugt bis 0,06 % Silizium,
0,10 bis 0,80 % Mangan,
0,005 bis 0,08 % Phosphor,
0,0005 bis 0,02 % Schwefel,
0,002 bis 0,009 % Stickstoff,
0,015 bis 0,08 % Aluminium,
0,01 bis 0,04 % Titan,
max. 0,15 % von einem oder mehreren der Elemente Kupfer, Vanadium, Nickel, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.

Das erfindungsgemäß hergestellte kaltgewalzte feuerverzinkte Blech oder Band aus Stahl ist alterungsbeständig.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen zur Herstellung eines Kaltbandes mit äußerst geringer Anisotropie (Δr < 0,2) näher erläutert.

Aus den Schmelzen A-D sowie dem Vergleichsschmelzen E-F (Tabelle 1) werden Brammen von 210 mm Dicke im Strang vergossen. Nach Erwärmung im Stoßofen auf 1250°C wurde die Bramme zu Warmband von 3 mm Dicke ausgewalzt, gehaspelt und auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Walzendtemperaturen und Haspeltemperaturen zeigt Tabelle 2. Nach dem Beizen wurden Bänder durch Kaltwalzen in unterschiedlichen Stufen von 10 % bis zu 80 % auf Feinblechdicke reduziert und erneut gehaspelt. Das Bund wurde im Haubenglühofen auf 700°C erwärmt, mit einem Durchsatz von 1,1 t/h bis 1,9 t/h rekristallisierend geglüht und anschließend im Ofen auf 120°C abgekühlt.
Die Kaltwalzung in Abhängigkeit vom Titangehalt erfolgt bei:
0,01 % Titan mit 20–60 %, bevorzugt 30–50 % Kaltwalzgrad;
0,02 % Titan mit 10–15 % oder 40–85 %, bevorzugt 50–80 % Kaltwalzgrad;
0,03 % Titan mit 10–20 % oder 50–85 %, bevorzugt 60–80 % Kaltwalzgrad;
0,04 % Titan mit 15–25 % oder 55–80 %, bevorzugt 20 % oder 60–70 % Kaltwalzgrad.
Für Zwischenwerte des Legierungselementes Titan, beispielsweise 0,025 % Ti, werden bevorzugt Kaltwalzgrade bis 15 % oder 20 % und bis 85 % eingestellt. Bei Werten zwischen 0,01 % und 0,02 % werden bevorzugt niedrigere Kaltwalzgrade eingestellt. Den bevorzugten Kaltwalzgraden konnte ein hohes Zugfestigkeits- und Streckgrenzenniveau zugeordnet werden.
Beispiel: Stahl B

a) Kaltwalzgrad 10 bis 15 % = Streckgrenzenniveau R_p 0,2 = 400 bis 350 N/mm² Zugfestigkeitsniveau R_m = 450 bis 400 N/mm²
b) Kaltwalzgrad 30 % = R_P 0,2 = 180 N/mm² und R_m = 320 N/mm²
c) Kaltwalzgrad 50 bis 80 % = R_P 0,2 = 250 bis 280 N/mm² und R_m = 360 bis 370 N/mm²

