EP4592406A1 - Fire-coated high strength steel with good surface and deformation properties with zinc-based coating - Google Patents
Fire-coated high strength steel with good surface and deformation properties with zinc-based coatingInfo
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- EP4592406A1 EP4592406A1 EP24154100.2A EP24154100A EP4592406A1 EP 4592406 A1 EP4592406 A1 EP 4592406A1 EP 24154100 A EP24154100 A EP 24154100A EP 4592406 A1 EP4592406 A1 EP 4592406A1
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Definitions
- the invention relates to a hot-dip galvanized, high-strength steel with good forming and surface properties and its manufacturing process, as well as a component made of the steel.
- the flat steel products described in the invention are typically rolled products, such as steel strips or sheets, as well as blanks and plates made therefrom.
- data on the contents of the various microstructure components refer in each case to the area of a microsection of a sample of the respective product (specified in area percentage "area %"), unless expressly stated otherwise.
- the microstructure is determined on cross-sections subjected to etching with 3% Nital (alcoholic nitric acid).
- the microstructure is determined using a scanning electron microscope at 5000x magnification to determine the proportion of plate-like and other non-plate-like bainite, and at 20,000x to 50,000x magnification to determine the plate length, width, and plate spacing.
- the proportion of retained austenite is determined by X-ray diffraction (XRD) according to ASTM E975.
- All strip temperatures in the process can be determined, for example, using a commercially available pyrometer.
- High-strength steels with good forming properties are known from the state of the art for applications in, for example, automotive engineering.
- High-strength steels are characterized by a high proportion of alloying elements, which contribute to increased strength. At the same time, the steel must exhibit good elongation properties.
- high-strength steels are treated with corrosion protection.
- the steels can be hot-dip coated with a zinc-based coating.
- the challenge with steels containing a high proportion of alloying elements is applying an adhesive coating to the surface.
- the alloying elements silicon, manganese, and chromium, in particular, lead to adhesion problems.
- the task is solved by a process in which the flat steel product is deliberately pre-oxidized during heating. This results in a predominantly external Fe oxide layer. This oxide layer is selectively removed in a later step by re-oxidation. However, as long as the surface is protected by the generated Fe oxide layer, no selective oxidation of the elements silicon, manganese, and chromium can take place. Therefore, among other things, no oxides form on the surface, which could lead to surface defects and a later incomplete coating and poor adhesion in individual areas. In addition, special Atmospheric and temperature conditions are adjusted shortly before and during the coating process to further minimize errors.
- the method for producing a high-strength, uncoated flat steel product comprises no further work steps and the method consists of steps a to j.
- no further temperature changes occur between two consecutive steps; this particularly preferably applies to all pairs of consecutive steps. This means, for example, that after step e) (cooling to T 5 ), T 6 is set and maintained directly.
- the provided cold-rolled flat steel product is manufactured conventionally.
- This conventional method includes casting the steel into a slab, reheating the slabs, hot rolling, coiling the hot strip, pickling the hot strip, and cold rolling the hot strip.
- the same information already provided in connection with the composition of the flat steel product according to the invention applies to the composition of the slab according to the invention and the optional variations.
- Carbon "C” is present in the steel according to the invention in amounts ranging from 0.10% to 0.5%. Carbon supports the formation and stabilization of austenite in the steel according to the invention. In particular, stabilization occurs during quenching and the subsequent annealing treatment. Furthermore, the addition of C imparts high strength to the steel by increasing the strength of the martensite that forms during the process. Therefore, the C content should be at least 0.10%, preferably 0.12%, particularly preferably 0.13%. On the other hand, with increasing C content, the martensite initiation temperature shifts to increasingly lower temperatures, so that potentially no or only an insufficient proportion of low-temperature phases can be formed. For this reason, the C content in the steel according to the invention should be a maximum of 0.5%, preferably 0.4%, particularly preferably 0.5%.
- Silicon is required to achieve the special microstructure in this invention because it delays cementite formation.
- An excessively high cementite content would result in the carbon being bound in carbides, making it unavailable to stabilize the residual austenite during the process, and elongation would deteriorate. Therefore, silicon must be present in the steel according to the invention at a level of at least 0.9%, preferably at least 1.05%, particularly preferably at least 1.10%.
- an excessively high silicon content leads to poor surface quality, so the steel according to the invention should contain a maximum of 1.7%, particularly preferably a maximum of 1.5%.
- the steel according to the invention comprises C ⁇ 0.16% and Si ⁇ 1.2%, preferably C ⁇ 0.15% and Si ⁇ 1.2%, particularly preferably C ⁇ 0.15% and Si ⁇ 1.1%.
- it can particularly preferably have C ⁇ 0.12%, particularly preferably C ⁇ 0.13%, and preferably Si ⁇ 0.9%, particularly preferably Si ⁇ 1.05%.
- the steel according to the invention has C > 0.16 and Si > 1.2, preferably C > 0.16% and Si ⁇ 1.25%, particularly preferably C ⁇ 0.18% and Si ⁇ 1.3%, especially preferably C ⁇ 0.20% and Si ⁇ 1.4%.
- it can particularly preferably have C ⁇ 0.5%, particularly preferably C ⁇ 0.3% and preferably Si ⁇ 1.7%, particularly preferably Si ⁇ 1.5%.
- the steel according to the invention contains manganese "Mn.” With a content of 1.0% or more, Mn enables martensite formation because pearlite formation is suppressed. A content of at least 1.2% has proven advantageous, and a content of at least 1.5% has proven particularly advantageous. However, too high a Mn content can lead to severe segregation, which is why the Mn content is limited to 3.0%. Furthermore, a high Mn content severely limits weldability and reduces corrosion resistance. Therefore, a maximum Mn content of 2.5%, and especially 2.3%, has proven particularly advantageous.
- P phosphorus
- S can lead to the formation of manganese sulfides, which severely impair formability. Therefore, in the steel according to the invention, the content is limited to 0.005%, although a restriction to 0.004% and especially to 0.003% may be advantageous. Sulfur contamination cannot be completely avoided during steel production.
- Nitrogen "N” can lead to the formation of coarse nitrides at levels above 0.010%, resulting in impaired formability. To avoid these nitrides, a maximum content of 0.008% has proven particularly advantageous. Nitrogen contamination cannot be completely avoided during steelmaking.
- impurities P, S, and N may also be present as impurities in the steel. These additional elements are summarized under the term “unavoidable impurities.”
- the total content of these "unavoidable impurities” is preferably a maximum of 0.2%, preferably a maximum of 0.1%.
- the optional alloying elements "Al, Cr, Mo, B, Cu, Ti, Nb" described below, for which a lower limit is specified, may also be present as unavoidable impurities in the steel substrate in amounts below the respective lower limit. In this case, they are also counted as "unavoidable impurities," whose total content is limited to a maximum of 0.2%, preferably a maximum of 0.1%.
- Aluminum “Al” can be added to the steel according to the invention for deoxidation and to bind any nitrogen that may be present.
- Aluminum can also be used to increase the residual austenite content.
- a higher residual austenite content results from the addition of aluminum by delaying the formation of cementite precipitates.
- an aluminum content of at least 0.01%, preferably 0.03% has proven advantageous in the flat steel product according to the invention.
- an excessively high aluminum content can lead to the formation of coarse aluminum nitrides, which have an embrittling effect and thus to poorer formability.
- higher aluminum contents can lead to poorer casting behavior, since aluminum compounds can lead to clogging. Therefore, the present invention provides for a limitation of the aluminum content to 1.5%, preferably 0.8%, particularly preferably 0.4%.
- Chromium (Cr) is an effective pearlite inhibitor and contributes to strength.
- a chromium content of at least 0.10% has proven particularly advantageous.
- chromium can lead to grain boundary oxidation through the formation of Cr oxides. Therefore, the chromium content is limited to 1.0%, preferably 0.9%.
- Molybdenum (Mo) also forms fine, strength-enhancing carbon nitrides in small amounts. Therefore, an addition of at least 0.05% has proven beneficial. However, the strength-enhancing effect of carbon nitrides is exhausted as soon as the molybdenum content becomes too high. Furthermore, high molybdenum contents can impair cold formability and weldability. A maximum content of 0.2%, preferably 0.10%, and particularly preferably 0.07%, has proven advantageous in this case.
- boron "B” leads to a fine-grained microstructure, as boron segregates at the phase boundaries and blocks their movement.
- at least 0.0004%, particularly preferably at least 0.0005% can be added to the steel according to the invention.
- the effect of B is saturated at a maximum content of 0.002%.
- Cu copper
- the addition of copper (“Cu”) to the flat steel product according to the invention can form very fine strength-enhancing Cu precipitates. Therefore, an addition of at least 0.05%, preferably 0.1%, can be advantageous in the present invention. However, the copper content should be limited to 0.2%, as otherwise, so-called red brittleness, i.e., cracks in the slab, can occur during the hot rolling process.
- microalloying elements (preferably Ti and/or Nb and/or V) can be added to the steel according to the invention.
- MLE microalloying elements
- boron is not considered a microalloying element.
- These elements contribute The formation of very finely dispersed carbides contributes to increased strength.
- a minimum total MLE content of 0.005% leads to the freezing of grain and phase boundaries during annealing.
- an excessively high MLE concentration which strongly promotes carbide formation and phase boundary immobility, is detrimental to the stabilization of the retained austenite. Therefore, the total MLE concentration should be limited to a maximum of 0.2%.
- the cold-rolled flat steel product is heated to a furnace inlet temperature T 0 .
- the furnace inlet temperature is the temperature at the center of the steel product upon entering the furnace.
- the furnace inlet temperature is preferably at least 10 °C, more preferably 15 °C.
- the furnace inlet temperature should preferably not exceed 100 °C, more preferably 50 °C, and especially preferably 35 °C.
- the flat steel product according to the invention is heated from T 0 to a temperature T 1 in an atmosphere A 1 .
- the temperature T 1 is at least 650 °C, preferably 670 °C.
- the temperature T 1 is a maximum of 750 °C, preferably 730 °C, since recrystallization processes begin above this temperature and the process conditions must be adjusted according to step d).
- the atmosphere A1 set according to the invention is reducing. It preferably comprises at least 2% hydrogen " H2 ", preferably 3% H2 , particularly preferably 5% H2 .
- the set hydrogen content ensures that the atmosphere is reducing, particularly with respect to iron. This prevents uncontrolled oxidation and allows a thin oxide layer, particularly preferably thinner than 300 nm, to be set.
- the H2 content should be limited to a maximum of 20%, preferably 10%.
- up to 0.5% oxygen " O2 ", in particular traces of O2 , and up to 0.5% water “ H2O " can be added to the atmosphere. Both proportions must be limited in order to minimize the selective oxidation of base alloy elements.
- the remainder of the preferred atmosphere is nitrogen " N2 ", preferably 80%, particularly preferably 85%, especially preferably 90%.
- the atmosphere consists of the described proportions of H 2 , O 2 , H 2 O and N 2 .
- the dew point of the T P1 is at least -60 °C, preferably -55 °C, particularly preferably -45 °C. Furthermore, the dew point should not exceed -5 °C, preferably -10 °C, particularly preferably -15 °C, as otherwise selective oxidation of base alloy elements can occur. This special dew point control prevents coating and adhesion problems.
- the flat steel product is heated to a temperature T 2 .
- This pre-oxidation creates a covering FeO layer of a defined thickness, preferably 50 nm - 300 nm. In later process steps, this covering layer prevents or at least strongly inhibits the selective oxidation of the oxygen-affine alloying elements on the external steel surface.
- the minimum value of T 2 results from the fact that pre-oxidation at T 2 ⁇ T 1 does not sufficiently reliably produce a substantially covering FeO layer ⁇ 50 nm thick.
- the maximum value of T 2 ⁇ T 3 results from the fact that the pre-oxidation at T 2 > T 3 can tend to produce an FeO layer > 300 nm, which can only be inadequately reduced back to metallic Fe during the subsequent reduction according to step d).
- the exposure time during the pre-oxidation should be at least 1 s, preferably 5 s, so that the pre-oxidation conditions according to the invention are sufficiently reliable to form a substantially covering FeO layer ⁇ 50 nm thick.
- the maximum value of t 2 results from the fact that with an exposure time > 30 s compared to the pre-oxidation conditions according to the invention, an FeO layer > 300 nm is produced, which can only be inadequately reduced back to metallic Fe during the subsequent reduction according to step d).
- This pre-oxidation takes place in an atmosphere A 2 , which is adjusted so that the conditions in this furnace zone always have an oxidizing effect on iron in order to achieve targeted pre-oxidation of the steel surface to form the most covering FeO layer possible, with an oxide layer thickness of at least 50 nm, preferably 60 nm and a maximum of 300 nm, preferably 200 nm.
- Various ways of adjusting oxidizing atmospheres are known.
- the atmosphere A 2 can comprise at least 0.5% oxygen "O 2 ", preferably 0.6% O 2 , particularly preferably 0.8% O 2 and a maximum of 5% O 2 , preferably 2% O 2 , the remainder N 2 with traces of H 2 O, and possibly technically unavoidable residues of H 2 and CO 2 and CO.
- O 2 oxygen
- moist N 2 can also be blown into this furnace zone as an oxidative medium, whereby in this case A 2 has a dew point T P2 of ⁇ 0 °C - ⁇ +60 °C at an H 2 O/H 2 ratio of ⁇ 0.957 to ensure sufficient Fe oxidation.
- the heating rate ⁇ 1 in step c) between 500 °C and T 1 is at least 2 °C/s, preferably 4 °C/s, and a maximum of 50 °C/s, preferably 10 °C/s.
- the heating rate of at least 2 °C/s can delay the selective oxidation of the base alloying elements until T 1 is reached and further minimize it.
- step d) the flat steel product is heated from a temperature T 3 to a temperature T 4 and soaked at a temperature T 4 in a reducing atmosphere A 4.
- the flat steel product is heated and soaked for at least t 4 ⁇ 5 s, preferably 10 s, particularly preferably 15 s.
- the temperature T 4 must not be below the maximum pre-oxidation temperature T 3 .
- the minimum value of t 4 results from the fact that the pre-oxidized steel surface is not sufficiently reduced back to metallic Fe at an exposure time of ⁇ 5 s compared to the reduction conditions according to the invention.
- the time should be limited to t4 ⁇ 300 s, preferably 180 s, as otherwise coarsening of the austenite grain will occur, which will negatively affect the mechanical properties.
- the atmosphere A4 set according to the invention is adjusted to ensure the targeted reduction of the previously formed FeO layer back to metallic iron. This allows the pre-oxidized steel surface to be sufficiently reduced.
- the oxide layer formed in step c), in particular the FeO layer is completely reduced to metallic iron.
- the preferably set atmosphere A 4 comprises at least 2% hydrogen "H 2 ", preferably 3% H 2 , particularly preferably 5% H 2 .
- a 1 A 4 .
- the set hydrogen content can ensure that the atmosphere is reducing, particularly with regard to iron.
- the H 2 content should preferably be limited to a maximum of 20%, preferably 10%, for economic reasons.
- up to 0.5% oxygen “O 2 ", in particular traces of O 2 , and up to 0.5% water “H 2 O” can be added to the atmosphere. Both proportions must be limited in order to minimize the selective oxidation of base alloy elements.
- the remainder of the preferred atmosphere is added to nitrogen "N 2 ", preferably 80%, particularly preferably 85%, especially preferably 90%.
- the atmosphere consists of the described proportions of H 2 , O 2 , H 2 O and N 2 .
- the dew point of the T P2 is at least -60 °C, preferably -40 °C, particularly preferably -35 °C. Furthermore, the dew point should not be greater than 0 °C, preferably -10 °C, particularly preferably -16 °C, since otherwise unwanted oxide formation may occur.
- the steel flat product can be thoroughly heated in step d) by maintaining it at a constant temperature T4 .
- a constant temperature is defined as a maximum fluctuation of ⁇ 5 °C, since a more precise setting is not possible due to process technology.
- This special embodiment is particularly suitable if a relatively low T4 temperature was set for analytical reasons.
- the temperature T 5 is at most (T MS + 40 °C), preferably (T MS + 20 °C), particularly preferably T MS to ensure a sufficient martensite content or sufficient nucleation for bainite in the final structure.
- the temperature T 5 should be at least (T MS - 175 °C). In this step, the so-called primary martensite is formed.
- the temperature T 5 must be ⁇ 550 °C to avoid selective re-oxidation on the steel surface.
- the cooling rate ⁇ 5 should be at least 10 °C/s, particularly preferably 20 °C/s.
- the cooling rate ⁇ 5 should be limited to a maximum of 100 °C/s, preferably 50 °C/s, particularly preferably 30 °C/s.
- the minimum value of ⁇ 5 results from the fact that if the cooling rate is too low, an unwanted ferritic and/or bainitic transformation cannot be ruled out.
- the maximum value of ⁇ 5 is limited by the fact that there is an excessively high risk of unwanted (selective) re-oxidation of the steel surface.
- the preferably set atmosphere A 5 in step e) comprises at least 2% hydrogen "H 2 ", preferably 3% H 2 , particularly preferably 5% H 2 .
- the set hydrogen content ensures that the atmosphere is reducing, particularly with regard to iron. This avoids uncontrolled oxidation and re-oxidation on the surface.
- the H 2 content should preferably be limited to a maximum of 80%, preferably 50%, for economic reasons.
- up to 0.5% oxygen “O 2 ", in particular traces of O 2 , and up to 0.5% water “H 2 O” can be added to the atmosphere. Both proportions must be limited in order to minimize the selective oxidation of base alloy elements.
- the remainder of the preferred atmosphere is added to nitrogen "N 2 ", preferably 80%, particularly preferably 85%, especially preferably 90%.
- the atmosphere consists of the described proportions of H 2 , O 2 , H 2 O and N 2 .
- the dew point T P5 is at least -60 °C, preferably -40 °C. Furthermore, the dew point should not be greater than 0 °C, preferably -10 °C, particularly preferably -15 °C, since otherwise selective oxidation of base alloy elements may occur.
- a 4 is not equal to A 5 , as this prevents uncontrolled entrainment of hydrogen from atmosphere A 4 into atmosphere A 5 .
