DE68908991T2

DE68908991T2 - Eine mit Zink beschichtete Stahlplatte mit einer Alterungsbeständigkeit beim Feuerverzinken und Verfahren für ihre Herstellung.

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Publication number: DE68908991T2
Application number: DE89103987T
Authority: DE
Inventors: Osamu C O R D Laborator Akisue; Teruki C O Hirohata Hayashida; Masahiko C O Hirohata Work Oda; Toshiyasu C O Hirohata W Ukena; Teruaki C O Hirohata Wo Yamada
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-09-28
Filing date: 1989-03-07
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2009-03-08
Also published as: EP0360958A2; US4960158A; JPH0293051A; EP0360958A3; DE68908991D1; EP0360958B1; CA1321127C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines verzinkten Stahlblechs mit einer Alterungsbeständigkeit durch Feuerverzinken eines Al-beruhigtem Stahls und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines feuerverzinkten Stahlblechs mit einer Alterungsbeständigkeit aus einem Alberuhigten Stahl durch Verwendung eines besonderen Wärmezyklus' beim Abschreckvorgang nach der Rekristallisation, dem Glühen und dem Übervergüten nach dem Eintauchen in ein Zinkbad.
Herkömmliche Verfahren zum Herstellen eines verzinkten Stahlblechs mit einer Alterungsbeständigkeit durch Feuerverzinken weisen ein Verfahren auf, bei dem als Ausgangsmaterial ein IF-Stahl (zwischengitterfreier Stahl) verwendet wird, bzw. ein Verfahren, das darauf basiert, daß ein als Ausgangsmaterial dienender Al-beruhigter Stahl feuerverzinkt und anschließend ein Kastennachglühprozeß durchgeführt wird.
Beim erstgenannten Verfahren, bei dem ein als Ausgangsmaterial dienender IF-Stahl feuerverzinkt wird, wird ein IF- Stahl verwendet, d.h. ein extrem kohlenstoffarmer Stahl, der für Zwecke der Alterungsbeständigkeit Ti, Nb usw. als Legierungselemente enthält, wobei das Verfahren den Nachteil besitzt, daß hohe Produktionskosten entstehen, um einen niedrigen Kohlenstoffgehalt herzustellen und dem Stahl Legierungselemente, wie Ti, Nb usw. beizumischen. Andererseits wird beim letztgenannten Verfahren unter Verwendung eines Al-beruhigten Stahls als Ausgangsmaterial nach dem Feuerverzinken ein Kastennachglühvorgang erforderlich, d.h., daß ein zusätzlicher Schritt benötigt wird, wodurch ein großer Nachteil durch beispielsweise übermäßige Produktionskosten entsteht. Daher wurde gewünscht, ein Verfahren zum Herstellen eines feuerverzinkten Stahlblechs mit einer Alterungsbeständigkeit aus Al-beruhigtem Stahl als Ausgangsmaterial zu entwickeln
Es wurden bisher mehrere Versuche unternommen, ein Verfahren zum Herstellen eines kaltgewalzten Stahlblechs mit einer guten Alterungsbeständigkeit durch Durchlaufglühen aus einem Al-beruhigten Stahl als Ausgangsmaterial durchzuführen, bei dem der Al-beruhigte Stahl nicht zusätzlich feuerverzinkt wird. Es wurde beispielsweise vorgeschlagen, die Alterungsbeständigkeit durch Entwickeln eines Wärmezyklus' für die Arbeitsvorgänge vom Abschrecken bis zum Übervergüten zu verbessern, wobei die folgenden herkömmlichen Verfahren bekannt sind: in der JP-B-58-10447 wird ein Horizontal-Übervergütungsverfahren beschrieben, bei dem das nach dem Unterkühlen wiedererwärmte Stahlblech bei einem Arbeitsgang nach dem Wiedererwärmen bei der gleichen Temperatur gehalten wird, wobei der Zusammenhang zwischen der Temperatur und der Zeit bei diesem Halte-Arbeitsvorgang zum Übervergüten aus einer waagerechten geraden Kurve besteht; und in der JP-B-58-39890 und der JP-A-60-52527 sowie der JP- A-61-276935 wird ein Übervergütungsverfahren durch einen Inklinations-Kühlvorgang beschrieben, bei dem die Temperatur des nach dem Unterkühlen wiedererwärmten Stahlblechs in einem Arbeitsgang nach dem Wiedererwärmen oder dem anschließenden Halten zeitlich geändert wird, wobei der Zusammenhang zwischen der Temperatur und der Zeit bei diesem Abkühlprozeß zum Übervergüten durch eine geneigte Kurve dargestellt wird. Durch die vorgeschlagenen Verfahren, bei denen das Stahlblech nicht zusätzlich feuerverzinkt wird, kann jedoch kein kaltgewalztes Stahlblech mit einer guten Alterungsbeständigkeit aus einem Al-beruhigten Stahl hergestellt werden, weil das Wärmezykluskonzept sowie der Wärmezyklus selbst Mängel aufweisen.
In der JP-A-60251226 wird ein Verfahren zum Herstellen eines feuerverzinkten, kaltgewalzten Stahlblechs mit sehr guter Verarbeitbarkeit beschrieben, bei dem ein kohlenstoffarmes, Al-beruhigtes, kaltgewalztes Stahlband erwärmt wird, das keine feste Stickstofflösung enthält, die Oberfläche in einer Reduktionsatmosphäre reduziert wird, das Stahlband anschließend langsam auf 720º - 650ºC abgekühlt wird, bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mindestens 20ºC/s sukzessive auf einen Temperaturbereich von 200º - 350ºC abgeschreckt wird, wobei das Stahlband daraufhin für 10 - 60 Sekunden bei dieser Temperatur gehalten wird, anschließend bei einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von mindestens 5ºC/s auf 430º - 470ºC erwärmt wird, das Stahlband danach in ein Galvanisierungsbad (Zinkbad) eingetaucht wird, das galvanisierte Band bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mindestens 5ºC/s unmittelbar auf höchstens 400ºC abgeschreckt wird, und wobei daraufhin das galvanisierte Band für 2 - 10 Minuten bei 220º - 400ºC einer Behandlung zum Ausscheiden der festen Kohlenstofflösung unterzogen wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, das vorstehend beschriebene Verfahren zu verbessern.
Das Verfahren zum Herstellen eines verzinkten Stahlblechs mit einer Alterungsbeständigkeit aus einem Al-beruhigten Stahl als Ausgangsmaterial hat eine große industrielle Bedeutung, wie beispielsweise wirtschaftliche Einflüsse aufgrund der Ausgangsmaterialkosten und der Verringerung der Arbeitsschritte.
Die vorliegenden Erfinder haben ausführliche Untersuchungen und Tests durchgeführt, um ein Verfahren zum Herstellen eines verzinkten Stahlblechs mit einer Alterungsbeständigkeit aus einem Al-beruhigten Stahl als Ausgangsstahl auf der Basis eines Verfahrens zum Herstellen eines kaltgewalzten Stahlblechs mit einer sehr guten, durch Durchlaufglühen erzeugten Alterungsbeständigkeit, wie von den vorliegenden Erfindern bereits in der JP-B-58-10447 vorgeschlagen, zu entwickeln, und haben ausführliche Untersuchungen des Abkühlprozesses nach der Rekristallisations-, der Glüh-, der Abkühl- und der Übervergütungsbehandlung nach dem Eintauchen in das Zinkbad durchgeführt. Die vorliegenden Erfinder haben dadurch erstmals ein neues Verfahren zum Herstellen eines verzinkten Stahlblechs mit einer Alterungsbeständigkeit aus einem Al-beruhigten Stahl als Ausgangsmaterial entwickelt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Wärmezyklen im Wärmeverlauf des Abkühlprozesses nach der Rekristallisations-, der Glüh-, der Abkühl- und der Übervergütungsbehandlung nach dem Eintauchen in das Zinkbad zu finden, durch die ein verzinktes Stahlblech mit einer sehr guten Alterungsbeständigkeit aus einem Al-beruhigten Stahl als Ausgangsmaterial hergestellt werden kann.
