DE102021214024A1 - Process for manufacturing a hot-formed and press-hardened sheet steel component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils (3), das die folgenden Prozessschritte aufweist: einen Austenitisierungsschritt (ΔtA), bei dem eine noch ungehärtete, insbesondere mit einer Zunderschutzschicht beschichtete Platine (17) zumindest teilweise bis auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur erwärmt wird; und einen Presshärteschritt (ΔtPH), bei dem die im Heißzustand in ein Umformwerkzeug (23) eingelegte Platine (17) warmumgeformt und pressgehärtet wird, wodurch sich das Stahlblechbauteil (3) bildet. Erfindungsgemäß weist das Verfahren zwischen dem Austenitisierungsschritt (ΔtA) und dem Presshärteschritt (ΔtPH) einen Temperierschritt (ΔtT) mit partieller Vorkühlung (ΔtVK) auf, bei der ein Bereich (N) der Platine (17) bis auf eine Vorkühltemperatur (ϑVK) vorgekühlt wird, so dass die Zugfestigkeit des vorgekühlten Bereiches (N) im gehärteten Zustand reduziert ist, und zwar im Vergleich zur Zugfestigkeit des nicht vorgekühlten Bereiches (T).The invention relates to a method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel component (3), which has the following process steps: an austenitizing step (ΔtA), in which a still unhardened blank (17), in particular coated with an anti-scale layer, is at least partially removed except for the material-specific austenitization temperature is heated; and a press hardening step (ΔtPH) in which the blank (17) placed in a forming die (23) in the hot state is hot worked and press hardened, thereby forming the steel sheet component (3). According to the invention, the method has a tempering step (ΔtT) with partial pre-cooling (ΔtVK) between the austenitization step (ΔtA) and the press-hardening step (ΔtPH), in which an area (N) of the blank (17) is pre-cooled to a pre-cooling temperature (ϑVK). , so that the tensile strength of the pre-cooled region (N) in the hardened state is reduced compared to the tensile strength of the non-pre-cooled region (T).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein solches Stahlblechbauteil nach Anspruch 8.The invention relates to a method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel component according to the preamble of claim 1 and such a sheet steel component according to claim 8.
Ein solches Stahlblechbauteil wird im Stand der Technik in einer Prozessabfolge hergestellt, bei der eine beidseitig mit Zunderschutzschicht beschichte Platine bereitgestellt wird. In einem Wärmebehandlungsschritt wird die beschichtete Platine zum Beispiel in einem Rollenherdofen zumindest partiell auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur erwärmt. Die wärmebehandelte Platine wird dann im Heißzustand in ein Umformwerkzeug eingelegt. Dort erfolgt ein Presshärteschritt unter Bildung des Stahlblechbauteils.In the prior art, such a sheet steel component is produced in a process sequence in which a circuit board coated on both sides with an anti-scale layer is provided. In a heat treatment step, the coated blank is at least partially heated to above the material-specific austenitization temperature, for example in a roller hearth furnace. The heat-treated blank is then placed in a forming tool while still hot. There, a press hardening step takes place to form the sheet steel component.
Die Wasserstoffpermeabilität der Zunderschutzschicht ist bei hoher Prozesstemperatur erhöht und bei niedriger Prozesstemperatur reduziert. Von daher ist im Wärmbehandlungsschritt (das heißt im Rollenherdofen) die Wasserstoff-Sperrwirkung der Zunderschutzschicht reduziert und erfolgt ein Wasserstoff-Eintrag von der Ofenatmosphäre in das Stahlsubstrat der Platine. Der Wasserstoff-Eintrag führt im weiteren Prozessverlauf nach der Wärmebehandlung zu einer Wasserstoff-Versprödung. Auf die Wasserstoff-Versprödung reagieren vor allem höchstfeste Stähle, zum Beispiel 34MnB5, sensibel, und zwar mit einer wasserstoffinduzierten Rissbildung, die unter anderem bei einem Verbau des fertiggestellten Stahlblechbauteils in der Fahrzeugkarosserie auftreten kann. Die wasserstoffinduzierte Rissbildung führt speziell beim Verbau des Stahlblechbauteils in einer Naßumgebung zu einer Spannungsrisskorrosion, bei der Wasserstoff entsteht, der das Werkstoffgefüge des Stahlblechbauteils lokal schädigt. Bei mechanischer Belastung des Stahlblechbauteils kommt es daher zu einem vorzeitigen Bauteilversagen.The hydrogen permeability of the scale protection layer is increased at high process temperatures and reduced at low process temperatures. Therefore, in the heat treatment step (that is, in the roller hearth furnace), the hydrogen barrier effect of the anti-scale layer is reduced and hydrogen is introduced from the furnace atmosphere into the steel substrate of the blank. In the further course of the process after the heat treatment, the hydrogen entry leads to hydrogen embrittlement. High-strength steels, such as 34MnB5, are particularly sensitive to hydrogen embrittlement, with hydrogen-induced cracking, which can occur when the finished sheet steel component is installed in the vehicle body. The hydrogen-induced cracking leads to stress corrosion cracking, especially when the sheet steel component is installed in a wet environment, in which hydrogen is produced, which locally damages the material structure of the sheet steel component. Mechanical stress on the sheet steel component therefore leads to premature component failure.
