DE102004025717A1

DE102004025717A1 - High-strength multiphase steel with improved properties

Info

Publication number: DE102004025717A1
Application number: DE200410025717
Authority: DE
Inventors: Johann Ing. Szinyur; Sandra Dr. Traint; Robert Dipl.-Ing. Sierlinger; Sabine Dipl.-Ing. Ritsche
Original assignee: Voestalpine Stahl GmbH; Voestalpine Stahl Linz GmbH
Current assignee: Voestalpine Stahl GmbH; Voestalpine Stahl Linz GmbH
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2024-05-27
Also published as: DE102004025717B4; WO2005116283A1; EP1753888A1; DE102004025717B9

Abstract

Die Erfindung betrifft einen höherfesten Multiphasenstahl, insbesondere Stahl des Trip-Typs, wobei sich das Verhältnis von Phosphor zu Kohlenstoff unterhalb eiens Geradenbereiches befindet, der durch die Formel DOLLAR A y = -k È x + d DOLLAR A gekennzeichnet ist, wobei in der Formel y der Gehalt des Phosphors in Gew.-%, bezogen auf die gesamte Stahlzusammensetzung, k Gew.-%, bezogen auf die gesamte Stahlzusammensetzung, und d der maximal zulässige Phorsphorgehalt ist, wobei k = 0,051, d = 0,0211 ist und wobei der Kohlenstoffgehalt 0,35 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 Gew.-%, nicht übersteigt, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to a high-strength multiphase steel, in particular steel of the trip type, wherein the ratio of phosphorus to carbon below a straight line region, which is characterized by the formula DOLLAR A y = -k È x + d DOLLAR A, wherein in the formula y is the content of phosphorus in% by weight, based on the total steel composition, k% by weight, based on the total steel composition, and d is the maximum permissible phosphorus content, where k = 0.051, d = 0.0211 and the carbon content does not exceed 0.35% by weight, preferably 0.3% by weight, and a process for its production.

Description

Die Erfindung betrifft einen höherfesten Multiphasenstahl mit verbesserten Eigenschaften und insbesondere einen höherfesten Stahlwerkstoff mit einer verbesserten Schweißeignung für die Verwendung als Blech im Automobilbau.The The invention relates to a high-strength Multiphase steel with improved properties and in particular a higher strength Steel material with improved weldability for use as a sheet metal in the automotive industry.

Im Automobilbau bestehen weiterhin Bestrebungen den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu reduzieren. Dies soll neben vielen anderen Maßnahmen auch dadurch erreicht werden, dass bei verbesserter Ausstattung der Fahrzeuge das Fahrzeuggesamtgewicht abgesenkt wird. Bei Gewichtszunahme durch verbesserte Ausstattungen und eine erhöhte Anzahl von Hilfsaggregaten in modernen Fahrzeugen bedeutet dies, dass insbesondere das reine Karosseriegewicht zu Gunsten dieser verbesserten Ausstattung abgesenkt werden soll oder muss. Da die Sicherheitsanforderungen an Kraftfahrzeuge in der vergangenen Zeit jedoch kontinuierlich gestiegen sind, sind Reduzierungen des Karosseriegewichts bei gleicher Sicherheit nur dann möglich, wenn die Gewichtseinsparnis dadurch ausgeglichen wird, dass die Stabilität und Steifigkeit moderner Karosserien gesteigert wird. Dies bedeutet aber auch, dass der Karosseriewerkstoff zumindest in sicherheitsrelevanten Bereichen in der Lage sein muss, erheblich höhere Kräfte sicher aufzunehmen und eine zuverlässige nachvollziehbare Verformung oder Versteifung zu gewährleisten.in the Automotive engineering efforts continue to fuel consumption and reduce emissions. This should be in addition to many others activities also be achieved by that with improved equipment the vehicles the total vehicle weight is lowered. In weight gain through improved equipment and an increased number of auxiliary equipment In modern vehicles, this means that especially the pure Body weight lowered in favor of this improved equipment should or should be. As the safety requirements for motor vehicles in the past time, however, have been rising continuously Reductions in body weight with the same safety only then possible if the weight saving is compensated by the fact that the stability and stiffness of modern bodies is increased. this means but also that the body material at least in safety-relevant Areas must be able to safely absorb and significantly higher forces a reliable traceable To ensure deformation or stiffening.

Um die gegensätzlichen Forderungen verringertes Gewicht einerseits und erhöhte Steifigkeit/Stabilität andererseits zu erfüllen, müssen Werkstoffe höherer Festigkeit eingesetzt werden. Der in der Automobilindustrie am meisten verwendete Karosseriewerkstoff ist nach wie vor Stahl. Nur der Werkstoff Stahl bietet die Möglichkeit relativ kostengünstig mechanische Eigenschaften in weiten Bereichen wiederholgenau einzustellen und (sicher) zu gewährleisten. Um die gestiegenen Anforderungen an die mechanisch-technologischen Eigenschaften erfüllen zu können, werden im Karosseriebau heute sogenannte höherfeste Stähle eingesetzt. Bei vergleichbaren Festigkeitsniveaus werden bei den neuen Stählen beispielsweise höhere Dehnungswerte und damit eine verbesserte Kaltumformbarkeit erreicht. Ferner ist der Bereich der darstellbaren Festigkeiten nach oben erweitert worden, wodurch das Ziel der Gewichtsverringerung durch eine Blechdickenreduzierung erreicht werden kann und gleichzeitig eine Erhöhung der Festigkeit am Bauteil ermöglicht wird. Hierbei ist es jedoch notwendig, die Umform- und Verbindungstechnologie und die Konstruktion an die verbesserten Werkstoffe anzupassen.Around the opposing ones Demands reduced weight on the one hand and increased rigidity / stability on the other hand to fulfill, have to Materials higher Strength be used. The most in the automotive industry used body material is still steel. Only the material steel offers the possibility relatively inexpensive adjust mechanical properties in a wide range of repeatable and (certainly) to ensure. To meet the increased demands on the mechanical-technological Meet properties to be able to Today, so-called higher-strength steels are used in body construction. At comparable strength levels for example, with the new steels higher Dehnungswerte and thus improved cold workability achieved. Furthermore, the range of representable strengths is upwards has been widened, thereby increasing the goal of weight reduction a sheet thickness reduction can be achieved and at the same time an increase allows the strength of the component becomes. However, it is necessary here, the forming and connection technology and adapt the design to the improved materials.

