DE102004025717B9

DE102004025717B9 - High-strength multiphase steel with improved properties

Info

Publication number: DE102004025717B9
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
Current assignee: Voestalpine Stahl GmbH
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2011-05-26
Anticipated expiration: 2024-05-27
Also published as: EP1753888A1; DE102004025717B4; WO2005116283A1; DE102004025717A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines kaltgewalzten Multiphasenstahls mit einem eingestellten Bruchverhalten der Schweißpunkte im punktgeschweißten Verbindungsbereich, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzielen von ausschließlich Ausknöpfbrüchen das Verhältnis des Phosphors zum Kohlenstoff so eingestellt wird, dass sich das Verhältnis unterhalb eines Geradenbereichs befindet, der durch die Formel y = –k·x + d gekennzeichnet ist, wobei in der Formel y der Gehalt des Phosphors in Gew.-% bezogen auf die gesamte Stahlzusammensetzung, k die Steigung der Geraden, x der Anteil des Kohlenstoffes in Gew.-% bezogen auf die gesamte Stahlzusammensetzung und d der maximal zulässige Phosphorgehalt ist, wobei k = 0,051, d = 0,0211 ist und wobei der Kohlenstoffgehalt 0,35 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 Gew.-% nicht übersteigt.A method of producing a cold-rolled multiphase steel having an adjusted fracture behavior of the spot welds in the spot-welded joint region, characterized in that to achieve exclusive break-offs, 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%.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen es Multiphasenstahls nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing multiphase steel according to the preamble of claim 1.

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 industry there are still efforts to reduce fuel consumption and emissions. This is to be achieved in addition to many other measures, that with improved equipment of vehicles, the total vehicle weight is lowered. In weight gain by improved equipment and an increased number of auxiliary equipment in modern vehicles, this means that in particular the pure body weight should be lowered in favor of this improved equipment or must. However, since the safety requirements for automobiles have continuously increased in recent years, reductions in body weight with equal safety are only possible if the weight saving is compensated for by increasing the stability and rigidity of modern bodies. However, this also means that the body material, at least in safety-relevant areas must be able to safely absorb significantly higher forces and to ensure a reliable traceable 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.In order to meet the conflicting demands of reduced weight on the one hand and increased rigidity / stability on the other hand, materials of higher strength must be used. The most used body material in the automotive industry is still steel. Only the material steel offers the possibility to adjust mechanical properties in a relatively cost-effective manner over a wide range and to ensure (safely). In order to meet the increased demands on the mechanical-technological properties, so-called higher-strength steels are used today in the body shop. At comparable strength levels, for example, higher elongation values and thus improved cold workability are achieved with the new steels. Furthermore, the range of representable strengths has been widened upwards, whereby the goal of weight reduction can be achieved by a reduction in sheet thickness and at the same time an increase in the strength of the component is made possible. However, it is necessary to adapt the forming and joining technology and construction 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.In conventional higher-strength steels, increases in strength can be achieved, for example, by solid solution hardening, precipitation hardening and so-called "bake hardening". A further increase in strength can be achieved by so-called hard phases. The increase in strength is achieved here in that hard phases are introduced in addition to soft phases in the structure.

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 Restaustenitstähle entwickelt, die in ferritisch/bainitischer Grundmatrix als Besonderheit 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.In the so-called dual-phase steels, the microstructure consists essentially of ferrite with a martensite content of up to about 20%. Based on these dual-phase steels, cold-rolled or hot-rolled so-called retained austenitic steels were developed, which contain retained austenite as a special feature in the ferritic / bainitic matrix. The peculiarity of this type of steel is that during transformation the retained austenite is transformed into hard martensite. These retained austenitic steels are also referred to as TRIP steels, where the abbreviation TRIP stands for "transformation induced plasticity". 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 which homogeneously distributed bainite, martensite, tempered martensite and ferrite are present. 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 0,5 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 the WO 03/010351 A1 known, wherein the multi-phase steel presented there has a carbon content of 0.03 to 0.15%, a 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 of 0.5 to 4%. Mn, Ni, Cr, Mo and Cu are contained in a total amount of 0.5 to 4%, the remainder being iron and unavoidable impurities. The microstructure in a transverse section of the steel strip is composed of retained austenite and martensite in amounts of about 3 to 30%. The remainder is made of ferrite and / or bainite, wherein the maximum length of the crystal grains in the microstructure is not larger than 10 μm, and the number of inclusions of 20 μm or larger in a section of the steel strip is not larger than 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, Natrium 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.United States Steel compares TRIP steels on its Internet Representative Dual phase steels, stating that TRIP steels have better formability in a given strength range compared to other modern higher strength steels. This improved formability is due to the conversion of retained austenite to martensite during plastic deformation. Because of this improved formability, TRIP steels could be used to make more complex components than with other higher strength steels. This gives the automotive engineer greater freedom in the design of parts to optimize weight and structural performance. In a comparison with the dual-phase steels, however, it is also pointed out that the welding technology processing is more difficult than in the 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 particularly for structural parts of motor vehicles with particularly high demands on the energy absorption capacity, such. As columns, longitudinal and transverse beams suitable. TRIP steels have a very high energy absorption capacity, the components of these steels show a homogeneous safe and reproducible deformation behavior. TRIP steel is therefore excellently suitable for the described applications in the automotive sector. There is thus a considerable need in the automotive industry 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.In order to stabilize the residual austenite in TRIP steels at room temperature, a special two-stage heat treatment is used in combination with alloying elements that impede or delay carbide precipitation. The stabilization of the retained austenite is carried out by an enrichment of the austenite with carbon, the carbide formation is suppressed by alloying elements such as silicon or aluminum. The structure of low-alloyed TRIP steels after 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 joining of higher-strength steels can in principle be carried out using all methods that are also used when processing soft steel grades. However, the joining parameters must be adapted accordingly to the respective materials. It has been shown that resistance spot welding does not allow for certain required properties of the welded joint in TRIP steels 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.Resistance spot welding is still the most commonly used joining process in the automotive industry. Accordingly, the automotive industry demands that the materials provided must be suitable for resistance spot welding. In addition, with the resistance spot welding components must be produced, whose properties are the same from component to component, so that the deformation and energy absorption behavior of the component from vehicle to vehicle is always the same and reproducible.