- This allows the hydrogen content in atmosphere A 5 to be precisely adjusted to the required amount to prevent selective oxidation, and there is no excess hydrogen present that could undesirably diffuse into the steel and lead to hydrogen embrittlement. This can be achieved by structural separation, particularly a lock system.
- the minimum value for T 6 is (T MS - 175 °C), preferably (T MS - 150 °C).
- the maximum value is T MS , preferably (T MS - 75 °C).
- T 6 T 5 .
- T P6 T P5 .
- the flat steel product should be held at T 6 for at least 1 s, preferably at least 4 s, particularly preferably at least 9 s, since this achieves a homogeneous temperature distribution in the material according to the invention, which ensures the formation of a particularly fine and uniform microstructure of primary martensite and residual austenite across the cross-section of the flat steel product.
- the holding time t 6 is limited to 60 s for economic reasons. In a particular embodiment, for flat steel product thicknesses ⁇ 1.0 mm, the holding time is 10 s - 60 s.
- the preferably adjusted atmosphere A6 in step f) comprises at least 2% hydrogen " H2 ", preferably 3% H2 , particularly preferably 5% H2 .
- the adjusted hydrogen content ensures that the atmosphere is reducing, especially with regard to iron. This prevents uncontrolled oxidation and re-oxidation on the surface.
- the H2 content should preferably be limited to a maximum of 20%, preferably 10%, for economic reasons.
- up to 0.5% oxygen " O2 ", in particular traces of O2 , and up to 0.5% water “ H2O " can be added to the atmosphere. Both proportions must be limited to prevent the selective oxidation of base alloy elements. to minimize.
- Nitrogen "N 2" is added to the remainder of the preferred atmosphere.
- the atmosphere consists of the described proportions of H 2 , O 2 , H 2 O and N 2 .
- the dew point of the T P6 is at least -60 °C, preferably -40 °C. Furthermore, the dew point should not be greater than (-5) °C, preferably -10 °C, particularly preferably -15 °C, since otherwise selective oxidation of base alloy elements can occur.
- a 6 is not equal to A 5 , as this prevents uncontrolled entrainment of hydrogen from atmosphere A 4 into atmosphere A 5 .
- This allows the hydrogen content in atmosphere A 5 to be precisely adjusted to the required amount to prevent selective oxidation, and there is no excess hydrogen present that could undesirably diffuse into the steel and lead to hydrogen embrittlement. This can be achieved by structural separation, particularly a lock system.
- the temperature T 7 is at most 510 °C, particularly preferably 500 °C, since otherwise an undesirable decrease in the strength of the flat steel product occurs.
- the temperature T 7 should be greater than T MS , preferably greater than T MS +50 °C, in order to enrich the residual austenite in the base material structure with C from the supersaturated primary martensite or bainite.
- the heating rate ⁇ 7 should be at least 2 °C/s, particularly preferably 4 °C/s, as otherwise unwanted carbides may form, which bind the carbon and are not available for enrichment in the retained austenite.
- the cooling rate ⁇ 7 should be limited to a maximum of 100 °C/s, preferably 50 °C/s.
- the preferably adjusted atmosphere A 7 in step g) comprises at least 2% hydrogen "H 2 ", preferably 3% H 2 , particularly preferably 5% H 2 .
- the adjusted hydrogen content ensures that the atmosphere is reducing, especially with regard to iron. This prevents uncontrolled oxidation and reoxidation to the surface can be avoided.
- the H2 content should preferably be limited to a maximum of 20%, preferably 10%, for economic reasons.
- up to 0.5% oxygen " O2 ", in particular traces of O2 , and up to 0.5% water “ H2O " can be added to the atmosphere. Both proportions must be limited in order to minimize the selective oxidation of base alloy elements.
- N2 Nitrogen " N2", preferably 80%, particularly preferably 85%, especially preferably 90%, is added to the remainder of the preferred atmosphere.
- the atmosphere consists of the described proportions of H2 , O2 , H2O and N2 .
- the dew point of the T P7 is at least -60 °C, preferably -40 °C. Furthermore, the dew point should not be greater than 0 °C, preferably -10 °C, particularly preferably -15 °C, since otherwise selective oxidation of base alloy elements can occur. In a particular embodiment, A 7 is equal to A 6 .
- the maximum temperature T 8 is 510 °C, otherwise an undesirable decrease in the strength of the flat steel product would occur.
- T 8 is a maximum of 500 °C to avoid wetting or adhesion problems during the subsequent coating process.
- the temperature T 8 should be greater than T MS , preferably greater than T MS +50 °C, in order to enrich the residual austenite in the base material structure with C from the supersaturated primary martensite and bainite.
- T 7 T 8 .
- the flat steel product should be held at T 8 for at least 10 s, preferably at least 15 s, and particularly preferably at least 20 s, since otherwise there is insufficient diffusion time for C to accumulate in the residual austenite.
- the holding time t 8 is limited to 600 s, preferably 120 s, and particularly preferably 100 s, since otherwise an undesirably high carbide content would form in the basic structure.
- the preferably adjusted atmosphere A 8 in step h) comprises at least 2% hydrogen "H 2 ", preferably 3% H 2 , particularly preferably 5% H 2 .
- the adjusted hydrogen content can ensure that the atmosphere is reducing, in particular with regard to Iron. This prevents uncontrolled oxidation and re-oxidation on the surface can be avoided.
- the H 2 content should preferably be limited to a maximum of 20%, preferably 10%, for economic reasons.
- up to 0.5% oxygen "O 2 ", in particular traces of O 2 , and up to 0.5% water “H 2 O” can be added to the atmosphere. Both proportions must be limited in order to minimize the selective oxidation of base alloying elements.
- Nitrogen "N 2" is added to the remainder of the preferred atmosphere.
- the atmosphere consists of the described proportions of H 2 , O 2 , H 2 O and N 2 .
- the dew point of T P8 is at least -60 °C, preferably -40 °C, since otherwise zinc dust will deposit on the surface. Furthermore, the dew point should not exceed -5 °C, preferably -10 °C, particularly preferably -15 °C, since otherwise selective oxidation of base alloy elements can occur.
- step i)1 the flat steel product is coated in a coating bath at a molten bath temperature T 9 in a reducing atmosphere A 9.
- the coating bath consists of 0.15% - 2.0% Al, is saturated with Fe, and the remainder is Zn, along with unavoidable impurities.
- the coating bath contains at least 0.15%, preferably 0.17%, aluminum ("Al"), because otherwise the formation of brittle Fe-Zn phases at the steel/coating interface cannot be sufficiently prevented, or only an insufficiently developed Fe2Al5 interface is formed.
- Al aluminum
- the aluminum content should be a maximum of 2.0%, preferably 1.8%, particularly preferably 0.94%, particularly preferably 0.24%, because otherwise the weldability of the resulting coating would be negatively affected.
- the molten bath is saturated with iron ("Fe").
- the coating bath can contain magnesium "Mg” with at least 0.25%, preferably 0.28% and a maximum of 8.0%, preferably 2.0%.
- Coating is carried out at a melt bath temperature T 9 of at least 450 °C, preferably 460 °C and a maximum of 520 °C, preferably 500 °C.
- the minimum value of T 9 results from the insufficient Fe2Al5 boundary layer formation at coating bath temperatures ⁇ 450 °C.
- the maximum value of T 9 is limited by the increased Fe dissolution in the coating bath accompanied by increased slag formation at coating bath temperatures > 520 °C.
- the associated Heating of the steel strip to a temperature > T 8 should be avoided as far as possible in order to avoid unwanted carbide formation in the base material.
- Coating takes place in a reducing atmosphere A 9 to avoid re-oxidation. Therefore, coating is preferably carried out in a closed nozzle construction to further prevent contact with the ambient air. To avoid coating defects due to slag formation on the coating bath level or due to precipitation of coating bath vapors, the nozzle is flooded with a purge gas atmosphere A 9.
- the atmosphere A 9 can comprise N 2 and optionally an H 2 content of 5% - 10% as well as unavoidable impurities, in particular H 2 O and O 2.
- H 2 depends on the technically unavoidable proportion of residual O 2 in A 9 , which should always be ⁇ 10 ppm.
- the dew point of the atmosphere A 9 is at least -60 °C, preferably -40 °C and a maximum of +50 °C, preferably 0 °C.
- the minimum value of T P9 results from the fact that at low dew points, the evaporation of coating bath components is no longer sufficiently prevented, and the adjustment of such low dew points requires disproportionate technical effort.
- the maximum value of T P9 results from the fact that higher dew points promote both the formation of heavy slag and oxide layers on the coating bath surface and can also lead to unwanted (selective) oxidation of the steel surface.
- the dew point can be controlled by adding humidified N 2 or, alternatively, humidified N 2 -H 2 .
- the annealing treatment can be adjusted in relation to the multi-phase base material, in particular by changing reductive / oxidative / reductive furnace zone atmospheres, that at least one first grain layer on the steel surface is at least partially ferritized, i.e., > 50% ferrite is present.
- step i)2 the flat steel product is cooled to a temperature T 10 , where T 10 ⁇ 60 °C.
- the cooling rate is ⁇ 10 > 5 °C/s.
- T 10 > 60 °C, preferably T 10 > 40 °C this can lead to surface defects during the subsequent skin-passing process.
- the skin-passing can be carried out with at least two forming passes. Skin-passing serves to improve flatness, fine-tune the mechanical properties by finally increasing the strength, and to imprint a defined fine surface structure into the coating via the skin-pass roll structure.
- the skin-passing according to the invention achieves the desired roughness and peak count of the surface.
- the minimum value of D is determined by the fact that at a skin-pass degree of ⁇ 0.1%, preferably 0.2%, insufficient rolling force is applied to optimize the flatness and to meet the inventive minimum requirements for R a and R pc .
- the maximum value of D is limited by the fact that the product properties cannot be further improved by a D degree > 0.8%, preferably 0.5%, but the technical effort increases disproportionately due to the necessary rolling force or multi-pass re-skin-passing.
- skin-passing is preferably carried out in-line, i.e. in a continuous process in the same plant together with the upstream annealing treatment.
- skin-passing can also be carried out in a subsequent process on a stand-alone skin-pass mill or in a combination of in-line and offline skin-passing, especially if more than one forming pass is necessary to achieve the inventive limits of D, R a and R pc .
- the applied surface texturing can be based on a deterministic or stochastic fine structure.
- a preferred embodiment is to apply a stochastic surface texturing during skin passing in order to optimize the friction behavior between the steel surface and the tool in the oiled or greased state during forming into the component.
- a stochastic surface structure Under the high compressive load due to the high forming forces necessary for high-strength steels, a stochastic surface structure has the advantage that, at high compressive loads, the lubricant can flow out of the stress zone via microchannels that open up between the peaks and valleys of the surface texture. This allows a more even distribution of the lubricant over the entire surface where contact occurs between the tool and the flat steel product during the forming process. Furthermore, a stochastic basic structure ensures leveling and adhesion properties for organic or metallic coatings, which can be additionally applied to the flat steel product according to the invention if necessary.
- the microhardness is determined according to DIN EN ISO 6507.
- interactions between the various metallic and oxidic components of the steel surface and the furnace rollers can occur. This can lead to growths on the furnace rollers, which in turn can cause surface defects in the steel strip.
- the atmosphere A 4 and the dew point T P4 in step d) can be adjusted such that H 2 O/H 2 ⁇ 0.957, preferably H 2 O/H 2 ⁇ 0.90, particularly preferably H 2 O/H 2 ⁇ 0.80. This will further reduce the thin oxide layer that forms in the atmosphere A 4 .
- the coating layer is a continuous layer.
- a coating layer is considered continuous if ⁇ 95%, preferably ⁇ 98%, particularly preferably ⁇ 99%, of the flat steel product surface is covered with the coating. This can be verified using scanning electron microscopy.
- R a 0.5 ⁇ m - 1.8 ⁇ m
- R a 0.7 ⁇ m - 1.8 ⁇ m
- R PC ⁇ 40 cm -1 in particular R PC ⁇ 50 cm -1 .
- a roughness R a of both ⁇ 0.5 ⁇ m and > 1.8 ⁇ m should be avoided, since such These values can lead to adverse friction behavior during subsequent forming into the component.
- R Pc should preferably not be ⁇ 40 cm -1 to ensure sufficiently good optical properties even after painting.
- the tensile strength R m is ⁇ 1000 MPa, preferably R m ⁇ 980 MPa.
- the steel according to the invention can particularly preferably have C ⁇ 0.12%, particularly preferably C ⁇ 0.13% and preferably Si ⁇ 0.9%, particularly preferably Si ⁇ 1.05%.
- the steel according to the invention can particularly preferably have C ⁇ 0.5%, particularly preferably C ⁇ 0.5% and preferably Si ⁇ 1.7%, particularly preferably Si ⁇ 1.5%.
- the flat steel product has a bending angle > 80% and a hole expansion > 25%.
- the flat steel product according to the invention has a structure consisting of ⁇ 80% bainite and/or martensite, of which at least 75% of the martensite is tempered, ⁇ 5% residual austenite and ⁇ 10% ferrite.
- the present microstructure consists of 80% bainite and/or martensite.
- the bainite is preferably bainitic ferrite. 75%, preferably 80%, particularly preferably 90% of the martensite is tempered during the process according to the invention.
- a maximum of 25%, particularly preferably 20%, particularly preferably 10% of the martensite in the microstructure according to the invention is untempered.
- the microstructure of a flat steel product according to the invention contains at least 5% residual austenite.
- Residual austenite has a positive effect on the formability and elongation of martensite-containing steels.
- Austenite stabilized down to room temperature can be elongated to a greater extent than other microstructure components by utilizing the TRIP effect, while simultaneously achieving higher work hardening. Due to the limitation of austenite-stabilizing alloying elements such as C and Mn for weldability reasons, a residual austenite content greater than 20% is not possible with the described manufacturing process.
- the flat steel product according to the invention has a microstructure containing a maximum of 10% ferrite, preferably 5%, particularly preferably 3%, to ensure the required high strength.
- the ferrite present is polygonal ferrite.
- the coating is zinc-based, in particular it has a layer thickness of at least 5 ⁇ m and a maximum of 25 ⁇ m.
- a component for structural lightweight construction in automotive engineering can be formed from a flat steel product according to the invention.
- SEM scanning electron microscopy
- a furnace roller was coated with a coating with a microhardness of 8001 HV0.3 and a roughness of 4 ⁇ m.
- Steel alloys B and DF have the steel composition according to the invention.
- Steel alloy B was tested under different manufacturing parameters B2 - B6.
- atmosphere A2 was reducing.
- a continuous coating layer was achieved, poor adhesion results were observed with a Class 3 value.
- the top grain layer of the flat steel product was not ferritized.
- a controlled setting of an oxidizing atmosphere A2 in example B3 led to significantly improved coating properties. These show only a Class 2 value for a continuous coating layer and adhesion in the ball impact test. Furthermore, the surface displays low roughness (see Ra and RPC values).
- Test B4 did show good surface properties, but due to a T4 temperature ⁇ Ac3 - 30 °C and T4 ⁇ T3 , the carbon cannot be distributed homogeneously in the austenite structure, resulting in an excessively low proportion of tempered martensite.
- the inventive structure is achieved, but the example exhibits poor surface properties, such as coating quality, adhesion, and roughness. These poor surface properties are due to the non-inventive dew point T p8 . Poor coating and adhesion properties were also observed in the process according to Example B6. This is due to an excessively long time t 2 , which leads to an increased oxidation layer that cannot be sufficiently reduced in the subsequent steps.
- Examples D7, D8, F12, and F13 were prepared according to the process according to the invention and exhibited good surface properties in terms of coating, adhesion, and roughness. Furthermore, the top grain layer of the flat steel product was ferritized. In contrast, in Example D9, good adhesion could not be achieved because the atmosphere A2 was reducing. Furthermore, D9 exhibits a roughness that does not conform to the invention. In Example D10, however, the dew point T P8 and the elevated T 8 temperature, which are not conform to the invention, lead to the selective oxidation of base alloying elements, resulting in poor surface properties and a high ferrite content in the microstructure. The top grain layer of the flat steel product was not ferritized.
- Steel alloys A and E have a silicon content that is not in accordance with the invention; all further process steps are within the inventive range. Due to the low silicon content, a high proportion of bainite and carbides forms in the microstructure. This results in a low residual austenite content and a high proportion of tempered martensite. Therefore, examples A1, E10, and E11 are not in accordance with the invention.
- Steel alloy C has a carbon and silicon content that is not in accordance with the invention because too much fresh martensite is formed. Both examples C5 and C6 therefore have a non-inventive proportion of tempered martensite. C6 also has a non-inventive proportion of ferrite and retained austenite. Table 1 No.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen feuerbeschichteten, hochfesten Stahl mit guten Umform- und Oberflächeneigenschaften und seine Herstellungsverfahren, sowie ein Bauteil aus dem Stahl. Der Stahl zeigt ein gutes Haftungsergebnis im Kugelschlagtest.The present invention relates to a hot-dip galvanized, high-strength steel with good forming and surface properties, its manufacturing process, and a component made from the steel. The steel exhibits good adhesion results in the ball impact test.
Description
Die Erfindung betrifft einen feuerbeschichteten, hochfesten Stahl mit guten Umform- und Oberflächeneigenschaften und seine Herstellungsverfahren, sowie ein Bauteil aus dem Stahl.The invention relates to a hot-dip galvanized, high-strength steel with good forming and surface properties and its manufacturing process, as well as a component made of the steel.
Bei den in der Erfindung beschriebenen Stahlflachprodukten handelt es sich typischerweise um Walzprodukte, wie Stahlbänder oder Bleche sowie daraus hergestellten Zuschnitte und Platinen.The flat steel products described in the invention are typically rolled products, such as steel strips or sheets, as well as blanks and plates made therefrom.
Mechanische Eigenschaften, wie Zugfestigkeit Rm, Streckgrenze Rp0,2, Bruchdehnung A80, die hier berichtet werden, sind im Zugversuch gemäß DIN EN ISO 6982-1:2017 ermittelt worden, soweit nicht ausdrücklich anders angegeben.Mechanical properties, such as tensile strength R m , yield strength R p0.2 , elongation at break A 80 , reported here, were determined in tensile tests according to DIN EN ISO 6982-1:2017, unless explicitly stated otherwise.