Bei konventionellen höherfesten Stählen können Festigkeitssteigerungen zum Beispiel durch Mischkristallverfestigung, Ausscheidungshärtung und das sogenannte "Bake-Hardening" erzielt werden. Eine weitere Festigkeitssteigerung kann durch sogenannte harte Phasen erzielt werden. Die Festigkeitssteigerung wird hierbei dadurch erzielt, dass harte Phasen neben weichen Phasen in das Gefüge eingebracht werden.at conventional higher strength Steels can increase strength for example, by solid solution hardening, precipitation hardening and the so-called "bake hardening" can be achieved. Another increase in strength can be due to so-called hard phases be achieved. The increase in strength is achieved thereby, that hard phases in addition to soft phases introduced into the structure become.

Bei den sogenannten Dualphasestählen besteht das Gefüge im Wesentlichen aus Ferrit mit einem Martensitanteil bis zu etwa 20 %. Ausgehend von diesen Dualphasestählen wurden kalt- beziehungsweise warmgewalzte sogenannte Restaustenitstählen entwickelt, die in ferritisch/bainitischer Grundmatrix als Beson derheit Restaustenit enthalten. Die Besonderheit bei dieser Stahlsorte ist, dass bei der Umformung der Restaustenit in harten Martensit umgewandelt wird. Diese Restaustenitstähle werden auch als TRIP-Stähle bezeichnet, wobei die Abkürzung TRIP für "Transformation induced plasticity" (durch Umformung induzierte Plastizität) steht. Derartige TRIP-Stähle erreichen Festigkeiten von 600 bis 800 MPa. Oberhalb von 800 MPa gibt es sogenannte Komplexphasenstähle mit sehr feinkörnigen Gefügen, in denen homogen verteilt Bainit, Martensit, angelassener Martensit und Ferrit vorliegen. Höchste Festigkeiten lassen sich mit sogenannten Martensitphasenstählen erreichen.at the so-called dual phase steels the structure exists essentially of ferrite with a martensite up to about 20%. Starting from these dual-phase steels were cold and hot-rolled so-called retained austenitic steels developed in ferritic / bainitic matrix as a special feature retained austenite. The special feature of this Steel grade is that when forming the retained austenite in hard Martensite is converted. These retained austenitic steels are also referred to as TRIP steels, where the abbreviation TRIP for "transformation induced plasticity "(by Deformation induced plasticity) stands. Such TRIP steels reach strengths of 600 to 800 MPa. Above 800 MPa There are so-called complex phase steels with very fine-grained structures, in homogeneously distributed bainite, martensite, tempered martensite and ferrite. Highest Strengths can be achieved with so-called martensite phase steels.

Multiphasenstähle sind beispielsweise aus der WO 03/010351 A1 bekannt, wobei der dort vorgestellte Multiphasenstahl einen Kohlenstoffgehalt von 0,03 bis 0,15 %, einen Phosphorgehalt von nicht mehr als 0,010 %, einen Schwefelanteil von nicht mehr als 0,003 % und Si und/oder Al in einer Gesamtmenge von 0,5 bis 4 % aufweist. Mn, Ni, Cr, Mo und Cu sind in einer Gesamtmenge von 0,4 bis 4 % enthalten, der Rest besteht aus Eisen und unvermeidlichen Verunreinigungen. Die Mikrostruktur in einem Querschliff des Stahlbandes ist aus Restaustenit und Martensit mit Mengen von etwa 3 bis 30 % zusammengesetzt. Der Rest besteht aus Ferrit und/oder Bainit, wobei die maximale Länge der Kristallkörner in der Mikrostruktur nicht größer als 10 μm ist und die Anzahl von Einschlüssen mit 20 μm oder größer in einem Schnitt des Stahlbandes nicht größer ist als 0,3 Stücke pro Quadratmillimeter.Multiphase steels are for example, from WO 03/010351 A1, where the presented there Multi-phase steel has a carbon content of 0.03 to 0.15%, one Phosphorus content of not more than 0.010%, a sulfur content of not more than 0.003% and Si and / or Al in a total amount from 0.5 to 4%. Mn, Ni, Cr, Mo and Cu are in total from 0.4 to 4%, the remainder being iron and unavoidable Impurities. The microstructure in a cross section of the steel strip is made of retained austenite and martensite in amounts of about 3 to 30 % composed. The rest is ferrite and / or bainite, being the maximum length the crystal grains not larger than in the microstructure 10 μm and the number of inclusions with 20 μm or bigger in one Section of the steel strip is not larger as 0.3 pieces per square millimeter.