Als Ergebnis der Untersuchungen und Tests zum Entwickeln eines Verfahrens zum Herstellen eines verzinkten Stahlblechs mit einer Alterungsbeständigkeit aus einem Alberuhigten Stahl als Ausgangsstahl sowie ausführlicher Untersuchungen des Abkühlprozesses nach der Rekristallisations-, der Glüh-, der Abkühl- und der Übervergütungsbehandlung nach dem Eintauchen in das Zinkbad, haben die vorliegenden Erfinder ein neues Verfahren zum Herstellen eines verzinkten Stahlblechs mit einer Alterungsbeständigkeit aus einem Al-beruhigten Stahl als Ausgangsmaterial gefunden.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines verzinkten Stahlblechs mit einer Alterungsbeständigkeit aus einem kaltgewalzten Stahlblech durch Feuerverzinken bereitgestellt, wobei das Verfahren einen Rekristallisations- und einen Glühschritt sowie die Schritte aufweist:
Unterziehen eines kaltgewalzten Stahlblechs, das aus 0.010 bis 0.10 Gew.-% C, 0.05 bis 0.7 Gew.-% Mn, 0.002 bis 0.035 Gew.-% S, weniger als 0.15 Gew.-% P, 0.01 bis 0.10 Gew.-% Lösungsaluminium, 0.0010 bis 0.0070 Gew.-% N, und wahlweise aus 0.5 - 2.0 Wismut (B) bezüglich dem Verhältnis B/N besteht, wobei der verbleibende Anteil aus Eisen und unvermeidbaren Fremdelementen besteht, einer Rekristallisation und einem Kornwachstum,
Abschrecken des Stahlblechs von 720 - 600ºC bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit (α) von 30 - 250ºC/s auf eine Abschreck-Endtemperatur (TE) von 310 - 200ºC,
Halten des Stahls für 0 - 15 Sekunden konstant bei dieser Temperatur, anschließend
Wiedererwärmen des Stahlblechs auf die Temperatur eines Bads aus geschmolzenem Zink,
Eintauchen des Stahlblechs in das Bad aus geschmolzenem Zink und dadurch Verzinken des Stahlblechs,
Abkühlen des Stahlblechs von dieser Temperatur bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 250 - 5ºC/s auf 350ºC,
Abkühlen des Stahlblechs bei einer durch die nachstehende Formel (1) definierten, mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit C.R&sub2; in einem Temperaturbereich von 350ºC, vorzugsweise unter 350ºC, auf 300ºC und anschließend
Abkühlen des Stahlblechs bei einer durch die nachstehende Formel (2) definierten, mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit C.R&sub3; in einem Temperaturbereich von 300ºC, vorzugsweise unter 300ºC, auf 285 - 220ºC:
C.R2S ≤ C.R&sub2; ≤ C.R2h (1)
C.R3S ≤ C.R3 ≤ C.R3h (2),
wobei
C.R2S = (-2.983 x (1/α) + 0.168) x exp(-0.0130 x TE + 5.18)
C.R2h = (-4.185 x (1/α) + 0.263) x exp(-0.0130 x TE + 6.06)
C.R3S = (-0.695 x (1/α) + 0.0392) x exp(-0.0130 x TE + 5.18)
C.R3h = (-1.313 x (1/α) + 0.0741) x exp(-0.0130 x TE + 6.06)
α: Abschreck-Abkühlungsgeschwindigkeit (ºC/s) vor dem Unterkühlen;
TE: Abschreck-Endtemperatur (ºC), wobei 220ºC der unterste Temperaturwert ist, auch wenn die Temperatur niedriger als 220ºC ist;
C.R2S: minimale mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit (ºC/s) in einem Temperaturbereich von 350ºC, vorzugsweise unter 350ºC, bis 300ºC;
C.R2h: maximale mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit (ºC/s) in einem Temperaturbereich von 350ºC, vorzugsweise unter 350ºC, bis 300ºC;
C.R3S: minimale mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit (ºC/s) in einem Temperaturbereich von höchstens 300ºC, vorzugsweise unter 300ºC, bis 285 - 220ºC;
C.R3h: maximale mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit (ºC/s) in einem Temperaturbereich von höchstens 300ºC, vorzugsweise unter 300ºC, bis 285 - 220ºC;
Durch die Erfindung wird ferner ein durch das in Patentanspruch 1 definiertes Verfahren mit in den Patentansprüchen 2 - 8 definierten, bevorzugten Ausführungsformen hergestelltes, verzinktes Stahlblech bereitgestellt.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann eine Legierungsbehandlung aufweisen. D.h., durch die vorliegende Erfindung wird außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines verzinkten Stahlblechs mit einer Alterungsbeständigkeit durch Feuerverzinken bereitgestellt, bei dem das Stahlblech nach dem Eintauchen in das Bad aus geschmolzenem Zink für 5 - 20 Sekunden auf 500 - 600ºC wiedererwärmt wird, anschließend bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 250 - 5ºC/s auf 350ºC abgekühlt wird und daraufhin einem zweistufigen Inklinationskühlen bei Abkühlungsgeschwindigkeiten von 0.7 mal den durch die Formeln (1) und (2) definierten, mittleren Abkühlungsgeschwindigkeiten C.R&sub2; und C.R&sub3;, d.h. 0.7 x C.R&sub2; und 0.7 x C.R&sub3; im Temperaturbereich von 350ºC, vorzugsweise unter 350ºC, bis 300ºC bzw. von 300ºC, vorzugsweise unter 300ºC, bis 285 - 220ºC, unterzogen wird.
In diesem Fall kann ein kaltgewalztes Stahlblech mit 0.5 - 2.0 B bezüglich dem Verhältnis von B/N bei jedem der vorstehenden Verfahren verwendet werden, wobei ein feuerverzinktes Stahlblech mit einer guten Verarbeitbarkeit und einer genügend hohen Weichheit, die ein Aufwickeln bei tiefer Temperatur ermöglicht, erhalten werden kann.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann bei jedem der vorstehenden Verfahren das verzinkte Stahlblech mit einer Alterungsbeständigkeit in zwei getrennten Schritten hergestellt werden, einem ersten Schritt, bei dem das Stahlblech von 720 - 600ºC bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit (α) von 30 - 250ºC/s nach der Rekristallisation und dem Kornwachstum auf 310ºC oder weniger abgeschreckt wird und das Stahlblech bei einer Temperatur zwischen der Zimmertemperatur und 150ºC, vorzugsweise bei einer Temperatur in der Nähe der Zimmertemperatur, aufgewickelt wird, sowie einem zweiten Schritt, bei dem das sukzessive Wiedererwärmen und Eintauchen in das Bad aus geschmolzenem Zink beginnt.
Die vorliegende Erfindung besitzt gegenüber den herkömmlichen Verfahren die folgenden Vorteile.
Es kann ein verzinktes Stahlblech mit einer verbesserten Alterungsbeständigkeit hergestellt werden. Dabei ist nach dem Abschreckvorgang kein Halteprozeß erforderlich.
Der Anteil der festen Kohlenstofflösung kann durch die durch die Formeln (1) und (2) definierte Übervergütungsbehandlung stärker verringert werden.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Abbildungen ausführlich beschrieben, es zeigen:
Fig. 1 ein bei den Untersuchungen verwendetes Wärmezyklusdiagramm zum Bestimmen der erfindungsgemäßen Bedingungen für die Abkühlungsgeschwindigkeit (α) des Abschreckprozesses vor dem Unterkühlen und der Abschreck-Endtemperatur;
Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Abkühlungsgeschwindigkeit (α) des Abschreckprozesses vor dem Unterkühlen und der Alterungsbeständigkeit (Alterungs-Richtzahl);
Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Abschreck-Endtemperatur (TE) und der Alterungsbeständigkeit (Alterungs-Richtzahl);