In der vorliegenden Anmeldung sind alle Angaben zu Gehalten bezüglich der Stahlzusammensetzung auf das Gewicht bezogen, sofern nicht ausdrücklich anders erwähnt. Alle nicht näher bestimmten, im Zusammenhang mit einer Stahllegierung stehenden "%-Angaben" sind daher als Angaben in "Gew.-%" zu verstehen.In this application, all information regarding steel composition is based on weight unless expressly stated otherwise. All unspecified "%" information relating to a steel alloy is therefore to be understood as "wt%."
Mit Ausnahme der auf das Volumen (Angabe in "Vol.-%") bezogenen Angaben zum Restaustenit-Gehalt des Gefüges eines erfindungsgemäßen Blechformteils beziehen sich Angaben zu den Gehalten der verschiedenen Gefügebestandteile jeweils auf die Fläche eines Schliffs einer Probe des jeweiligen Erzeugnisses (Angabe in Flächenprozent "Flächen-%"), soweit nicht ausdrücklich anders angegeben.With the exception of the data relating to the volume (specified in "vol.%) on the residual austenite content of the microstructure of a sheet metal part according to the invention, data on the contents of the various microstructure components refer in each case to the area of a microsection of a sample of the respective product (specified in area percentage "area %"), unless expressly stated otherwise.
Das Gefüge wird an Querschliffen bestimmt, die einer Ätzung mit 3% Nital (alkoholische Salpetersäure) unterzogen werden. Die Gefügebestimmung erfolgt im Rasterelektronenmikroskop bei 5000-facher Vergrößerung für die Bestimmung des Anteils des plattenartigen und anderen nicht plattenartigen Bainits und bei 20.000- bis 50.000-facher Vergrößerung für die Bestimmung der Plattenlänge, -breite und des Plattenabstands. Der Anteil an Restaustenit wird in einer Untersuchung mittels Röntgenbeugung (XRD) nach ASTM E975 bestimmt.The microstructure is determined on cross-sections subjected to etching with 3% Nital (alcoholic nitric acid). The microstructure is determined using a scanning electron microscope at 5000x magnification to determine the proportion of plate-like and other non-plate-like bainite, and at 20,000x to 50,000x magnification to determine the plate length, width, and plate spacing. The proportion of retained austenite is determined by X-ray diffraction (XRD) according to ASTM E975.
Alle Bandtemperaturen im Prozess können beispielweise mit einem handelsüblichen Pyrometer bestimmt werden.All strip temperatures in the process can be determined, for example, using a commercially available pyrometer.
In der vorliegenden Anmeldung meint gleiche Atmosphäre (d.h.: Ai = Aj), dass die Taupunkte im Rahmen der Messgenauigkeit und bevorzugt die Anteile an Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff im Rahmen der Messungenauigkeit übereinstimmen.In the present application, the same atmosphere (ie: A i = A j ) means that the dew points are the same within the measurement accuracy and preferably the proportions of hydrogen, oxygen and nitrogen are the same within the measurement uncertainty.
Aus dem Stand der Technik sind hochfeste Stähle mit guten Umformeigenschaften für Anwendungen beispielsweise im Automobilbau bekannt. Hochfeste Stähle zeichnen sich durch einen hohen Anteil an Legierungselementen aus, wobei die Legierungselemente zur Festigkeitssteigerung beitragen. Gleichzeitig muss der Stahl gute Dehnungseigenschaften aufweisen.High-strength steels with good forming properties are known from the state of the art for applications in, for example, automotive engineering. High-strength steels are characterized by a high proportion of alloying elements, which contribute to increased strength. At the same time, the steel must exhibit good elongation properties.
Für viele Anwendungen werden hochfeste Stähle mit einem Korrosionsschutz versehen. Hierfür können die Stähle schmelztauchbeschichtet werden mit einem zinkbasierten Überzug. Die Herausforderung bei Stählen mit einem hohen Anteil an Legierungselementen ist es eine haftende Beschichtung auf der Oberfläche aufzubringen. Insbesondere die Legierungselemente Silizium, Mangan und Chrom führen zu Haftungsproblemen.For many applications, high-strength steels are treated with corrosion protection. For this purpose, the steels can be hot-dip coated with a zinc-based coating. The challenge with steels containing a high proportion of alloying elements is applying an adhesive coating to the surface. The alloying elements silicon, manganese, and chromium, in particular, lead to adhesion problems.
In der
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches zu einer gut haftenden, zinkbasierten Schmelztauchbeschichtung auf einem hochfestes Stahlflachprodukt führt und vorzugsweise wenig unbeschichtete Stellen aufweist.Therefore, it is an object of the present invention to provide a method which leads to a well-adhering, zinc-based hot-dip coating on a high-strength flat steel product and preferably has few uncoated areas.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren, in dem das Stahlflachprodukt während des Aufheizens gezielt voroxidiert wird. Dadurch stellt sich eine überwiegende externe Fe-Oxid Schicht ein. Diese Oxidschicht wird gezielt in einem späteren Schritt durch Rückoxidation entfernt. Solange die Oberfläche allerdings durch die erzeugt Fe-Oxidschicht geschützt ist, kann keine selektive Oxidierung der Elemente Silizium, Mangan und Chrom stattfinden. Daher bilden sich unter anderem auf der Oberfläche keine Oxide, die zu Oberflächenfehlern und einer späteren nicht geschlossenen Beschichtung und zu einer schlechten Haftung an einzelnen Stellen führen. Außerdem werden besondere Atmosphären- und Temperaturbedingungen kurz vor und während des Beschichtungsvorgangs eingestellt, um die Fehler weiter zu minimieren.The task is solved by a process in which the flat steel product is deliberately pre-oxidized during heating. This results in a predominantly external Fe oxide layer. This oxide layer is selectively removed in a later step by re-oxidation. However, as long as the surface is protected by the generated Fe oxide layer, no selective oxidation of the elements silicon, manganese, and chromium can take place. Therefore, among other things, no oxides form on the surface, which could lead to surface defects and a later incomplete coating and poor adhesion in individual areas. In addition, special Atmospheric and temperature conditions are adjusted shortly before and during the coating process to further minimize errors.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren umfasst mindestens die folgenden Arbeitsschritte:
- a. Bereitstellen eines kaltgewalzten Stahlflachprodukt, welcher einen Stahl umfasst, der aus den folgenden Elemente besteht:
- C: 0,10 - 0,5 %;
- Mn: 1,0 - 3,0 %;
- Si: 0,9-1,7%;
- P: ≤ 0,020 %;
- S: ≤ 0,005 %;
- N: ≤ 0,010 %;
- sowie optional eines oder mehrere der folgenden Elemente
- AI: 0,01 - 1,5 %;
- Cr: 0,05 - 1 %;
- Mo: 0,05 - 0,2 %;
- B: 0,0004 - 0,002 %;
- Cu: 0,05 - 0,2 %;
und als Rest aus Eisen und unvermeidbaren Elementen.
- b. Aufheizen des kaltgewalzten Stahlflachprodukts auf eine Ofeneintrittstemperatur
- c. Aufheizen und Voroxidieren des kaltgewalzten Stahlflachprodukts unter den Bedingungen:
- 1. Aufheizen des kaltgewalzten Stahlflachprodukts von T0 in einer reduzierenden Atmosphäre A1 auf eine Temperatur T1, wobei T1= 650 °C - 750 °C und der Taupunkt TP1 der Atmosphäre A1 im Bereich (-60 °C) bis (-5 °C) liegt.
- 2. Aufheizen des kaltgewalzten Stahlflachprodukts auf eine Temperatur T2 und dann Voroxidieren und Aufheizen des kaltgewalzten Stahlflachprodukts von T2 auf eine Temperatur T3 in einer oxidierenden Atmosphäre A2 für t2= 1 s - 30 s, wobei T1 ≤ T2 ≤ T3 mit T3 = 750 °C - 850 °C.
- d. Aufheizen des kaltgewalzten Stahlflachprodukts von einer Temperatur T3 auf eine Temperatur T4 und Durchwärmen bei einer Temperatur T4 für t4 = 5 s - 300 s, wobei T3 ≤ T4 ≤ 950 °C und T4 ≥ Ac3 - 30 °C, das Aufheizen und Durchwärmen in einer Atmosphäre A4 erfolgt und der Taupunkt TP4 der Atmosphäre A4 im Bereich (-60 °C) bis (-0 °C) liegt.
- e. Abkühlen des kaltgewalzten Stahlflachprodukts mit einer Abkühlrate ϑ5 = 10 °C/s - 100 °C/s in einer reduzierenden Atmosphäre A5 auf eine Temperatur T5, wobei T5 = (TMS + 40 °C) - (TMS - 175 °C) und T5 ≤ 550 °C und der Taupunkt TP5 der Atmosphäre A5 im Bereich (-60 °C) bis (-0 °C) liegt.
- f. Einstellen und Halten des kaltgewalzten Stahlflachprodukts auf einer Temperatur T6 in einer reduzierenden Atmosphäre A6 für eine Haltezeit t6 = 1 s - 60 s, wobei T6 = TMS - (TMS - 175 °C), und der Taupunkt TP6 der Atmosphäre A6 im Bereich (-60 °C) bis (-5 °C) liegt.
- g. Wiederaufheizen des kaltgewalzten Stahlflachprodukts mit einer Aufheizrate ϑ7 = 4 °C/s - 1000 °C/s in einer reduzierenden Atmosphäre A7 auf eine Temperatur T7, wobei TMS < T7 ≤ 510 °C und der Taupunkt TP7 der Atmosphäre A7 im Bereich (-60 °C) bis (-5 °C) liegt.
- h. Einstellen und Halten des kaltgewalzten Stahlflachprodukts auf einer Temperatur T8 in einer reduzierenden Atmosphäre A8 für eine Gesamtzeit für das Wiederaufheizen (Schritt g), Einstellen und Halten von t8 = 10 s - 600 s, und der Taupunkt TP8 der Atmosphäre A8 im Bereich (-60 °C) bis (-5 °C) liegt.
- i. Beschichten und Abkühlen des kaltgewalzten Stahlflachprodukts unter den Bedingungen:
- 1. Beschichten des kaltgewalzten Stahlfachprodukts bei einer Schmelzbadtemperatur T9 in einer reduzierenden Atmosphäre A9 mit einem Beschichtungsbad bestehend aus
- AI: 0,15 % -2,0 %;
- Fe-gesättigt
- Rest Zn und unvermeidbare Verunreinigungen
- optional 0,25 % - 8,0 % Mg
- wobei T9 = 450 °C - 520 °C
- 2. Abkühlen des beschichteten Stahlflachprodukts auf eine Temperatur T10, wobei T10 ≤ 60 °C.
- 1. Beschichten des kaltgewalzten Stahlfachprodukts bei einer Schmelzbadtemperatur T9 in einer reduzierenden Atmosphäre A9 mit einem Beschichtungsbad bestehend aus
- j. Dressieren des beschichteten Stahlflachprodukts mit mindestens einem Umformstich und einem Gesamtdressiergrad D = 0,1 % - 0,8 %.
- a. Providing a cold-rolled flat steel product comprising a steel consisting of the following elements:
- C: 0.10 - 0.5%;
- Mn: 1.0 - 3.0%;
- Si: 0.9-1.7%;
- P: ≤ 0.020%;
- S: ≤ 0.005%;
- N: ≤ 0.010%;
- and optionally one or more of the following elements
- AI: 0.01 - 1.5%;
- Cr: 0.05 - 1%;
- Mo: 0.05 - 0.2%;
- B: 0.0004 - 0.002%;
- Cu: 0.05 - 0.2%;
and the remainder consists of iron and unavoidable elements.
- b. Heating the cold-rolled flat steel product to a furnace inlet temperature
- c. Heating and pre-oxidation of the cold-rolled flat steel product under the following conditions:
- 1. Heating the cold-rolled flat steel product from T 0 in a reducing atmosphere A 1 to a temperature T 1 , where T 1 = 650 °C - 750 °C and the dew point T P1 of the atmosphere A 1 is in the range (-60 °C) to (-5 °C).
- 2. Heating the cold-rolled flat steel product to a temperature T 2 and then pre-oxidizing and heating the cold-rolled flat steel product from T 2 to a temperature T 3 in an oxidizing atmosphere A 2 for t 2 = 1 s - 30 s, where T 1 ≤ T 2 ≤ T 3 with T 3 = 750 °C - 850 °C.
- d. Heating the cold-rolled flat steel product from a temperature T 3 to a temperature T 4 and soaking at a temperature T 4 for t 4 = 5 s - 300 s, where T 3 ≤ T 4 ≤ 950 °C and T 4 ≥ A c3 - 30 °C, the heating and soaking takes place in an atmosphere A 4 and the dew point T P4 of the atmosphere A 4 is in the range (-60 °C) to (-0 °C).
- e. Cooling the cold-rolled flat steel product at a cooling rate ϑ 5 = 10 °C/s - 100 °C/s in a reducing atmosphere A 5 to a temperature T 5 , where T 5 = (T MS + 40 °C) - (T MS - 175 °C) and T 5 ≤ 550 °C and the dew point T P5 of the atmosphere A 5 is in the range (-60 °C) to (-0 °C).
- f. Setting and holding the cold-rolled flat steel product at a temperature T 6 in a reducing atmosphere A 6 for a holding time t 6 = 1 s - 60 s, where T 6 = T MS - (T MS - 175 °C), and the dew point T P6 of the atmosphere A 6 is in the range (-60 °C) to (-5 °C).
- g. Reheating the cold-rolled flat steel product at a heating rate ϑ 7 = 4 °C/s - 1000 °C/s in a reducing atmosphere A 7 to a temperature T 7 , where T MS < T 7 ≤ 510 °C and the dew point T P7 of the atmosphere A 7 is in the range (-60 °C) to (-5 °C).
- h. Setting and holding the cold-rolled flat steel product at a temperature T 8 in a reducing atmosphere A 8 for a total reheating time (step g), setting and holding t 8 = 10 s - 600 s, and the dew point T P8 of the atmosphere A 8 is in the range (-60 °C) to (-5 °C).
- i. Coating and cooling the cold-rolled flat steel product under the following conditions:
- 1. Coating the cold-rolled steel product at a melt bath temperature T 9 in a reducing atmosphere A 9 with a coating bath consisting of
- AI: 0.15% -2.0%;
- Fe-saturated
- Rest Zn and unavoidable impurities
- optionally 0.25% - 8.0% Mg
- where T 9 = 450 °C - 520 °C
- 2. Cooling the coated flat steel product to a temperature T 10 , where T 10 ≤ 60 °C.
- 1. Coating the cold-rolled steel product at a melt bath temperature T 9 in a reducing atmosphere A 9 with a coating bath consisting of
- j. Skin-passing of the coated flat steel product with at least one forming pass and a total skin-pass degree D = 0.1% - 0.8%.
In einer bevorzugten Ausführung umfasst das Verfahren zum Herstellen eines hochfesten, unbeschichteten Stahlflachprodukt keine weiteren Arbeitsschritte und das Verfahren besteht aus den Schritten a bis j.In a preferred embodiment, the method for producing a high-strength, uncoated flat steel product comprises no further work steps and the method consists of steps a to j.
In einer besonderen Ausführungsform finden zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schritten kein weitere Temperaturänderungen statt, besonders bevorzugt gilt dies für alle Paare von aufeinanderfolgenden Schritten. Dies bedeutet beispielsweise, dass nach dem Schritt e) (Abkühlen auf T5) direkt T6 eingestellt und gehalten wird.In a particular embodiment, no further temperature changes occur between two consecutive steps; this particularly preferably applies to all pairs of consecutive steps. This means, for example, that after step e) (cooling to T 5 ), T 6 is set and maintained directly.
Im Folgenden werden die einzelnen Arbeitsschritte detailliert beschreiben:The individual work steps are described in detail below:
Das bereitgestellte, kaltgewalzte Stahlflachprodukt wird auf konventionelle Weise hergestellt. Die konventionelle Weise umfasst das Vergießen des Stahls zu einer Bramme, Wiedererwärmen der Brammen, Warmwalzen, Haspeln des Warmbandes, Beizen des Warmbandes, Kaltwalzen des Warmbandes. Für die erfindungsgemäße Zusammensetzung der Bramme und die optionalen Variationsmöglichkeiten gelten dieselben Hinweise, die bereits im Zusammenhang mit der Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Stahlflachproduktes getroffen wurden.The provided cold-rolled flat steel product is manufactured conventionally. This conventional method includes casting the steel into a slab, reheating the slabs, hot rolling, coiling the hot strip, pickling the hot strip, and cold rolling the hot strip. The same information already provided in connection with the composition of the flat steel product according to the invention applies to the composition of the slab according to the invention and the optional variations.
Kohlenstoff "C" ist in dem erfindungsgemäßen Stahl in Gehalten von 0,10 % bis 0,5 % enthalten. Kohlenstoff unterstützt im erfindungsgemäßen Stahl die Bildung und Stabilisierung des Austenits. Insbesondere erfolgt die Stabilisierung während des Abschreckens und der folgenden Glühbehandlung. Des Weiteren erhält der Stahl durch die Zugabe von C eine hohe Festigkeit, da die Festigkeit des Martensits, welcher sich während des Prozesses bildet, gesteigert wird. Daher soll der C-Gehalt mindestens 0,10 %, bevorzugt 0,12 %, besonders bevorzugt 0,13 % betragen. Auf der anderen Seite wird die Martensitstart-Temperatur mit steigendem C-Gehalt zu immer tieferen Temperaturen verschoben, so dass möglicherweise kein bzw. nur ein zu geringer Anteil an Niedrigtemperaturphasen gebildet werden kann. Aus diesem Grund sollte der C-Gehalt im erfindungsgemäßen Stahl maximal 0,5 %, bevorzugt 0,4 %, besonders bevorzugt 0,5 % betragen.Carbon "C" is present in the steel according to the invention in amounts ranging from 0.10% to 0.5%. Carbon supports the formation and stabilization of austenite in the steel according to the invention. In particular, stabilization occurs during quenching and the subsequent annealing treatment. Furthermore, the addition of C imparts high strength to the steel by increasing the strength of the martensite that forms during the process. Therefore, the C content should be at least 0.10%, preferably 0.12%, particularly preferably 0.13%. On the other hand, with increasing C content, the martensite initiation temperature shifts to increasingly lower temperatures, so that potentially no or only an insufficient proportion of low-temperature phases can be formed. For this reason, the C content in the steel according to the invention should be a maximum of 0.5%, preferably 0.4%, particularly preferably 0.5%.