Beim Widerstandspunktschweißen wird die in die zu fügenden 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 Gesamtwiderstand des Systems setzt sich dabei aus verschiedenen Einzelwiderständen (Elektrodenwiderstände, Übergangswiderstände zwischen Elektrode und Werkstoff beziehungsweise zwischen Werkstoff und Werkstoff, Werkstoffwiderstände) zusammen.In resistance spot welding, the energy introduced into the parts to be joined is converted into heat by the electrical resistance of the entire system. The welding lens formed between the parts to be joined thus depends mainly on the factors welding current, welding time and the relevant electrical factors for the heat development. The total resistance of the system is composed of various individual resistances (electrode resistances, contact resistances between electrode and material or between material and material, material resistances).

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.The relevant material-side influencing factors in resistance welding are its chemical composition, physical and metallurgical properties and its surface properties.

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 erhöhten 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 z. B. by chiselling and measuring the 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, a shortening of the electrode level (lifetime) is to be observed due to an increased tendency to alloying of the electrodes.

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 evaluation of the performance characteristics of a spot welded joint mainly destructive test methods are used. In static shear and head tensile tests those forces are determined that are needed to separate the welded joint. Dynamic properties of spot welded joints are determined on high speed tensile or crash samples, Wöhler charts are used for the description of the cyclic properties (fatigue strength). In all cases, the assessment of the properties is complemented by appropriate metallographic investigations and hardness measurements.

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.As the strength of the steel increases, mixing and shear fractures also occur increasingly within the weld area, depending on the load.

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: CE_IIW = 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 carbon equivalent calculated for the analysis of a TRIP steel, in combination with high cooling rates during spot welding, leads to certain hardnesses in the 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 various TRIP steels have shown that with the same carbon equivalent and with the same hardness in the case of head tensile stress, all the types of breakage mentioned 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 sense of reproducibility, this behavior is undesirable. Mixing or shearing fractures cause an assembled component to be separated due to shear fractures (in the joining plane) when dynamic loads (crash) occur. In extreme cases, the component thus breaks down into its components or gap apart, at least over wide areas of the joining flange. Such a material behavior is not accepted by the automotive industry, since the components of a motor vehicle in the event of a crash must necessarily hold together to allow deformation between the joints (wrinkles). Furthermore, the joining points should contribute to the energy conversion of an impact energy.

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.An optimal energy conversion is only guaranteed if the components are not separated into their individual components, as well as the deformation calculations for the vehicle carried out on this basis. The automotive industry thus demands that only breakouts 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 stated, however, such breakouts can not be reproducibly achieved with TRIP steels. 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.Thus, the outstanding mechanical properties of TRIP steel could not yet be implemented efficiently in the automotive sector.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines höherfesten Multiphasenstahls mit verbesserten Eigenschaften derart zu schaffen, dass das Bruchverhalten der Schweißpunkte ein vorhersagbares und reproduzierbares Verhalten zeigt, welches eine optimale Energieumwandlung und -absorption der Bauteile ermöglicht.The object of the invention is to provide a method for producing a high-strength multiphase steel with improved properties such that the fracture behavior of the weld points shows a predictable and reproducible behavior, which allows optimal energy conversion and absorption of the components.

Die Erfindung wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The invention is achieved by a method having the features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous further development are characterized in subclaims.

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, it has been found that the fracture behavior in the region of the weld depends on the phosphorus content of the steel, with predictable and reproducible results with respect to the fracture behavior only being achieved if a carbon-to-phosphorus ratio determined according to the invention is maintained within a certain range.