Fig. 4 ein bei den Untersuchungen verwendetes Wärmezyklusdiagramm zum Bestimmen der Bedingungen für das Inklinationskühlen nach dem Eintauchen in ein Zinkbad;
Fig. 5 ein bei den Untersuchungen verwendetes Wärmezyklusdiagramm zum Bestimmen der Bedingungen für das Inklinationskühlen [Korrekturfaktoren (k) für C.R&sub2; und C.R&sub3;] nach der Legierungsbehandlung, wenn eine Legierungsbehandlung durchgeführt wird;
Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen den Bedingungen für das Inklinationskühlen [Korrekturfaktoren (k) für C.R&sub2; und C.R&sub3;] nach der Legierungsbehandlung und der Alterungsbeständigkeit (Alterungs- Richtzahl), wenn die Legierungsbehandlung ausgeführt wurde; und
Fig. 7 (A) - (F) Wärmezyklusdiagramme des Feuerverzinkungsprozesses für jeweilige Beispiele.
Nachstehend werden zunächst die Bestandteile und die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials beschrieben.
Es ist bekannt, daß die Duktilität und Tiefziehbarkeit durch Verringern des Kohlenstoffanteils verbessert werden können, wohingegen die Alterungsbeständigkeit bei einem zu geringen Kohlenstoffanteil verschlechtert wird. Bei der vorliegenden Erfindung kann ein kaltgewalztes Stahlblech mit guter Verarbeitbarkeit und guter Alterungsbeständigkeit bei einem Kohlenstoffgehalt von 0.010 bis 0.10 Gew.-% erhalten werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist das Steuern des Mn- und des S-Gehalts wichtig. Bei der vorliegenden Erfindung wird MnS als bevorzugtes Fällungsmittel für Karbid verwendet, wobei eine ausreichende Präzipitationsdichte erforderlich ist. Bei weniger als 0.05 Gew.-% Mn oder weniger als 0.002 Gew.-% S kann keine notwendige Präzipitationsdichte für Eisenkarbid erhalten werden, wodurch die Alterungsbeständigkeit verschlechtert wird. Daher betragen die unteren Grenzwerte für Mn 0.05 Gew.-% und für Schwefel (S) 0.002 Gew.%. Mn ist ein Verstärkungselement für feste Lösungen, wobei über 0.7 Gew.-% Mn die Verarbeitbarkeit wesentlich verschlechtert wird. Außerdem wird bei über 0.035 Gew.-% S die Verarbeitbarkeit wesentlich verschlechtert. Daher betragen die oberen Grenzwerte für Mn 0.7 Gew.-% und für S 0.035 Gew.-%.
P ist ein Element, das keinen wesentlichen Einfluß auf die Alterungsbeständigkeit hat, sein oberer Grenzwert muß jedoch bei der Herstellung eines kaltgewalzten Stahlblechs für Automobile 0.15 Gew.% betragen, weil die Punktschweißbarkeit bei über 0.15 Gew.-% P wesentlich verschlechtert wird.
Lösungsaluminium ist ein notwendiges Element zum Steuern der Sauerstoff- und Stickstoffmenge im Stahl. Wenn der Lösungsaluminiumanteil zu hoch ist, wird der Stahl gehärtet, weshalb der obere Grenzwert des Anteils 0.10 Gew.-% beträgt. Wenn der Anteil andererseits zu gering ist, kann die Alterung mit Stickstoff nicht mehr weiter unterdrückt werden, weshalb sein unterer Grenzwert 0.01 Gew.-% beträgt.
N verbindet sich in Stahl mit Lösungsaluminium und bildet AlN (oder BN, wenn B enthalten ist), wobei das Material gehärtet wird. Daher beträgt der obere Grenzwert für N 0.0070 Gew.-%. Sein unterer Grenzwert beträgt 0.0010 Gew.-%, weil es selbst bei der herkömmlichen Stahlherstellungstechnologie schwierig ist, den N-Gehalt auf weniger als 0.0010 Gew.-% zu verringern.
B kann dem Stahl als nützliches Element zugegeben werden, wenn keine ausgeprägte Tiefzieheigenschaft erforderlich ist, und wenn ein weiches, verzinktes Stahlblech mit einer Alterungsbeständigkeit hergestellt wird. Um einen weichen, Al-beruhigten Stahl herzustellen, ist ein Hochtemperatur- Aufwickeln erforderlich, wobei sich jedoch aufgrund des Hochtemperatur-Aufwickelvorgangs Probleme durch dickere Schalen und durch die verschlechterte Beizeigenschaft ergeben. Durch die Zugabe von B zum Stahl kann auch bei einem Niedrigtemperatur-Aufwickeln, z.B. beim Aufwickeln bei ca. 600ºC ein weicher Stahl erhalten werden, wodurch das beim Hochtemperatur-Aufwickeln eines Al-beruhigten Stahls entstehende Problem gelöst werden kann. Bei der vorliegenden Erfindung kann B als ein nützliches Element dem Stahl zugegeben werden, wenn keine ausgeprägte Tiefzieheigenschaft erforderlich ist, wobei ein weiches, verzinktes Stahlblech mit einer Alterungsbeständigkeit hergestellt wird. Wenn dem Stahl 0.5 oder mehr B bezüglich des Verhältnisses B/N zugegeben wird, verbindet sich B im Stahl mit N, wodurch BN gebildet und das Altern mit Stickstoff verhindert wird. Dadurch kann ein verzinktes Stahlblech mit einer Alterungsbeständigkeit hergestellt werden, das weich genug ist, um ein Niedrigtemperatur-Aufwickeln bei ca. 600ºC zu ermöglichen.
Beträgt der Wert von B bezüglich des Verhältnisses B/N mehr als 2.0, nimmt das Verhältnis von festgelöstem B zu, wodurch das Material gehärtet wird. Daher ist der B-Anteil auf 0.5 - 2.0 bezüglich des Verhältnisses B/N begrenzt.
Die Schritte vom Gießen zum Warmwalzen können durch Kühlen einer Bramme und durch Wiedererwärmen der Bramme oder durch Stranggießen und anschließendes direktes Walzen (CC- DR) durchgeführt werden. Es kann eine hohe Brammenheiztemperatur verwendet werden, wobei jedoch eine niedrige Brammenheiztemperatur, beispielsweise 1000 - 1130ºC, bevorzugt wird, weil die MnS-Verteilung verbessert wird und ein kaltgewalztes Stahlblech mit einer sehr guten Alterungsbeständigkeit erhalten werden kann. Die Aufwickeltemperatur nach dem Warmwalzen hat keinen wesentlichen Einfluß auf die Alterungsbeständigkeit, wobei die ausreichenden Wirkungen der vorliegenden Erfindung auch beim Niedrigtemperatur-Aufwickeln bei ca. 600ºC erhalten werden können, wobei jedoch die Kristallkorngröße nach dem Kaltwalzen und dem Glühen beim Hochtemperatur-Aufwickeln bei 700ºC oder darüber vergrößert und außerdem die Verarbeitbarkeit verbessert werden kann. Daher wird das Hochtemperatur-Aufwickeln bevorzugt.
Nachstehend wird der Schritt des Feuerverzinkungsprozesses beschrieben.
Der Erwärmungsschritt eines kaltgewalzten Stahlblechs zur Rekristallisation und zum Kornwachstum kann auf herkömmliche Weise ausgeführt werden und ist nicht besonders eingeschränkt. D.h., dieser Schritt kann ausgeführt werden, indem das Stahlblech auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher ist als die Rekristallisationstemperatur, wobei das Stahlblech bei einer gleichmäßigen Temperatur gehalten wird, wodurch ein Stahlblechoberflächenzustand mit einer guten Beschichtungs-Hafteigenschaft erhalten wird.
Die Schritte vom Abkühlen nach dem gleichmäßigen Erwärmen bis zur Übervergütungsbehandlung durch Eintauchen in ein Zinkbad sind bei der vorliegenden Erfindung am wichtigsten und werden in zwei Punkte unterteilt, d.h., (1) einen Wärmeverlauf vom Abkühlen nach dem gleichmäßigen Erwärmen bis zum Eintauchen in das Zinkbad und (2) einen Wärmeverlauf vom Abkühlen nach dem Eintauchen in das Zinkbad bis zur Übervergütungsbehandlung.
