DE102017211753A1 - Method for producing a press-hardened component - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils umfassend ein Substrat und einen Überzug, ein entsprechendes Stahlbauteil und dessen Verwendung im Automobilsektor. The present invention relates to a method for producing a steel component comprising a substrate and a coating, a corresponding steel component and its use in the automotive sector.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils umfassend ein Substrat und einen Überzug, ein entsprechendes Stahlbauteil und dessen Verwendung im Automobilsektor.The present invention relates to methods for producing a steel component comprising a substrate and a coating, a corresponding steel component and its use in the automotive sector.
Technischer HintergrundTechnical background
Um die im modernen Karosseriebau geforderte Kombination aus geringem Gewicht, maximaler Festigkeit und Schutzwirkung zu bieten, werden heutzutage in den Bereichen der Karosserie, die im Fall eines Crashs besonders hohen Belastungen ausgesetzt sein können, Bauteile eingesetzt, die aus hochfesten Stählen warmumgeformt werden. Beim Warmumformen, auch Warmpresshärten genannt, werden Stahlplatinen, die zuvor von kalt- oder warmgewalztem Stahlband abgeteilt werden, auf eine Verformungstemperatur erwärmt, die im Allgemeinen oberhalb der Austenitisierungstemperatur des jeweiligen Stahls liegt, und im erwärmten Zustand in das Werkzeug einer Umformpresse gelegt. Im Zuge der anschließend durchgeführten Umformung erfährt der Blechzuschnitt bzw. das aus ihm geformte Bauteil durch den Kontakt mit dem kühlen Werkzeug eine schnelle Abkühlung. Die Abkühlraten sind dabei so eingestellt, dass sich im Bauteil ein Härtegefüge ergibt.In order to provide the combination of low weight, maximum strength and protective effect required in modern body construction, today components are used in the areas of the body, which may be particularly high loads in the event of a crash, which are hot-formed from high-strength steels. In hot forming, also called hot press hardening, steel blanks previously separated from cold or hot rolled steel strip are heated to a forming temperature generally above the austenitizing temperature of the respective steel and placed in the mold of a forming press in the heated state. In the course of the subsequent transformation, the sheet metal blank or the component formed from it undergoes rapid cooling due to the contact with the cool tool. The cooling rates are set so that a hardness structure results in the component.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung von Stahlbauteilen umfassend ein Substrat und einen Überzug zur Verfügung zu stellen, mit dem entsprechende Stahlbauteile erhalten werden können, die sich durch einen besonders hohen Biegewinkel α gemäß VDA 238-
Gelöst wird diese Aufgabe durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils umfassend ein Substrat und einen Überzug, wobei der Biegewinkel α des Stahlbauteils (in°) nach VDA238-100 und der arithmetische Mittenrauwert Ra (in µm) nach
- (A) Bereitstellen eines Stahlflachproduktes enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)
- 0,15 bis 0,50 C,
- 0,50 bis 3,0 Mn,
- 0,10 bis 0,50 Si,
- 0,01 bis 1,00 Cr,
- bis zu 0,20 Ti,
- bis zu 0,10 Al,
- bis zu 0,10 P,
- bis zu 0,1 Nb,
- bis zu 0,01 N,
- bis zu 0,05 S und
- bis zu 0,1 B,
- Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen,
- 3 bis 15 Si,
- 1 bis 3,5 Fe,
- bis zu 0,5 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle,
- Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen,
- (B) Behandeln des Stahlflachproduktes bei einer Ofentemperatur T1 (in K) für eine Dauer t1 (in h), so dass p1 gemäß der Gleichung der allgemeinen Formel (2) einen Wert von 9 bis 30 aufweist
- (C) Umformen des aufgeheizten Stahlflachproduktes aus Schritt (B) in einem Formwerkzeug unter gleichzeitigem Abkühlen, um das Stahlbauteil zu erhalten.
- (A) Provision of a flat steel product containing (all data in% by weight)
- 0.15 to 0.50 C,
- 0.50 to 3.0 Mn,
- 0.10 to 0.50 Si,
- 0.01 to 1.00 Cr,
- up to 0.20 Ti,
- up to 0.10 Al,
- up to 0.10 P,
- up to 0.1 Nb,
- up to 0.01 N,
- up to 0.05 S and
- up to 0.1 B,
- Residual Fe and unavoidable impurities,
- 3 to 15 Si,
- 1 to 3.5 Fe,
- up to 0.5 alkali and / or alkaline earth metals,
- Residual Al and unavoidable impurities,
- (B) treating the flat steel product at a furnace temperature T 1 (in K) for a duration t 1 (in h) such that p 1 has a value of 9 to 30 according to the equation of the general formula (2)
- (C) forming the heated flat steel product of step (B) in a mold with simultaneous cooling to obtain the steel component.