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.-%, vorzugsweise 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 .-%, the carbon content may not be greater than 0.1 wt .-%. With increasing carbon contents up to max. 0.35 wt .-%, preferably up to 0.3 wt .-%, the phosphorus content must be lowered and may be at 0.26 wt .-% carbon, for example, 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 + d gekennzeichnet 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 + 0,0211 bzw. 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 invention will be explained by way of example with reference to a drawing. It shows:

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 Ausknöpfbruch; 5 : a breakaway button;

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 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 anschließender elektrolytischer Verzinkung oder Glühbehandlung und Verzinkung in Feuerverzinkungsanlagen durchgeführt.To produce sheets, a melt is blown in the LD process. Subsequently, secondary metallurgical measures take place, wherein the melt is then cast in continuous continuous casting to slabs. The slabs are reheated in a blast furnace, hot rolled and then pickled and cold rolled. After rolling, the sheets are subjected to an annealing treatment in a continuous annealing plant followed by electrolytic galvanizing or annealing and galvanizing 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 ≤ 0,2
Rest Fe und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.The 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
Residual Fe and impurities caused by melting.

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 wurden. 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, with the half shells were made on a press brake by die bending. The geometry is in 1 shown.

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

Die Länge der Flügelflansche für beide Trägergeometrien lag bei 15 mm. Die Trägerhalbschalen wurden an einer stationären 50-Hz-Punkt-Schweißmaschine gefügt. Der Punktabstand betrug 30 mm, der Schweißstrom lag 200 A unter der am ebenen Blech ermittelten Spritzergrenze für die jeweilige Verbindung.The length of the wing flanges for both carrier geometries was 15 mm. The carrier half shells were joined to a stationary 50 Hz spot welding machine. The spot distance was 30 mm, the welding current was 200 A below the flat plate determined splash limit for the respective compound.

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 specification F16 and a diameter of 5.5 mm, with the electrode material being 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 betrug für das Achteck 56 km/h für die Doppelhutprofile 45 km/h. Der Prüfkörper wurde ohne Fixierung freistehend geprüft. Die während der Deformation des Prüfkörpers auftretenden Kräfte wurden über eine halbkugelförmige Kalotte in eine Druckmessdose eingeleitet. Die Signale wurden über einen Messverstärker in einem Transientenrecorder abgelegt. Die Messdaten Weg, Kraft und Zeit wurden zur weiteren Auswertung und graphischer Darstellung auf einen PC gespeichert.The resulting crash beams were tested on a box with a mass of the drop weight of 127 kg. The test speed for the octagon 56 km / h for the Doppelhutprofile 45 km / h. The specimen was tested freestanding without fixation. The forces occurring during the deformation of the specimen were introduced via a hemispherical dome into a pressure cell. The signals were stored via a measuring amplifier in a transient recorder. The measurement data path, force and time were stored on a PC for further evaluation and graphical representation.

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

1. Deformation Die Deformation wurde durch Ausmessen der verbleibenden Probenhöhe ermittelt.
2. Maximalkraft Die beim Aufprall auftretende Maximalkraft wurde 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

Anzahl der Schweißpunkte, die durch Ausknöpfbruch (5) oder Scherbruch (7) versagen.The evaluation was carried out for the samples with regard to the following criteria as the mean value of 3 measurements:

1. Deformation Deformation was determined by measuring the remaining sample height.
2. Maximum force The maximum force occurring on impact was 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

Number of welds caused by breakout ( 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 + 0,0211 ausschließlich 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 erwünscht, so dass derartige Ereignisse als Nicht-Ausfall gewertet wurden.Below the just mentioned straight lines, breakouts occurred exclusively so that the wearers neither opened up nor parted. This behavior is desirable 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, it can be said that it is possible by the control according to the invention of the phosphorus content to carbon content, reproducible at any time to achieve the fracture behavior of a high-strength multiphase steel in the welds, so that it succeeds with the invention to adjust a material so that it after processing the Requirements are sufficient.

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.The invention thus has the advantage that it is possible for the first time to provide a high-strength multiphase steel and in particular a TRIP steel which can be used in body construction with reproducible results with respect to its crash behavior.

Claims

A method of producing a cold-rolled multiphase steel having an adjusted fracture behavior of the spot welds in the spot-welded joint region, characterized in that to achieve exclusive break-offs, 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%.

A method according to claim 1, characterized in that for the production of sheets of the multi-phase steel a melt is blown in the LD process and then secondary metallurgical measures are carried out, wherein the melt is then cast in continuous strand casting into slabs and then hot-rolled the slabs and then pickled and cold rolled.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the steel is so blown and secondary metallurgy treated that the steel has the following alloying elements, in the specified ranges in wt .-% based on the total material, the remainder iron and melting-related impurities: 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 resulting from the given formula.