DE10221487A1 - Stahlwerkstoff - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stahlwerkstoff, welcher im luftvergüteten Zustand eine Zugfestigkeit Rm von > 850 N/mm·2·, eine Streckgrenze Rp0,2 von > 700 N/mm·2· und eine Dehnung A5 von > 15% aufweist, mit folgenden Legierungsbestandteilen (in Gewichtsprozent ausgedrückt): DOLLAR A C 0,09-0,13 DOLLAR A Si 0,15-0,30 DOLLAR A Mn 1,10-1,60 DOLLAR A P maximal 0,015 DOLLAR A S maximal 0,011 DOLLAR A Cr 1,00-1,60 DOLLAR A Mo 0,30-0,60 DOLLAR A Al 0,02-0,05 DOLLAR A V 0,12-0,25 DOLLAR A Rest erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, zur Herstellung von insbesondere dünnwandigen, hochtemperaturverzinkten Formbauteilen im Stahlleichtbau, vorzugsweise im Fahrzeugbau.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Stahlwerkstoff für den Stahlleichtbau.
• Zum Stand der Technik zählt ein wasservergütbarer Feinkornstahl mit einer Zugfestigkeit Rm von 1400 N/mm², einer Streckgrenze Rp 0,2 von 1100 N/mm² und einer Dehnung A5 von 8%. Ein derartiger Feinkornstahl wird häufig im Stahlleichtbau, insbesondere im Fahrzeugbau, zur Herstellung von Formbauteilen eingesetzt. Problematisch an diesem Stahlwerkstoff ist, dass er nur mit Wasser oder im Werkzeug vergütet werden kann. Dies ist generell aufwändig. Ohne Vergütung weist dieser Stahlwerkstoff jedoch keine ausreichende Festigkeit auf. Mit Vergütung ergibt sich aber die Problematik durch Zunder. Dieser kann nur durch einen vergleichsweise langen Beizprozess beseitigt werden. Ein Beizprozess führt wiederum zu Wasserstoffversprödung. Ferner ist ein starker Festigkeitsverlust in den durch Schweißnähte gebildeten Wärmeeinflusszonen festzustellen, wenn vergütete Formbauteile miteinander durch Schweißen gefügt werden. Zwar ist auch eine komplette Vergütung eines aus mehreren Einzelteilen bestehenden Formbauteils denkbar. Dann ergeben sich aber Schwierigkeiten im Hinblick auf den in der Regel nicht zu vermeidenden Verzug des kompletten Formbauteils. Schließlich ist bei dem bekannten Stahlwerkstoff noch zu beobachten, dass ein nicht unerheblicher Festigkeitsverlust durch eine Hochtemperaturverzinkung, wie eine Feuer-Verzinkung, eintritt. Eine solche Verzinkung wird jedoch gerade bei den Formbauteilen im Fahrzeugbau im Hinblick auf einen Korrosionsschutz mit geringer Schichtdicke angestrebt.
• Bei einem Dualphasenstahl mit einer Zugfestigkeit Rm von 600 N/mm², einer Streckgrenze Rp 0,2 von 400 N/mm² und einer Dehnung A5 von 20% ist die Grundfestigkeit zu niedrig. Festigkeitserhöhungen sind zwar durch höhere Umformgrade zu erreichen, die jedoch bei einer Reihe von Formbauteilen, insbesondere im Fahrzeugbau, nicht beabsichtigt sind. Auch bei diesem Stahlwerkstoff sind bei einer Hochtemperaturverzinkung erhebliche Gefügeveränderungen nicht zu vermeiden.
• Bei dem als TRIP-Stahl bekannten Stahlwerkstoff (Mehrphasenstahl) mit einer Zugfestigkeit Rm von 700 N/mm², einer Streckgrenze Rp 0,2 von 480 N/mm² und einer Dehnung A5 von 24% ist ebenfalls die Grundfestigkeit zu niedrig. Wie auch beim Dualphasenstahl ist eine Festigkeitserhöhung durch höhere Umformgrade zu erreichen, die jedoch bei diversen Formbauteilen, insbesondere im Fahrzeugbau, nicht erwünscht ist. Gefügeveränderungen in erheblichem Umfang sind ebenfalls bei einer Hochtemperaturverzinkung zu erwarten. Im übrigen ist bei diesem Stahlwerkstoff der Festigkeitsverlauf in Schweißnähten und in Wärmeeinflusszonen zu kritisch.
• Schließlich zählt es zum Stand der Technik, Edelstahl mit einer Zugfestigkeit Rm von 800 N/mm², einer Streckgrenze Rp 0,2 von 370 N/mm² und einer Dehnung A5 von 53% zu verwenden. Edelstahl bedeutet jedoch sehr hohe Materialkosten bei niedrigen Grundfestigkeiten. Darüberhinaus sind auch bei Edelstahl Festigkeitserhöhungen nur durch höhere Umformgrade zu erreichen, die jedoch bei Komponenten des Fahrzeugbaus nicht immer realisierbar sind.
• Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, einen Stahlwerkstoff für den Stahlleichtbau bereit zu stellen, aus welchem dünnwandige Formteile bzw. Schweißteile mit einer sowohl hohen Festigkeit als auch hohen Dauerfestigkeit gefertigt werden können.
• Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 2 angegebenen Merkmalen gelöst.
• Die Erfindung ist besonders interessant für crashrelevante Fahrzeugteile, wie Crashboxen, Überrollbügel, Seitenaufprallelemente oder Säulenverstärkungen, bei denen neben einer bestimmten Festigkeit auch eine gewisse Nachgiebigkeit (plastische Verformungsreserve) gefordert wird, um Crashenergie umwandeln zu können. Höchstfeste Stähle haben den Nachteil, dass sie sich nur begrenzt zum Bauteil umformen lassen und sie sich im Crashfall nur relativ wenig plastisch deformieren.
• Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung wird in den Merkmalen des Patentanspruchs 3 gesehen.
• Ein Kernpunkt hierbei besteht darin, dass jetzt auch eine Hochtemperaturverzinkung bei ca. 600°C keinen negativen Einfluss auf die Festigkeit des erfindungsgemäßen luftvergüteten oder luftharten Stahlwerkstoffs hat. Der Einfluß der Hochtemperatur-Verzinkung ist im Gegenteil bei luftharten Teilen positiv, da durch die Temperaturführung diese in den Zustand luftvergütet geführt werden, welcher sich durch höhere Dauerfestigkeit auszeichnet. Ferner kann durch die angewandte Hochtemperatur-Verzinkung jedes Formbauteil mit einer nur geringen Schichtdicke von etwa 20 µm versehen werden, um bei einem ausreichenden Langzeitkorrosionsschutz dennoch mit geringen Zinkgewichten auszukommen. Demzufolge ist die Erfindung gerade für Leichtbauzwecke, wie sie mit Formbauteilen, insbesondere im Fahrzeugbau, verstärkt angestrebt werden, besonders interessant.
• Insgesamt ist festzustellen, dass der Bestandteil der Erfindung bildende Stahlwerkstoff eine höchste Grundfestigkeit bei akzeptabler Dehnung durch luftvergütendes bzw. lufthärtendes Material aufweist. Die Aushärtung in den Wärmeeinflusszonen sichert auch eine einwandfreie Festigkeit der Schweißverbindungen. Ein geringes Zinkgewicht ist durch geringe Schichtdicken bei ausreichendem Korrosionsschutz durch die Hochtemperaturverzinkung gewährleistet.
• Insbesondere sind die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Stahlwerkstoffe vorteilhaft für die Herstellung von Formbauteilen im Stahlleichtbau insbesondere im Fahrzeugbau, vorzugsweise für Fahrwerksteile wie Lenker oder Achsträger. Bei solchen Teilen stehen die Kriterien Leichtbau und Korrosionsschutz unter extremen Bedingungen sowie Dauerfestigkeit unter dynamischer Beanspruchung im Vordergrund. Alternative, möglicherweise gleichwertige Lösungen in Aluminium sind in diesem Zusammenhang gegenüber der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung mit erheblichen Mehrkosten verbunden.