Des Weiteren werden diese Aufgaben auch gelöst durch ein entsprechendes Stahlbauteil und durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Stahlbauteils im Automobilsektor, insbesondere als Stoßstangenträger/-verstärkung, Türverstärkung, B-Säulen-Verstärkung, A-Säulen-Verstärkung, Dachrahmen oder Schweller.Furthermore, these objects are also achieved by a corresponding steel component and by the use of the steel component according to the invention in the automotive sector, in particular as bumper support / reinforcement, door reinforcement, B-pillar reinforcement, A-pillar reinforcement, roof frame or sill.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden detailliert beschrieben:
- Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Bereitstellen eines Stahlflachproduktes enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)
- 0,15 bis 0,50 bevorzugt 0,20 bis 0,30, besonders bevorzugt 0,21 bis 0,25 C,
- 0,50 bis 3,0, bevorzugt 0,80 bis 2,00, besonders bevorzugt 1,00 bis 1,50 Mn,
- 0,10 bis 0,50, bevorzugt 0,15 bis 0,40, besonders bevorzugt 0,20 bis 0,30 Si,
- 0,01 bis 1,00, bevorzugt 0,10 bis 0,5, besonders bevorzugt 0,10 bis 0,40 Cr,
- bis zu 0,20, bevorzugt 0,01 bis 0,10, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,04 Ti,
- bis zu 0,10, bevorzugt 0,01 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,02 bis 0,05 Al,
- bis zu 0,10, bevorzugt 0,00 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,00 bis 0,02 P,
bis zu 0,1, bevorzugt 0,001bis 0,1 Nb,- bis zu 0,01 N,
- bis zu 0,05, bevorzugt 0,00 bis 0,005, besonders bevorzugt 0,00 bis 0,003 S
und bis zu 0,1, bevorzugt 0,001 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,002 bis 0,0035 B, - Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen,
- 3 bis 15 Si,
- 1
bis 3,5 Fe, - bis zu 0,5 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle,
- Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen.
- Step (A) of the process according to the invention comprises the provision of a flat steel product containing (all data in% by weight)
- 0.15 to 0.50, preferably 0.20 to 0.30, particularly preferably 0.21 to 0.25 C,
- 0.50 to 3.0, preferably 0.80 to 2.00, particularly preferably 1.00 to 1.50 Mn,
- 0.10 to 0.50, preferably 0.15 to 0.40, particularly preferably 0.20 to 0.30 Si,
- 0.01 to 1.00, preferably 0.10 to 0.5, particularly preferably 0.10 to 0.40 Cr,
- up to 0.20, preferably 0.01 to 0.10, particularly preferably 0.01 to 0.04, Ti,
- up to 0.10, preferably 0.01 to 0.05, particularly preferably 0.02 to 0.05, Al,
- up to 0.10, preferably 0.00 to 0.05, particularly preferably 0.00 to 0.02 P,
- up to 0.1, preferably 0.001 to 0.1 Nb,
- up to 0.01 N,
- up to 0.05, preferably 0.00 to 0.005, more preferably 0.00 to 0.003 S and up to 0.1, preferably 0.001 to 0.05, particularly preferably 0.002 to 0.0035 B,
- Residual Fe and unavoidable impurities,
- 3 to 15 Si,
- 1 to 3.5 Fe,
- up to 0.5 alkali and / or alkaline earth metals,
- Residual Al and unavoidable impurities.
Unvermeidbare Verunreinigungen im Substrat sind erfindungsgemäß beispielsweise Cu, Mo, V, Ni und/oder Sn. Unavoidable impurities in the substrate according to the invention are, for example, Cu, Mo, V, Ni and / or Sn.
Erfindungsgemäß kann in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens jedes dem Fachmann als geeignet erscheinende Stahlflachprodukt mit der entsprechenden Analyse und einem entsprechenden Überzug verwendet werden. Bevorzugt handelt es sich bei dem eingesetzten Stahlflachprodukt um ein Band, insbesondere ein Warmband oder ein Kaltband, um ein Blech, d. h. ein Stück eines Warmbandes oder eines Kaltbandes, oder um eine Platine aus einem Warmband oder eine Platine aus einem Kaltband. Die vorliegende Erfindung betrifft bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei das Stahlflachprodukt eine Platine aus einem Warmband oder eine Platine aus einem Kaltband ist.According to the invention, in step (A) of the process according to the invention, any flat steel product which appears suitable to the person skilled in the art with the corresponding analysis and a corresponding coating can be used. The flat steel product used is preferably a strip, in particular a hot strip or a cold strip, around a sheet, ie. H. a piece of a hot strip or a cold strip, or a board made of a hot strip or a board made of a cold strip. The present invention preferably relates to the method according to the invention, wherein the flat steel product is a board made of a hot strip or a board made of a cold strip.
Verfahren zur Herstellung eines Warmbandes bzw. eines Kaltbandes sind dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise beschrieben in
Das erfindungsgemäß beschaffene Stahlflachprodukt wird mit einem Überzug versehen, wobei der Überzug bevorzugt 3 bis 15, besonders bevorzugt 7 bis 12, ganz besonders bevorzugt 9 bis 10 Si, 1 bis 3,5, bevorzugt 2 bis 3,5 Fe, bis zu 0,5 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle, beispielsweise Magnesium, Kalzium und/oder Lithium, Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen enthält (alle Angaben in Gew.-%).The flat steel product according to the invention is provided with a coating, the coating preferably having 3 to 15, particularly preferably 7 to 12, very particularly preferably 9 to 10 Si, 1 to 3.5, preferably 2 to 3.5 Fe, up to 0, 5 alkali and / or alkaline earth metals, for example magnesium, calcium and / or lithium, balance Al and unavoidable impurities (all figures in wt .-%).
Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden beschichteten Stahlflachproduktes sind dem Fachmann an sich bekannt, beispielsweise kann der Überzug durch eine Feuerbeschichtung, eine elektrolytische Beschichtung oder mittels eines Stückbeschichtungsprozesses erfolgen. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei der Überzug durch eine Feuerbeschichtung, eine elektrolytische Beschichtung oder mittels eines Stückbeschichtungsprozesses erfolgt.Methods for producing a corresponding coated flat steel product are known per se to those skilled in the art, for example, the coating can be carried out by a fire coating, an electrolytic coating or by means of a piece coating process. The present invention therefore preferably relates to the method according to the invention, wherein the coating takes place by means of a fire coating, an electrolytic coating or by means of a piece coating process.
Vorzugsweise erfolgt das Aufbringen der Aluminium-Silizium-Eisen-Legierung mittels eines kontinuierlichen Feuerbeschichtungsprozesses.Preferably, the application of the aluminum-silicon-iron alloy is carried out by means of a continuous fire-coating process.
Vorzugsweise liegt bei der Beschichtung die Temperatur des Aluminium-Schmelzbades zwischen 650 °C und 720 °C.Preferably, in the coating, the temperature of the aluminum molten bath is between 650 ° C and 720 ° C.
Silizium im Überzug wirkt als Diffusionsblocker und dient der Beruhigung des Schmelzenbades beim Aufbringen des aus der Aluminium-Legierung gebildeten Überzuges mittels Feuerbeschichtung.Silicon in the coating acts as a diffusion blocker and serves to calm the melt bath when applying the coating formed from the aluminum alloy by means of fire coating.
Die Dicke des Überzugs liegt erfindungsgemäß bevorzugt bei 5 bis 60 µm, vorzugsweise 10 bis 40 µm. Daraus ergibt sich ein erfindungsgemäßes Auflagengewicht des beidseitigen Überzugs von 30 bis 360 g/m2, bevorzugt 100 bis 200 g/m2, besonders bevorzugt 120 bis 180 g/m2, beispielsweise 150 g/m2. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei das Auflagegewicht des beidseitigen Überzugs 30 bis 360 g/m2 beträgt.The thickness of the coating according to the invention is preferably from 5 to 60 microns, preferably 10 to 40 microns. This results in an inventive overlay weight of the two-sided coating of 30 to 360 g / m 2 , preferably 100 to 200 g / m 2 , particularly preferably 120 to 180 g / m 2 , for example 150 g / m 2 . The present invention therefore preferably relates to the process according to the invention, wherein the coating weight of the double-sided coating is from 30 to 360 g / m 2 .
Erfindungsgemäß kann der Überzug auf einer Seite des Stahlflachproduktes oder auf beiden Seiten des Stahlflachproduktes vorliegen. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei der Überzug auf einer Seite des Stahlflachproduktes oder auf beiden Seiten des Stahlflachproduktes, insbesondere auf beiden Seiten des Stahlflachproduktes, vorliegt.According to the invention, the coating may be present on one side of the flat steel product or on both sides of the flat steel product. The present invention therefore preferably relates to the process according to the invention, wherein the coating is present on one side of the flat steel product or on both sides of the flat steel product, in particular on both sides of the flat steel product.
Erfindungsgemäß bevorzugt wird das beschichtete Stahlflachprodukt aus Schritt (A) direkt in den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt (B) überführt. Es ist allerdings auch möglich, dass zwischen den Schritten (A) und (B) weitere Schritte durchgeführt werden, beispielsweise Abtrennen von Bereichen, insbesondere Blechen oder Platinen, des Stahlflachproduktes, beispielsweise durch Scherschneiden oder Laserschneiden, Einbringen von Löchern durch Laserbearbeitung oder Stanzen, vorangehende Wärmebehandlungen zur Veränderung der Eigenschaften des Überzugs oder des Substrates, und/oder Einbringen einer Vorumformung.According to the invention, the coated flat steel product from step (A) is preferably transferred directly into the process step (B) according to the invention. However, it is also possible that between the steps (A) and (B) further steps are performed, for example separation of areas, in particular sheets or sinkers, the flat steel product, for example by shearing or laser cutting, introducing holes by laser processing or punching, preceding Heat treatments for changing the properties of the coating or the substrate, and / or introducing a pre-forming.
Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Behandeln des Stahlflachproduktes bei einer Ofentemperatur T1 (in K) für eine Dauer t1 (in h), so dass p1 gemäß der Gleichung der allgemeinen Formel (2) einen Wert von 9 bis 30 aufweist
Es hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, dass besonders vorteilhafte Produkte, insbesondere bezüglich des Biegewinkels α gemäß VDA 238-100, erhalten werden, wenn in Schritt (B) die Wärmebehandlung so durchgeführt wird, dass der in Gleichung (2) genannte Parameter p1 einen Wert von 9 bis 30 aufweist.It has been found according to the invention that particularly advantageous products, in particular with regard to the bending angle α according to VDA 238-100, are obtained if the heat treatment is carried out in step (B) such that the parameter p1 named in equation (2) has a value of 9 to 30.
In der Gleichung der allgemeinen Formel (2) bedeutet T1 die Ofentemperatur in Kelvin, d.h. die Temperatur, die im Ofen, in dem Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird, vorliegt. Erfindungsgemäß können alle dem Fachmann bekannten Öfen eingesetzt werden, beispielsweise Rollenherdöfen, Kammeröfen, Mehrlagenkammeröfen, Hubbalkenöfen.In the equation of the general formula (2), T 1 means the furnace temperature in Kelvin, that is, the temperature, which is in the furnace, in the step (B) of the method according to the invention is present. According to the invention, it is possible to use all ovens known to the person skilled in the art, for example roller hearth furnaces, chamber furnaces, multilayer chamber furnaces, lifting beam furnaces.
T1 liegt erfindungsgemäß bevorzugt bei 1070 bis 1350 K, besonders bevorzugt 1100 bis 1250 K, wobei gleichzeitig erfüllt sein muss, dass p1 nach Gleichung (2) einen Wert von 9 bis 30 aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei T1 bei 1070 bis 1350 K, besonders bevorzugt 1100 bis 1250 K, beträgt.According to the invention, T 1 is preferably from 1070 to 1350 K, particularly preferably from 1100 to 1250 K, wherein it must simultaneously be satisfied that p1 has a value of from 9 to 30 according to equation (2). The present invention therefore preferably relates to the process according to the invention, wherein T 1 is 1070 to 1350 K, more preferably 1100 to 1250 K.
In der Gleichung der allgemeinen Formel (2) bedeutet t1 die Dauer, für die das Stahlflachprodukt der entsprechenden Temperatur T1 ausgesetzt ist. Bevorzugt ist dies der Zeitraum vom Einfahren/Einlegen der Probe in den Ofen bis zum Ausfahren/zur Entnahme der Probe aus dem Ofen. Erfindungsgemäß wird t1 in Stunden (h) angegeben. t1 liegt erfindungsgemäß bevorzugt bei 0,02 bis 0,50 h, besonders bevorzugt 0,04 bis 0,50 h, wobei gleichzeitig erfüllt sein muss, dass p1 nach Gleichung (2) einen Wert von 9 bis 30 aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei t1 0,02 bis 0,50 h, besonders bevorzugt 0,04 bis 0,50 h, beträgt.In the equation of the general formula (2), t 1 means the duration for which the flat steel product is exposed to the corresponding temperature T 1 . This is preferably the period from retraction / insertion of the sample in the oven to the extension / removal of the sample from the oven. According to the invention, t 1 is given in hours (h). t 1 according to the invention is preferably from 0.02 to 0.50 h, particularly preferably 0.04 to 0.50 h, during which must be met simultaneously, that p 1 according to Equation (2) has a value of 9 to 30 has. The present invention therefore preferably relates to the process according to the invention, wherein t 1 is 0.02 to 0.50 h, more preferably 0.04 to 0.50 h.
Erfindungsgemäß ist es möglich, dass während Schritt (B) über die gesamte Zeit t1 eine konstante Temperatur T1 vorherrscht. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, dass innerhalb der Zeit t1 Temperaturen T1 vorliegen, die nicht konstant sind, beispielweise liegt in einem Teil (a) des Zeitraums t1 (t1a) eine Temperatur T1a vor, in einem weiteren Teil (b) des Zeitraums t1 (t1b) liegt eine Temperatur T1b, und in einem weiteren Teil (c) des Zeitraums t1 (t1c) liegt eine Temperatur T1c etc., vor. In dieser Ausführungsform wird in die Gleichung der allgemeinen Formel (2) der entsprechende Zeitraum t1 (t1=t1a+t1b+t1c+...) und der arithmetische Mittelwert der entsprechend zugehörigen Temperaturen, beispielsweise T1a, T1b, T1c etc., für T1 eingesetzt, sofern die Temperatur des Ofens 550 °C überschreitet.According to the invention, it is possible for a constant temperature T 1 to prevail during step (B) over the entire time t 1 . According to the invention, it is also possible for temperatures T 1 to be present within the time t 1 , which are not constant. For example, in one part (a) of the time period t 1 (t 1a ) there is a temperature T 1a , in a further part (b ) of the period t 1 (t 1b ) is a temperature T 1b , and in a further part (c) of the period t 1 (t 1c ) is a temperature T 1c, etc., before. In this embodiment, in the equation of the general formula (2), the corresponding period t 1 (t 1 = t 1a + t 1b + t 1c + ...) and the arithmetic mean of the corresponding associated temperatures, for example, T 1a , T 1b , T 1c, etc., used for T 1 , provided that the temperature of the oven exceeds 550 ° C.