Vor diesem Hintergrund wird in gängiger Praxis in der Fahrzeugkarosserie auf den Verbau von höchstfesten warmumgeformten Stählen, etwa 34MnB5, in einer Naßumgebung verzichtet, da das Risiko einer Spannungsrisskorrosion besteht. Anstelle solcher höchstfester Stähle kommt in einer Naßumgebung vielmehr ein Stahlsubstrat einer Werkstoffgüteklasse zur Anwendung, dessen maximal erzielbare Zugfestigkeit im gehärteten Zustand bei 1500 MPa oder weniger liegt. Stahlsubstrate einer solchen Werkstoffgüteklasse sind im Gegensatz zu höchstfesten Stählen weniger anfällig für eine Spannungsrisskorrosion in Naßumgebung.Against this background, it is common practice not to use high-strength hot-formed steels, such as 34MnB5, in vehicle bodies in a wet environment, as there is a risk of stress corrosion cracking. Instead of such ultra-high strength steels, a steel substrate of a material grade is used in a wet environment, the maximum attainable tensile strength of which is 1500 MPa or less in the hardened condition. In contrast to high-strength steels, steel substrates of such a material grade are less susceptible to stress corrosion cracking in wet environments.
Aus der
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils bereitzustellen, das im Vergleich zum Stand der Technik eine höhere Zugfestigkeit aufweist und gegenüber Bauteilversagen in einem in Naßumgebung verbauten Zustand weniger anfällig ist.The object of the invention is to provide a method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel component which, compared to the prior art, has a higher tensile strength and is less susceptible to component failure when installed in a wet environment.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 8 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of claim 1 or 8. Preferred developments of the invention are disclosed in the dependent claims.
Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Herstellung einer warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils aus, das die folgenden Prozessschritte aufweist: So wird zunächst in einem Austenitisierungsschritt eine noch ungehärtete, insbesondere mit einer Zunderschutzschicht (zum Beispiel einer aluminiumbasierten oder zinkbasierten Beschichtungsauflage) beschichtete Platine zumindest teilweise bis auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur erwärmt. Anschließend folgt ein Presshärteschritt, bei dem die im Heißzustand in ein Umformwerkzeug eingelegte Platine warmumgeformt und pressgehärtet wird. Auf diese Weise bildet sich das Stahlblechbauteil. Erfindungsgemäß ist das Stahlblechbauteil aufgeteilt in zumindest einen in einer Naßumgebung verbaubaren Platinennaßbereich und in einer Trockenumgebung verbaubaren Platinentrockenbereich. Erfindungsgemäß weist das Verfahren zwischen dem Austenitisierungsschritt und dem Presshärteschritt einen Temperierschritt auf, in dem eine partielle Vorkühlung der Platine durchgeführt wird. Bei der partiellen Vorkühlung wird der Platinennaßbereich bis auf eine Vorkühltemperatur vorgekühlt. Auf diese Weise wird die Zugfestigkeit des Platinennaßbereiches im gehärteten Zustand reduziert, und zwar im Vergleich zur Zugfestigkeit des nicht vorgekühlten Platinentrockenbereiches. Aufgrund der reduzierten Zugfestigkeit ist der Platinennaßbereich beim Verbau des Stahlblechbauteils in einer Naßumgebung wesentlich weniger anfällig gegenüber Spannungsrisskorrosion als der Platinentrockenbereich, dessen Zugfestigkeit während des Temperierschrittes nicht reduziert worden ist. Das Stahlblechbauteil ist daher im verbauten Zustand wesentlich weniger anfälliger gegenüber Spannungsrisskorrosion in der Naßumgebung. Die Platine kann dabei im Austenitisierungsschritt in einer ersten Prozessroute komplett oder in einer zweiten Prozessroute nur teilweise bis auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur erwärmt werden.The invention is based on a method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel component, which has the following process steps: First, in an austenitization step, a circuit board that is still unhardened, in particular with an anti-scale layer (for example an aluminum-based