Silizium "Si" wird zur Einstellung des besonderen Gefüges in dieser Erfindung benötigt, denn es verzögert die Zementitbildung. Durch einen zu hohen Anteil an Zementit würde der Kohlenstoff in Karbiden gebunden sein und stünde während des Prozesses nicht mehr für die Stabilisierung des Restaustenits zur Verfügung und die Dehnung würde sich verschlechtern. Daher muss Silizium mindestens 0,9 %, bevorzugt mindestens 1,05 %, besonders bevorzugt mindestens 1,10 %, im erfindungsgemäßen Stahl vorliegen. Ein zu hoher Siliziumgehalt führt andererseits zu einer schlechten Oberflächenqualität, so dass der erfindungsgemäße Stahl maximal 1,7 % , besonders bevorzugt maximal 1,5 % aufweist.Silicon ("Si") is required to achieve the special microstructure in this invention because it delays cementite formation. An excessively high cementite content would result in the carbon being bound in carbides, making it unavailable to stabilize the residual austenite during the process, and elongation would deteriorate. Therefore, silicon must be present in the steel according to the invention at a level of at least 0.9%, preferably at least 1.05%, particularly preferably at least 1.10%. On the other hand, an excessively high silicon content leads to poor surface quality, so the steel according to the invention should contain a maximum of 1.7%, particularly preferably a maximum of 1.5%.
In einer besonderen Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Stahl C ≤ 0,16 % und Si ≤ 1,2 %, bevorzugt C ≤ 0,15 % und Si ≤ 1,2 %, besonders bevorzugt C ≤ 0,15 % und Si ≤ 1,1 % auf. In dieser besonderen Ausführungsform kann insbesondere bevorzugt C ≥ 0,12 %, besonders bevorzugt C ≥ 0,13 %, und bevorzugt Si ≥ 0,9 %, besonders bevorzugt Si ≥ 1,05 %. aufweisen.In a particular embodiment, the steel according to the invention comprises C ≤ 0.16% and Si ≤ 1.2%, preferably C ≤ 0.15% and Si ≤ 1.2%, particularly preferably C ≤ 0.15% and Si ≤ 1.1%. In this particular embodiment, it can particularly preferably have C ≥ 0.12%, particularly preferably C ≥ 0.13%, and preferably Si ≥ 0.9%, particularly preferably Si ≥ 1.05%.
In einer alternativen Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Stahl C > 0,16 und Si > 1,2, bevorzugt C > 0,16 % und Si ≥ 1,25 %, besonders bevorzugt C ≥ 0,18 % und Si ≥ 1,3 %, insbesondere bevorzugt C ≥ 0,20 % und Si ≥ 1,4 %, auf. In dieser besonderen Ausführungsform kann insbesondere bevorzugt C ≤ 0,5 %, besonders bevorzugt C ≤0,3 % und bevorzugt Si ≤ 1,7 %, besonders bevorzugt Si ≤ 1,5 %. aufweisen.In an alternative embodiment, the steel according to the invention has C > 0.16 and Si > 1.2, preferably C > 0.16% and Si ≥ 1.25%, particularly preferably C ≥ 0.18% and Si ≥ 1.3%, especially preferably C ≥ 0.20% and Si ≥ 1.4%. In this particular embodiment, it can particularly preferably have C ≤ 0.5%, particularly preferably C ≤ 0.3% and preferably Si ≤ 1.7%, particularly preferably Si ≤ 1.5%.
Im erfindungsgemäßen Stahl ist Mangan "Mn" enthalten. Mit einem Gehalt ab 1,0 %, ermöglicht Mn die Martensitbildung, da die Perlitbildung unterdrückt wird. Als vorteilhaft hat sich ein Anteil von mindestens 1,2 % und besonders vorteilhaft ein Anteil von mindestens 1,5 % herausgestellt. Allerdings kann ein zu hoher Mn Anteil zu starken Seigerungen führen, weswegen der Mn-Anteil auf 3,0 % beschränkt ist. Außerdem schränkt ein hoher Mn-Anteil die Schweißeignung stark ein und verringert den Korrosionswiderstand. Daher hat sich ein Mn-Anteil von maximal 2,5 % und insbesondere von 2,3 % als besonders vorteilhaft herausgestellt.The steel according to the invention contains manganese "Mn." With a content of 1.0% or more, Mn enables martensite formation because pearlite formation is suppressed. A content of at least 1.2% has proven advantageous, and a content of at least 1.5% has proven particularly advantageous. However, too high a Mn content can lead to severe segregation, which is why the Mn content is limited to 3.0%. Furthermore, a high Mn content severely limits weldability and reduces corrosion resistance. Therefore, a maximum Mn content of 2.5%, and especially 2.3%, has proven particularly advantageous.
Die Zugabe von Phosphor "P" schränkt die Schweißeignung stark ein und sollte daher auf 0,020 % beschränkt sein, wobei Gehalte von 0,018 %, insbesondere von 0,015 % besonders vorteilhaft sind. Im erfindungsgemäßen Stahl hat es sich herausgestellt, dass es vorteilhaft sein kann, wenn P mit mindestens 0,002 %, insbesondere 0,006 %, enthalten ist, da dadurch die Mischkristallhärtung gefestigt wird.The addition of phosphorus ("P") severely limits weldability and should therefore be limited to 0.020%, with contents of 0.018%, especially 0.015%, being particularly advantageous. In the steel according to the invention, it has been found that it can be advantageous to include P in amounts of at least 0.002%, especially 0.006%, as this strengthens solid solution hardening.
Schwefel "S" kann zur Bildung von Mn-Sulfiden führen, welche die Umformbareigenschaften stark verschlechtern. Daher ist im erfindungsgemäßen Stahl der Gehalt auf 0,005 % beschränkt, wobei eine Beschränkung auf 0,004 % und insbesondere auf 0,003 % vorteilhaft sein kann. Eine Verunreinigung mit Schwefel lässt sich während der Stahlherstellung nicht komplett vermeiden.Sulfur "S" can lead to the formation of manganese sulfides, which severely impair formability. Therefore, in the steel according to the invention, the content is limited to 0.005%, although a restriction to 0.004% and especially to 0.003% may be advantageous. Sulfur contamination cannot be completely avoided during steel production.
Stickstoff "N" kann bei Gehalten über 0,010 % zur Bildung von groben Nitriden führen, was zu einer verschlechterten Umformbarkeit führt. Zur Vermeidung dieser Nitride hat sich ein maximaler Gehalt von 0,008 % als besonders vorteilhaft herausgestellt. Während der Stahlherstellung lässt sich eine Verunreinigung durch Stickstoff nicht komplett vermeiden.Nitrogen "N" can lead to the formation of coarse nitrides at levels above 0.010%, resulting in impaired formability. To avoid these nitrides, a maximum content of 0.008% has proven particularly advantageous. Nitrogen contamination cannot be completely avoided during steelmaking.
Neben den zuvor erläuterten Verunreinigungen P, S, und N können auch noch weitere Elemente als Verunreinigungen im Stahl vorhanden sein. Diese weiteren Elemente werden unter den "unvermeidbaren Verunreinigungen" zusammengefasst. Bevorzugt beträgt der Gehalt an diesen "unvermeidbaren Verunreinigungen" in Summe maximal 0,2 %, bevorzugt maximal 0,1 %. Die nachfolgend beschriebenen optionalen Legierungselemente "Al, Cr, Mo, B, Cu, Ti, Nb", für die eine Untergrenze angegeben ist, können auch in Gehalten unterhalb der jeweiligen Untergrenze als unvermeidbare Verunreinigungen im Stahlsubstrat vorkommen. In dem Fall werden sie ebenfalls zu den "unvermeidbaren Verunreinigungen" gezählt, deren Gesamtgehalt auf maximal 0,2 %, bevorzugt maximal 0,1 % begrenzt ist.In addition to the previously discussed impurities P, S, and N, other elements may also be present as impurities in the steel. These additional elements are summarized under the term "unavoidable impurities." The total content of these "unavoidable impurities" is preferably a maximum of 0.2%, preferably a maximum of 0.1%. The optional alloying elements "Al, Cr, Mo, B, Cu, Ti, Nb" described below, for which a lower limit is specified, may also be present as unavoidable impurities in the steel substrate in amounts below the respective lower limit. In this case, they are also counted as "unavoidable impurities," whose total content is limited to a maximum of 0.2%, preferably a maximum of 0.1%.
Aluminium "Al" kann dem erfindungsgemäßen Stahl zur Desoxidation und zum Abbinden von gegebenenfalls vorhandenem Stickstoff hinzugefügt werden. Außerdem kann Aluminium eingesetzt werden um den Restaustenitanteil zu erhöhen. Ein höher Restaustenitanteil ergibt sich bei Zugabe von Aluminium durch eine Verzögerung der Bildung von Zementitausscheidungen. Es hat sich hierfür im erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt ein Aluminiumanteil von mindestens 0,01 %, bevorzugt 0,03 % als vorteilhaft herausgestellt. Anderseits kann ein zu hoher Alumniumanteil zu einer Bildung von groben Al-Nitriden führen, die zu einer versprödenden Wirkung und damit zu einer schlechteren Umformbarkeit führen. Zudem können höhere Al-Gehalte zu einem schlechteren Gießverhalten führen, da Aluminiumverbindungen zu Clogging führen können. In der vorliegenden Erfindung ist daher eine Begrenzung des Aluminiumgehaltes auf 1,5 %, bevorzugt 0,8 %, besonders bevorzugt 0,4 % vorgesehen.Aluminum "Al" can be added to the steel according to the invention for deoxidation and to bind any nitrogen that may be present. Aluminum can also be used to increase the residual austenite content. A higher residual austenite content results from the addition of aluminum by delaying the formation of cementite precipitates. It has For this purpose, an aluminum content of at least 0.01%, preferably 0.03%, has proven advantageous in the flat steel product according to the invention. On the other hand, an excessively high aluminum content can lead to the formation of coarse aluminum nitrides, which have an embrittling effect and thus to poorer formability. Furthermore, higher aluminum contents can lead to poorer casting behavior, since aluminum compounds can lead to clogging. Therefore, the present invention provides for a limitation of the aluminum content to 1.5%, preferably 0.8%, particularly preferably 0.4%.
Chrom "Cr" ist ein effektiver Inhibitor des Perlits, trägt zur Festigkeit bei. Ein Chromanteil von mindestens 0,10 % hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt. Chrom kann allerdings durch die Bildung von Cr-Oxiden zu Korngrenzenoxidation führen. Daher ist der Chromgehalt hier auf 1,0 %, bevorzugt 0,9 %, begrenzt.Chromium (Cr) is an effective pearlite inhibitor and contributes to strength. A chromium content of at least 0.10% has proven particularly advantageous. However, chromium can lead to grain boundary oxidation through the formation of Cr oxides. Therefore, the chromium content is limited to 1.0%, preferably 0.9%.
Molybdän "Mo" bildet ebenfalls bei geringen Mengen feine, festigkeitssteigernde Kohlenstoffnitride. Daher hat sich eine Zugabe von mindestens 0,05 % als vorteilhaft herausgestellt. Der festigkeitssteigernde Effekt der Kohlenstoffnitride erschöpft sich allerdings, sobald der Molybdängehalt zu groß wird. Außerdem können hohe Gehalte von Molybdän die Kaltformbarkeit und die Schweißeigenschaften verschlechtern. Hier hat sich ein Gehalt von maximal 0,2 %, bevorzugt 0,10 %, besonders bevorzugt 0,07 %, als vorteilhaft herausgestellt.Molybdenum (Mo) also forms fine, strength-enhancing carbon nitrides in small amounts. Therefore, an addition of at least 0.05% has proven beneficial. However, the strength-enhancing effect of carbon nitrides is exhausted as soon as the molybdenum content becomes too high. Furthermore, high molybdenum contents can impair cold formability and weldability. A maximum content of 0.2%, preferably 0.10%, and particularly preferably 0.07%, has proven advantageous in this case.
Die Zugabe von Bor "B" führt zu einem feinkörnigen Gefüge, da Bor an die Phasengrenzen segregiert und deren Bewegung blockiert. Dafür können dem erfindungsgemäßen Stahl mindestens 0,0004 %, besonders bevorzugt mindestens 0,0005 %, hinzugefügt werden. Die Auswirkung von B ist bei einem Gehalt von maximal 0,002 % gesättigt.The addition of boron "B" leads to a fine-grained microstructure, as boron segregates at the phase boundaries and blocks their movement. For this purpose, at least 0.0004%, particularly preferably at least 0.0005%, can be added to the steel according to the invention. The effect of B is saturated at a maximum content of 0.002%.
Die Zugabe von Kupfer "Cu" in das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt kann sehr feine festigkeitssteigernde Cu-Ausscheidungen bilden. Daher kann eine Zugabe von mindestens 0,05 %, bevorzugt 0,1 % vorteilhaft in der vorliegenden Erfindung sein. Allerdings sollte der Kupfergehalt auf 0,2 % begrenzt sein, da ansonsten im Warmwalzprozess zur sogenannten Rotbrüchigkeit, d.h. es bilden sich Risse in der Bramme, kommen kann.The addition of copper ("Cu") to the flat steel product according to the invention can form very fine strength-enhancing Cu precipitates. Therefore, an addition of at least 0.05%, preferably 0.1%, can be advantageous in the present invention. However, the copper content should be limited to 0.2%, as otherwise, so-called red brittleness, i.e., cracks in the slab, can occur during the hot rolling process.
Dem erfindungsgemäßen Stahl können in einer besonderen Ausführungsform Mikrolegierungselementen (=MLE) (bevorzugt Ti und/oder Nb und/oder V) hinzugefügt werden. Im Sinne dieser Erfindung wird Bor nicht zu den Mikrolegierungselementen gezählt. Diese Elemente tragen durch die Bildung sehr fein verteilter Karbide zu einer höheren Festigkeit bei. Ein minimaler MLE-Gehalt in Summe von 0,005 % führt zum Einfrieren von Korn- und Phasengrenzen während der Glühbehandlung. Eine zu hohe Konzentration der MLE, welche die Karbidbildung und Phasengrenzenimmobilität stark fördert, ist hingegen schädlich für die Stabilisierung des Restaustenits. Daher wird sollte MLE-Konzentration in Summe auf maximal 0,2 % beschränkt sein.In a particular embodiment, microalloying elements (=MLE) (preferably Ti and/or Nb and/or V) can be added to the steel according to the invention. For the purposes of this invention, boron is not considered a microalloying element. These elements contribute The formation of very finely dispersed carbides contributes to increased strength. A minimum total MLE content of 0.005% leads to the freezing of grain and phase boundaries during annealing. However, an excessively high MLE concentration, which strongly promotes carbide formation and phase boundary immobility, is detrimental to the stabilization of the retained austenite. Therefore, the total MLE concentration should be limited to a maximum of 0.2%.
Das kaltgewalzte Stahlflachprodukt wird auf eine Ofeneintrittstemperatur T0 aufgeheizt. Die Ofeneintrittstemperatur ist die Temperatur, die das Stahlflachprodukt beim Eintritt in den Ofen in der Mitte des Blechs aufweist. Die Ofeneintrittstemperatur beträgt bevorzugt wenigstens 10 °C, besonders bevorzugt 15 °C. Die Ofeneintrittstemperatur sollte bevorzugt nicht über 100 °C, besonders bevorzugt 50 °C, insbesondere bevorzugt 35 °C, betragen.The cold-rolled flat steel product is heated to a furnace inlet temperature T 0 . The furnace inlet temperature is the temperature at the center of the steel product upon entering the furnace. The furnace inlet temperature is preferably at least 10 °C, more preferably 15 °C. The furnace inlet temperature should preferably not exceed 100 °C, more preferably 50 °C, and especially preferably 35 °C.
Das erfindungsgemäße Stahlflachprodukts wird von T0 auf eine Temperatur T1 in einer Atmosphäre A1 aufgeheizt. Die Temperatur T1 beträgt mindestens 650 °C, bevorzugt 670 °C. Die Temperatur T1 beträgt maximal auf 750 °C, bevorzugt 730 °C, da oberhalb dieser Temperatur Rekristallisationsprozesse beginnen und die Prozessbedingungen gemäß Arbeitsschritt d) eingestellt werden müssen.The flat steel product according to the invention is heated from T 0 to a temperature T 1 in an atmosphere A 1 . The temperature T 1 is at least 650 °C, preferably 670 °C. The temperature T 1 is a maximum of 750 °C, preferably 730 °C, since recrystallization processes begin above this temperature and the process conditions must be adjusted according to step d).