Bei Werten von p1 unterhalb von 9 liegt der arithmetische Mittenrauwert Ra in einem Bereich, der die weiteren Verarbeitungseigenschaften negativ beeinflussen kann, beispielsweise tribologische Eigenschaften bei der Umformung, Wärmeübergang, Lackierbarkeit.At values of p 1 below 9, the arithmetic mean roughness R a is in a range which can adversely affect the further processing properties, for example tribological properties during forming, heat transfer, paintability.
Während Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere der Zeitraum vom Einfahren/Einlegen der Probe in den Ofen bis zum Ausfahren/zur Entnahme der Probe aus dem Ofen, kommt es zur Ausbildung eines erfindungsgemäß gewünschten arithmetischen Mittenrauwertes Ra. Dieser kann nach dem Fachmann bekannten Verfahren bestimmt werden, bevorzugt wird der arithmetische Mittenrauwert Ra nach
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem weiteren Verfahrensschritt zwischen Schritt (A) und Schritt (B) an das Stahlflachprodukt zumindest ein besonderer Bereich angefügt oder weiter ausgearbeitet, so dass der besondere Bereich zumindest eines der Attribute Auflagegewicht, Blechdicke, chemische Zusammensetzung, aufweist, das abweichend von dem Stahlflachprodukt vor diesem weiteren Verfahrensschritt ist, wobei die Gleichung der allgemeinen Formel (1) nur für die Bereiche gilt, die im ursprünglichen Stahlflachprodukt bereits vorhanden waren, wodurch bevorzugt abweichende mechanische Eigenschaften erzielt werden. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem weiteren Verfahrensschritt in Schritt (C) zumindest ein besonderer Bereich des Stahlflachproduktes weiter ausgearbeitet, so dass der besondere Bereich andere Abkühlbedingungen im Werkzeug (z.B. durch lokale Erwärmung des Werkzeugs) erfährt, als in einem üblichen Presshärteprozess (mit auf <100°C gekühlten Werkzeugen), wobei die Gleichung der allgemeinen Formel (1) nur für die Bereiche gilt, die mittels üblichem Presshärteprozess erzeugt wurden, wodurch bevorzugt abweichende mechanische Eigenschaften erzielt werden. Diese Ausführungsformen sind dem Fachmann als sogenannte Tailored Blanks, z.B. Tailor-Welded Blanks, Tailor-Rolled Blanks, Tailored Tempering, bekannt.In a preferred embodiment of the method according to the invention, in a further method step between step (A) and step (B), at least one particular area is added or further developed to the flat steel product, so that the particular area of at least one of the attributes of support weight, sheet thickness, chemical composition, which deviates from the flat steel product prior to this further process step, the equation of the general formula (1) only being valid for the regions which were already present in the original flat steel product, whereby preferably deviating mechanical properties are achieved. In another preferred embodiment of the method according to the invention, in a further process step in step (C) at least one particular area of the flat steel product is further developed so that the particular area experiences other cooling conditions in the tool (eg by local heating of the tool) than in a conventional one Press hardening process (with tools cooled to <100 ° C), the equation of the general formula (1) being valid only for the regions produced by the usual press hardening process, whereby preferably deviating mechanical Properties are achieved. These embodiments are known to the person skilled in the art as tailored blanks, for example tailor-welded blanks, tailor-rolled blanks, tailored tempering.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Stahlflachprodukt in dem weiteren Verfahrensschritt in zumindest einem Bereich durch ein zusätzlich aufgebrachtes, anderes oder gleichartiges Stahlflachprodukt (z.B. durch Fügen) verstärkt bzw. dicker ausgeführt, als in den nicht verstärkten Bereichen.In a particularly preferred embodiment, in the further process step, the flat steel product is reinforced in at least one area by an additionally applied, different or similar flat steel product (for example by joining), than in the unreinforced areas.
Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Umformen des aufgeheizten Stahlflachproduktes aus Schritt (B) in einem Formwerkzeug unter gleichzeitigem Abkühlen, um das Stahlbauteil zu erhalten.Step (C) of the process of the invention comprises forming the heated flat steel product of step (B) in a mold while cooling to obtain the steel component.
Im Allgemeinen können in Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens alle dem Fachmann bekannten Verfahren zum Warmumformen eingesetzt werden, beispielsweise beschrieben in Warmumformung im Automobilbau - Verfahren, Werkstoffe, Oberflächen, Landsberg/Lech: Verl. Moderne Industrie, 2012, Die Bibliothek der Technik.In general, in step (C) of the process according to the invention, all processes known to the person skilled in the art can be used for hot forming, for example described in hot forming in automotive engineering - processes, materials, surfaces, Landsberg / Lech: Verl. Moderne Industrie, 2012, Die Bibliothek der Technik.
In Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus dem Stahlflachprodukt aus Schritt (B) durch Umformen das gewünschte Stahlbauteil erhalten. Damit sich in dem Stahlbauteil das gewünschte Härtegefüge, d.h. mindestens 80% Martensit, Rest Bainit, Ferrit und Restaustenit, ausbildet, erfolgt das Umformen unter gleichzeitigem Abkühlen. Das Abkühlen in Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt dabei bevorzugt mit einer Rate von 27 bis 1000 K/s, bevorzugt 50 bis 500 K/s. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei das Abkühlen in Schritt (C) bei einer Abkühlrate von 27 bis 1000 K/s erfolgt.In step (C) of the process according to the invention, the desired steel component is obtained from the flat steel product from step (B) by forming. Thus, in the steel component, the desired hardness structure, i. At least 80% martensite, the remainder bainite, ferrite and retained austenite, is formed, the forming takes place with simultaneous cooling. The cooling in step (C) of the process according to the invention is preferably carried out at a rate of 27 to 1000 K / s, preferably 50 to 500 K / s. The present invention therefore preferably relates to the process according to the invention, wherein the cooling in step (C) takes place at a cooling rate of 27 to 1000 K / s.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Stahlbauteil erhalten, umfassend ein Substrat und einen Überzug, wobei der Biegewinkel α (in °) des Stahlbauteils und der arithmetische Mittenrauwert Ra (in µm) nach
Der in Gleichung (1) angegebene Biegewinkel α wird erfindungsgemäß mit der Probenlage Längs, d.h. Biegeachse Quer zur Walzrichtung, bestimmt. Wird der in Gleichung (1) angegebene Biegewinkel α erfindungsgemäß mit der Probenlage Quer, d.h. Biegeachse Längs zur Walzrichtung bestimmt, so sind aufgrund der Werkstoffanisotropie die ermittelten Werte ca. 6,5% niedriger. Ebenfalls können sich für andere Probenlagen (z.B. Diagonal) etwas abweichende Biegewinkel zeigen, wobei die Abweichungen bevorzugt zwischen denen aus Längs- und Querlage, d.h. zwischen 0 und 6,5% liegen. Die Werte spiegeln in ihrer gesamten Tendenz den Zusammenhang gemäß Gleichung (1) wieder. Daher gilt die Gleichung (1) erfindungsgemäß bevorzugt für Biegewinkel α, die mit der Probenlage Längs, d.h. Biegeachse Quer zur Walzrichtung, bestimmt worden sind.The bending angle α indicated in equation (1) is determined according to the invention with the longitudinal direction of the sample. Bending axis Transverse to rolling direction. If the bending angle α specified in equation (1) is determined according to the invention with the sample position transverse, i. Bending axis Determined longitudinally to the rolling direction, the values determined are about 6.5% lower due to the material anisotropy. Also, for other sample plies (e.g., diagonal), slightly different bending angles may appear, with the deviations preferably between those of the longitudinal and transverse plies, i. between 0 and 6.5%. The values reflect in their overall tendency the relationship according to equation (1) again. Therefore, according to the invention, equation (1) preferably applies to bending angles α which coincide with the longitudinal direction of the sample. Bending axis transverse to the rolling direction.
Die Crasheignung eines Stahlbauteils hängt wesentlich von dem im „Plättchen-Biegeversuch für metallische Werkstoffe“ (VDA238-100) gemessenen Biegewinkel α bei Kraftmaximum ab (siehe dazu Till Laumann; Qualitative und quantitative Bewertung der Crashtauglichkeit von höchstfesten Stählen; Meisenbach Verlag Bamberg, 2010 (ISBN 978-3-87525-299-6)). Hohe Biegewinkel stehen dabei für eine gute Crasheignung.The crash suitability of a steel component depends essentially on the bending angle α at maximum force measured in the "flake bending test for metallic materials" (see Till Laumann, Qualitative and quantitative assessment of the crashworthiness of high-strength steels, Meisenbach Verlag Bamberg, 2010 ( ISBN 978-3-87525-299-6)). High bending angles stand for a good crash suitability.
In der allgemeinen Gleichung (2) bedeutet Ra den arithmetischen Mittenrauwert und wird in µm angegeben.In general equation (2), R a represents the arithmetic mean roughness and is expressed in μm.