Aus der EP 1 170 391 A1 ist ein höherfester Stahl vom TRIP-Typ bekannt, der eine verbesserte Verarbeitbarkeit haben soll, wobei 0,03 bis 2 Gew.-% Stickstoff vorhanden sind und die Gehalte von Silizium und Aluminium, welche Nitride bilden sollen vorzugsweise auf jeweils nicht mehr als 0,5 Gew.-% beziehungsweise 0,3 Gew.-% eingestellt sind und zusätzlich Calcium, Nat rium und Magnesium etc. optional zugesetzt werden, um die Bildung von Eisennitrid zu steuern, wobei der Volumenanteil der Restaustenitphase in der Metallstruktur auf 3 bis 20 Gew.-% eingestellt ist.From the EP 1 170 391 A1 a TRIP-type high-strength steel is known which is said to have improved processability, with 0.03 to 2% by weight of nitrogen present, and the contents of silicon and aluminum which are to form nitrides are preferably not more than 0, respectively 5 wt .-% and 0.3 wt .-% are set and in addition calcium, sodium and magnesium, etc. optionally added to control the formation of iron nitride, wherein the volume fraction of Restaustenitphase in the metal structure to 3 to 20 wt .-% is set.

Die Firma United States Steel vergleicht auf Ihrer Internetrepräsentanz TRIP-Stähle mit Dualphasenstählen und führt dabei auf, dass TRIP-Stähle im Vergleich mit anderen modernen höherfesten Stählen eine bessere Formbarkeit in einem gegebenen Festigkeitsbereich haben. Diese verbesserte Formbarkeit stamme aus der Umwandlung von Restaustenit in Martensit während der plastischen Deformation. Aufgrund dieser verbesserten Formbarkeit könnten TRIP-Stähle verwendet werden, um komplexere Bauteile als mit anderen höherfesten Stählen herzustellen. Dadurch stehen dem Kraftfahrzeugingenieur größere Freiheiten in der Konstruktion von Teilen zur Verfügung, um das Gewicht und die strukturelle Leistung zu optimieren. In einem Vergleich mit den Dualphasestählen wird jedoch auch darauf hingewiesen, dass die schweißtechnische Verarbeitung schwieriger ist als bei den Dualphasestählen.The United States Steel Company compares on its Internet Representative TRIP steels with dual-phase steels and leads in doing so, that TRIP steels in comparison with other modern high-strength steels one have better formability in a given strength range. This improved formability is due to the transformation of retained austenite in martensite during the plastic deformation. Because of this improved formability could use TRIP steels to produce more complex components than other high-strength steels. As a result, the motor vehicle engineer greater freedom in the construction of parts available, to optimize weight and structural performance. In one Comparison with the dual phase steels However, it is also noted that the welding Processing is more difficult than with dual-phase steels.

Restaustenitstähle beziehungsweise TRIP-Stähle sind insbesondere für Strukturteile von Kraftfahrzeugen mit besonders hohen Anforderungen an das Energieaufnahmevermögen, wie z.B. Säulen, Längs- und Querträgern, geeignet. TRIP-Stähle weisen ein sehr hohes Energieaufnahmevermögen auf, wobei die Bauteile aus diesen Stählen ein homogenes sicheres und reproduzierbares Verformungsverhalten zeigen. TRIP-Stahl eignet sich also für die beschriebenen Anwendungen im Automobilbereich in hervorragender Weise. In der Automobilindustrie besteht somit ein erheblicher Bedarf nach der Verwendung von TRIP-Stählen.Restaustenitstähle or TRIP steels are especially for Structural parts of motor vehicles with particularly high requirements to the energy absorption capacity, such as. Columns, Along- and crossbeams, suitable. TRIP steels have a very high energy absorption capacity, the components from these steels a homogeneous safe and reproducible deformation behavior demonstrate. TRIP steel is therefore suitable for the applications described in the automotive sector in an excellent way. In the automotive industry There is thus a considerable need for the use of TRIP steels.

Um in TRIP-Stählen den Restaustenit bei Raumtemperatur zu stabilisieren, wird eine spezielle zweistufige Wärmebehandlung in Kombination mit Legierungselementen, die die Karbidausscheidung behindern beziehungsweise verzögern, angewendet. Die Stabilisierung des Restaustenits erfolgt durch eine Anreicherung des Austenits mit Kohlenstoff, die Karbidbildung wird durch Legierungselemente wie zum Beispiel Silizium oder Aluminium unterdrückt. Das Gefüge niedriglegierter TRIP-Stähle nach der Wärmebehandlung besteht aus Ferrit, Bainit und Restaustenit mit eventuell geringen Mengen an Martensit.Around in TRIP steels stabilizing the retained austenite at room temperature becomes special two-stage heat treatment in combination with alloying elements that impede carbide precipitation or delay, applied. The stabilization of the retained austenite is carried out by a Enrichment of austenite with carbon that becomes carbide by alloying elements such as silicon or aluminum suppressed. The structure low-alloy TRIP steels after the heat treatment consists of ferrite, bainite and retained austenite with possibly small Amounts of martensite.

Das Fügen der höherfesten Stähle kann grundsätzlich mit allen Verfahren, die auch bei der Verarbeitung weicher Stahlsorten angewendet werden, erfolgen. Die Fügeparameter müssen jedoch entsprechend an die jeweiligen Werkstoffe angepasst werden. Hierbei hat sich gezeigt, dass beim Widerstandspunktschweißen gewisse geforderte Eigenschaften der Schweißverbindung bei TRIP-Stählen nicht mit der geforderten Reproduzierbarkeit realisierbar sind.The Add the high strength steels can basically with all procedures, which also apply to the processing of soft steel grades be applied. However, the joining parameters must be correspondingly adapted to the respective materials. This has happened demonstrated that resistive spot welding has certain required properties the welded joint for TRIP steels can not be realized with the required reproducibility.