Die erfindungsgemäße eingestellte Atmosphäre A1 ist reduzierend. Sie umfasst bevorzugt mindestens 2 % Wasserstoff "H2" bevorzugt 3 % H2, besonders bevorzugt 5 % H2. Durch den eingestellten Wasserstoffanteil kann sichergestellt werden, dass die Atmosphäre reduzierend, insbesondere bezüglich Eisen, ist. Dadurch wird eine unkontrollierte Oxidation vermieden und eine dünne Oxidschicht, besonders bevorzugt dünner als 300 nm, kann eingestellt werden. Der H2 Gehalt sollte aus wirtschaftlichen Gründen auf maximal 20 % bevorzugt 10 %, begrenzt sein. Außerdem können der Atmosphäre bis zu 0,5 % Sauerstoff "O2", insbesondere Spuren von O2 und bis zu 0,5 % Wasser "H2O" beigesetzt werden. Beide Anteile müssen begrenzt sein, um die selektive Oxidation unedler Legierungselemente zu minimieren. Der Rest der bevorzugten Atmosphäre wird Stickstoff "N2", bevorzugt 80 %, besonders bevorzugt 85 %, insbesondere bevorzugt 90 %, beigesetzt. In einer besonderen Ausführungsform besteht die Atmosphäre aus den beschriebenen Anteilen von H2, O2, H2O und N2. Der Taupunkt der TP1 beträgt mindestens -60 °C, bevorzugt -55 °C, besonders bevorzugt -45 °C. Des Weiteren sollte der Taupunkt nicht größer als -5 °C, bevorzugt -10 °C, besonders bevorzugt -15 °C, betragen, da ansonsten selektive Oxidation unedler Legierungselemente erfolgen kann. Diese besondere Taupunktregelung führt dazu, dass Beschichtungs- und Haftungsstörungen des Überzugs vermieden werden können.The atmosphere A1 set according to the invention is reducing. It preferably comprises at least 2% hydrogen " H2 ", preferably 3% H2 , particularly preferably 5% H2 . The set hydrogen content ensures that the atmosphere is reducing, particularly with respect to iron. This prevents uncontrolled oxidation and allows a thin oxide layer, particularly preferably thinner than 300 nm, to be set. For economic reasons, the H2 content should be limited to a maximum of 20%, preferably 10%. In addition, up to 0.5% oxygen " O2 ", in particular traces of O2 , and up to 0.5% water " H2O " can be added to the atmosphere. Both proportions must be limited in order to minimize the selective oxidation of base alloy elements. The remainder of the preferred atmosphere is nitrogen " N2 ", preferably 80%, particularly preferably 85%, especially preferably 90%. In a particular embodiment, the atmosphere consists of the described proportions of H 2 , O 2 , H 2 O and N 2 . The dew point of the T P1 is at least -60 °C, preferably -55 °C, particularly preferably -45 °C. Furthermore, the dew point should not exceed -5 °C, preferably -10 °C, particularly preferably -15 °C, as otherwise selective oxidation of base alloy elements can occur. This special dew point control prevents coating and adhesion problems.
Das Stahlflachprodukt wird auf eine Temperatur T2 aufgeheizt. Anschließend wird das Stahlflachprodukt von einer Temperatur T2 auf eine Temperatur T3 aufgeheizt und in einer oxidierenden Atmosphäre A2 für t2 = 1 s - 30 s, wobei T1 ≤ T2 ≤ T3 mit T3 = 750 °C - 850 °C, voroxidiert. Diese Voroxidation bewirkt eine deckende FeO-Schicht in definierter Dicke, bevorzugt 50 nm - 300 nm. Diese deckende Schicht bewirkt in den späteren Verfahrensschritten, dass die selektive Oxidation der sauerstoffaffinen Legierungselemente an der externen Stahloberfläche verhindert oder zumindest so stark gehemmt wird. Der Minimalwert von T2 ergibt sich daraus, dass die Voroxidation bei T2 < T1 nicht ausreichend sicher eine im Wesentlichen deckendende FeO-Schicht, dicker ≥ 50nm, erzeugt. Der Maximalwert von T2 < T3 ergibt sich daraus, dass die Voroxidation bei T2 > T3 dazu tendieren kann, eine FeO-Schicht > 300nm zu erzeugen, welche sich während der anschließenden Reduktion gemäß Arbeitsschritt d) nur unzureichend zu metallischen Fe rück-reduzieren lässt. Die Expositionszeit während der Voroxidation sollte mindestens 1 s, bevorzugt 5 s betragen, damit die erfindungsgemäßen Voroxidationsbedingungen ausreichend sicher sind, eine im Wesentlichen deckendende FeO-Schicht dicker ≥ 50nm auszubilden. Der Maximalwert von t2 ergibt sich daraus, dass bei einer Expositionszeit > 30s gegenüber den erfindungsgemä-ßen Voroxidationsbedingungen, eine FeO-Schicht > 300nm erzeugt wird, welche sich während der anschließenden Reduktion gemäß Arbeitsschritt d) nur unzureichend zu metallischem Fe rückreduzieren lässt. Diese Voroxidation erfolgt in einer Atmosphäre A2, welche dabei so eingestellt wird, dass die Bedingungen in dieser Ofenzone stets oxidierend auf Eisen wirken, um eine gezielte Voroxidation der Stahloberfläche zu einer möglichst deckenden FeO-Schicht von mindestens 50 nm, bevorzugt 60 nm und maximal 300 nm, bevorzugt 200 nm Oxidschichtdicke einzustellen. Es sind unterschiedliche Wege bekannt, oxidierende Atmosphären einzustellen. So kann die Atmosphäre A2 mindestens 0,5 % Sauerstoff "O2" bevorzugt 0,6 % O2, besonders bevorzugt 0,8 % O2 und maximal 5 % O2, bevorzugt 2 % O2, Rest N2 mit Spuren von H2O, und ggf. technisch unvermeidbaren Resten an H2 und CO2 und CO umfassen. Alternativ zu O2 kann als oxidatives Medium auch feuchter N2 in diese Ofenzone einblasen werden, wobei in diesem Fall A2 einen Taupunkt TP2 von ≥ 0 °C - ≤ +60 °C bei einem H2O/H2-Verhältnis von ≥ 0,957 aufweist, um eine ausreichende Fe-Oxidation sicher zu stellen.The flat steel product is heated to a temperature T 2 . The flat steel product is then heated from a temperature T 2 to a temperature T 3 and pre-oxidized in an oxidizing atmosphere A 2 for t 2 = 1 s - 30 s, where T 1 ≤ T 2 ≤ T 3 with T 3 = 750 °C - 850 °C. This pre-oxidation creates a covering FeO layer of a defined thickness, preferably 50 nm - 300 nm. In later process steps, this covering layer prevents or at least strongly inhibits the selective oxidation of the oxygen-affine alloying elements on the external steel surface. The minimum value of T 2 results from the fact that pre-oxidation at T 2 < T 1 does not sufficiently reliably produce a substantially covering FeO layer ≥ 50 nm thick. The maximum value of T 2 < T 3 results from the fact that the pre-oxidation at T 2 > T 3 can tend to produce an FeO layer > 300 nm, which can only be inadequately reduced back to metallic Fe during the subsequent reduction according to step d). The exposure time during the pre-oxidation should be at least 1 s, preferably 5 s, so that the pre-oxidation conditions according to the invention are sufficiently reliable to form a substantially covering FeO layer ≥ 50 nm thick. The maximum value of t 2 results from the fact that with an exposure time > 30 s compared to the pre-oxidation conditions according to the invention, an FeO layer > 300 nm is produced, which can only be inadequately reduced back to metallic Fe during the subsequent reduction according to step d). This pre-oxidation takes place in an atmosphere A 2 , which is adjusted so that the conditions in this furnace zone always have an oxidizing effect on iron in order to achieve targeted pre-oxidation of the steel surface to form the most covering FeO layer possible, with an oxide layer thickness of at least 50 nm, preferably 60 nm and a maximum of 300 nm, preferably 200 nm. Various ways of adjusting oxidizing atmospheres are known. For example, the atmosphere A 2 can comprise at least 0.5% oxygen "O 2 ", preferably 0.6% O 2 , particularly preferably 0.8% O 2 and a maximum of 5% O 2 , preferably 2% O 2 , the remainder N 2 with traces of H 2 O, and possibly technically unavoidable residues of H 2 and CO 2 and CO. As an alternative to O 2 , moist N 2 can also be blown into this furnace zone as an oxidative medium, whereby in this case A 2 has a dew point T P2 of ≥ 0 °C - ≤ +60 °C at an H 2 O/H 2 ratio of ≥ 0.957 to ensure sufficient Fe oxidation.
In einer besonderen Ausführungsform beträgt die Aufheizrate ϑ1 in Arbeitsschritt c) zwischen 500 °C und T1, mindestens 2 °C/s, bevorzugt 4 °C/s und maximal 50 °C/s, bevorzugt 10 °C/s. Durch die Aufheizrate von mindestens 2 °C/s kann die selektive Oxidation der unedlen Legierungselemente bis zum Erreichen von T1 verzögert werden und weiter minimiert werden.In a particular embodiment, the heating rate ϑ 1 in step c) between 500 °C and T 1 is at least 2 °C/s, preferably 4 °C/s, and a maximum of 50 °C/s, preferably 10 °C/s. The heating rate of at least 2 °C/s can delay the selective oxidation of the base alloying elements until T 1 is reached and further minimize it.
Anschließend wird in Arbeitsschritt d) das Stahlflachprodukts von einer Temperatur T3 auf eine Temperatur T4 aufgeheizt und auf einer Temperatur T4 in einer reduzierenden Atmosphäre A4 durchwärmt. Das Stahlflachprodukt wird für mindestens t4 ≥ 5 s, bevorzugt 10 s, besonders bevorzugt 15 s aufgeheizt und durchwärmt.Subsequently, in step d), the flat steel product is heated from a temperature T 3 to a temperature T 4 and soaked at a temperature T 4 in a reducing atmosphere A 4. The flat steel product is heated and soaked for at least t 4 ≥ 5 s, preferably 10 s, particularly preferably 15 s.
Dabei darf die Temperatur T4 nicht unterhalb der maximalen Voroxidationstemperatur T3 liegen. Der Minimalwert von t4 ergibt sich daraus, dass die voroxidierte Stahloberfläche bei einer Expositionszeit < 5 s gegenüber den erfindungsgemäßen Reduktionsbedingungen nicht ausreichend zu metallischem Fe rückreduziert wird.The temperature T 4 must not be below the maximum pre-oxidation temperature T 3 . The minimum value of t 4 results from the fact that the pre-oxidized steel surface is not sufficiently reduced back to metallic Fe at an exposure time of < 5 s compared to the reduction conditions according to the invention.
Die Einstellung der T4 Temperatur und die ausreichende Zeit t4 bewirkt eine ausreichende Austenitisierung. Allerdings sollte die Zeit begrenzt sein und maximal t4 ≤ 300 s, bevorzugt 180 s, betragen, da ansonsten eine Vergröberung des Austenitkorns stattfindet, wodurch die mechanischen Eigenschaften negativ beeinflusst werden.Setting the T4 temperature and a sufficient time t4 results in sufficient austenitization. However, the time should be limited to t4 ≤ 300 s, preferably 180 s, as otherwise coarsening of the austenite grain will occur, which will negatively affect the mechanical properties.
Für die Temperatur T4 gilt in diesem Schritt
Dabei ist die zu überschreitende Mindesttemperatur Ac3 gemäß der von
Die erfindungsgemäß eingestellte Atmosphäre A4 wird so eingestellt, dass die gezielte Rückreduzierung der zuvor gebildeten FeO-Schicht zu metallische Fe sichergestellt ist. Dadurch kann die voroxidierte Stahloberfläche ausreichend reduziert werden. In einer besonderen Ausführungsform wird die Oxidschicht, entstanden in Arbeitsschritt c), insbesondere FeO-Schicht genannte FeO-Schicht, vollständig zu metallischem Eisen reduziert.The atmosphere A4 set according to the invention is adjusted to ensure the targeted reduction of the previously formed FeO layer back to metallic iron. This allows the pre-oxidized steel surface to be sufficiently reduced. In a particular embodiment, the oxide layer formed in step c), in particular the FeO layer, is completely reduced to metallic iron.
Die bevorzugt eingestellte Atmosphäre A4 umfasst mindestens 2 % Wasserstoff "H2", bevorzugt 3 % H2, besonders bevorzugt 5 % H2. In einer besonderen Ausführungsform kann A1 = A4 sein. Durch den eingestellten Wasserstoffanteil kann sichergestellt werden, dass die Atmosphäre reduzierend ist, insbesondere bezüglich Eisen. Der H2 Gehalt sollte bevorzugt aus wirtschaftlichen Gründen auf maximal 20 %, bevorzugt 10 %, begrenzt sein. Außerdem können der Atmosphäre bis zu 0,5 % Sauerstoff "O2", insbesondere Spuren von O2 und bis zu 0,5 % Wasser "H2O" beigesetzt werden. Beide Anteile müssen begrenzt sein, um die selektive Oxidation unedler Legierungselemente zu minimieren. Der Rest der bevorzugten Atmosphäre wird Stickstoff "N2", bevorzugt 80 %, besonders bevorzugt 85 %, insbesondere bevorzugt 90 %, beigesetzt. In einer besonderen Ausführungsform besteht die Atmosphäre aus den beschriebenen Anteilen von H2, O2, H2O und N2. Der Taupunkt der TP2 beträgt mindestens -60 °C, bevorzugt -40 °C, besonders bevorzugt -35 °C. Des Weiteren sollte der Taupunkt nicht größer als 0 °C, bevorzugt -10 °C, besonders bevorzugt -16 °C, sein, da es ansonsten zu einer ungewollten Oxidbildung kommen kann.The preferably set atmosphere A 4 comprises at least 2% hydrogen "H 2 ", preferably 3% H 2 , particularly preferably 5% H 2 . In a particular embodiment, A 1 = A 4 . The set hydrogen content can ensure that the atmosphere is reducing, particularly with regard to iron. The H 2 content should preferably be limited to a maximum of 20%, preferably 10%, for economic reasons. In addition, up to 0.5% oxygen "O 2 ", in particular traces of O 2 , and up to 0.5% water "H 2 O" can be added to the atmosphere. Both proportions must be limited in order to minimize the selective oxidation of base alloy elements. The remainder of the preferred atmosphere is added to nitrogen "N 2 ", preferably 80%, particularly preferably 85%, especially preferably 90%. In a particular embodiment, the atmosphere consists of the described proportions of H 2 , O 2 , H 2 O and N 2 . The dew point of the T P2 is at least -60 °C, preferably -40 °C, particularly preferably -35 °C. Furthermore, the dew point should not be greater than 0 °C, preferably -10 °C, particularly preferably -16 °C, since otherwise unwanted oxide formation may occur.
In einer besonderen Ausführungsform kann das Durchwärmen des Stahlflachprodukts in Arbeitsschritt d) durch das Halten bei einer konstanten Temperatur T4 erfolgen. Unter einer konstanten Temperatur ist eine Schwankung von maximal ±5 °C zu verstehen, da prozesstechnisch eine genauere Einstellung nicht möglich ist. Diese besondere Ausführungsform ist insbesondere dann zu wählen, wenn analysebedingt eine verhältnismäßige niedrige T4 Temperatur eingestellt wurde.In a special embodiment, the steel flat product can be thoroughly heated in step d) by maintaining it at a constant temperature T4 . A constant temperature is defined as a maximum fluctuation of ±5 °C, since a more precise setting is not possible due to process technology. This special embodiment is particularly suitable if a relatively low T4 temperature was set for analytical reasons.
Das Stahlflachprodukts wird mit einer Abkühlrate ϑ5 = 10 °C/s - 100 °C/s in einer reduzierenden Atmosphäre A5 auf eine Temperatur T5 abgekühlt. Die Temperatur T5 beträgt höchstens (TMS + 40 °C), bevorzugt (TMS + 20 °C), besonders bevorzugt TMS um einen ausreichenden Martensitanteil bzw. eine ausreichende Keimbildung für Bainit im Endgefüge sicher zu stellen. Die Temperatur T5 sollte mindestens (TMS - 175 °C) betragen. In diesem Schritt entsteht der sogenannte primäre Martensit. TMS kann mittels folgender Gleichung bestimmt werden:
Außerdem muss die Temperatur T5 ≤ 550 °C sein, damit eine selektive Rückoxidation auf der Stahloberfläche vermieden werden kann. Die Abkühlrate ϑ5 sollte mindestens 10 °C/s , besonders bevorzugt 20 °C/s, betragen. Die Abkühlrate ϑ5 sollte begrenzt sein auf maximal 100 °C/s, bevorzugt 50 °C/s, besonders bevorzugt 30 °C/s. Der Minimalwert von ϑ5 ergibt sich daraus, dass bei einer zu niedrigen Abkühlrate eine ungewollte ferritische und/oder bainitische Umwandlung nicht ausgeschlossen werden kann. Der Maximalwert von ϑ5 wird dadurch begrenzt, dass ein zu hohes Risiko einer ungewollten (selektiven) Rückoxidation der Stahloberfläche besteht.In addition, the temperature T 5 must be ≤ 550 °C to avoid selective re-oxidation on the steel surface. The cooling rate ϑ 5 should be at least 10 °C/s, particularly preferably 20 °C/s. The cooling rate ϑ 5 should be limited to a maximum of 100 °C/s, preferably 50 °C/s, particularly preferably 30 °C/s. The minimum value of ϑ 5 results from the fact that if the cooling rate is too low, an unwanted ferritic and/or bainitic transformation cannot be ruled out. The maximum value of ϑ 5 is limited by the fact that there is an excessively high risk of unwanted (selective) re-oxidation of the steel surface.
Die bevorzugt eingestellte Atmosphäre A5 im Arbeitsschritt e) umfasst mindestens 2 % Wasserstoff "H2" bevorzugt 3 % H2, besonders bevorzugt 5 % H2. Durch den eingestellten Wasserstoffanteil kann sichergestellt werden, dass die Atmosphäre reduzierend, insbesondere bezüglich Eisen, ist. Dadurch wird eine unkontrollierte Oxidation vermieden und eine Rückoxidation auf der Oberfläche kann vermieden werden. Der H2 Gehalt sollte bevorzugt aus wirtschaftlichen Gründen auf maximal 80 %, bevorzugt 50 %, begrenzt sein. Außerdem können der Atmosphäre bis zu 0,5 % Sauerstoff "O2", insbesondere Spuren von O2 und bis zu 0,5 % Wasser "H2O" beigesetzt werden. Beide Anteile müssen begrenzt sein, um die selektive Oxidation unedler Legierungselemente zu minimieren. Der Rest der bevorzugten Atmosphäre wird Stickstoff "N2", bevorzugt 80 %, besonders bevorzugt 85 %, insbesondere bevorzugt 90 %, beigesetzt. In einer besonderen Ausführungsform besteht die Atmosphäre aus den beschriebenen Anteilen von H2, O2, H2O und N2. Der Taupunkt TP5 beträgt mindestens -60 °C, bevorzugt -40 °C. Des Weiteren sollte der Taupunkt nicht größer als 0 °C, bevorzugt -10 °C, besonders bevorzugt -15 °C, betragen, da ansonsten selektive Oxidation unedler Legierungselemente erfolgen kann.The preferably set atmosphere A 5 in step e) comprises at least 2% hydrogen "H 2 ", preferably 3% H 2 , particularly preferably 5% H 2 . The set hydrogen content ensures that the atmosphere is reducing, particularly with regard to iron. This avoids uncontrolled oxidation and re-oxidation on the surface. The H 2 content should preferably be limited to a maximum of 80%, preferably 50%, for economic reasons. In addition, up to 0.5% oxygen "O 2 ", in particular traces of O 2 , and up to 0.5% water "H 2 O" can be added to the atmosphere. Both proportions must be limited in order to minimize the selective oxidation of base alloy elements. The remainder of the preferred atmosphere is added to nitrogen "N 2 ", preferably 80%, particularly preferably 85%, especially preferably 90%. In a particular embodiment, the atmosphere consists of the described proportions of H 2 , O 2 , H 2 O and N 2 . The dew point T P5 is at least -60 °C, preferably -40 °C. Furthermore, the dew point should not be greater than 0 °C, preferably -10 °C, particularly preferably -15 °C, since otherwise selective oxidation of base alloy elements may occur.