Bevorzugt beträgt in dem erfindungsgemäß hergestellten Stahlbauteil der arithmetische Mittenrauwert Ra nach
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Stahlbauteil umfassend ein Substrat enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)
- 0,15 bis 0,50 bevorzugt 0,20 bis 0,30, besonders bevorzugt 0,21 bis 0,25 C,
- 0,50
bis 3,0, bevorzugt 0,80bis 2,00,besonders bevorzugt 1,00bis 1,50 Mn, - 0,10 bis 0,50, bevorzugt 0,15 bis 0,40, besonders bevorzugt 0,20 bis 0,30 Si,
- 0,01
bis 1,00, bevorzugt 0,10 bis 0,5, besonders bevorzugt 0,10 bis 0,40 Cr, - bis zu 0,20, bevorzugt 0,01 bis 0,10, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,04 Ti,
- bis zu 0,10, bevorzugt 0,01 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,02 bis 0,05 Al,
- bis zu 0,10, bevorzugt 0,00 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,00 bis 0,02 P,
bis zu 0,1, bevorzugt 0,001bis 0,1 Nb,- bis zu 0,01 N,
- bis zu 0,05, bevorzugt 0,00 bis 0,005, besonders bevorzugt 0,00 bis 0,003 S und
bis zu 0,1, bevorzugt 0,001 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,002 bis 0,0035 B,- Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen,
- 3 bis 15 Si,
- 1
bis 3,5 Fe, - bis zu 0,5 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle,
- Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen,
- 0.15 to 0.50, preferably 0.20 to 0.30, particularly preferably 0.21 to 0.25 C,
- 0.50 to 3.0, preferably 0.80 to 2.00, particularly preferably 1.00 to 1.50 Mn,
- 0.10 to 0.50, preferably 0.15 to 0.40, particularly preferably 0.20 to 0.30 Si,
- 0.01 to 1.00, preferably 0.10 to 0.5, particularly preferably 0.10 to 0.40 Cr,
- up to 0.20, preferably 0.01 to 0.10, particularly preferably 0.01 to 0.04, Ti,
- up to 0.10, preferably 0.01 to 0.05, particularly preferably 0.02 to 0.05, Al,
- up to 0.10, preferably 0.00 to 0.05, particularly preferably 0.00 to 0.02 P,
- up to 0.1, preferably 0.001 to 0.1 Nb,
- up to 0.01 N,
- up to 0.05, preferably 0.00 to 0.005, more preferably 0.00 to 0.003 S and
- up to 0.1, preferably 0.001 to 0.05, particularly preferably 0.002 to 0.0035 B,
- Residual Fe and unavoidable impurities,
- 3 to 15 Si,
- 1 to 3.5 Fe,
- up to 0.5 alkali and / or alkaline earth metals,
- Residual Al and unavoidable impurities,
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das erfindungsgemäße Stahlbauteil, wobei es durch Umformen eines entsprechenden Stahlflachproduktes erhalten wird, wobei das Stahlflachprodukt vor dem Umformen bei einer Ofentemperatur T1 (in K) für eine Dauert t1 (in h) behandelt worden ist, so dass p1 gemäß der Gleichung der allgemeinen Formel (2) einen Wert von 9 bis 30 aufweist
Weiter bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung das erfindungsgemäße Stahlbauteil, wobei das Auflagegewicht des beidseitigen Überzugs 30 bis 360 g/m2, bevorzugt 100 bis 200 g/m2, besonders bevorzugt 120 bis 180 g/m2, beispielsweise 150 g/m2, beträgt.More preferably, the present invention relates to the steel component according to the invention, wherein the coating weight of the double-sided coating 30 to 360 g / m2, preferably 100 to 200 g / m 2 , particularly preferably 120 to 180 g / m 2 , for example 150 g / m 2 ,
Bezüglich der einzelnen Merkmale des erfindungsgemäßen Stahlbauteils und der bevorzugten Ausführungsformen gilt das bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens Gesagte entsprechend.With regard to the individual features of the steel component according to the invention and the preferred embodiments, what has been said regarding the method according to the invention applies correspondingly.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Stahlbauteil enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)
- 0,15 bis 0,50 C,
- 0,50
bis 3,0 Mn, - 0,10 bis 0,50 Si,
- 0,01
bis 1,00 Cr, - bis zu 0,20 Ti,
- bis zu 0,10 Al,
- bis zu 0,10 P,
bis zu 0,1 Nb,- bis zu 0,01 N,
- bis zu 0,05 S und
- bis zu 0,1 B,
- Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen als Substrat,
- 3 bis 15 Si,
- 1
bis 3,5 Fe, - bis zu 0,5 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle,
- Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen,
- 0.15 to 0.50 C,
- 0.50 to 3.0 Mn,
- 0.10 to 0.50 Si,
- 0.01 to 1.00 Cr,
- up to 0.20 Ti,
- up to 0.10 Al,
- up to 0.10 P,
- up to 0.1 Nb,
- up to 0.01 N,
- up to 0.05 S and
- up to 0.1 B,
- Balance Fe and unavoidable impurities as substrate,
- 3 to 15 Si,
- 1 to 3.5 Fe,
- up to 0.5 alkali and / or alkaline earth metals,
- Residual Al and unavoidable impurities,
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen beschichteten Stahlbauteils im Automobilsektor, insbesondere als Stoßstangenträger/-verstärkung, Türverstärkung, B-Säulen-Verstärkung, A-Säulen-Verstärkung, Dachrahmen oder Schweller.The present invention also relates to the use of a coated steel component according to the invention in the automotive sector, in particular as a bumper support / reinforcement, door reinforcement, B-pillar reinforcement, A-pillar reinforcement, roof frame or sill.
Bezüglich der einzelnen Merkmale der erfindungsgemäßen Verwendung und der bevorzugten Ausführungsformen gilt das bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens Gesagte entsprechend.With regard to the individual features of the use according to the invention and of the preferred embodiments, what has been said with regard to the method according to the invention applies correspondingly.
