DE10221487B4 - Verwendung eines Stahlwerkstoffs im Stahlleichtbau - Google Patents

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Abstract

Verwendung eines Stahlwerkstoffs, bestehend aus (in Masse-%): 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 Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, als Werkstoff zur Herstellung von Formbauteilen im Stahlleichtbau, die im luftvergüteten Zustand eine Zugfestigkeit von Rm von > 850 N/mm2, eine Streckgrenze Rp0,2 von > 700 N/mm2 und eine Dehnung A5 von > 15% aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Stahlwerkstoffs zur Herstellung von Formbauteilen im Stahlleichtbau.
  • Zum Stand der Technik zählt ein wasservergütbarer Feinkornstahl mit einer Zugfestigkeit Rm von 1400 N/mm2, einer Streckgrenze Rp0,2 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 Rp0,2 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 Rp0,2 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 Rp0,2 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 Edel stahl Festigkeitserhöhungen nur durch höhere Umformgrade zu erreichen, die jedoch bei Komponenten des Fahrzeugbaus nicht immer realisierbar sind.
  • Eine Stahlzusammensetzung (in Masse-%) 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
    ist aus der EP 1 143 022 A1 , der EP 1 041 167 A1 und aus der EP 1 052 301 A1 bekannt.
  • Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zugrunde, die Verwendungsbreite des bekannten Stahlwerkstoffs so für den Stahlleichtbau zu erweitern, dass 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 erfindungsgemäß verwendeten luftvergüteten oder luftharten Stahlwerkstoffs zur Herstellung von Formbauteilen im Stahlleichtbau hat. Der Einfluss der Hochtemperatur-Verzinkung ist im Gegenteil bei luftharten Teilen positiv, da durch die Temperaturführung diese in den Zustand luftvergütet überführt 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 die Verwendung des Stahlwerkstoffs zur Herstellung von, insbesondere dünnwandigen, Formbauteilen im Stahlleichtbau zu einer höheren Grundfestigkeit bei akzeptabler Dehnung führt. 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 erfindungsgemäßen Verwendungen 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. Verwendung eines Stahlwerkstoffs, bestehend aus (in Masse-%): 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 Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, als Werkstoff zur Herstellung von Formbauteilen im Stahlleichtbau, die im luftvergüteten Zustand eine Zugfestigkeit von Rm von > 850 N/mm2, eine Streckgrenze Rp0,2 von > 700 N/mm2 und eine Dehnung A5 von > 15% aufweisen.
  2. Verwendung eines Stahlwerkstoffs nach Patentanspruch 1 als Werkstoff zur Herstellung von Formbauteilen im Stahlleichtbau, die im luftharten Zustand eine Zugfestigkeit Rm von > 950 N/mm2, eine Streckgrenze Rp0,2 von > 700 N/mm2 und eine Dehnung A5 von > 14% aufweisen.
  3. Verwendung des Stahlwerkstoffs nach Patentanspruch 1 für den Zweck nach Patentanspruch 1 oder 2, mit der Maßgabe, dass die Formbauteile hochtemperaturverzinkt sind.
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