Zunächst wird nachstehend der erste Punkt, d.h. (1) der Wärmeverlauf vom Abkühlen nach dem gleichmäßigen Erwärmen bis zum Eintauchen in das Zinkbad beschrieben.
Das Abschrecken nach dem gleichmäßigen Erwärmen muß bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 30 - 250ºC/s von 720 - 600ºC auf 310ºC oder weniger durchgeführt werden.
Die Abkühlungsgeschwindigkeit beeinflußt die Alterungsbeständigkeit und ist wichtig, um die Alterungsbeständigkeit zu erhalten und außerdem notwendig, um vor dem Übervergüten einen Übersättigungsgrad für eine höhere feste Kohlenstofflösung als Basis für eine hochdichte Präzipitation von Eisenkarbid zu erhalten, was notwendig ist, um die Zeitdauer der dein Eintauchen in das Zinkbad folgenden Übervergütungsbehandlung zu verkürzen.
Nachstehend wird die Wirkung der Abkühlungsgeschwindigkeit entsprechend den von den vorliegenden Erfindern durchgeführten Untersuchungen beschrieben.
Ein entsprechend den Herstellungsbedingungen von Stahl I in Tabelle 2 hergestelltes und kaltgewalztes Stahlband wurde einem Alterungsbeständigkeitstest unterzogen, indem die Abkühlungsgeschwindigkeit (α) geändert wurde, während TE = 240ºC im in Fig. 1 dargestellten Wärmezyklus konstant gehalten wurde. Die Ergebnisse sind in Fig. 2 dargestellt.
Wie in Fig. 2 dargestellt, hat die Abkühlungsgeschwindigkeit (α) einen großen Einfluß auf die Alterungsbeständigkeit (Alterungs-Richtzahl). Um ein verzinktes Stahlblech mit einer sehr guten Alterungsbeständigkeit zu erzeugen, muß die Abkühlungsgeschwindigkeit (α) mindestens 30ºC/s, vorzugsweise mindestens 50ºC/s betragen. Der obere Grenzwert beträgt 250ºC/s, weil die Temperaturverteilung während des Abschreckprozesses oberhalb von 250ºC/s verschlechtert wird, wobei die Form des Stahlbands aufgrund thermischer Spannungen im Stahlblech ebenfalls verschlechtert wird.
Nachstehend wird die Abschreck-Endtemperatur aus führlich beschrieben.
Die Abschreck-Endtemperatur ist eine wichtige Temperatur, durch die die Präzipitationsdichte des Eisenkarbids festgelegt wird, und hat einen wesentlichen Einfluß auf die Alterungsbeständigkeit. Die Abschreck-Endtemperatur ist außerdem eine wichtige Temperatur zum Bestimmen eines Wärmezyklus für eine optimale Übervergütung gemäß dem Inklinationskühlen nach dem Eintauchen in das Zinkbad, d.h., eine wesentliche Bedingung zum Herstellen eines verzinkten Stahl blechs mit einer sehr guten Alterungsbeständigkeit durch das kurzzeitige Durchführen einer Übervergütung.
Nachstehend wird die Wirkung der Abschreck-Endtemperatur entsprechend den von den vorliegenden Erfindern durchgeführten Untersuchungen beschrieben.
Ein entsprechend den in Tabelle 2 dargestellten Herstellungsbedingungen eines Stahls I hergestelltes und kaltgewalztes Stahlband wurde einem Alterungsbeständigkeitstest unterzogen, indem die Abschreck-Endtemperatur (TE) verändert wurde, während beim in Fig. 1 dargestellten Wärmezyklus α = 100ºC/s konstant eingestellt wurde. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 dargestellt.
Wie in Fig. 3 dargestellt hat die Abschreck-Endtemperatur (TE) einen wesentlichen Einfluß auf die Alterungsbeständigkeit (Alterungs-Richtzahl). Um ein kaltgewalztes Stahlblech mit einer sehr guten Alterungsbeständigkeit herzustellen, muß die Abschreck-Endtemperatur (TE) 310ºC oder weniger, vorzugsweise 300ºC oder weniger betragen. Bei einer Verringerung der Abschreck-Endtemperatur (TE) wird die Alterungsbeständigkeit verbessert, wobei keine wesentliche Verschlechterung des Materials auftritt, selbst wenn das Material bis zur Zimmertemperatur abgeschreckt wird. Daher ist der untere Grenzwert der Abschreck-Endtemperatur (TE) hinsichtlich der Stahlherstellung nicht beschränkt, wobei jedoch, wie vorstehend und unter Patentanspruch 1 beschrieben, wenn bei dem einen Schritt die Rekristallisation, das Glühen und das Eintauchen in das Zinkbad durchgeführt werden, die Wirkung auf die Verbesserung der Alterungsbeständigkeit eine Sättigung erreicht, wenn die Abschreck-Endtemperatur (TE) weniger als 200ºC beträgt, wobei der Energieverlust beim Wiedererwärmen zunimmt. Daher beträgt in diesem Fall der untere Grenzwert der Abschreck-Endtemperatur (TE) 200ºC. Wenn die Rekristallisation, das Glühen und das Eintauchen in das Zinkbad aufgrund einer Beschränkung der Produktionseinrichtung in den beiden getrennten Schritten durchgeführt werden, kann, wie vorstehend und in Patentanspruch 4 beschrieben, ein verzinktes Stahlblech mit einer sehr guten Alterungsbeständigkeit aus einem Al-beruhigten Stahl als gewünschtem Ausgangsmaterial des vorliegenden Verfahrens hergestellt werden, auch wenn die Abschreck-Endtemperatur die Zimmertemperatur ist. Daher ist in diesem Fall der untere Grenzwert der Abschreck-Endtemperatur nicht auf 200ºC beschränkt.
Nachstehend wird die Zeitdauer beschrieben, für die das Stahlblech konstant bei der Abschreck-Endtemperatur gehalten wird.
Selbst wenn zum Halten des Stahlblechs konstant bei der Abschreck-Endtemperatur keine Zeit vorgesehen ist, können im Verlauf des Wiedererwärmens Eisenkarbid-Präzipitationskerne leicht gebildet werden. Es ist möglich, das Stahlblech abhängig von der Produktionseinrichtung konstant in der Nähe der Abschreck-Endtemperatur zu halten oder das Stahlblech im Ofen zu kühlen. Die notwendige und ausreichende Zeitdauer, in der das Stahlblech konstant bei der Abschreck-Endtemperatur gehalten wird, bis das Stahlblech die Wiedererwärmungsvorrichtung erreicht, beträgt maximal 15 Sekunden, auch wenn eine vorgegebene Produktionseinrichtung verwendet wird. Wenn die Zeitdauer, in der das Stahlblech konstant bei der Abschreck-Endtemperatur gehalten wird, 15 Sekunden überschreitet, wird die Größe der Produktionseinrichtung unnötig länger, wodurch die Kosten für die Produktionseinrichtung zunehmen. Daher beträgt die obere Grenze für die Zeitdauer, in der das Stahlblech konstant bei der Abschreck-Endtemperatur gehalten wird, 15 Sekunden.
Außerdem wurde die Übergangszeit vom ersten Schritt zum zweiten Schritt untersucht, wenn ein verzinktes Stahlblech, wie vorstehend und in Patentanspruch 4 beschrieben, in zwei getrennten Schritten hergestellt wird, wobei sich herausgestellt hat, daß keine besondere Zeitbegrenzung für den Übergang erforderlich ist.
Nachstehend wird die Wiedererwärmungsgeschwindigkeit zum Erwärmen bis in die Nähe der Zinkbadtemperatur beschrieben.
Die Wiedererwärmungsgeschwindigkeit hat keinen Einfluß auf die Alterungsbeständigkeit und ist daher nicht besonders eingeschränkt. Es kann eine auf einem Strahlungsrohr mit einer Wiedererwärmungsgeschwindigkeit von beispielsweise 10ºC/s basierende Heizvorrichtung oder eine Wirbelstromheizvorrichtung oder eine direkte elektrische Heizvorrichtung mit einer Wiedererwärmungsgeschwindigkeit von beispielsweise 100ºC/s verwendet werden, oder es kann eine Vorrichtung verwendet werden, die auf beiden Systemen gleichzeitig basiert. Die auf dem Wirbelstromheizverfahren, dem direkten elektrischen Heizverfahren usw. basierende Schnellheizvorrichtung wird als Wiedererwärmungsvorrichtung bevorzugt, weil damit eine höhere Wiedererwärmungsgeschwindigkeit erreicht wird, so daß die Wiedererwärmungszeit verkürzt werden kann, wodurch die Stahlblechtemperatur besser gesteuert werden kann.