Das Widerstandspunktschweißen ist immer noch das am häufigsten angewandte Fügeverfahren in der Automobilindustrie. Entsprechend verlangt die Automobilindustrie, dass die zur Verfügung gestellten Werkstoffe für das Widerstandspunktschweißen geeignet sein müssen. Zudem müssen mit dem Widerstandspunktschweißen Bauteile herstellbar sein, deren Eigenschaften von Bauteil zu Bauteil gleich sind, so dass das Verformungs- und Energieaufnahmeverhalten des Bauteils von Fahrzeug zu Fahrzeug immer gleich und reproduzierbar ist.The Resistance spot welding is still the most common applied joining methods in the automotive industry. Accordingly, the automotive industry demands that the available provided materials for the resistance spot welding must be suitable. In addition, must with resistance spot welding Be produced components whose properties from component to component are the same, so that the deformation and energy absorption behavior of the component from vehicle to vehicle always the same and reproducible is.

Beim Widerstandspunktschweißen wird die in die zu fügende Teile eingebrachte Energie durch den elektrischen Widerstand des gesamten Systems in Wärme umgewandelt. Die zwischen den Fügeteilen entstehende Schweißlinse hängt also hauptsächlich von den Faktoren Schweißstrom, Schweißzeit und den für die Wärmeentwicklung maßgeblichen elektrischen Widerständen ab. Der Ge samtwiderstand des Systems setzt sich dabei aus verschiedenen Einzelwiderständen (Elektrodenwiderstände, Übergangswiderstände zwischen Elektrode und Werkstoff beziehungsweise zwischen Werkstoff und Werkstoff, Werkstoffwiderstände) zusammen.At the Resistance spot welding will be in the to be joined Parts introduced energy through the electrical resistance of the entire system in heat transformed. The between the parts to be joined resulting weld nugget hangs so mainly from the factors welding current, Welding time and the for the heat development authoritative electrical resistors from. The total resistance of the system is made up of different ones individual resistors (Electrode resistances, contact resistance between Electrode and material or between material and material, Material resistors) together.

Die Eignung eines Werkstoffes für das Widerstandspunktschweißen ist durch die Begriffe

– Schweißbereich,
– Elektrodenstandmenge und
– Bruchverhalten definiert.

The suitability of a material for the resistance spot welding is by the terms

- welding area,
- Electrode level and
- Breakage behavior defined.

Als maßgebliche werkstoffseitige Einflussfaktoren beim Widerstandsschweißen sind dessen chemische Zusammensetzung, physikalische und metallurgische Eigenschaften sowie seine Oberflächenbeschaffenheit zu nennen.When authoritative Material-side influencing factors in resistance welding are its chemical composition, physical and metallurgical Properties as well as its surface texture to call.

Der Schweißbereich eines Werkstoffs ist jener Strombereich, der die Herstellung von Schweißpunkten ausreichender Tragfähigkeit gewährleistet. Die Untergrenze dieses Bereichs ist durch die Festlegung eines Mindestpunktdurchmessers, die obere Grenze durch das Auftreten von Grenzflächenspritzern zwischen den Blechen definiert. Der Schweißbereich kann entweder bei konstanter Schweißzeit oder bei konstanter Elektrodenkraft ermittelt werden. Die Bestimmung der einzelnen Schweißpunktdurchmesser erfolgt z.B. durch Aufmeißeln und Vermessen der Schweißpunkte im sogenannten Meißeltest. Um hohe Prozesssicherheit zu gewährleisten soll der Schweißbereich möglichst breit und in seiner Lage reproduzierbar sein. Bei gegebenen Schweißbedingungen werden Lage und Breite des Schweißbereichs vor allem von der Stahlgüte und Beschichtungsart bestimmt. Als Elektrodenstandmenge wird die Anzahl von Schweißpunkten bezeichnet, die mit einem Elektrodenpaar geschweißt werden können. Gerade bei beschichteten Blechen ist aufgrund einer er höhten Anlegierungsneigung der Elektroden eine Verkürzung der Elektrodenstandmenge (Lebensdauer) zu beobachten.The weld area of a material is the current range that ensures the production of welding points of sufficient bearing capacity. The lower limit of this range is defined by the definition of a minimum point diameter, the upper limit by the occurrence of surface splashes between the sheets. The welding area can be determined either with a constant welding time or with a constant electrode force. The determination of the individual spot weld diameter is carried out, for example, by chiselling and measuring the spot welds in the so-called chisel test. To ensure high process reliability, the welding area should be as wide as possible and reproducible in its position. For given welding conditions, the position and width of the weld area are determined primarily by the steel grade and type of coating. Electrode level is the number of welds that can be welded to a pair of electrodes. Especially with coated sheets is due to a he heightened tendency to alloy the electrodes a Shortening of the electrode lifetime (lifetime) to observe.

Für die Beurteilung der Gebrauchseigenschaften einer Punktschweißverbindung werden hauptsächlich zerstörende Prüfverfahren herangezogen. In statischen Scher- und Kopfzugversuchen werden jene Kräfte ermittelt, die zum Trennen der geschweißten Verbindung benötigt werden. Dynamische Eigenschaften von Punktschweißverbindungen werden an Schnellzerreiß- oder Crashproben ermittelt, für die Beschreibung der zyklischen Eigenschaften (Betriebs-, Dauerfestigkeit) werden Wöhlerschaubilder herangezogen. In allen Fällen wird die Beurteilung der Eigenschaften durch entsprechende metallographische Untersuchungen und Härtemessungen ergänzt.For the assessment The performance characteristics of a spot weld joint become primarily destructive test methods used. In static shear and head tensile tests are those personnel determined, which are needed to separate the welded connection. Dynamic properties of spot welds are applied to high speed tear or Crash samples determined, for the description of the cyclical properties (operational and fatigue strength) become Wöhlerschaubilder used. In all cases will assess the properties by appropriate metallographic Examinations and hardness measurements added.