In einer besonderen Ausführungsform ist A4 ungleich A5, da dadurch eine unkontrollierte Verschleppung des Wasserstoffs aus der Atmosphäre A4 in die Atmosphäre A5 vermieden wird. Dadurch kann der Wasserstoffgehalt in Atmosphäre A5 genau auf die benötigte Menge zur Vermeidung selektiver Oxidation eingestellt werden und es ist kein überschüssiger Wasserstoff vorhanden, der ungewollt in den Stahl diffundiert und zu Wasserstoffversprödung führt. Dies kann durch eine bauliche Trennung, insbesondere ein Schleusensystem erreicht werden.In a special embodiment, A 4 is not equal to A 5 , as this prevents uncontrolled entrainment of hydrogen from atmosphere A 4 into atmosphere A 5 . This allows the hydrogen content in atmosphere A 5 to be precisely adjusted to the required amount to prevent selective oxidation, and there is no excess hydrogen present that could undesirably diffuse into the steel and lead to hydrogen embrittlement. This can be achieved by structural separation, particularly a lock system.
In Arbeitsschritt f) wird das Stahlflachprodukt auf eine Temperatur T6 in einer Atmosphäre A6 eingestellt und für eine Haltezeit t6 = 1 s - 60 s gehalten. Der Minimalwert für T6 beträgt (TMS - 175 °C), bevorzugt (TMS - 150 °C). Der Maximalwert beträgt TMS, bevorzugt (TMS - 75 °C). TMS bezeichnet die Martensitstarttemperatur, welche mit folgender Gleichung abgeschätzt werden kann:
In einer besonderen Ausführungsform ist T6 = T5. In einer besonderen Ausführungsform ist TP6 = TP5. Das Stahlflachprodukt sollte mindestens 1 s, bevorzugt mindestens 4 s, besonders bevorzugt mindestens 9 s, bei T6 gehalten werden, da dadurch eine homogene Temperaturverteilung im erfindungsgemäßen Material erreicht wird, die die Ausbildung eines besonders feinen und gleichmäßigen Gefüges aus primärem Martensit und Restaustenit über den Querschnitt des Stahlflachproduktes gewährleistet. Die Haltezeit t6 ist aus wirtschaftlichen Gründen auf 60 s begrenzt. In einer besonderen Ausführungsform bei Dicken des Stahlflachproduktes ≥ 1,0 mm beträgt die Haltezeit 10 s - 60 s.In a particular embodiment, T 6 = T 5 . In a particular embodiment, T P6 = T P5 . The flat steel product should be held at T 6 for at least 1 s, preferably at least 4 s, particularly preferably at least 9 s, since this achieves a homogeneous temperature distribution in the material according to the invention, which ensures the formation of a particularly fine and uniform microstructure of primary martensite and residual austenite across the cross-section of the flat steel product. The holding time t 6 is limited to 60 s for economic reasons. In a particular embodiment, for flat steel product thicknesses ≥ 1.0 mm, the holding time is 10 s - 60 s.
Die bevorzugt eingestellte Atmosphäre A6 im Arbeitsschritt f) umfasst mindestens 2 % Wasserstoff "H2" bevorzugt 3 % H2, besonders bevorzugt 5 % H2. Durch den eingestellten Wasserstoffanteil kann sichergestellt werden, dass die Atmosphäre reduzierend ist, insbesondere bezüglich Eisen. Dadurch wird eine unkontrollierte Oxidation vermieden und eine Rückoxidation auf der Oberfläche kann vermieden werden. Der H2 Gehalt sollte bevorzugt aus wirtschaftlichen Gründen auf maximal 20 %, bevorzugt 10 %, begrenzt sein. Außerdem können der Atmosphäre bis zu 0,5 % Sauerstoff "O2", insbesondere Spuren von O2 und bis zu 0,5 % Wasser "H2O" beigesetzt werden. Beide Anteile müssen begrenzt sein, um die selektive Oxidation unedler Legierungselemente zu minimieren. Dem Rest der bevorzugten Atmosphäre wird Stickstoff "N2", bevorzugt 80 %, besonders bevorzugt 85 %, insbesondere bevorzugt 90 %, beigesetzt. In einer besonderen Ausführungsform besteht die Atmosphäre aus den beschriebenen Anteilen von H2, O2, H2O und N2. Der Taupunkt der TP6 beträgt mindestens -60 °C, bevorzugt -40 °C. Des Weiteren sollte der Taupunkt nicht größer als (-5) °C, bevorzugt -10 °C, besonders bevorzugt -15 ° C, betragen, da ansonsten selektive Oxidation unedler Legierungselemente erfolgen kann.The preferably adjusted atmosphere A6 in step f) comprises at least 2% hydrogen " H2 ", preferably 3% H2 , particularly preferably 5% H2 . The adjusted hydrogen content ensures that the atmosphere is reducing, especially with regard to iron. This prevents uncontrolled oxidation and re-oxidation on the surface. The H2 content should preferably be limited to a maximum of 20%, preferably 10%, for economic reasons. In addition, up to 0.5% oxygen " O2 ", in particular traces of O2 , and up to 0.5% water " H2O " can be added to the atmosphere. Both proportions must be limited to prevent the selective oxidation of base alloy elements. to minimize. Nitrogen "N 2 ", preferably 80%, particularly preferably 85%, especially preferably 90%, is added to the remainder of the preferred atmosphere. In a particular embodiment, the atmosphere consists of the described proportions of H 2 , O 2 , H 2 O and N 2 . The dew point of the T P6 is at least -60 °C, preferably -40 °C. Furthermore, the dew point should not be greater than (-5) °C, preferably -10 °C, particularly preferably -15 °C, since otherwise selective oxidation of base alloy elements can occur.
In einer besonderen Ausführungsform ist A6 ungleich A5, da dadurch eine unkontrollierte Verschleppung des Wasserstoffs aus der Atmosphäre A4 in die Atmosphäre A5 vermieden wird. Dadurch kann der Wasserstoffgehalt in Atmosphäre A5 genau auf die benötigte Menge zur Vermeidung selektiver Oxidation eingestellt werden und es ist kein überschüssiger Wasserstoff vorhanden, der ungewollt in den Stahl diffundiert und zu Wasserstoffversprödung führt. Dies kann durch eine bauliche Trennung, insbesondere ein Schleusensystem erreicht werden.In a special embodiment, A 6 is not equal to A 5 , as this prevents uncontrolled entrainment of hydrogen from atmosphere A 4 into atmosphere A 5 . This allows the hydrogen content in atmosphere A 5 to be precisely adjusted to the required amount to prevent selective oxidation, and there is no excess hydrogen present that could undesirably diffuse into the steel and lead to hydrogen embrittlement. This can be achieved by structural separation, particularly a lock system.
In Arbeitsschritt g) wird das Stahlflachprodukt mit einer Aufheizrate ϑ7 = 4 °C/s - 1000 °C/s in einer Atmosphäre A7 auf eine Temperatur T7 geheizt. Die Temperatur T7 beträgt höchstens 510 °C, besonders bevorzugt 500 °C, da ansonsten eine ungewollte Festigkeitsabnahme des Stahlflachprodukts erfolgt.In step g), the flat steel product is heated to a temperature T 7 at a heating rate ϑ 7 = 4 °C/s - 1000 °C/s in an atmosphere A 7 . The temperature T 7 is at most 510 °C, particularly preferably 500 °C, since otherwise an undesirable decrease in the strength of the flat steel product occurs.
Die Temperatur T7 sollte größer als TMS, bevorzugt größer TMS +50 °C betragen, um im Grundwerkstoffgefüge den Restaustenit mit C aus dem übersättigten primären Martensit bzw. Bainit anzureichern.The temperature T 7 should be greater than T MS , preferably greater than T MS +50 °C, in order to enrich the residual austenite in the base material structure with C from the supersaturated primary martensite or bainite.
Die Aufheizrate ϑ7 sollte mindestens 2 °C/s , besonders bevorzugt 4 °C/s betragen, da es ansonsten zu einer ungewollten Bildung von Karbiden kommen kann, welche den Kohlenstoff abbinden und nicht zur Anreicherung im Restaustenit zur Verfügung stehen. Die Abkühlrate ϑ7 sollte begrenzt sein auf maximal 100 °C/s, bevorzugt 50 °C/s.The heating rate ϑ 7 should be at least 2 °C/s, particularly preferably 4 °C/s, as otherwise unwanted carbides may form, which bind the carbon and are not available for enrichment in the retained austenite. The cooling rate ϑ 7 should be limited to a maximum of 100 °C/s, preferably 50 °C/s.
Die bevorzugt eingestellte Atmosphäre A7 im Arbeitsschritt g) umfasst mindestens 2 % Wasserstoff "H2", bevorzugt 3 % H2, besonders bevorzugt 5 % H2. Durch den eingestellten Wasserstoffanteil kann sichergestellt werden, dass die Atmosphäre reduzierend ist, insbesondere bezüglich Eisen. Dadurch wird eine unkontrollierte Oxidation vermieden und eine Rückoxidation auf der Oberfläche kann vermieden werden. Der H2 Gehalt sollte bevorzugt aus wirtschaftlichen Gründen auf maximal 20 % bevorzugt 10 %, begrenzt sein. Außerdem können der Atmosphäre bis zu 0,5 % Sauerstoff "O2", insbesondere Spuren von O2 und bis zu 0,5 % Wasser "H2O" beigesetzt werden. Beide Anteile müssen begrenzt sein, um die selektive Oxidation unedler Legierungselemente zu minimieren. Dem Rest der bevorzugten Atmosphäre wird Stickstoff "N2", bevorzugt 80 %, besonders bevorzugt 85 %, insbesondere bevorzugt 90 %, beigesetzt. In einer besonderen Ausführungsform besteht die Atmosphäre aus den beschriebenen Anteilen von H2, O2, H2O und N2. Der Taupunkt der TP7 beträgt mindestens -60 °C, bevorzugt - 40 °C. Des Weiteren sollte der Taupunkt nicht größer als 0 °C, bevorzugt -10 °C, besonders bevorzugt -15 °C, betragen, da ansonsten selektive Oxidation unedler Legierungselemente erfolgen kann. In einer besonderen Ausführungsform ist A7 gleich A6.The preferably adjusted atmosphere A 7 in step g) comprises at least 2% hydrogen "H 2 ", preferably 3% H 2 , particularly preferably 5% H 2 . The adjusted hydrogen content ensures that the atmosphere is reducing, especially with regard to iron. This prevents uncontrolled oxidation and reoxidation to the surface can be avoided. The H2 content should preferably be limited to a maximum of 20%, preferably 10%, for economic reasons. In addition, up to 0.5% oxygen " O2 ", in particular traces of O2 , and up to 0.5% water " H2O " can be added to the atmosphere. Both proportions must be limited in order to minimize the selective oxidation of base alloy elements. Nitrogen " N2 ", preferably 80%, particularly preferably 85%, especially preferably 90%, is added to the remainder of the preferred atmosphere. In a particular embodiment, the atmosphere consists of the described proportions of H2 , O2 , H2O and N2 . The dew point of the T P7 is at least -60 °C, preferably -40 °C. Furthermore, the dew point should not be greater than 0 °C, preferably -10 °C, particularly preferably -15 °C, since otherwise selective oxidation of base alloy elements can occur. In a particular embodiment, A 7 is equal to A 6 .
Anschließend wird das Stahlflachprodukt auf einer Temperatur T8 in einer reduzierenden Atmosphäre A8 für eine Gesamtzeit für das Wiederaufheizen (Arbeitsschritt g), Einstellen der Temperatur auf T8 und Halten von t8 = 10 s - 600 s gehalten. Die Temperatur T8 beträgt höchstens 510 °C, da ansonsten ein ungewollte Festigkeitsabnahme des Stahlflachprodukts erfolgt. In einer besonderen Ausführungsform beträgt T8 höchstens 500 °C, um Benetzungs- oder Haftungsstörungen während der anschließenden Beschichtung zu vermeiden.The flat steel product is then held at a temperature T 8 in a reducing atmosphere A 8 for a total time of reheating (step g), adjusting the temperature to T 8 , and holding for t 8 = 10 s - 600 s. The maximum temperature T 8 is 510 °C, otherwise an undesirable decrease in the strength of the flat steel product would occur. In a special embodiment, T 8 is a maximum of 500 °C to avoid wetting or adhesion problems during the subsequent coating process.
Die Temperatur T8 sollte größer als TMS, bevorzugt größer TMS +50 °C betragen, um im Grundwerkstoffgefüge den Restaustenit mit C aus dem übersättigten primären Martensit und Bainit anzureichern. In einer besonderen Ausführungsform gilt T7 = T8.The temperature T 8 should be greater than T MS , preferably greater than T MS +50 °C, in order to enrich the residual austenite in the base material structure with C from the supersaturated primary martensite and bainite. In a special embodiment, T 7 = T 8 .
Das Stahlflachprodukt sollte mindestens 10 s, bevorzugt mindestens 15 s, besonders bevorzugt mindestens 20 s, bei T8 gehalten werden, da ansonsten nicht ausreichend Diffusionszeit für C besteht, sich im Restaustenit anzureichern. Die Haltezeit t8 ist auf 600 s, bevorzugt 120 s, besonders bevorzugt 100 s, begrenzt, da sich ansonsten ein ungewollt hoher Karbidanteil im Grundgefüge ausbildet.The flat steel product should be held at T 8 for at least 10 s, preferably at least 15 s, and particularly preferably at least 20 s, since otherwise there is insufficient diffusion time for C to accumulate in the residual austenite. The holding time t 8 is limited to 600 s, preferably 120 s, and particularly preferably 100 s, since otherwise an undesirably high carbide content would form in the basic structure.
Die bevorzugt eingestellte Atmosphäre A8 im Arbeitsschritt h) umfasst mindestens 2 % Wasserstoff "H2", bevorzugt 3 % H2, besonders bevorzugt 5 % H2. Durch den eingestellten Wasserstoffanteil kann sichergestellt werden, dass die Atmosphäre reduzierend ist, insbesondere bezüglich Eisen. Dadurch wird eine unkontrollierte Oxidation vermieden und eine Rückoxidation auf der Oberfläche kann vermieden werden. Der H2-Gehalt sollte bevorzugt aus wirtschaftlichen Gründen auf maximal 20 %, bevorzugt 10 %, begrenzt sein. Außerdem können der Atmosphäre bis zu 0,5 % Sauerstoff "O2", insbesondere Spuren von O2 und bis zu 0,5 % Wasser "H2O" beigesetzt werden. Beide Anteile müssen begrenzt sein, um die selektive Oxidation unedler Legierungselemente zu minimieren. Dem Rest der bevorzugten Atmosphäre wird Stickstoff "N2", bevorzugt 80 %, besonders bevorzugt 85 %, insbesondere bevorzugt 90 %, beigesetzt. In einer besonderen Ausführungsform besteht die Atmosphäre aus den beschriebenen Anteilen von H2, O2, H2O und N2. Der Taupunkt der TP8 beträgt mindestens -60 °C, bevorzugt -40 °C, da sich ansonsten Zinkstaub auf der Oberfläche ablagert Des Weiteren sollte der Taupunkt nicht größer als (-5) °C, bevorzugt -10 °C, besonders bevorzugt -15 ° C, betragen, da ansonsten selektive Oxidation unedler Legierungselemente erfolgen kann. In einer besonderen Ausführungsform ist A8 = A7, insbesondere A8 = A7 = A6.The preferably adjusted atmosphere A 8 in step h) comprises at least 2% hydrogen "H 2 ", preferably 3% H 2 , particularly preferably 5% H 2 . The adjusted hydrogen content can ensure that the atmosphere is reducing, in particular with regard to Iron. This prevents uncontrolled oxidation and re-oxidation on the surface can be avoided. The H 2 content should preferably be limited to a maximum of 20%, preferably 10%, for economic reasons. In addition, up to 0.5% oxygen "O 2 ", in particular traces of O 2 , and up to 0.5% water "H 2 O" can be added to the atmosphere. Both proportions must be limited in order to minimize the selective oxidation of base alloying elements. Nitrogen "N 2 ", preferably 80%, particularly preferably 85%, especially preferably 90%, is added to the remainder of the preferred atmosphere. In a particular embodiment, the atmosphere consists of the described proportions of H 2 , O 2 , H 2 O and N 2 . The dew point of T P8 is at least -60 °C, preferably -40 °C, since otherwise zinc dust will deposit on the surface. Furthermore, the dew point should not exceed -5 °C, preferably -10 °C, particularly preferably -15 °C, since otherwise selective oxidation of base alloy elements can occur. In a particular embodiment, A 8 = A 7 , in particular A 8 = A 7 = A 6 .