Claims (3)

1. Stahlwerkstoff, welcher im luftvergüteten Zustand eine Zugfestigkeit Rm von > 850 N/mm², eine Streckgrenze Rp 0,2 von > 700 N/mm² und eine Dehnung A5 von > 15% aufweist, mit folgenden Legierungsbestandteilen (in Gewichtsprozent ausgedrückt):
Kohlenstoff (C) 0,09-0,13 Silizium (Si) 0,15-0,30 Mangan (Mn) 1,10-1,60 Phosphor (P) max. 0,015 Schwefel (S) max. 0,011 Chrom (Cr) 1,00-1,60 Molybdän (Mo) 0,30-0,60 Aluminium (Al) 0,02-0,05 Vanadium (V) 0,12-0,25 Rest erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, zur Herstellung von dünnwandigen Formbauteilen im Stahlleichtbau.

2. Stahlwerkstoff, welcher im luftharten Zustand eine Zugfestigkeit Rm von > 950 N/mm², eine Streckgrenze Rp 0,2 von > 700 N/mm² und eine Dehnung A5 von > 14% aufweist, mit folgenden Legierungsbestandteilen (in Gewichtsprozent ausgedrückt):
Kohlenstoff (C) 0,09-0,13 Silizium (Si) 0,15-0,30 Mangan (Mn) 1,10-1,60 Phosphor (P) max. 0,015 Schwefel (S) max. 0,011 Chrom (Cr) 1,00-1,60 Molybdän (Mo) 0,30-0,60 Aluminium (Al) 0,02-0,05 Vanadium (V) 0,12-0,25 Rest erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, zur Herstellung von dünnwandigen Formbauteilen im Stahlleichtbau.

3. Stahlwerkstoff nach Patentanspruch 1 oder 2 zur Herstellung von dünnwandigen, hochtemperaturverzinkten Formbauteilen im Fahrzeugbau.