Der Durchmesser der Schweißlinse gilt als Maß für die Tragfähigkeit der geschweißten Verbindung. Als zusätzliches Kriterium wird neben der Bestimmung von Punktdurchmesser, sowie von Scher- und Kopfzugkräften das Bruchverhalten (Punktaussehen nach der zerstörenden Prüfung) des geschweißten Punktes dokumentiert. Es kann zwischen Ausknöpf-, Misch- und Scherbruch unterschieden werden (5–7).The diameter of the weld nugget is a measure of the load bearing capacity of the welded joint. As an additional criterion, in addition to the determination of point diameter as well as shear and head tensile forces, the fracture behavior (point appearance after the destructive test) of the welded point is documented. It can be differentiated between button-off, mixed and shear break ( 5 - 7 ).

Mit zunehmender Festigkeit des Stahles treten abhängig von der Belastung auch innerhalb des Schweißbereichs vermehrt Misch- und Scherbrüche auf.With increasing strength of the steel also occur depending on the load within the welding area increasingly mixed and Shears breaking up.

Die Abschätzung des Bruchverhaltens kann über sogenannte Kohlenstoffäquivalente durchgeführt werden, in denen das Aufhärtungspotenzial des Werkstoffes in Abhängigkeit gewichteter Legierungselemente dargestellt wird. Das Kohlenstoffäquivalent kann nach verschiedenen Formeln berechnet werden. Als Beispiel sei das (am weitesten verbreitete) Kohlenstoffäquivalent des International Institute of Welding (IIW) nachstehend aufgeführt: CEIIW = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 The estimation of the fracture behavior can be carried out via so-called carbon equivalents, in which the hardening potential of the material is represented as a function of weighted alloying elements. The carbon equivalent can be calculated according to various formulas. As an example, the (most widely used) carbon equivalent of the International Institute of Welding (IIW) is listed below: CE IIW = C + Mn / 6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Ni + Cu) / 15

Das für die Analyse eines TRIP-Stahls berechnete Kohlenstoffäquivalent führt in Verbindung mit hohen Abkühlgeschwindigkeiten beim Punktschweißen zu bestimmten Härten in Schweißgut und Wärmeeinflusszone.The for the Analysis of a TRIP steel calculated carbon equivalent leads in conjunction with high cooling rates during spot welding to certain hardships in weld metal and heat affected zone.

Untersuchungen an verschiedenen TRIP-Stählen haben gezeigt, dass bei gleichem Kohlenstoffäquivalent und bei gleicher Härte bei Kopfzugbeanspruchung alle genannten Brucharten auftreten.investigations on different TRIP steels have shown that at the same carbon equivalent and at the same Hardness at Tensile stress all mentioned break types occur.

Im Sinne der Reproduzierbarkeit ist dieses Verhalten nicht erwünscht. Misch- oder Scherbrüche führen dazu, dass ein gefügtes Bauteil beim Auftreten von dynamischen Belastungen (Crash) aufgrund von Scherbrüchen (in der Fügeebene) getrennt wird. Das Bauteil zerfällt im Extremfall somit in seine Bestandteile oder klafft zumindest über weite Bereiche des Fügeflanschs auseinander. Ein derartiges Werkstoffverhalten wird von der Automobilindustrie nicht akzeptiert, da die Bauteile eines Kraftfahrzeuges im Crashfall unbedingt zusammenhalten müssen, um eine Verformung zwischen den Fügestellen (Falten) zu ermöglichen. Weiter sollen auch die Fügepunkte zur Energieumwandlung einer Aufprallenergie beitragen.in the In the sense of reproducibility, this behavior is not desirable. mixing or shears cause that a joined Component in the occurrence of dynamic loads (crash) due to shear fracture (in the joining plane) is disconnected. The component disintegrates in extreme cases, therefore, in its components or gap at least over a long distance Areas of the joining flange apart. Such material behavior is used by the automotive industry not accepted because the components of a motor vehicle in the event of a crash necessarily have to stick together to allow deformation between the joints (wrinkles). Next are also the joining points for Energy conversion of an impact energy contribute.

Eine optimale Energieumwandlung ist nur dann gewährleistet, wenn die Bauteile nicht in ihre einzelnen Bestandteile getrennt werden, da auch die Verformungsberechnungen für das Fahrzeug auf dieser Basis erfolgen. Die Automobilindustrie fordert somit, dass ausschließlich Ausknöpfbrüche auftreten dürfen.A optimum energy conversion is only guaranteed if the components are not separated into their individual components, as well as the deformation calculations for the Vehicle made on this basis. The automotive industry demands thus, that exclusively Ausknöpfbrüche may occur.

Wie bereits ausgeführt lassen sich derartige Ausknöpfbrüche jedoch mit TRIP-Stählen nicht reproduzierbar erreichen. Vielmehr muss damit gerechnet werden, dass alle Brucharten nebeneinander stattfinden können.As already executed However, such Ausknöpfbrüche can be with TRIP steels not reach reproducible. Rather, it must be expected, that all break types can take place side by side.

Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften von TRIP-Stahl konnten somit im Automobilbereich noch nicht effizient umgesetzt werden.The excellent mechanical properties of TRIP steel thus not yet being implemented efficiently in the automotive sector.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen höherfesten Multiphasenstahl mit verbesserten Eigenschaften und insbesondere einen TRIP-Stahl derart zu schaffen, dass das Bruchverhalten der Schweißpunkte ein vorhersagbares und reproduzierbares Verhalten zeigt, welches eine optimale Energieumwandlung und -absorption der Bauteile ermöglicht.task The invention is a higher strength Multiphase steel with improved properties and in particular To create a TRIP steel such that the fracture behavior of welds shows a predictable and reproducible behavior which enables optimal energy conversion and absorption of the components.

Die Erfindung wird mit einem höherfesten Multiphasenstahl mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The Invention is with a higher strength multi-phase steel solved with the features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.advantageous Further education are in dependent claims characterized.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass das Bruchverhalten im Bereich der Verschweißung vom Phosphorgehalt des Stahles abhängt, wobei vorhersagbare und jederzeit reproduzierbare Ergebnisse bezüglich des Bruchverhaltens nur dann erzielt werden, wenn innerhalb eines bestimmten Bereichs ein erfindungsgemäß festgelegtes Kohlenstoff- zu -Phosphor-Verhältnis eingehalten wird.According to the invention was found that the fracture behavior in the field of welding of Phosphorus content of the steel depends whereby predictable and always reproducible results regarding the Fracture behavior can only be achieved if within a certain Area a set according to the invention Carbon to phosphorus ratio is complied with.

Erfindungsgemäß darf der Phosphorgehalt nicht über 0,016 Gew.-% liegen, wobei bei einem Phosphorgehalt von 0,016 Gew.-% der Kohlenstoffgehalt nicht größer als 0,1 Gew.-% sein darf. Mit steigenden Kohlenstoffgehalten bis max. 0,35 Gew.-%, vor zugsweise bis 0,3 Gew.-% muss der Phosphorgehalt abgesenkt werden und darf bei 0,26 Gew.-% Kohlenstoff beispielsweise noch höchstens 0,008 Gew.-% betragen.According to the invention, the phosphorus content must not exceed 0.016 wt .-%, wherein at a phosphorus content of 0.016 wt .-% of the carbon content may not be greater than 0.1 wt .-% may be. With increasing carbon contents up to max. 0.35 wt .-%, preferably up to 0.3 wt .-%, the phosphorus content must be lowered and may at 0.26 wt .-% carbon, for example, still be at most 0.008 wt .-%.

Das Verhältnis des Phosphors zum Kohlenstoff muss sich dabei unterhalb eines Geradenbereiches befinden, der durch die Formel y = –k·x + dgekennzeichnet ist. In der Formel ist y der Gehalt des Phosphors in M-% bezogen auf die gesamte Stahlzusammensetzung, k die Steigung der Geraden, x der Anteil des Kohlenstoffs in M-% bezogen auf die gesamte Stahlzusammensetzung und d der maximal zulässige Phosphorgehalt.The ratio of the phosphorus to carbon must be below a straight line region, which is defined by the formula y = -k x + d is marked. In the formula, y is the content of phosphorus in M% based on the total steel composition, k is the slope of the line, x is the proportion of carbon in M% based on the total steel composition, and d is the maximum allowable phosphorus content.

Nach der Erfindung ergeben sich die nachfolgenden formelmäßigen Zusammenhänge: y = –0,051·x + 0,0211bzw. P[%] = –0,051·C[%] + 0,0211 According to the invention, the following formulaic relationships result: y = -0.051 x + 0.0211 respectively. P [%] = -0.051 * C [%] + 0.0211

Hat der Stahl ein Phosphor/Kohlenstoffverhältnis unterhalb dieses Geradenbereichs werden in den entsprechenden Versuchen und bei den entsprechend belasteten Bauteilen lediglich Ausknöpfbrüche auftreten, so dass eine Trennung der Proben beziehungsweise eine Trennung der Bauteile entlang eines punktgeschweißten Flansches (3, 4) nicht stattfinden wird.If the steel has a phosphorus / carbon ratio below this straight line region, only breakaway breaks will occur in the corresponding tests and with the correspondingly loaded components, so that a separation of the samples or a separation of the components along a point-welded flange (FIG. 3 . 4 ) will not take place.

Die Erfindung wird anhand von einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen dabei:The The invention will be explained by way of example with reference to a drawing. It show:

1: einen Crash-Träger zur Ermittlung der Bruchbilder; 1 : a crash carrier for determining the fracture images;

2: einen weiteren Crash-Träger zur Ermittlung der Hochbilder; 2 : another crash carrier for determining the images;

3: einen gewünschten Ausknöpfbruch an einem Crashträger; 3 a desired button break on a crash carrier;

4: nicht erfindungsgemäße Scherbrüche an einem Crash-Träger; 4 not according to the invention shearing fractures on a crash carrier;

5: einen Ausköpfbruch; 5 : a break in the hatching;

6: einen Mischbruch; 6 : a mixed break;

7: einen Scherbruch; 7 : a shear break;

8: eine erfindungsgemäß gewünschte Verformung eines Crash-Trägers nach 1; 8th a desired according to the invention deformation of a crash carrier after 1 ;

9: ein Diagramm zeigend die erfindungsgemäßen Zusammenhänge zwischen Phosphor- und Kohlenstoffgehalt und der erzielbaren Bruchbilder. 9 : a diagram showing the relationships according to the invention between phosphorus and carbon content and the achievable fracture patterns.

Die Erfindung wird anhand von Beispielen näher erläutert.The The invention will be explained in more detail by means of examples.