Die Zinkbadtemperatur kann eine normalerweise beim Feuerverzinken verwendete Temperatur, beispielsweise 450ºC bis 500ºC sein und ist nicht besonders begrenzt. Der untere Grenzwert der Zinkbadtemperatur ist nicht niedriger als die Schmelztemperatur von Zink und deren oberer Grenzwert beträgt normalerweise 500ºC, weil Zink bei einer zu hohen Temperatur oxidiert, wobei der Energieverlust groß wird. Das Zinkbad enthält als Hauptkomponente normalerweise Zink und gegebenenfalls 0.5% oder weniger Aluminium.
Nachstehend wird der zweite Punkt (2) des Wärmeverlaufs des Abkühlvorgangs nach dem Eintauchen in das Zinkbad und der Übervergütungsbehandlung beschrieben.
Die vorliegenden Erfinder haben verschiedene Bedingungen für das Inklinationskühlen nach dem Eintauchen in das Zinkbad untersucht und gezeigt, daß die Bedingungen für das Inklinationskühlen entsprechend den folgenden Tatsachen festgelegt werden müssen, d.h. (1) das Inklinationskühlen kann in drei Temperaturbereichsstufen unterteilt werden, in denen jeweils eine optimale Abkühlungsgeschwindigkeit existiert und (2) die Abkühlungsgeschwindigkeit in jeder der drei Temperaturbereichsstufen hängt stark von der Abkühlungsgeschwindigkeit (α) des Abschreckprozesses vor dem Unterkühlen sowie von der Abschreck-Endtemperatur (TE) ab.
Nachstehend wird zunächst das Abkühlen nach dem Eintauchen in das Zinkbad ohne die Legierungsbehandlung beschrieben.
Das Inklinationskühlen auf 350ºC nach dem Eintauchen in das Zinkbad kann bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 250 - 5ºC/s durchgeführt werden, wobei kein strenger Grenzwert existiert. Der obere Grenzwert der Abkühlungsgeschwindigkeit beträgt 250ºC/s, weil bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mehr als 250ºC/s keine gleichmäßige Temperaturverteilung erhalten werden kann, wodurch die Form des Stahlblechs verschlechtert wird. Der untere Grenzwert beträgt 5ºC/s, weil bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von weniger als 5ºC/s der Abkühlvorgang sehr lange dauert, wodurch die notwendige Stahlblechtemperaturgrenze (380ºC oder weniger) an einer über dem Zinkbad angeordneten Oberwalze, die verhindert, daß Zink von den der Oberwalze folgenden Gestellwalzen aufgenommen wird, nicht erreicht werden kann.
Nachstehend wird die Bedingung für das Inklinationskühlen im Temperaturbereich unter 350ºC beschrieben.
Ein wichtiger Punkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Bedingung für das Inklinationskühlen in diesem Temperaturbereich unter 350ºC geeignet zu wählen. Die vorliegenden Erfinder haben ausführliche Untersuchungen durchgeführt, wobei sich gezeigt hat, daß die Geschwindigkeit der Verringerung der festen Kohlenstofflösung während des Inklinationskühlprozesses im Temperaturbereich unter 350ºC wesentlich von der Dichte des auszufällenden Eisenkarbids und die Präzipitationsdichte des Eisenkarbids wesentlich von der Abschreck-Endtemperatur (TE) und der Abkühlungsgeschwindigkeit (α) des Abschreckvorgangs vor dem Unterkühlen abhängt, wobei deren quantitativer Zusammenhang bestimmt werden konnte.
Nachstehend wird deren Wirkung entsprechend den durchgeführten Untersuchungen beschrieben.
Ein entsprechend den Herstellungsbedingungen von Stahl I in Tabelle 2 hergestelltes und kaltgewalztes Stahlband wurde getestet, um einen Einfluß der mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit (C.R&sub2;) im Temperaturbereich von 350ºC bis 300ºC und der mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit (C.R&sub3;) im Temperaturbereich von 300ºC bis 260ºC auf die Alterungsbeständigkeit zu untersuchen, indem die Bedingung für die Übervergütungsbehandlung nach dem Eintauchen in das Zinkbad, wie in Tabelle 1 im Wärmezyklus von Fig. 4 dargestellt, verändert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 Herstellungsbedingungen Alterungsbeständigkeit Bemerkungen Nachwalzverhältnis Bereich der Erfindung Stahl Vergleich Erfindung
Die Stähle 1 und 3 sind Vergleichsbeispiele, die keinem zweistufigen Inklinationskühlprozeß unterzogen wurden, sondern einem linearen Inklinationskühlprozeß bei 1.6ºC/s und 1.2ºC/s für C.R&sub2; bzw. C.R&sub3;, wobei deren Alterungsbeständigkeit wesentlich schlechter ist als diejenige der geinäß dem vorliegenden Verfahren hergestellten Stähle 2 und 4.
Die Stähle 5 und 6 sind Beispiele, die beide einem zweistufigen Inklinationskühlprozeß bei 2.0ºC/s für C.R&sub2; und 0.7ºC/s für C.R&sub3; unterzogen wurden. Der Stahl 6 ist ein Vergleichsbeispiel, das oberhalb der oberen Grenzen von C.R&sub2; und C.R&sub3; des vorliegenden Verfahrens hergestellt wurde, wobei dessen Alterungsbeständigkeit wesentlich schlechter ist als diejenige des gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellten Stahls 5, bei dem der zweistufige Inklinationskühlprozeß bei den beim vorliegenden Verfahren vorgegebenen Wertebereichen für C.R&sub2; und C.R&sub3; durchgeführt wurde.
Wie bei den vorstehenden Untersuchungsergebnissen ausführlich beschrieben, können die Bedingungen für das Inklinationskühlen nach dem Eintauchen in das Zinkbad, um ein verzinktes Stahlblech mit einer sehr guten Alterungsbeständigkeit aus einem Al-beruhigten Stahl herzustellen, wie folgt zusammengefaßt werden:
Das Abkühlen im Temperaturbereich von 350ºC oder mehr ist nicht besonders begrenzt; das Abkühlen im Temperaturbereich von 350ºC bis 300ºC muß bei einer durch die nachfolgende Formel (1) definierten mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit (C.R&sub2;) durchgeführt werden; und das Abkühlen im Temperaturbereich unterhalb von 300ºC muß bis 285 - 220ºC (Endtemperatur des Inklinationskühlprozesses) bei einer durch die nachfolgende Formel (2) definierten mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit (C.R&sub3;) durchgeführt werden:
C.R2S ≤ C.R&sub2; ≤ C.R2h (1)
C.R3S ≤ C.R&sub3; ≤ C.R3h (2)
Nachstehend wird die Endtemperatur des Inklinationskühlens beschrieben.
Die Endtemperatur des Inklinationskühlprozesses muß hinsichtlich eines gewünschten Kennwerts der Alterungsbeständigkeit ausgewählt werden. Um ein verzinktes Stahlblech mit einer Alterungsbeständigkeit herzustellen, die durch eine Alterungs-Richtzahl (A.1.) von beispielsweise höchstens 3 kg/mm² dargestellt werden kann, muß das Abkühlen bei ca. 280ºC durchgeführt werden. Um ein verzinktes Stahlblech mit einer höheren, durch A.1. dargestellten Alterungsbeständigkeit von beispielsweise höchstens 2 kg/mm² herzustellen, muß das Abkühlen bei ca. 260ºC durchgeführt werden. Durch weiteres Abkühlen kann die Alterungsbeständigkeit etwas verbessert werden, wobei jedoch der Nutzeffekt der Verbesserung der Alterungsbeständigkeit trotz der verlängerten Zeitdauer der Übervergütungsbehandlung nicht sehr wesentlich ist. Daher beträgt der untere Grenzwert der Endtemperatur des Inklinationskühlens 220ºC und der obere Grenzwert 285ºC.