In Arbeitsschritt i)1. wird das Stahlflachprodukt bei einer Schmelzbadtemperatur T9 in einer reduzierenden Atmosphäre A9 in einem Beschichtungsbad beschichtet. Das Beschichtungsbad besteht aus 0,15 % - 2,0 % Al, ist gesättigt an Fe und Rest Zn und unvermeidbare Verunreinigungen. Im Beschichtungsbad ist mindestens 0,15 %, bevorzugt 0,17 % Aluminium "Al" enthalten, da ansonsten im Beschichtungsbad die Bildung spröder Fe-Zn-Phasen an der Grenzschicht Stahl/Überzug nicht ausreichend verhindert werden kann bzw. sich nur eine unzureichend ausgebildete Fe2Al5-Grenzschicht bildet. Der Aluminiumgehalt sollte maximal 2,0 %, bevorzugt 1,8 %, insbesondere besonders bevorzugt 0,94 %, insbesondere bevorzugt 0,24% betragen, da ansonsten die Schweißeignung des resultierenden Überzugs negativ beeinflusst wird. Das Schmelzbad ist mit Eisen "Fe" gesättigt. Optional kann das Beschichtungsbad Magnesium "Mg" mit mindesten 0,25 %, bevorzugt 0,28 % und maximal 8,0 %, bevorzugt 2,0 % enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform gilt Al-Gehalt ≤ Mg-Gehalt. Das Beschichten erfolgt bei einer Schmelzbadtemperatur T9 von mindestens 450 °C, bevorzugt 460 °C und maximal 520 °C, bevorzugt 500 °C. Der Minimalwert von T9 ergibt sich aus der unzureichenden Fe2Al5-Grenzschichtbildung bei Beschichtungsbadtemperaturen < 450 °C. Der Maximalwert von T9 wird begrenzt durch die verstärkte Fe-Lösung in das Beschichtungsbad einhergehend mit verstärkter Schlackebildung bei Beschichtungsbadtemperaturen > 520 °C. Des Weiteren kann die damit verbundene Aufheizung des Stahlbands auf eine Temperatur > T8 möglichst verhindert werden, um ungewollte Karbidbildung im Grundwerkstoff zu vermeiden.In step i)1, the flat steel product is coated in a coating bath at a molten bath temperature T 9 in a reducing atmosphere A 9. The coating bath consists of 0.15% - 2.0% Al, is saturated with Fe, and the remainder is Zn, along with unavoidable impurities. The coating bath contains at least 0.15%, preferably 0.17%, aluminum ("Al"), because otherwise the formation of brittle Fe-Zn phases at the steel/coating interface cannot be sufficiently prevented, or only an insufficiently developed Fe2Al5 interface is formed. The aluminum content should be a maximum of 2.0%, preferably 1.8%, particularly preferably 0.94%, particularly preferably 0.24%, because otherwise the weldability of the resulting coating would be negatively affected. The molten bath is saturated with iron ("Fe"). Optionally, the coating bath can contain magnesium "Mg" with at least 0.25%, preferably 0.28% and a maximum of 8.0%, preferably 2.0%. In a preferred embodiment, Al content ≤ Mg content. Coating is carried out at a melt bath temperature T 9 of at least 450 °C, preferably 460 °C and a maximum of 520 °C, preferably 500 °C. The minimum value of T 9 results from the insufficient Fe2Al5 boundary layer formation at coating bath temperatures < 450 °C. The maximum value of T 9 is limited by the increased Fe dissolution in the coating bath accompanied by increased slag formation at coating bath temperatures > 520 °C. Furthermore, the associated Heating of the steel strip to a temperature > T 8 should be avoided as far as possible in order to avoid unwanted carbide formation in the base material.
Das Beschichten erfolgt in einer reduzierenden Atmosphäre A9, um Rückoxidation zu vermeiden. Daher erfolgt die Beschichtung bevorzugt in einer geschlossenen Rüsselkonstruktion, um weiterhin einen Kontakt zur Umgebungsluft zu verhindern. Um Beschichtungsfehler durch Schlackebildung auf dem Beschichtungsbadspiegel oder durch Niederschlagen von Beschichtungsbaddämpfen zu vermeiden, wird der Rüssel mit einer Spülgasatmosphäre A9 geflutet. Dabei kann die Atmosphäre A9 in einer besonderen Ausführungsform N2 und optional einen H2-Anteil von 5 % - 10 % sowie unvermeidbare Verunreinigungen insbesondere H2O und O2 umfassen. Die ggf. erfolgende Zugabe von H2 richtet sich dabei nach dem technisch unvermeidbaren Anteil an Rest-O2 in A9, welcher stets ≤ 10ppm betragen soll. In einer besonderen Ausführungsform beträgt der Taupunkt der Atmosphäre A9 mindestens -60 °C, bevorzugt -40 °C und maximal +50 °C, bevorzugt 0 °C. Der Minimalwert von TP9 ergibt sich daraus, dass bei niedrigen Taupunkten das Verdampfen von Beschichtungsbadanteilen nicht mehr ausreichend verhindert wird und die Einstellung solch niedriger Taupunkte einen unverhältnismäßig großen technischen Aufwand erfordert. Der Maximalwert von TP9 ergibt sich daraus, dass höhere Taupunkte sowohl eine starke Schlacke- und Oxidschichtbildung auf dem Beschichtungsbadspiegel fördern und weiterhin zu einer ungewollten (selektiven) Oxidation der Stahloberfläche führen können. Der Taupunkt kann durch Zugabe von befeuchtetem N2, alternativ von befeuchtetem N2-H2 kontrolliert werden.Coating takes place in a reducing atmosphere A 9 to avoid re-oxidation. Therefore, coating is preferably carried out in a closed nozzle construction to further prevent contact with the ambient air. To avoid coating defects due to slag formation on the coating bath level or due to precipitation of coating bath vapors, the nozzle is flooded with a purge gas atmosphere A 9. In a special embodiment, the atmosphere A 9 can comprise N 2 and optionally an H 2 content of 5% - 10% as well as unavoidable impurities, in particular H 2 O and O 2. The possible addition of H 2 depends on the technically unavoidable proportion of residual O 2 in A 9 , which should always be ≤ 10 ppm. In a special embodiment, the dew point of the atmosphere A 9 is at least -60 °C, preferably -40 °C and a maximum of +50 °C, preferably 0 °C. The minimum value of T P9 results from the fact that at low dew points, the evaporation of coating bath components is no longer sufficiently prevented, and the adjustment of such low dew points requires disproportionate technical effort. The maximum value of T P9 results from the fact that higher dew points promote both the formation of heavy slag and oxide layers on the coating bath surface and can also lead to unwanted (selective) oxidation of the steel surface. The dew point can be controlled by adding humidified N 2 or, alternatively, humidified N 2 -H 2 .
Nach Austritt aus dem Beschichtungsbad wird überschüssige Zinkschmelze mittels Bedüsung von Luft-, N2- oder einem Gemisch aus Luft und N2 vom Stahlband abgestreift. Ein gegenüber Luft zunehmender N2-Anteil kann vorteilhaft für die Vermeidung von Fehlern in der Beschichtung sein. Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Glüh- und Beschichtungsschritte resultiert - trotz der hohen Legierungsanteile an unedlen Elementen in der Stahlzusammensetzung - ein auf Zn-Phasen basierender Überzug als gut haftende Schicht, der über eine vorwiegend deckende Fe2Al5-Grenzschicht mit der vorwiegend reduzierten Stahloberfläche verbunden ist. Außerdem werden durch das erfindungsgemäße Verfahren Beschichtungsfehler und Haftungsstörungen vermieden. Ebenso werden Netzwerke interner Oxide der unedlen Legierungselemente vermieden, so dass auch die oberflächennahen Kornlagen einen ausreichenden Zusammenhalt zum Grundwerkstoff besitzen, was ebenso Haftungsstörungen vermeidet. Gegenüber dem mehrphasigen Grundwerkstoff kann in einer besonderen Ausführungsform die Glühbehandlung so eingestellt werden, insbesondere durch Wechsel reduktive / oxidative / reduktive Ofenzonenatmosphären, dass mindestens eine erste Kornlage an der Stahloberfläche zumindest teilweise ferritisiert, d.h. > 50 % Ferrit vorliegt. Dies hat sich ebenfalls als Vorteil dargestellt, da diese oberflächennahe Randlage fähig ist, Risswachstum bei oder nach dem Umformen zum Bauteil besser duktil abzufangen als das Grundwerkstoffgefüge.After leaving the coating bath, excess zinc melt is stripped from the steel strip by spraying with air, N2 , or a mixture of air and N2 . A higher N2 content than air can be advantageous for preventing defects in the coating. The inventive execution of the annealing and coating steps results in a Zn-phase-based coating as a well-adhering layer, despite the high alloying proportions of base elements in the steel composition. This coating is bonded to the predominantly reduced steel surface via a predominantly covering Fe2Al5 boundary layer. Furthermore, the inventive process prevents coating defects and adhesion problems. Likewise, networks of internal oxides of the base alloy elements are avoided, so that even the grain layers close to the surface possess sufficient cohesion with the base material, which also prevents adhesion problems. In a special embodiment, the annealing treatment can be adjusted in relation to the multi-phase base material, in particular by changing reductive / oxidative / reductive furnace zone atmospheres, that at least one first grain layer on the steel surface is at least partially ferritized, i.e., > 50% ferrite is present. This has also proven to be an advantage, since this near-surface edge layer is capable of absorbing crack growth during or after forming into the component more ductilely than the base material structure.
In Arbeitsschritt i)2. wird das Stahlflachprodukt auf eine Temperatur T10 abgekühlt, wobei T10 ≤ 60 °C. In einer besonderen Ausführungsform beträgt die Abkühlrate ϑ10 > 5 °C/s. Der Minimalwert von u10 ergibt sich aus technisch-wirtschaftlichen Überlegungen, die hierfür notwendige Kühlstrecke nicht unnötig lang auslegen zu müssen. Liegt T10 > 60 °C, bevorzugt T10 > 40 °C kann dies zu Oberflächenfehlern während des anschließenden Dressierprozesses führen.In step i)2, the flat steel product is cooled to a temperature T 10 , where T 10 ≤ 60 °C. In a special embodiment, the cooling rate is ϑ 10 > 5 °C/s. The minimum value of u 10 results from technical and economic considerations to avoid making the necessary cooling section unnecessarily long. If T 10 > 60 °C, preferably T 10 > 40 °C, this can lead to surface defects during the subsequent skin-passing process.
Dressieren des Stahlflachprodukts mit mindestens einem Umformstich und einem Gesamtdressiergrad D = 0,1 % - 0,8 %, bevorzugt D = 0,1 % - 0,5 %, besonders bevorzugt D = 0,2 % - 0,5 %. In einer besonderen Ausführungsform kann das Dressieren mit mindestens zwei Umformstichen erfolgen. Das Dressieren dient zur Verbesserung der Planlage, Feineinstellung der mechanischen Eigenschaften durch eine abschließende Anhebung der Festigkeit sowie zur Einprägung einer definierten Oberflächenfeinstruktur über die Dressierwalzenstruktur in den Überzug. Das erfindungsgemäße Dressieren bewirkt neben den anderen beschriebenen Verfahrensschritten die erwünschte Rauheit und Spitzenzahl der Oberfläche.Skin-passing the flat steel product with at least one forming pass and a total skin-pass degree of D = 0.1% - 0.8%, preferably D = 0.1% - 0.5%, particularly preferably D = 0.2% - 0.5%. In a particular embodiment, the skin-passing can be carried out with at least two forming passes. Skin-passing serves to improve flatness, fine-tune the mechanical properties by finally increasing the strength, and to imprint a defined fine surface structure into the coating via the skin-pass roll structure. In addition to the other process steps described, the skin-passing according to the invention achieves the desired roughness and peak count of the surface.
Der Minimalwert von D wird dadurch bestimmt, dass bei einem Dressiergrad von < 0,1%, bevorzugt 0,2 %, nicht ausreichend Walzkraft aufgebracht wird, die Planlage zu optimieren und die erfindungsgemäßen Minimalanforderungen an Ra und Rpc zu erfüllen. Der Maximalwert von D wird dadurch begrenzt, dass sich die Produkteigenschaften durch einen D-Grad > 0,8%, bevorzugt 0,5 %, nicht weiter verbessern lassen, aber der technische Aufwand aufgrund von notwendiger Walzkraft oder mehrstichigem Nachdressierens unverhältnismäßig ansteigt. Aus wirtschaftlichen und logistischen Gründen wird das Dressieren vorzugsweise in-line durchgeführt, d.h. in einem kontinuierlichen Prozess in derselben Anlage zusammen mit der vorgeschalteten Glühbehandlung. Alternativ kann das Dressieren auch in einem Folgeprozess an einem Stand-Alone-Dressiergerüst erfolgen oder in einer Kombination aus In-line- und Off-line-Dressieren, insbesondere dann, falls mehr als ein Umformstich zur Erreichung der erfindungsgemäßen Grenzen von D, Ra und Rpc notwendig sein sollten. Die applizierte Oberflächentexturierung kann auf einer deterministischen oder stochastischen Feinstruktur basieren. Eine bevorzugte Ausführungsform ist es beim Dressieren, eine stochastische Oberflächentexturierung zu applizieren, um im geölten bzw. gefetteten Zustand das Reibverhalten zwischen Stahloberfläche und Werkzeug während der Umformung zum Bauteil zu optimieren. Bei der hohen Druckbelastung aufgrund der notwendig hohen Umformkräfte für hochfeste Stähle birgt eine stochastische Oberflächenstruktur den Vorteil, dass bei hohen Druckbeanspruchungen der Schmierstoff über Mikrokanäle, welche sich zwischen den Bergen und Tälern der Oberflächentextur auftun, aus der Beanspruchungszone abfließen kann. Dies erlaubt eine gleichmäßigere Verteilung des Schmierstoffes über die gesamte Oberfläche, an der es im Umformprozess zu einem Kontakt zwischen Werkzeug und Stahlflachprodukt kommt. Des Weiteren gewährleistet eine stochastische Grundstruktur Verlaufs- und Haftungseigenschaften für organische oder metallische Beschichtungen, die erforderlichenfalls zusätzlich auf das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt aufgebracht werden können.The minimum value of D is determined by the fact that at a skin-pass degree of < 0.1%, preferably 0.2%, insufficient rolling force is applied to optimize the flatness and to meet the inventive minimum requirements for R a and R pc . The maximum value of D is limited by the fact that the product properties cannot be further improved by a D degree > 0.8%, preferably 0.5%, but the technical effort increases disproportionately due to the necessary rolling force or multi-pass re-skin-passing. For economic and logistical reasons, skin-passing is preferably carried out in-line, i.e. in a continuous process in the same plant together with the upstream annealing treatment. Alternatively, skin-passing can also be carried out in a subsequent process on a stand-alone skin-pass mill or in a combination of in-line and offline skin-passing, especially if more than one forming pass is necessary to achieve the inventive limits of D, R a and R pc . The applied surface texturing can be based on a deterministic or stochastic fine structure. A preferred embodiment is to apply a stochastic surface texturing during skin passing in order to optimize the friction behavior between the steel surface and the tool in the oiled or greased state during forming into the component. Under the high compressive load due to the high forming forces necessary for high-strength steels, a stochastic surface structure has the advantage that, at high compressive loads, the lubricant can flow out of the stress zone via microchannels that open up between the peaks and valleys of the surface texture. This allows a more even distribution of the lubricant over the entire surface where contact occurs between the tool and the flat steel product during the forming process. Furthermore, a stochastic basic structure ensures leveling and adhesion properties for organic or metallic coatings, which can be additionally applied to the flat steel product according to the invention if necessary.
In einer besonderen Ausführungsform wird das Stahlflachprodukt in dem erfindungsgemäßen Verfahren in den Schritten b) - h) mittels Ofenrollen durch einen Ofen bewegt wird, wobei mindestens eine der verwendeten Ofenrollen, bevorzugt alle Ofenrollen, eine Beschichtung mit einer Mikrohärte ≥ 750 HV0,3, bevorzugt ≥ 900HV0,3, und eine Rauheit Ra = 3,0 µm - 8 µm aufweist. Die Mikrohärte wird anhand DIN EN ISO 6507 bestimmt. In der erfindungsgemäßen Ausführung des Glühens kann es zu Wechselwirkungen der verschiedenen metallischen und oxidischen Bestandteile der Stahloberfläche mit den Ofenrollen kommen. Daraus können Aufwachsungen auf den Ofenrollen entstehen, welche wiederum Oberflächenfehler im Stahlband verursachen können. Dabei hat sich gezeigt, dass in der besonderen Ausführungsform eine Ofenrolle, bevorzugt alle Ofenrollen mit einer Beschichtung mit einer Mikrohärte ≥ 750 HV0,3, bevorzugt ≥ 900HV0,3, und eine Rauheit Ra = 3,0 µm - 8 µm versehen sein sollten, damit diese Oberflächenfehler vermieden werden können.In a particular embodiment, in the process according to the invention, the flat steel product is moved through a furnace by means of furnace rollers in steps b) - h), wherein at least one of the furnace rollers used, preferably all of the furnace rollers, has a coating with a microhardness ≥ 750 HV0.3, preferably ≥ 900 HV0.3, and a roughness R a = 3.0 µm - 8 µm . The microhardness is determined according to DIN EN ISO 6507. In the annealing process according to the invention, interactions between the various metallic and oxidic components of the steel surface and the furnace rollers can occur. This can lead to growths on the furnace rollers, which in turn can cause surface defects in the steel strip. It has been shown that in the particular embodiment, a furnace roller, preferably all furnace rollers, should be provided with a coating with a microhardness ≥ 750 HV0.3, preferably ≥ 900HV0.3, and a roughness R a = 3.0 µm - 8 µm , so that these surface defects can be avoided.
In einer besonderen Ausführungsform kann die Atmosphäre A4 und der Taupunkt TP4 in Arbeitsschritt d) so eingestellt werden, dass H2O/H2 < 0,957, bevorzugt H2O/H2 < 0,90, besonders bevorzugt H2O/H2 < 0,80 beträgt. Hierdurch wird die dünne Oxidschicht, welche sich in der Atmosphäre A4 ausbildet, weiter reduziert werden.In a particular embodiment, the atmosphere A 4 and the dew point T P4 in step d) can be adjusted such that H 2 O/H 2 < 0.957, preferably H 2 O/H 2 < 0.90, particularly preferably H 2 O/H 2 < 0.80. This will further reduce the thin oxide layer that forms in the atmosphere A 4 .