Zur Erzeugung von Blechen wird eine Schmelze im LD-Verfahren verblasen. Anschließend finden sekundärmetallurgische Maßnahmen statt, wobei die Schmelze anschließend im kontinuierlichen Strangguss zu Brammen vergossen wird. Die Brammen werden in einem Stoßofen wieder aufgeheizt, warmgewalzt und anschließend gebeizt und kaltgewalzt. Nach dem Walzen werden die Bleche einer Glühbehandlung in einer Conti-Glühanlage mit anschließen der elektrolytischer Verzinkung oder Glühbehandlung und Verzinkung in Feuerverzinkungsanlagen durchgeführt.to Production of sheets will melt a melt in the LD process. Then find secondary metallurgical activities instead, the melt subsequently in continuous continuous casting is shed to slabs. The slabs are restored in a blast furnace heated, hot rolled and then pickled and cold rolled. After rolling, the sheets are subjected to an annealing treatment in a Conti annealing plant with following electrolytic galvanizing or annealing and galvanizing performed in hot-dip galvanizing plants.

Die verwendeten Bleche hatten eine Zusammensetzung in Gew.-% von:
C: 0,10 bis 0,35
Al + Si: ≤ 2,5
Mn: ≤ 2,5
Cr + Mo ≤ 0,6
Nb + Ti ≥ 0,2
V ≤ 0,2The sheets used had a composition in wt .-% of:
C: 0.10 to 0.35
Al + Si: ≤ 2.5
Mn: ≤ 2.5
Cr + Mo ≤ 0.6
Nb + Ti ≥ 0.2
V ≤ 0.2

Rest Fe und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.rest Fe and smelting contaminants.

Die Phosphorgehalte wurden entsprechend dem Diagramm gemäß 9 eingestellt.The phosphorus contents were determined according to the diagram according to 9 set.

Aus den entsprechenden Blechen wurden Achteck- und Doppelhutprofil-Crash-Träger gefertigt. Die achteckigen Crash-Träger wurden aus zwei Halbschalen gefertigt, wobei die Halbschalen an einer Abkantpresse durch Gesenkbiegen gefertigt werden. Die Geometrie ist in 1 dargestellt.Octagonal and double-hat profile crash beams were produced from the corresponding sheets. The octagonal crash beams were made from two half-shells, whereby the half-shells are manufactured on a press brake by die bending. The geometry is in 1 shown.

Die Halbschalen für das Doppelhutprofil werden durch Tiefziehen an einer doppelwirkenden Ziehpresse gefertigt. Die Geometrie ist in 2 ersichtlich.The half-shells for the double-hat profile are manufactured by deep-drawing on a double-acting drawing press. The geometry is in 2 seen.

Die Länge der Flügelflansche für beide Trägergeometrien liegt bei 15 mm. Die Trägerhalbschalen werden an einer stationären 50-Hz-Punkt-Schweißmaschine gefügt. Der Punktabstand beträgt 30 mm der Schweißstrom liegt 200 A unter der am ebenen Blech ermittelten Spritzergrenze für die jeweilige Verbindung.The Length of Flügelflansche for both carrier geometries is 15 mm. The carrier half shells be used on a stationary 50 Hz spot welding machine together. The dot pitch is 30 mm of welding current is 200 A below the squirting limit determined on the flat plate for the respective connection.

Die verwendeten Elektroden hatten die Spezifikation F16 und einen Durchmesser von 5,5 mm, wobei der Elektrodenwerkstoff Cu (Cr, Zr) war. Die Elektrodenkraft wurde an die Festigkeit, Blechdicke und Oberflächenbeschichtung angepasst. Es wurde eine Vorpresszeit von 20 Perioden bei einer Schweißzeit von einer Periode pro 0,1 mm Blechdicke eingehalten und eine Nachpresszeit von 10 Perioden vorgenommen. Bei den Doppelhutprofilen werden die Stirnflächen nach dem Fügen bearbeitet.The electrodes used had the Spe cification F16 and a diameter of 5.5 mm, wherein the electrode material was Cu (Cr, Zr). The electrode force was adapted to the strength, sheet thickness and surface coating. A pre-press time of 20 periods with a welding time of one period per 0.1 mm sheet thickness was maintained and a repressing time of 10 periods was carried out. In the double-hat profiles, the faces are machined after joining.

Die so erhaltenen Crash-Träger wurden an einem Fallwerk mit einer Masse des Fallgewichts von 127 kg geprüft. Die Prüfgeschwindigkeit beträgt für das Achteck 56 km/h für die Doppelhutprofile 45 km/h. Der Prüfkörper wird ohne Fixierung freistehend geprüft. Die während der Deformation des Prüfkörpers auftretenden Kräfte werden über eine halbkugelförmige Kalotte in eine Druckmessdose eingeleitet. Die Signale werden über ein Messverstärker in einem Transientenrecorder abgelegt. Die Messdaten Weg, Kraft und Zeit werden zur weiteren Auswertung und graphischer Darstellung auf einen PC gespeichert.The thus obtained crash carrier were placed on a drop ship with a mass of the hang weight of 127 kg tested. The test speed is for the Octagon 56 km / h for the double hat profiles 45 km / h. The specimen is tested freestanding without fixation. The while the deformation of the specimen occurring personnel be over a hemispherical one Calotte introduced into a pressure cell. The signals are over measuring amplifiers stored in a transient recorder. The measurement data way, force and time will be for further evaluation and graphing stored on a PC.