Das Abkühlen nach Beendigung des Inklinationskühlens zum Übervergüten kann durch ein langsames Abkühlen auf 200ºC oder weniger beispielsweise durch eine Gasdüse durchgeführt werden, woraufhin ein Abschreckprozeß durchgeführt wird, um eine bessere Stahlblechform herzustellen, oder durch einen Abschreckprozeß von der Endtemperatur des Inklinationskühlprozesses durchgeführt werden, wenn keine verbesserte Stahlblechform hergestellt werden muß.
Nachstehend wird der Wärmeverlauf nach dem Eintauchen in das Zinkbad im Fall einer Legierungsbehandlung beschrieben.
Die Wärmebehandlung bei der Legierungsbehandlung wird unter normalen Bedingungen ausgeführt, d.h. durch Erwärmen des Stahlblechs für 5 - 20 Sekunden auf 500 - 600ºC, wodurch die Legierungsbehandlung durchgeführt wird, und anschließendes Abkühlen des Stahlblechs auf 350ºC bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 5 - 250ºC/s. Die Bedingungen für das Abkühlen auf 350ºC sind nicht besonders eingeschränkt. Wenn die Temperatur für die Legierungsbehandlung niedriger als 500ºC ist oder die Behandlungsdauer weniger als 5 Sekunden beträgt, kann keine ausreichende Legierung erreicht werden, wohingegen, wenn die Temperatur für die Legierungsbehandlung 600ºC überschreitet oder die Behandlungsdauer 20 Sekunden überschreitet, die Legierung übermäßig fortschreitet, so daß keine weitere gute Beschichtung erhalten werden kann. Das Abkühlen auf 350ºC nach der Legierungsbehandlung wird unter den gleichen Bedingungen ausgeführt, wie diejenigen, wenn keine Legierungsbehandlung durchgeführt wird, d.h., durch ein Abkühlen auf 350ºC bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 5 - 250ºC/s.
Das Abkühlen von unter 350ºC ist zur Herstellung eines verzinkten Stahlblechs mit einer Alterungsbeständigkeit sehr wichtig. Die vorliegenden Erfinder haben ausführliche Tests im Vergleich zum Fall ohne Legierungsbehandlung durchgeführt, wobei sich gezeigt hat, daß ein legierungsbehandeltes, verzinktes Stahlblech mit einer sehr guten Alterungsbeständigkeit erhalten werden kann, indem zum Abkühlen von unter 350ºC ein zweistufiger Inklinationskühlprozeß bei Abkühlungsgeschwindigkeiten durchgeführt wird, die 0.7 mal so hoch sind wie die durch die Formeln (1) und (2) definierten, für den Fall ohne Legierungsbehandlung gültigen mittleren Abkühlungsgeschwindigkeiten (C.R&sub2; und C.R&sub3;), d.h. 0.7 x C.R&sub2; bzw. 0.7 x C.R&sub3;. D.h., die Bedingungen für das Abkühlen unter 350ºC sind im Temperaturbereich von unter 350ºC bis 300ºC eine mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit, die 0.7 mal so hoch ist wie die durch Formel (1) definierte, für den Fall ohne Legierungsbehandlung gültige mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit (C.R&sub2;), d.h. 0.7 x C.R&sub2;; und im Temperaturbereich von unter 300ºC bis 285 - 220ºC eine mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit, die 0.7 mal so hoch ist wie die durch Formel (2) definierte, für den Fall ohne Legierungsbehandlung gültige mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit (C.R&sub3;), d.h. 0.7 x C.R&sub3;.
Nachstehend wird gemäß den durch die vorliegenden Erfinder durchgeführten Untersuchungen ein Korrekturfaktor (k) für die mittleren Abkühlungsgeschwindigkeiten (C.R&sub2; und C.R&sub3;) im Fall einer Legierungsbehandlung beschrieben.
Ein entsprechend den in Tabelle 2 dargestellten Herstellungsbedingungen eines Stahls I hergestelltes und kaltgewalztes Stahlband wurde entsprechend dem in Fig. 5 dargestellten Wärmezyklus behandelt: Das Stahlband wurde nach dem Eintauchen in das Zinkbad wiedererwärmt, der Legierungsbehandlung unterzogen und auf 350ºC abgekühlt; anschließend wurde durch Ändern von C.R&sub2; und C.R&sub3; von Fig. 5 auf verschiedene Werte der Einfluß auf die Eigenschaften der Alterungsbeständigkeit untersucht. Das damit erhaltene Ergebnis ist in Fig. 6 dargestellt. Wie in Fig. 6 dargestellt, hat sich gezeigt, daß die Bedingungen für das Abkühlen in den Temperaturbereichen unter 350ºC jeweils durch einen Korrekturfaktor (k = 0.7) korrigiert werden müssen, wenn die Legierungsbehandlung durchgeführt wird. D.h., die mittlere Abkühlungsgeschwindigkeiten im Fall einer Legierungsbehandlung müssen jeweils 0.7 mal so hoch gewählt werden, wie die für den Fall ohne Legierungsbehandlung gültigen, durch die Formeln (1) und (2) definierten mittleren Abkühlungsgeschwindigkeiten (C.R&sub2; und C.R&sub3;), d.h. 0.7 x C.R&sub2; und 0.7 x C.R&sub3;, wobei die oberen Grenzwerte (C.R2h und C.R3h) der mittleren Abkühlungsgeschwindigkeiten (C.R&sub2; und C.R&sub3;) in den jeweiligen Temperaturbereichen (von unter 350ºC bis 300ºC und von unter 300ºC bis 285 - 220ºC) jeweils ebenfalls durch den Korrekturfaktor (k = 0.7) korrigiert werden müssen.
Fig. 6 zeigt die Zusammenhänge zwischen der Alterungsbeständigkeit (Alterungs-Richtzahl) und dem Korrekturfaktor (k) für die oberen Grenzwerte (C.R2h und C.R3h) der mittleren Abkühlungsgeschwindigkeiten (C.R&sub2; und C.R&sub3;) in den jeweiligen Temperaturbereichen. Wie in Fig. 6 dargestellt, muß, um zu erreichen, daß ein Wert für A.I. an der Grenze des erfindungsgemäßen Bereichs für den Fall einer Legierungsbehandlung dem Wert gleich ist, wenn keine Legierungsbehandlung durchgeführt wird, die Ausdehnung der Grenze des erfindungsgemäßen Bereichs 0.7 mal der Ausdehnung der Grenze für den Fall sein, wenn keine Legierungsbehandlung durchgeführt wird.
Gemäß Fig. 6 wird verdeutlicht, daß verzinkte Stahlbleche mit einer sehr guten Alterungsbeständigkeit hergestellt werden können, wenn der Korrekturf aktor (k) zum Erreichen der mittleren Abkühlungsgeschwindigkeiten (C.R&sub2; und C.R&sub3;) in den jeweiligen Temperaturbereichen im Fall einer Legierungsbehandlung 0.7 beträgt. D.h., die mittleren Abkühlungsgeschwindigkeiten (C.R&sub2; und C.R&sub3;) in den jeweiligen Temperaturbereichen (von unter 350ºC bis 300ºC und von unter 300ºC bis 285 - 220ºC) sind im Fall der Legierungsbehandlung jeweils 0.7 mal so hoch wie diejenigen für den Fall, daß keine Legierungsbehandlung durchgeführt wird. Es wurde untersucht, warum der Korrekturfaktor (k) den Wert 0.7 besitzt, wobei der Grund wahrscheinlich darin liegt, daß die Präzipitationsdichte des Eisenkarbids während der Legierungsbehandlung bei 500 - 600ºC abnimmt.
Wie vorstehend ausführlich beschrieben, wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines verzinkten Stahlblechs mit einer sehr guten Alterungsbeständigkeit durch Feuerverzinken bereitgestellt, wobei wesentliche wirtschaftlich günstige Auswirkungen erzielt werden.
Nachstehend werden die Wirkungen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf Beispiele beschrieben.