or zinc-based coating), is coated at least partially except for heated above the material-specific austenitization temperature. This is followed by a press-hardening step, in which the blank, which is placed in a forming tool while hot, is hot-formed and press-hardened. In this way, the sheet steel component is formed. According to the invention, the sheet steel component is divided into at least one wet area for the blank that can be installed in a wet environment and dry area for the blank that can be installed in a dry environment. According to the invention, the method has a tempering step between the austenitization step and the press-hardening step, in which a partial pre-cooling of the blank is carried out. With partial pre-cooling, the wet area of the board is pre-cooled to a pre-cooling temperature. In this way, the tensile strength of the blank wet area in the hardened state is reduced compared to the tensile strength of the non-precooled blank dry area. Due to the reduced tensile strength, the wet area of the blank is significantly less susceptible to stress corrosion cracking when the sheet steel component is installed in a wet environment than the dry area of the blank, whose tensile strength has not been reduced during the tempering step. When installed, the sheet steel component is therefore significantly less susceptible to stress corrosion cracking in wet environments. In the austenitizing step, the blank can be completely or partially processed in a first process route a second process route are only partially heated to above the material-specific austenitization temperature.
Für ein einfacheres Verständnis der Erfindung ist in der obigen sowie in der nachfolgenden Beschreibung das Stahlblechbauteil exemplarisch aufgeteilt in einen Trockenbereich und in einen Naßbereich. Es ist hervorzuheben, dass eine solche Aufteilung lediglich eine beispielhafte, nicht beschränkende Ausführungsvariante der Erfindung ist. Vielmehr ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 allgemein eine an die Ansprüche/Belastung des Stahlblechbauteils angepassten/maßgeschneiderte Festigkeitsverteilung. Hierzu weist das Verfahren zwischen dem Austenitisierungsschritt und dem Presshärteschritt einen Temperierschritt mit partieller Vorkühlung auf, bei der ein Bereich der Platine bis auf eine Vorkühltemperatur vorgekühlt wird, so dass die Zugfestigkeit des vorgekühlten Bereiches im gehärteten Zustand reduziert ist, und zwar im Vergleich zur Zugfestigkeit des nicht vorgekühlten Bereiches.For a simpler understanding of the invention, the sheet steel component is divided into a dry area and a wet area by way of example in the description above and in the following. It should be emphasized that such a division is merely an exemplary, non-limiting embodiment variant of the invention. Rather, the method according to the invention according to the characterizing part of claim 1 generally enables a strength distribution that is adapted/tailor-made to the requirements/load of the sheet steel component. For this purpose, the method has a tempering step with partial pre-cooling between the austenitizing step and the press-hardening step, in which an area of the blank is pre-cooled to a pre-cooling temperature, so that the tensile strength of the pre-cooled area is reduced in the hardened state, compared to the tensile strength of the not pre-cooled area.
Der Temperierschritt kann als ein Tailored-Tempering-Prozess oder als thermischer Printerprozess ausgelegt sein, in dem der Temperatur-Zeitverlauf der Wärmebehandlung vor dem Presshärten gezielt und lokal gesteuert werden kann. Beispielhaft kann im Tailored-Tempering-Prozess entweder vollständig austenitisiert werden und/oder im 2-Phasengebiet zwischen Ac1 und Ac3 geglüht werden.The tempering step can be designed as a tailored tempering process or as a thermal printer process, in which the temperature-time profile of the heat treatment before press hardening can be controlled in a targeted and local manner. For example, the tailored tempering process can either be completely austenitized and/or annealed in the 2-phase area between Ac1 and Ac3.