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt zu dem erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt: Hochfestes, beschichtetes Stahlflachprodukt, mit einer Zugfestigkeit Rm = 900 MPa - 1500 MPa, einer Dehngrenze Rp02 ≥ 680 MPA und einer Dehnung A80 = 7 % - 25 %, welcher einen Stahl umfasst, der aus den folgenden Elementen besteht
- C: 0,10 - 0,5 %;
- Mn: 1,0 - 3,0 %;
- Si: 0,9 -1,7 %;
- P: ≤ 0,020 %;
- S: ≤ 0,005 %;
- N: ≤ 0,010 %;
- sowie optional eines oder mehrere der folgenden Elemente
- AI: 0,01-1,5 %;
- Cr: 0,05 - 1 %;
- Mo: 0,05 - 0,2 %;
- B: 0,0004 - 0,002 %;
- Cu: 0,05 - 0,2 %;
und als Rest aus Eisen und unvermeidbaren Elementen, wobei das Stahlflachprodukt ein Gefüge aufweist, das aus ≥ 80 % Bainit und/oder Martensit, wovon mindestens 75 % des Martensits angelassen ist, ≥ 5 % Restaustenit und ≤ 10 % Ferrit besteht und das Haftungsergebnis im Kugelschlagtest nach SEP 1931 der Klasse 1 oder 2, vorzugsweise Klasse 1, vorliegt.
- C: 0.10 - 0.5%;
- Mn: 1.0 - 3.0%;
- Si: 0.9-1.7%;
- P: ≤ 0.020%;
- S: ≤ 0.005%;
- N: ≤ 0.010%;
- and optionally one or more of the following elements
- AI: 0.01-1.5%;
- Cr: 0.05 - 1%;
- Mo: 0.05 - 0.2%;
- B: 0.0004 - 0.002%;
- Cu: 0.05 - 0.2%;
and the remainder being iron and unavoidable elements, wherein the steel flat product has a microstructure consisting of ≥ 80% bainite and/or martensite, of which at least 75% of the martensite is tempered, ≥ 5% residual austenite and ≤ 10% ferrite and the adhesion result in the ball impact test according to SEP 1931 is Class 1 or 2, preferably Class 1.
In einer besonderen Ausführungsform ist die Beschichtungsschicht eine geschlossene Schicht. Eine Beschichtungsschicht gilt als geschlossen, wenn ≥ 95 %, bevorzugt ≥ 98 %, besonders bevorzugt ≥ 99 %, der Stahlflachproduktoberfläche mit der Beschichtung bedeckt ist. Dies kann anhand von Rasterelektronenuntersuchungen überprüft werden.In a particular embodiment, the coating layer is a continuous layer. A coating layer is considered continuous if ≥ 95%, preferably ≥ 98%, particularly preferably ≥ 99%, of the flat steel product surface is covered with the coating. This can be verified using scanning electron microscopy.
Die erfindungsgemäße Oberfläche weist bevorzugt eine Rauheit von Ra = 0,5 µm - 1,8 µm, insbesondere Ra = 0,7 µm - 1,8 µm und eine Spitzenanzahl RPC ≥ 40 cm -1, insbesondere RPC ≥ 50 cm -1 auf. Eine Rauheit Ra sowohl < 0,5µm als auch > 1,8µm ist zu vermeiden, da solche Werte zu einem nachteilhaften Reibverhalten während der späteren Umformung zum Bauteil führen können. RPc sollte bevorzugt nicht < 40cm-1 liegen zur Sicherstellung ausreichend guter optischer Eigenschaften auch nach Lackierung.The surface according to the invention preferably has a roughness of R a = 0.5 µm - 1.8 µm , in particular R a = 0.7 µm - 1.8 µm and a peak count R PC ≥ 40 cm -1 , in particular R PC ≥ 50 cm -1 . A roughness R a of both < 0.5 µm and > 1.8 µm should be avoided, since such These values can lead to adverse friction behavior during subsequent forming into the component. R Pc should preferably not be < 40 cm -1 to ensure sufficiently good optical properties even after painting.
Das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt weist eine Zugfestigkeit Rm = 900 MPa - 1500 MPa, eine Dehngrenze Rp02 ≥ 680 MPA und eine Dehnung A80 =7 % - 25 % auf.The flat steel product according to the invention has a tensile strength R m = 900 MPa - 1500 MPa, a yield strength R p02 ≥ 680 MPA and an elongation A 80 = 7% - 25%.
In einer besonderen Ausführungsform mit C ≤ 0,16 % und Si ≤ 1,2 %, bevorzugt C ≤ 0,15 % und Si ≤ 1,2 %, besonders bevorzugt C ≤ 0,15 % und Si ≤ 1,1 % beträgt die Zugfestigkeit Rm < 1000 MPa, bevorzugt Rm ≤ 980 MPa. In dieser besonderen Ausführungsform kann der erfindungsgemäße Stahl insbesondere bevorzugt C ≥ 0,12 %, besonders bevorzugt C ≥ 0,13 % und bevorzugt Si ≥ 0,9 %, besonders bevorzugt Si ≥ 1,05 % aufweisen.In a particular embodiment with C ≤ 0.16% and Si ≤ 1.2%, preferably C ≤ 0.15% and Si ≤ 1.2%, particularly preferably C ≤ 0.15% and Si ≤ 1.1%, the tensile strength R m is < 1000 MPa, preferably R m ≤ 980 MPa. In this particular embodiment, the steel according to the invention can particularly preferably have C ≥ 0.12%, particularly preferably C ≥ 0.13% and preferably Si ≥ 0.9%, particularly preferably Si ≥ 1.05%.
In einer alternativen Ausführungsform mit C > 0,16 und Si > 1,2, bevorzugt C > 0,16 % und Si ≥ 1,25 %, besonders bevorzugt C ≥ 0,18 % und Si ≥ 1,3 %, insbesondere bevorzugt C ≥ 0,20 % und Si ≥ 1,4 %, beträgt die Zugfestigkeit Rm ≥ 1000MPa, bevorzugt Rm ≥ 1080MPa. In dieser besonderen Ausführungsform kann der erfindungsgemäße Stahl insbesondere bevorzugt C ≤ 0,5 %, besonders bevorzugt C ≤ 0,5 % und bevorzugt Si ≤ 1,7 %, besonders bevorzugt Si ≤ 1,5 % aufweisen.In an alternative embodiment with C > 0.16 and Si > 1.2, preferably C > 0.16% and Si ≥ 1.25%, particularly preferably C ≥ 0.18% and Si ≥ 1.3%, particularly preferably C ≥ 0.20% and Si ≥ 1.4%, the tensile strength R m ≥ 1000MPa, preferably R m ≥ 1080MPa. In this particular embodiment, the steel according to the invention can particularly preferably have C ≤ 0.5%, particularly preferably C ≤ 0.5% and preferably Si ≤ 1.7%, particularly preferably Si ≤ 1.5%.
In einer besonderen Ausführungsform weist das Stahlflachprodukt einen Biegewinkel > 80 % und eine Lochaufweitung > 25 % auf.In a special embodiment, the flat steel product has a bending angle > 80% and a hole expansion > 25%.
Das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt weist ein Gefüge bestehend aus ≥ 80 % Bainit und/oder Martensit, wovon mindestens 75 % des Martensits angelassen ist, ≥ 5 % Restaustenit und ≤ 10 % Ferrit auf.The flat steel product according to the invention has a structure consisting of ≥ 80% bainite and/or martensite, of which at least 75% of the martensite is tempered, ≥ 5% residual austenite and ≤ 10% ferrite.
Das vorliegende Gefüge besteht zu 80 % aus Bainit und/oder Martensit. Bevorzugt handelt es sich bei dem Bainit um bainitischen Ferrit. Von dem Martensit werden während des erfindungsgemäßen Verfahrens 75 %, bevorzugt 80 %, besonders bevorzugt 90 % angelassen. Bevorzugt liegen maximal 25 %, besonders bevorzugt 20 %, besonders bevorzugt 10 % des Martensits in dem erfindungsgemäßen Gefüge unangelassen vor.The present microstructure consists of 80% bainite and/or martensite. The bainite is preferably bainitic ferrite. 75%, preferably 80%, particularly preferably 90% of the martensite is tempered during the process according to the invention. Preferably, a maximum of 25%, particularly preferably 20%, particularly preferably 10% of the martensite in the microstructure according to the invention is untempered.
Das Gefüge eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts enthält mindestens 5 % Restaustenit. Restaustenit wirkt sich günstig auf die Umformbarkeit und Dehnung martensithaltiger Stähle aus. Der bis auf Raumtemperatur stabilisierte Austenit kann unter Nutzung des TRIP-Effekts bei gleichzeitig höherer Verfestigung stärker gedehnt werden als andere Gefügebestandteile. Mit der Begrenzung der austenitstabilisierenden Legierungselemente wie C und Mn aus Schweißbarkeitsgründen ist ein Restaustenitanteil größer 20 % mit dem beschriebenen Herstellungsprozess nicht möglich.The microstructure of a flat steel product according to the invention contains at least 5% residual austenite. Residual austenite has a positive effect on the formability and elongation of martensite-containing steels. Austenite stabilized down to room temperature can be elongated to a greater extent than other microstructure components by utilizing the TRIP effect, while simultaneously achieving higher work hardening. Due to the limitation of austenite-stabilizing alloying elements such as C and Mn for weldability reasons, a residual austenite content greater than 20% is not possible with the described manufacturing process.
Das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt weist ein Gefüge auf, dass maximal 10 % Ferrit, bevorzugt 5 %, besonders bevorzugt 3 %, enthält, um die geforderten hohen Festigkeiten zu gewährleisten. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem vorliegenden Ferrit um polygonalen Ferrit.The flat steel product according to the invention has a microstructure containing a maximum of 10% ferrite, preferably 5%, particularly preferably 3%, to ensure the required high strength. In a preferred embodiment, the ferrite present is polygonal ferrite.
In einer besonderen Ausführungsform ist die Beschichtung auf Zinkbasis, insbesondere weist die eine Schichtdicke von mindestens 5 µm und maximal 25 µm auf.In a particular embodiment, the coating is zinc-based, in particular it has a layer thickness of at least 5 µm and a maximum of 25 µm.
In einer besonderen Ausführungsform kann ein Bauteil für den strukturellen Leichtbau im Automobilbau aus einem erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt geformt werden.In a particular embodiment, a component for structural lightweight construction in automotive engineering can be formed from a flat steel product according to the invention.
Im Folgenden wird die Erprobung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Labor beschrieben. Zunächst wurden verschiedene kaltgewalzte Stahlflachprodukte zur Verfügung gestellt, die aus verschiedenen Stählen gemäß Tabelle 1 hergestellt wurden. Die verschiedenen Stahlflachprodukte wurden anschließend mit den Verfahren gemäß Tabelle 2 und 3 erprobt. Die erreichten Stahlflachprodukteigenschaften sind in Tabelle 4 zu sehen. Die Ofeneintrittstemperatur lag in allen Beispielen bei Raumtemperatur.The following describes the laboratory testing of the process according to the invention. First, various cold-rolled flat steel products made from different steels according to Table 1 were provided. The various flat steel products were then tested using the processes shown in Tables 2 and 3. The achieved flat steel product properties are shown in Table 4. The furnace inlet temperature was room temperature in all examples.
Die Überprüfung, ob eine Schicht geschlossen war, wurde anhand von Rasterelektronenuntersuchungen mit einer Spannung von 25 keV an einem Bildausschnitt von 300 µm × 300 µm vorgenommen. Dabei wurde ein Raster von 1 µm × 1 µm auf die Oberfläche gelegt. Alle Rasterfelder, in denen die Bedeckung nicht vollständig war, wurden gezählt und ein Prozentsatz errechnet, wie geschlossen die Schicht war ([Anzahl_Rasterfeld_gesamt- Anzahl_Rasterfeld_nicht bedeckt] / Anzahl_Rasterfeld_gesamt).To determine whether a layer was closed, scanning electron microscopy (SEM) was performed at a voltage of 25 keV on an image section measuring 300 µm × 300 µm. A 1 µm × 1 µm grid was applied to the surface. All grid fields where coverage was not complete were counted, and a percentage of how closed the layer was was calculated ([total number of grid fields - number of grid fields not covered] / total number of grid fields).
Auf die Proben F12 und B2 wurde außerdem während des Verfahrens eine stochastische Oberflächentexturierung während des Dressierschrittes aufgebracht.Furthermore, stochastic surface texturing was applied to samples F12 and B2 during the tempering step.
Bei den Proben D7 und F13 war eine Ofenrolle mit einer Beschichtung mit einer Mikrohärte von 8001 HV0,3 und einer Rauheit von 4 µm beschichtet.For samples D7 and F13, a furnace roller was coated with a coating with a microhardness of 8001 HV0.3 and a roughness of 4 µm.
Die Stahllegierungen B, D-F weisen die erfindungsgemäße Stahlzusammensetzung auf. Die Stahllegierung B wurde unter unterschiedlichen Herstellparametern getestet B2 - B6. Dabei war im Fall B2 die Atmosphäre A2 reduzierend Es konnte zwar eine geschlossene Beschichtungsschicht erreicht werden, allerdings zeigten sich schlechte Haftungsergebnisse mit einem Wert der Klasse 3. Die oberste Kornlage des Stahlflachprodukts lag nicht ferritisiert vor. Überraschenderweise führte eine kontrollierte Einstellung einer oxidierenden Atmosphäre A2 in Beispiel B3 zu deutlich besseren Beschichtungseigenschaften. Diese zeigen in einer geschlossenen Beschichtungsschicht und einer Haftung im Kugelschlagtest nur einen Wert der Klasse 2. Des Weiteren zeigt die Oberfläche eine geringe Rauheit (s. Ra und RPC-Wert). Der Versuch B4 zeigte zwar gute Oberflächeneigenschaften, aber durch eine T4 Temperatur < Ac3 - 30 °C und T4 < T3 kann der Kohlenstoff nicht homogen im Austenitgefüge verteilt werden, was in einem zu niedrigen Anteil angelassenem Martensit resultiert. Im Beispiel B5 wird hingegen das erfindungsgemäße Gefüge erreicht, aber das Beispiel weist schlechte Oberflächeneigenschaften auf, wie die Beschichtungsqualität, die Haftung und die Rauheit. Diese schlechten Oberflächeneigenschaften sind begründet in dem nicht erfindungsgemäßen Taupunkt Tp8. Auch im Verfahren nach Beispiel B6 zeigten sich schlechte Beschichtungseigenschaften und Haftungseigenschaften. Dies ist begründet in einer zu langen Zeit t2, was zu einer erhöhten Oxidationsschicht führt, die sich in den folgenden Schritten nicht ausreichend reduzieren lässt.Steel alloys B and DF have the steel composition according to the invention. Steel alloy B was tested under different manufacturing parameters B2 - B6. In case B2, atmosphere A2 was reducing. Although a continuous coating layer was achieved, poor adhesion results were observed with a Class 3 value. The top grain layer of the flat steel product was not ferritized. Surprisingly, a controlled setting of an oxidizing atmosphere A2 in example B3 led to significantly improved coating properties. These show only a Class 2 value for a continuous coating layer and adhesion in the ball impact test. Furthermore, the surface displays low roughness (see Ra and RPC values). Test B4 did show good surface properties, but due to a T4 temperature < Ac3 - 30 °C and T4 < T3 , the carbon cannot be distributed homogeneously in the austenite structure, resulting in an excessively low proportion of tempered martensite. In Example B5, however, the inventive structure is achieved, but the example exhibits poor surface properties, such as coating quality, adhesion, and roughness. These poor surface properties are due to the non-inventive dew point T p8 . Poor coating and adhesion properties were also observed in the process according to Example B6. This is due to an excessively long time t 2 , which leads to an increased oxidation layer that cannot be sufficiently reduced in the subsequent steps.
Die Beispiele D7, D8, F12 und F13 werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt und weisen guten Oberflächeneigenschaften in Beschichtung, Haftung und Rauheit auf. Außerdem lag die oberste Kornlage des Stahlflachprodukts ferritisiert vor. Dahingegen konnte im Beispiel D9 keine gute Haftung erreicht werden, da die Atmosphäre A2 reduzierend war. Außerdem weist D9 eine nicht erfindungsgemäße Rauheit auf. Im Beispiel D10 hingegen führt der nicht erfindungsgemäße Taupunkt TP8 und die erhöhte T8 Temperatur zur selektiven Oxidation unedler Legierungselemente und schlechte Oberflächeneigenschaften und ein hoher Ferritanteil im Gefüge sind das Ergebnis. Die oberste Kornlage des Stahlflachprodukts lag nicht ferritisiert vor.Examples D7, D8, F12, and F13 were prepared according to the process according to the invention and exhibited good surface properties in terms of coating, adhesion, and roughness. Furthermore, the top grain layer of the flat steel product was ferritized. In contrast, in Example D9, good adhesion could not be achieved because the atmosphere A2 was reducing. Furthermore, D9 exhibits a roughness that does not conform to the invention. In Example D10, however, the dew point T P8 and the elevated T 8 temperature, which are not conform to the invention, lead to the selective oxidation of base alloying elements, resulting in poor surface properties and a high ferrite content in the microstructure. The top grain layer of the flat steel product was not ferritized.
Die Stahllegierungen A und E weisen einen nicht erfindungsgemäßen Siliziumgehalt auf, alle weiteren Verfahrensschritte liegen im erfindungsgemäßen Bereich. Durch den niedrigen Siliziumgehalt bildet sich im Gefüge ein hoher Anteil an Bainit und Karbiden. Dies resultiert in einem niedrigen Restaustenitanteil und einem hohen Anteil angelassenem Martensit. Daher sind die Beispiele A1, E10 und E11 nicht erfindungsgemäß.Steel alloys A and E have a silicon content that is not in accordance with the invention; all further process steps are within the inventive range. Due to the low silicon content, a high proportion of bainite and carbides forms in the microstructure. This results in a low residual austenite content and a high proportion of tempered martensite. Therefore, examples A1, E10, and E11 are not in accordance with the invention.
Die Stahllegierung C weist einen nicht erfindungsgemäßen Kohlenstoffgehalt und Siliziumgehalt auf, da zu viel frischer Martensit gebildet wird. Beide Beispiele C5 und C6 weisen daher einen nicht erfindungsgemäßen Anteil an angelassenem Martensit auf. C6 weist außerdem einen nicht erfindungsgemäßen Ferrit und Restaustenitanteil auf.
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