Beispiele

Unter den in Tabelle 2 dargestellten Herstellungsbedingungen hergestellte warmgewalzte Stahlbänder wurden auf eine Dicke von 0.8 mm bei einer Querschnittsverminderung von 80% kaltgewalzt, in den in Fig. 7(A), (B), (C), (D), (E) und (F) dargestellten Wärmezyklen einem Feuerverzinkungsprozeß und außerdem einem 1%-Nachwalzprozeß unterzogen, um die mechanischen Eigenschaften zu untersuchen. Die Ergebnisse der Untersuchungen der mechanischen Eigenschaften sind in Tabelle 3 zusammen mit denen der gemäß einem herkömmlichen Verfahren hergestellten Stahlbleche dargestellt.
Fig. 7(E) und (F) zeigen die Wärmezyklen gemäß den Ausführungsformen des Feuerverzinkungsprozesses mit der Legierungsbehandlung.
Die Bedingungen für das Feuerverzinken sind folgende:
Zinkbadzusammensetzung: Destilliertes Zink mit 0.1 Gew.% Al
Badtemperatur: 460ºC
Eintauchzeit: 3 Sekunden
Die Ausgangsstähle I, II und III sind durch die in Tabelle 2 dargestellten Herstellungsbedingungen hergestellte, warmgewalzte Stahlbänder, wobei der Stahl I ein zum Tiefziehen geeigneter, Al-beruhigter Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, der Stahl II ein zum Verarbeiten geeigneter, Al-beruhigter, B-haltiger Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und der Stahl III ein P-haltiger, Al-beruhigter Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist, der zur Ziehverarbeitung der 35 kg-Güte geeignet ist, d.h., daß das Stahlband eine Zugfestigkeit von mindestens 35 kg/mm² besitzt. Tabelle 2 Bestandteile (%) < warmgewalztes Blech> Warmwalzbedingungen Stahlsorte Erwärmen Beenden Aufwickeln Bermerkungen Stahl Erfindung Tabelle 3 Herstellungsbedingung Mechanische Eigenschaften Beispiel Nr. Ausgangsstahl Wärmezyklus Streckgrenze Zugfestigkeit Wert Bemerkungen Stahl Vergleich Erfindung herkömmlich
Die Beispiele Nr. 1, 5 und 9 sind Vergleichsbeispiele des herkömmlichen Feuerverzinkungsverfahrens ohne Übervergütungsbehandlung und der gemäß dem in Fig. 7 (A) dargestellten Wärmezyklus durchgeführten Behandlung.
Die Beispiele 2, 6 und 10 sind Vergleichsbeispiele des in letzter Zeit praktisch verwendeten Feuerverzinkungsprozesses mit der Übervergütungsbehandlung und der gemäß dem in Fig. 7 (B) dargestellten Wärmezyklus durchgeführten Behandlung.
Die Beispiele Nr. 3, 7 und 11 sind Beispiele der vorliegenden Erfindung, bei denen die Behandlung gemäß dem in Fig. 7 (C) dargestellten Wärmezyklus des vorliegenden Verfahrens durchgeführt wird.
Die Beispiele Nr. 4, 8 und 12 sind Beispiele der vorliegenden Erfindung, bei denen die Behandlung in zwei getrennten Schritten gemäß dem in Fig. 7 (D) dargestellten, vorliegenden Verfahren durchgeführt wird.
In Tabelle 3 sind auch die Ergebnisse des herkömmlichen Verfahrens (Kastennachglühen nach dem Beschichten) dargestellt.
Die Beispiele Nr. 3, 4, 7, 8, 11 und 12 bezeichnen das Tiefziehen, das Verarbeiten bzw. das Ziehverarbeiten der 35 kg-Güte und zeigen, daß bei allen diesen Beispielen eine sehr gute Alterungsbeständigkeit erhalten werden kann, die derjenigen des durch Beispiel Nr. 13 dargestellten herkömmlichen Verfahrens praktisch gleich ist. Wie aus diesen Beispielen verdeutlicht wird, können dadurch feuerverzinkte Stahlbleche mit einer sehr guten Alterungsbeständigkeit hergestellt werden.
Andererseits zeigen die Beispiele Nr. 1, 2, 5, 6, 9 und 10, daß bei all diesen Beispielen die erhaltene Alterungsbeständigkeit wesentlich schlechter ist. Die Bespiele Nr. 2, 6 und 10 stellen ein Feuerverzinkungsverfahren mit der Übervergütungsbehandlung dar, die in letzter Zeit praktisch verwendet wird, zeigen jedoch verglichen mit den durch das vorliegende Verfahren hergestellten Stahlblechen eine schlechte Alterungsbeständigkeit. D.h., bei all diesen Beispielen werden keine feuerverzinkten Stahlbleche mit sehr guter Alterungsbeständigkeit erhalten.
Das Beispiel Nr. 14 stellt ein herkömmliches Feuerverzinkungsverfahren mit der Legierungsbehandlung und der gemäß dem in Fig. 7 (E) dargestellten Wärmezyklus durchgeführten Behandlung dar.
Das Beispiel Nr. 15 stellt das vorliegende Verfahren, d.h. die Feuerverzinkungsbehandlung und die gemäß dem in Fig. 7 (F) dargestellten Wärmezyklus durchgeführten Behandlung dar.
Das Beispiel Nr. 15 des vorliegenden Verfahrens zeigt, daß die A.I. geringer ist, wobei ein legierungsbehandeltes, feuerverzinktes Stahlblech mit einer sehr guten Alterungsbeständigkeit hergestellt werden kann, wohingegen das Beispiel 14 des herkömmlichen Verfahrens zeigt, daß die A.I. höher ist, wobei kein feuerverzinkter Stahl mit einer sehr guten Alterungsbeständigkeit erhalten werden kann.
Wie vorstehend ausführlich beschrieben, wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines feuerverzinkten Stahlblechs aus Al-beruhigtem Stahl bereitgestellt, wobei das Verfahren von großer industrieller Bedeutung ist, weil beispielsweise aufgrund der niedrigeren Ausgangsmaterialkosten und der Einsparung von Produktionsschritten günstige wirtschaftliche Auswirkungen erzielt werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines verzinkten Stahlblechs mit einer Alterungsbeständigkeit aus einem kaltgewalzten Stahlblech mittels Durchlauffeuerverzinken, wobei das Verfahren einen Rekristallisations- und einen Glühschritt und die Schritte aufweist:

Unterziehen eines kaltgewalzten Stahlblechs einer Rekristallisation und einem Kornwachstum, das 0.010 bis 0.10 Gew.-% C, 0.05 bis 0.7 Gew.-% Mn, 0.002 bis 0.035 Gew.-% S, weniger als 0.15 Gew.-% P, 0.01 bis 0.10 Gew.-% Lösungsaluminium, 0.0010 bis 0.0070 Gew.-% N, wahlweise 0.5 - 2.0 B ausgedrückt durch das Verhältnis B/N und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält,

Abschrecken des Stahlblechs von 720 - 600ºC bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit (α) von 30 - 250 ºC/s auf eine Abschreck-Endtemperatur (TE) von 310 - 200ºC,

Halten des Stahls für 0 - 15 Sekunden konstant bei dieser Temperatur, anschließend

Wiedererwärmen des Stahlblechs auf die Temperatur eines Bads aus geschmolzenem Zink,

Eintauchen des Stahlblechs in das Bad aus geschmolzenem Zink und dadurch Zinkbeschichten des Stahlblechs,

Abkühlen des Stahlblechs von dieser Temperatur bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 250 - 5ºC/s auf 350ºC,

Abkühlen des Stahlblechs bei einer durch die nachstehende Formel (1) definierten, mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit C.R&sub2; in einem Temperaturbereich von unter 350ºC auf 300ºC und anschließend

Abkühlen des Stahlblechs bei einer durch die nachstehende Formel (2) definierten, mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit C.R&sub3; in einem Temperaturbereich von unter 300ºC auf 285 - 220ºC:

C.R2S ≤ C.R&sub2; ≤ C.R2h (1)

C.R3S ≤ C.R&sub3; ≤ C.R3h (2)

wobei

C.R2S = (-2.983 x (1/α) + 0.168) x exp(-0.0130 x TE + 5.18)

C.R2h = (-4.185 x (1/α) + 0.263) x exp(-0.0130 x TE + 6.06)

C.R3S = (-0.695 x (1/α) + 0.0392) x exp(-0.0130 x TE + 5.18)

C.R3h = (-1.313 x (1/α) + 0.0741) x exp(-0.0130 x TE + 6.06)

α: Abschreck-Abkühlungsgeschwindigkeit (ºC/s) vor dem Unterkühlen;

TE: Abschreck-Endtemperatur (ºC), wobei 220ºC der unterste Temperaturwert ist, auch wenn die Temperatur niedriger als 220ºC ist;

C.R2S: minimale mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit (ºC/s) in einem Temperaturbereich von unter 350ºC bis 300ºC;

C.R2h: maximale mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit (ºC/s) in einem Temperaturbereich von unter 350ºC bis 300ºC;

C.R3S: minimale mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit (ºC/s) in einem Temperaturbereich von unter 300ºC bis 285 - 220ºC;

C.R3h: maximale mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit (ºC/s) in einem Temperaturbereich von unter 300ºC bis 285 - 220ºC;

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Stahlblech nach dem Eintauchen in das Bad aus geschmolzenem Zink für 5 - 20 Sekunden auf 500 - 600ºC wiedererwärmt wird, wodurch eine Legierungsbehandlung durchgeführt wird, anschließend bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 250 - 5ºC/s auf 350ºC abgekühlt wird und daraufhin bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit, die 0.7 mal so hoch ist wie die durch die Formeln (1) und (2) definierten mittleren Abkühlungsgeschwindigkeiten C.R&sub2; und C.R&sub3;, d.h. 0.7 x C.R&sub2; und 0.7 x C.R&sub3; in den Temperaturbereichen von unter 350ºC bis 300ºC bzw. von unter 300ºC bis 285 - 220ºC, einem zweistufigen Inklinationskühlprozeß unterzogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das kaltgewalzte Stahlblech 0.5 - 2.0 B ausgedrückt durch das Verhältnis B/N enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das verzinkte Stahlblech mit einer Alterungsbeständigkeit in zwei getrennten Schritten hergestellt werden kann, die einen ersten Schritt aufweisen, bei dem das Stahlblech bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit (α) von 30 - 250ºC/s nach der Rekristallisation und dem Kornwachstum von 720 - 600ºC auf 310ºC oder weniger abgeschreckt und das Stahlblech bei einer Temperatur zwischen der Raumtemperatur und 150ºC aufgewickelt wird, sowie einen zweiten Schritt, bei dem der sukzessive Wiedererwärmungsprozeß und das Eintauchen in das Bad aus geschmolzenem Zink begonnen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4, wobei die Temperatur des Bads aus geschmolzenem Zink im Bereich von 450ºC bis 500ºc liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4, wobei die Abkühlungsgeschwindigkeit (α) im Bereich von 50ºC/s bis 250ºC/s liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4, wobei die Abschreck-Endtemperatur (TE) im Bereich zwischen 300ºC und 200ºC liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Abschreck-Endtemperatur im Bereich zwischen 300ºC und der Raumtemperatur liegt.

9. Verzinkte Stahlplatte, die durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 herstellbar ist.