Ein Kern der Erfindung besteht somit in der gezielten Wahl der Bauteilfestigkeit/mechanischen Kennwerte zu den entsprechenden lokal-korrosiven Anforderungen des Stahlblechbauteils. Hintergrund ist, dass aufgrund von Spannungsrisskorrosion der Einsatz einer Warmumformgüte mit einer Zugfestigkeit größer als 1500 MPa in einer potentiellen Nassumgebung nicht möglich ist, da bei der Korrosion Wasserstoff entsteht, der das Werkstoffgefüge lokal schädigt. Bei weiterer Bauteil-Belastung kann es daher zum Bauteilversagen kommen.A core of the invention is therefore the targeted selection of the component strength/mechanical parameters for the corresponding local corrosive requirements of the sheet steel component. The background is that due to stress corrosion cracking, it is not possible to use a hot-forming grade with a tensile strength greater than 1500 MPa in a potentially wet environment, since the corrosion produces hydrogen, which locally damages the material structure. Further component stress can therefore lead to component failure.
Aus diesem Grund wird die Bauteilfestigkeit in korrosiv-belasteten Bereichen (das heißt im vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Beispiel der Säulen-Fußabschnitt) auf eine Zugfestigkeit mit maximal 1500 MPa eingestellt. Speziell bei Verwendung von 22MnB5 liegt die Zugfestigkeit bei bis zu 1650MPa. Der Rest des Stahlblechbauteils liegt im Trockenbereich und kann daher mit einer Festigkeit von zum Beispiel 1900 MPa ausgelegt werden.For this reason, the component strength in corrosively stressed areas (that is, in the present exemplary embodiment, for example the column base section) is set to a maximum tensile strength of 1500 MPa. Especially when using 22MnB5, the tensile strength is up to 1650MPa. The rest of the sheet steel component is in the dry area and can therefore be designed with a strength of 1900 MPa, for example.
In einer technischen Umsetzung kann das Stahlsubstrat der Platine einer Werkstoffgüteklasse zur Herstellung hochfester Stahlblechbauteile zugeordnet sein. Deren maximal erzielbare Zugfestigkeit im gehärteten Zustand kann bei mehr als 1650 MPa, insbesondere bei mehr als 1800 MPa, liegen. Bevorzugt kann das Stahlsubstrat ein manganhaltiger Vergütungsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt größer als 0,22 wt % sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Stahlsubstrat aus 34MnB5 besteht, dessen maximal im Warmumformprozess erzielbare Zugfestigkeit insgesamt bei 1900 MPa liegt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann daher selbst ein höchstfester Stahl, wie etwa 34 MnB5, beim Verbau des Stahlblechbauteils in einer Naßumgebung verwendet werden, ohne dass dies zu einem frühzeitigem Bauteilversagen aufgrund von Spannungsrisskorrosion führen würde.In a technical implementation, the steel substrate of the plate can be assigned to a material quality class for the production of high-strength sheet steel components. Their maximum achievable tensile strength in the hardened state can be more than 1650 MPa, in particular more than 1800 MPa. The steel substrate can preferably be a manganese-containing heat-treatable steel with a carbon content greater than 0.22 wt%. It is particularly preferred if the steel substrate consists of 34MnB5, whose maximum tensile strength that can be achieved in the hot forming process is 1900 MPa overall. With the method according to the invention, even a high-strength steel, such as 34 MnB5, can therefore be used when installing the sheet steel component in a wet environment, without this leading to premature component failure due to stress corrosion cracking.
In einer Ausführungsvariante kann das Stahlsubstrat aus einem Mangan-Bor-Vergütungsstahl mit angepasstem Legierungskonzept bestehen, welches dadurch besonders gut für den erfindungsgemäßen Zweck geeignet ist. Insbesondere durch Erhöhung des Siliziumanteils von > 0,8 bis 2,2 Gew.%, bevorzugt > 1,4 bis 2,0 Gew%, besonders bevorzugt > 1,4-1,7 Gew.% kann im dargestellten Prozess das Zwischenstufengefüge Bainit und Restaustenit in dem Stahlmaterial stabilisiert werden, wodurch die Duktilität, d.h. die Sicherheit gegen sprödes Versagen, des Stahlmaterials verbessert werden kann. Insbesondere eine Prozessführung, bei der ein Temperierschritt ΔtT mit partieller Vorkühlung ΔtVK auf Vorkühltemperatur ϑVK derart rasch erfolgt, dass weder das werkstoffspezifische Ferrit- noch das Perlit-Gebiet F, P durchlaufen wird und die Vorkühltemperatur ϑVK zwischen Bainit-Start-Temperatur und Bainit-Finish-Temperatur liegt, ist vorteilhaft für die Ausbildung eines Mischgefüges bestehend aus Martensit M und zusätzlich Bainit B und/oder Restaustenit RA in dem vorgekühlten Bereich des Stahlblechbauteils.In one embodiment variant, the steel substrate can consist of a manganese-boron heat-treated steel with an adapted alloy concept, which is therefore particularly well suited for the purpose according to the invention. In particular by increasing the silicon content from >0.8 to 2.2% by weight, preferably >1.4 to 2.0% by weight, particularly preferably >1.4-1.7% by weight, the intermediate structure bainite and retained austenite in the steel material can be stabilized, whereby the ductility, ie, safety against brittle failure, of the steel material can be improved. In particular, a process control in which a tempering step Δt T with partial pre-cooling Δt VK to pre-cooling temperature ϑ VK takes place so quickly that neither the material-specific ferrite nor the pearlite area F, P is passed through and the pre-cooling temperature ϑ VK is between the bainite start temperature and bainite finish temperature is advantageous for the formation of a mixed structure consisting of martensite M and additionally bainite B and/or residual austenite RA in the pre-cooled area of the sheet steel component.