Figurenlistelist of figures
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1 zeigt eine beispielhafte Topographiemessung in überhöhter Darstellung zur Veranschaulichung der Oberflächenrauheit.1 shows an exemplary topography measurement in an exaggerated representation to illustrate the surface roughness. -
2 zeigt eine beispielhafte Darstellung (Schliffbild) von zwei verschiedenen Topologien an der Oberfläche von erfindungsgemäßen Stahlbauteilen, darin bedeuten:- (1) Einbettmasse, welche zur Erzeugung des Schliffbildes erforderlich ist
- (2) Oberflächenprofil, welches zur Messung des arithmetischen Mittenrauwertes abgetastet werden kann
- (3) AlSi-Überzug an der Oberfläche des beschichteten Stahlflachproduktes
2 shows an exemplary representation (micrograph) of two different topologies on the surface of steel components according to the invention, in which:- (1) investment, which is required to produce the microsection
- (2) Surface profile which can be scanned to measure the arithmetic mean roughness
- (3) AlSi coating on the surface of the coated flat steel product
BeispieleExamples
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung.The following embodiments serve to illustrate the invention.
Es werden Stahlflachprodukte (Kaltband) der in Tabelle 1 genannten Analyse in Form von Platinen eingesetzt. Dabei wurde das Kaltband beschichtet und die Platinen herausgetrennt. Bei dem Überzug der exemplarisch eingesetzten Stahlflachprodukte handelt es sich um einen so genannte AlSi-Überzug der unter anderem durch Feuerbeschichten eingestellt werden kann, der aus 9 bis 10 Gew.-% Si, 2 bis 3,5 Gew.-% Eisen, Rest Aluminium besteht. Die so beschaffenen und beschichteten Stahlflachprodukte werden auf eine Temperatur T1 (siehe Tabelle) für eine Dauer t1 (siehe Tabelle) erwärmt, anschließend in ein Pressformwerkzeug eingelegt, dort warm zu dem Stahlbauteil geformt und dabei so schnell wie möglich durch den Kontakt mit einem üblichen Warmumformwerkzeug innerhalb von ca. 15 Sekunden abgekühlt, dass ein Härtegefüge (mit einem Martensitanteil von mind. 80%, Rest: Bainit (0-20%), Restaustenit (0-5%), Ferrit (0-5%) im Stahlsubstrat des Stahlflachprodukts entsteht. Das Presshärten erfolgt bei folgenden Prozessparametern: Taupunkt < 278,15 K, Transferzeit Ofen zu Werkzeug 6 s, Schließdauer des Werkzeugs 15 s.Steel flat products (cold strip) of the analysis mentioned in Table 1 are used in the form of blanks. The cold strip was coated and the boards were cut out. The coating of the flat steel products used by way of example is a so-called AlSi coating which can be adjusted, inter alia, by fire coating, consisting of 9 to 10 wt.% Si, 2 to 3.5 wt.% Iron, balance aluminum consists. The thus manufactured and coated flat steel products are heated to a temperature T 1 (see table) for a duration t 1 (see table), then placed in a press mold, where hot molded to the steel component and thereby as quickly as possible by contact with a conventional hot forming tool cooled within about 15 seconds that a hardness structure (with a martensite of at least 80%, balance: bainite (0-20%), retained austenite (0-5%), ferrite (0-5%) in the steel substrate Press hardening takes place at the following process parameters: dew point <278.15 K, transfer time from furnace to tool 6 s, closing time of the tool 15 s.
Für die Versuche werden Ofentemperatur T1, Ofenverweildauer t1, Blechdicke und Auflagegewicht variiert und dementsprechend Proben für den Biegeversuch hergestellt. Die Messung erfolgt an jeweils 5 Proben mit gleichen Verarbeitungseigenschaften im Biegeversuch nach VDA238-100 (Probenlage „Längs“, d.h. Biegeachse quer zur Walzrichtung). Aus den 5 Proben wird das arithmetische Mittel gebildet. Der arithmetische Mittenrauwert Ra wird in µm als Durchschnittswert aus 40 Messungen, 20 auf Ober- und Unterseite der Proben, jeweils quer zur Walzrichtung der Probe bestimmt. Die Bestimmung erfolgt nach
In Tabelle 2 werden die Prozessparameter und die erhaltenen Biegewinkel angegeben.
Tabelle 2: Prozessparameter und erhaltene Biegewinkel
Gewerbliche AnwendbarkeitIndustrial Applicability
Das erfindungsgemäß hergestellte Stahlbauteil weist ein verbessertes Crashverhalten auf und kann daher vorteilhaft im Automobilsektor verwendet werden.The steel component produced according to the invention has an improved crash behavior and can therefore be used advantageously in the automotive sector.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- Hoffmann, Hartmut; Neugebauer, Reimund; Spur, Günter (2012): Handbuch Umformen. München: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG., Seiten 109 bis 165 und Seiten 196 bis 207 [0011]Hoffmann, Hartmut; Neugebauer, Reimund; Spur, Günter (2012): Handbuch Umformen. Munich: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG., Pages 109 to 165 and pages 196 to 207 [0011]
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