Die Auswertung erfolgt bei den Proben hinsichtlich folgender Kriterien als Mittelwert von 3 Messungen:

1. Deformation Die Deformation wird durch Ausmessen der verbleibenden Probenhöhe ermittelt.
2. Maximalkraft Die beim Aufprall auftretende Maximalkraft wird über Kraft-Zeit-Verläufe ausgewertet.
3. Mittlere Deformationskraft Die mittlere Deformationskraft entspricht der deformationslängenbezogene Energieaufnahme der Probe.
4. Massenspezifische Energieaufnahme der deformierten Probenteile
5. Energieabbauzeit unter Berücksichtigung der Masse des Fallgewichtes
6. Beurteilung der Fügeverbindung

The evaluation of the samples is based on the following criteria as the mean value of 3 measurements:

1. Deformation Deformation is determined by measuring the remaining sample height.
2. Maximum force The maximum force occurring on impact is evaluated using force-time profiles.
3. Mean deformation force The mean deformation force corresponds to the deformation length-related energy absorption of the sample.
4. Mass-specific energy absorption of the deformed sample parts
5. Energy reduction time taking into account the mass of the fall weight
6. Assessment of the joint connection

Anzahl der Schweißpunkte, die durch Ausköpfbruch (5) oder Scherbruch (7) versagen.Number of welds caused by break-out ( 5 ) or shear fracture ( 7 ) to fail.

Für die verschiedenen Phosphorgehalte wurden abhängig vom jeweiligen Kohlenstoffgehalt die Prüfungen durchgeführt, wobei im Diagramm (9) für die Proben eingetragen wurde, welche Bruchart auftritt. Man erkennt, dass oberhalb der erfindungsgemäß definierten Gerade mit der Gleichung y = –0,051·x + 0,0211ausschließlich Misch- und Scherbrüche auftraten. Oberhalb dieser Graden konnte festgestellt werden, dass durch die auftretenden Scherbrüche üblicherweise die Crash-Träger getrennt wurde bzw. aufklafften. Da dieses Verhalten unerwünscht und nicht toleriert wird, wurden derartige Proben als Ausfall gewertet.Depending on the respective carbon content, the tests were carried out for the different phosphorus contents. 9 ) was entered for the samples, which type of breakage occurs. It can be seen that above the straight line defined according to the invention with the equation y = -0.051 x + 0.0211 only mixed and shear fractures occurred. Above these levels, it was found that the crash beams were usually separated or opened up due to the occurring shear fractures. Since this behavior is undesirable and not tolerated, such samples were considered as failure.

Unterhalb der soeben genannten Geraden traten ausschließlich Ausknöpfbrüche auf, so dass die Träger weder aufklafften noch sich teilbereichsweise trennten. Dieses Verhalten ist er wünscht, so dass derartige Ereignisse als Nicht-Ausfall gewertet wurden.Below The just-mentioned straights occurred exclusively Ausknöpfbrüche, so that the carrier neither opened up still part way separated. This behavior is he wishes so that such events were considered non-failure.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass es durch die erfindungsgemäße Steuerung des Phosphorgehalts zum Kohlenstoffgehalt gelingt, jederzeit reproduzierbar das Bruchverhalten eines höherfesten Mehrphasenstahls im Bereich der Schweißpunkte zu erreichen, so dass es mit der Erfindung gelingt, einen Werkstoff so einzustellen, dass er nach der Verarbeitung den Anforderungen genügt.In summary can be said that it is through the inventive control the phosphorus content to the carbon content succeeds reproducible at any time the breaking behavior of a higher strength To achieve multi-phase steels in the area of welds, so that it is possible with the invention to adjust a material so that he after processing meets the requirements.

Bei der Erfindung ist somit von Vorteil, dass es erstmals gelingt, einen höherfesten Multiphasenstahl und insbesondere einen TRIP-Stahl zur Verfügung zu stellen, der im Karosseriebau mit reproduzierbaren Ergebnissen bzgl. seines Crash-Verhaltens anwendbar ist.at The invention is thus advantageous in that it succeeds for the first time high strength Multi-phase steel and in particular a TRIP steel available in the body shop with reproducible results regarding. his crash behavior is applicable.

Claims

High-strength multiphase steel, in particular steel of the TRIP type, wherein the ratio of phosphorus to carbon is below a straight line region represented by the formula y = -k x + d in the formula y, the content of the phosphorus in wt .-% based on the total steel composition, k is the slope of the line, x the proportion of carbon in wt .-% based on the total steel composition and d the maximum permissible phosphorus content where k = 0.051, d = 0.0211 and wherein the carbon content does not exceed 0.35 wt%, preferably 0.3 wt%.

Multiphase steel according to claim 1, characterized in that that the steel at least the subsequent alloying elements in the specified ranges in% by weight, based on the total material, has: C = 0.10 to 0.35 Al + Si ≤ 2.5 Mn ≤ 2.5 Cr + Mo ≤ 0.6 Nb + Ti ≤ 0.2 V ≤ 0.2 and the phosphorus content is equal to or less than the content that is from the given formula.

Use of a high-strength multiphase steel according to claim 1 and / or 2 for the production of structural components in the body shop.

A process for producing a high-strength multiphase steel, in particular TRIP-type steel, characterized in that the ratio of phosphorus to carbon is adjusted so that the ratio is below a straight line region represented by the formula y = -k x + d in the formula y, the content of the phosphorus in wt .-% based on the total steel composition, k is the slope of the line, x the proportion of carbon in wt .-% based on the total steel composition and d the maximum permissible phosphorus content where k = 0.051, d = 0.0211 and wherein the carbon content does not exceed 0.35 wt%, preferably 0.3 wt%.