Eine möglichst große Zugfestigkeit des warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils ist von großer Bedeutung. Von diesem Hintergrund entspricht die Zugfestigkeit des nicht vorgekühlten Platinentrockenbereichs im gehärteten Zustand der maximal im Warmumformprozess erzielbaren Zugfestigkeit. Demgegenüber ist die Zugfestigkeit des vorgekühlten Platinennaßbereiches im gehärteten Zustand reduziert. Beispielhaft kann dessen Zugfestigkeit bei kleiner als 1650 MPa, insbesondere bei kleiner als 1500 MPa liegen. Alternativ und/oder zusätzlich dazu kann die Zugfestigkeit des vorgekühlten Platinennaßbereiches in einem Bereich zwischen 500 MPa und 1650 MPa liegen.The greatest possible tensile strength of the hot-formed and press-hardened sheet steel component is of great importance. Against this background, the tensile strength of the non-pre-cooled blank dry area in the hardened state corresponds to the maximum tensile strength that can be achieved in the hot forming process. In contrast, the tensile strength of the pre-cooled blank wet area is reduced in the hardened state. For example, its tensile strength can be less than 1650 MPa, in particular less than 1500 MPa. Alternatively and/or in addition to this, the tensile strength of the pre-cooled blank wet area can be in a range between 500 MPa and 1650 MPa.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann das Stahlblechbauteil als ein Verstärkungselement führ eine B-Säule eines zweispurigen Fahrzeugs realisiert sein. In diesem Fall kann die B-Säule als ein Hohlträger ausgebildet sein. Dieser besteht aus einem, in der Fahrzeugquerrichtung inneren Blechinnenteil und einem demgegenüber äußeren Blechaußenteil. Zwischen dem Blechinnenteil und dem Blechaußenteil ist das Verstärkungselement angeordnet. Das Verstärkungselement weist einen an der Fahrzeugdachstruktur anbindbaren Kopfabschnitt sowie einen an einem Fahrzeugschweller anbindbaren Fußabschnitt und einen sich dazwischen erstreckenden mittleren Säulenabschnitt auf. Insbesondere der Säulen-Fußabschnitt liegt im verbauten Zustand in einer potenziellen Naßumgebung. Der Säulen-Fußabschnitt bildet somit den Platinennaßbereich, der während des Warmumformprozesses im Temperierschritt vorgekühlt wird. Demgegenüber bilden der mittlere Säulenabschnitt sowie der Kopfabschnitt des Verstärkungselementes einen Platinentrockenbereich, der während des Warmumformungsprozesses im Temperierschritt nicht vorgekühlt wird.In a preferred embodiment variant, the sheet steel component can be implemented as a reinforcement element for a B-pillar of a two-track vehicle. In this case, the B-pillar can be designed as a hollow beam. This consists of one, in the vehicle transverse direction inner inner sheet metal part and a contrast outer outer sheet metal part. The reinforcement element is arranged between the sheet metal inner part and the sheet metal outer part. The reinforcement element has a head section which can be connected to the vehicle roof structure and a foot section which can be connected to a vehicle rocker panel and a central pillar section which extends in between. In particular, the pillar foot section is in a potentially wet environment when installed. The column foot section thus forms the blank wet area, which is pre-cooled during the hot forming process in the tempering step. In contrast, the central column section and the head section of the reinforcement element form a blank dry area that is not pre-cooled during the hot forming process in the tempering step.