Diese Erkenntnis ermöglicht eine bauteil- oder funktionsangepaßte Wahl der Festigkeit für ein und dasselbe Bauteil durch Änderung der Parameter Titangehalt und Kaltwalzgrad.
Tabelle 2 zeigt die erfindungsgemäß erzielte Korngröße in ASTM-Einheiten; die erzielbare Kornverfeinerung gegenüber Stählen ohne Titanzusatz nach dem Stand der Technik ist erheblich und reicht bis ASTM 11. Demgegenüber wiesen die Vergleichsschmelzen ein größeres Korn und eine erhöhte Anisotropie auf.
Für einen Stahl C (Varianten C3 bis C5) wurden Versuche mit variabler Haspeltemperatur Th und Glühdurchsatz Pg durchgeführt (Tabelle 3). Während Schwankungen in der Durchsatzmenge des Haubenglühofens von 1,1 bis 1,9 t/h sowohl die Korngröße als auch die ebene Anisotropie Delta r nicht negativ beeinflußten, hatte eine Erhöhung der Haspeltemperaturen auf 710 Grad Celsius bei annähernd gleichen Walzendtemperaturen eine Kornvergröberung und eine Erhöhung der ebenen Anisotropie zur Folge. Die Haspeltemperaturen sollten demzufolge zwischen 520 und 710, bevorzugt zwischen 450 und 680 Grad Celsius liegen.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
In Tabelle 2 und 3 bedeuten:
Tw Walzendtemperatur
Th Haspeltemperatur
K Korngröße nach ASTM
Pg Glühdurchsatz
Δr ebene Anisotropie
Das derart hergestellte Kaltband wird nach einer chemischen Reinigung in einem Ofen unter Schutzgas, bevorzugt einem Induktionsofen, auf im wesentlichen nur die Schmelzbadtemperatur erwärmt. Die Bezeichnung „Schmelzbad" ist hier nur im Sinne eines Beispiels verwendet. Es können auch andere Beschichtungsverfahren, wie z.B. Flammsprühen, verwendet werden. Erfindungsgemäß kommt es darauf an, das Band nur soweit zu erwärmen, wie es für die Beschichtung notwendig ist. Unter Erwärmung auf „Schmelzbadtemperatur" ist also eine Erwärmung auf die für die Beschichtung notwendige Temperatur zu verstehen.
Bei einer Verzinkung beträgt die Oberflächentemperatur des Bandes bei dieser Erwärmung nicht mehr als 420 bis 500 Grad Celsius. Das derart erwärmte Band wird unmittelbar, also im wesentlichen ohne Abkühlung, in das Bad für die Schmelztauchbeschichtung eingeführt.
Das schmelztauchbeschichtete Band wird nach einer Abkühlung auf etwa Raumtemperatur dressiert, streckgerichtet und chemisch passiviert beziehungsweise für eine nachfolgende Beschichtung chemisch vorbehandelt und getrocknet. Die Beschichtung kann insbesondere aus einem Mehrschichtaufbau, zum Beispiel aus Versiegelung, Vorgrundierung und einer mehrschichtigen Vorlackierung, bestehen. Hierbei ist von entscheidender Bedeutung, daß das erfindungsgemäße schmelztauchbeschichtete Stahlband durch die Erwärmung auf nur Schmelzbadtemperatur des eingesetzten Kaltbandes, auch nach der Lackierung, keine Alterung aufweist.
Die erfindungsgemäße Beschichtungsanlage weist einen unmittelbar vor dem Schmelztauchbad 4 angeordneten Erwärmungsofen 14 auf. In dem Ofen wird das Band auf im Wesentlichen Schmelzbadtemperatur erwärmt. Bei einer Verzinkungsanlage beträgt die Oberflächentemperatur des Bandes im Ofen maximal 500°C. Bevorzugt wird eine Temperatur von 420 bis 500°C eingestellt. Ein Ausführungsbeispiel der Beschichtungsanlage wird anhand des in der beigefügten Abbildung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
Von dem Haspel 1 gelangt das Band über einen Bandspeicher 2 (Looper) über eine Entfettung mit Trocknung 3 in den Erwärmungsofen 14. Der Erwärmungsofen 14 ist bevorzugt ein Induktionsofen, der unmittelbar vor der Einführung des Bandes in das Schmelzbad 4 angeordnet ist. In dem Ofen wird von etwa Raumtemperatur (a) das Band zum Beispiel mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 150 bis 300°C/s unter Schutzgas auf die gewünschte Temperatur (b) erwärmt und verlässt dann das Schmelzbad 4 mit etwa der Schmelzbadtemperatur (c). In einem weiteren Bandspeicher mit einer Kühleinheit kühlt das Band auf vorgegebene Temperaturen (d, e) ab, gelangt dann in ein Dressiergerüst 5, einen Streckrichter 6 und eine chemische Behandlung 7 mit Trockner 8. Daran anschließend können mehrere Beschichtungsschritte 9, 11 mit jeweiliger Trocknung 10, 12 erfolgen. Das fertig beschichtete Band wird auf einem Haspel 13 aufgewickelt.

Claims

Verfahren zur Herstellung von feuerverzinktem Stahlband mit folgenden Verfahrensschritten: – Herstellung eines eine gute Kaltumformbarkeit aufweisenden Stahlbandes durch Warmwalzen, Haspeln und anschließendes Kaltwalzen und rekristallisierendes Glühen im Haubenglühofen – Erwärmung des so hergestellten, auf etwa Raumtemperatur abgekühlten Stahlbandes im abgehaspelten Zustand auf eine Temperatur zwischen 420 °C und 500 °C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 150 °C bis 300 ° C/s – unmittelbar darauf Einleiten des erwärmten Stahlbandes im Wesentlichen ohne Abkühlung in ein etwa die gleiche Temperatur aufweisendes Zink-Schmelzbad – anschließende Abkühlung mit einer Kühleinheit und Dressieren des schmelztauchbeschichteten Bandes.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Stahlband folgende Zusammensetzung aufweist: 0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff, vorzugsweise 0,03 bis 0,048 % Kohlenstoff, 0,01 bis 0,40 % Silizium, bevorzugt bis 0,06 % Silizium, 0,10 bis 0,80 % Mangan, 0,005 bis 0,08 % Phosphor, 0,0005 bis 0,02 % Schwefel, 0,002 bis 0,009 % Stickstoff, 0,015 bis 0,08 % Aluminium, 0,01 bis 0,04 % Titan, max. 0,15 % von einem oder mehreren der Elemente Kupfer, Vanadium, Nickel, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
Feuerverzinktes, kaltgewalztes und alterungsbeständiges Blech oder Band aus Stahl, erhältlich durch das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2.