Die Zunderschutzschicht der Platine kann jegliche geeignete Beschichtungsauflage sein. Beispielhaft kann die Zunderschutzschicht der Platine eine AISi-Beschichtung (90-10), eine GA/GI-Beschichtung auf Zink-Basis, oder ein lackbasierter Überzug sein, der eine Verzunderung minimiert. In einer alternativen Prozessroute kann die noch ungehärtete Platine ohne Zunderschutzschicht bereitgestellt werden. In diesem Fall wird die unbeschichtete Platine in der Wärmebehandlung nicht mit Druckluft beaufschlagt. Der Prozess ist dabei in der Gestaltung an die mögliche Zunderbildung adaptiert.The anti-scale coating of the circuit board can be any suitable coating overlay. For example, the board's anti-scale coating may be an AISi (90-10) coating, a zinc-based GA/GI coating, or a paint-based coating that minimizes scaling. In an alternative process route, the still unhardened blank can be provided without an anti-scale layer. In this case, the uncoated board is not subjected to compressed air during the heat treatment. The design of the process is adapted to the possible formation of scale.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
-
1 und2 jeweils ein Verstärkungselement für eine B-Säule im verbauten Zustand (1 ) und in Alleinstellung (2 ); -
3a bis3c jeweils Ansichten einer Warmumformanlage, anhand derer eine Prozessabfolge zur Herstellung des Verstärkungselements veranschaulicht ist; und -
4 ein Zeit-Temperatur-Profil, das den zeitlichen Temperaturverlauf in der Platine während des Warmumformungsprozesses zeigt.
-
1 and2 one reinforcement element each for a B-pillar when installed (1 ) and alone (2 ); -
3a until3c in each case views of a hot-forming plant, on the basis of which a process sequence for the production of the reinforcement element is illustrated; and -
4 a time-temperature profile that shows the course of temperature over time in the blank during the hot forming process.
In der
Das Verstärkungselement 3 ist ein warmumgeformtes und pressgehärtetes Stahlblechbauteil aus 34MnB5. Wie aus der
Das Verstärkungselement 3 wird in einem nachfolgend anhand der
Es ist hervorzuheben, dass die
Der Rollenherdofen 11 weist auslaufseitig eine Ofenzone 25 auf, die Bestandteil der Temperierstation 21 ist. In der Ofenzone 25 erfolgt eine partielle Vorkühlung ΔtVK. Hierzu ist die Ofenzone 25 gemäß der
Beispielhaft sind im Vorkühl-Abschnitt 27 der Ofenzone 25 drei Druckluftdüsen 18 (
Die Temperierstation 21 weist neben der Ofenzone 25 eine nachgeschaltete Wärmebehandlungsvorrichtung 33 auf, in der ein Wärmebehandlungs-Teilschritt ΔtW erfolgt, in dem mit Hilfe eines Heizelements 37 der vorgekühlte Platinennaßbereich N wieder erwärmt wird.In addition to the
Wie aus der
In der
Im Umformungswerkzeug 13 erfolgt der Presshärteschritt ΔtPH, in dem die Platine 17 warmumgeformt und pressgehärtet wird, wodurch das Stahlblechbauteil gebildet ist. Das Verstärkungselement 3 wird in einer Entnahmetemperatur ϑaus aus dem Umformwerkzeug 23 entnommen. Beispielhaft kann die Entnahmetemperatur ϑaus in der
In dem erfindungsgemäßen Warmumformprozess wird im mittleren Säulenabschnitt 13 und im Kopfabschnitt 7 (weisen jeweils hohe Festigkeitsanforderung auf) der Werkstoff vollständig austenitisiert und gehärtet. Dadurch entsteht hier ein martensitisches Gefüge mit einer Festigkeit von 1900 MPa. Im angrenzenden Säulen-Fußabschnitt 11 kann durch das gezielte Temperatur-Zeitmanagement eine Festigkeit zwischen 500 und 1650 MPa eingestellt werden. Ein Kern der Erfindung besteht darin, dass das Stahlsubstrat der Platine 17 34MnB5 bzw. CR1900T-MB ist.In the hot forming process according to the invention, the material is completely austenitized and hardened in the
Der in der
Das gefertigte Verstärkungselement 3 weist daher sowohl maßgeschneiderte Festigkeitseigenschaften als auch maßgeschneiderte Korrosionsanforderungen auf, ohne dass zwangsläufig eine maßgeschneiderte Formplatine (TRB, TWB od. Patch) notwendig ist.The manufactured
Mit der Erfindung kann somit ein maßgeschneidertes Stahlblechbauteil mit maximaler Festigkeit von 1900 MPa hergestellt werden. Zudem können während des Warmumformprozess in der Temperierstation 21 Anlasszustände eingestellt werden, um Festigkeiten von lokal kleiner als 1900 MPa einzustellen, und zwar insbesondere analog zu den lokalen Korrosions- und Festigkeitsanforderungen. Beispielhaft kann der Platinennaßbereich eine Festigkeit von kleiner als 1500 MPa aufweisen, ein Platinendeformationsbereich eine Festigkeit von kleiner als 1250 MPa aufweisen sowie ein Platinenfestigkeitsbereich eine Festigkeit von größer 1500 MPa aufweisen.A tailor-made sheet steel component with a maximum strength of 1900 MPa can thus be produced with the invention. In addition, during the hot forming process in the tempering
Die für den erfindungsgemäßen Warmumformprozess verwendeten Platinen können beliebig ausgebildet sein, etwa als TRB-Platine, als TWB-Platine, als Patch-Platine oder als Platine mit Blechdickenerhöhung.The blanks used for the hot forming process according to the invention can be of any design, for example as a TRB blank, as a TWB blank, as a patch blank or as a blank with an increase in sheet thickness.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel der
Es ist hervorzuheben, dass erfindungsgemäß in erster Linie nicht die Differenzierung alleine über Trocken- und Naßbereiche T, N ausschlaggebend ist. Im Kopfbereich 7 des Verstärkungselements 3 wirkt sich beispielhaft eine geringere Festigkeit positiv auf die Bauteilperformance im Crash aus, wohingegen im Fußbereich 11 (d.h. im Naßbereich) eine Festigkeit größer als 1650 MPa nicht zulässig ist.It should be emphasized that, according to the invention, it is not primarily the differentiation between dry and wet areas T, N that is decisive. In the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- B-SäuleB pillar
- 33
- Verstärkungselementreinforcement element
- 55
- Fahrzeugdachstrukturvehicle roof structure
- 77
- Kopfabschnitthead section
- 99
- Fahrzeugschwellervehicle rocker
- 1111
- Säulen-FußabschnittColumn foot section
- 1313
- mittlerer Säulenabschnittmiddle column section
- 1515
- Platinen-Stapelboard stack
- 1717
- Platinenboards
- 1919
- OfenOven
- 2121
- Temperierstationtemperature control station
- 2323
- Umformwerkzeugforming tool
- 2525
- Ofenzonefurnace zone
- 2727
- Vorkühl-Abschnittpre-cooling section
- 2929
- Warmhalte-Abschnittwarming section
- 3131
- Trennwandpartition wall
- 3232
- Heizelementheating element
- 3333
- Wärmebehandlungsvorrichtungheat treatment device
- 3535
- Heizelementheating element
- 3737
- Zentrierstationcentering station
- 3838
- Transfereinheittransfer unit
- hH
- Auslaufstreckeoutlet section
- NN
- Platinennaßbereichboard wet area
- TT
- Platinentrockenbereichboard drying area
- ϑVKϑVK
- Vorkühltemperaturpre-cooling temperature
- ϑN,ein, ϑT,ein1ϑN,in, ϑT,in1
- Einlagetemperatureninsertion temperatures
- MsMs
- Martensit-Start-TemperaturMartensite Start Temperature
- MfMf
- Martensit-Finish-TemperaturMartensite Finish Temperature
- ϑausϑoff
- Entnahmetemperaturwithdrawal temperature
- ΔtAΔtA
- Austenitisierungsschrittaustenitizing step
- ΔtTΔtT
- Temperierschritttempering step
- ΔtVKΔtVK
- Vorkühlungsschrittpre-cooling step
- ΔtwΔtw
- Wärmebehandlungsschrittheat treatment step
- ΔtpHΔtpH
- Presshärteschrittpress hardening step
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- US 20190366407 A1 [0005]US 20190366407 A1 [0005]
- US 20110030442 A1 [0005]US20110030442A1 [0005]
Claims (12)
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-
2021
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