DE10255260A1 - Verwendung einer Stahllegierung als Werkstoff zur Herstellung von Rohrleitungen für Kraftfahrzeuge - Google Patents

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Abstract

Verwendung einer Stahllegierung, die in Massenanteilen aus 0,09-0,12% Kohlenstoff (C), 0,15-0,30% Silizium (Si), 1,20-1,80% Mangan (Mn), max. 0,015% Phosphor (P), max. 0,011% Schwefel (S), 1,00-2,00% Chrom (Cr), 0,20-0,60% Molybdän (Mo), 0,020-0,060% Aluminium (Al), 0,10-0,25% Vanadium (V) und Eisen sowie den üblichen Verunreinigungen als Rest besteht, als Werkstoff zur Herstellung von luftgehärteten Rohrleitungen für Kraftfahrzeuge. Die Lufthärtung erfolgt unter Schutzgas bei einer Temperatur von 950 DEG C +- 15 DEG C.

Description

  • Im Serienfahrzeugbau bestehen einbaufertige metallische Rohrleitungen für Fluide, wie Kühlwasser, Kraftstoff, Hydraulikflüssigkeiten, in der Regel aus einem korrosionsgeschützten Stahlrohr. Die Rohrleitungen sind entweder über separate Halterungen fixiert im Kraftfahrzeug, teilweise sind aber auch Halterungen und Anschlussstutzen unmittelbar an die metallischen Rohrleitungen angelötet.
  • Gegenwärtig werden Rohrleitungen für Kühlwasser und Hydraulikflüssigkeiten in der Automobiltechnik zumeist aus Rohren aus dem Material RSt-34.2 (Streckgrenze RP0,2 = 235 N/mm2) mit Wanddicken von ca. 0,7 mm bis 1,0 mm hergestellt. Nach dem Biegen der zunächst geraden Rohre in den gewünschten Leitungsverlauf werden Halterungen angelötet. Die Lötung erfolgt unter Zugabe von Reinkupferlot üblicherweise in einem Durchlauflötofen bei einer Temperatur von 1083 °C. Die hohe Erwärmung beim Löten kann bei dem bekannten Werk stoff RSt-34.2 zur Grobkornbildung und zum Rückgang der Dauerschwingfestigkeit führen, was sich nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften des eingesetzten Werkstoffs auswirkt. In der Vergangenheit sind bereits Schadensfälle an derartigen Rohrleitungen im Bereich der Lötstellen aufgetreten. Derartige Mängel sind bei Rohrleitungen natürlich in keiner Weise akzeptabel. Daher wurde die durch Lötung verringerte Festigkeit des Werkstoffs durch die Verwendung von Rohrleitungen größerer Wanddicke kompensiert.
  • In der Automobiltechnik besteht jedoch nicht zuletzt aus Gründen der Kraftstoffersparnis die stete Notwendigkeit, die Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs zu reduzieren. Aus den voran genannten Gründen war dies aus sicherheitstechnischen Gründen bei gelöteten fluidleitenden Rohrleitungen aus RSt-34.2 bislang nicht möglich.
    •
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Stahllegierung als Werkstoff zur Herstellung von Rohrleitungen für Kraftfahrzeuge aufzuzeigen, welche unter Erfüllung der sicherheitstechnischen Voraussetzungen und fertigungstechnischen Bedingungen einen geringeren Materialeinsatz zulässt.
  • Die Aufgabe wird durch die Verwendung einer Stahllegierung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.
  • Der wesentliche Vorteil dieser Stahllegierung ist, dass der Werkstoff im nachgeschalteten Lötprozess eine deutliche Festigkeitssteigerung erfährt, so dass die Wanddicke der Rohrleitungen im Hinblick auf die Innendruckbelastungen erheblich abgesenkt werden kann. Dieser Vorteil ist auf das Temperaturniveau des Lötprozesses zurückzuführen. Die hohe Löttemperatur hat auf die verwendete Stahllegierung keine nachteiligen Auswirkungen.
  • Alternativ können die Rohrleitungen nach der Umformung anstelle des Lötprozesses einer geeigneten Wärmebehandlung unterzogen werden. Hierzu können die Rohrleitungen bei Temperaturen oberhalb des Umwandlungspunkts Ac3 geglüht und nachfolgend mit geringer Abkühlgeschwindigkeit vergleichbar einer Luftabkühlung vergütet werden. Der Zusammenbau der einzelnen Rohrleitungsabschnitte kann in diesem Fall z.B. durch Verschraubungen erfolgen.
  • Die Verwendung dieser lufthärtenden Stahllegierung ermöglicht auch den Einsatz von fertigungstechnisch günstigen Schweißverfahren, wie dem MAG- oder Laserstrahlschweißen. Die Schweißnähte besitzen bei Verwendung eines geeigneten Schweißzusatzwerkstoffs durch die Lufthärtung ein günstiges Härtegefüge, wobei im Übergangsbereich zum Grundmaterial nur geringe bzw. keine Festigungsschwankungen, insbesondere keine Festigkeitssenken, auftreten. Die günstige Härtesteigerung in der Wärmeeinflusszone ist auf die hierin stattfindende Ausscheidungshärtung zurückzuführen. Bedingt durch die Ausscheidungshärtung würden die Rohrleitungen im Grundwerkstoff reißen und nicht im Bereich der Schweißnaht. Da im Grundwerkstoff im Unterschied zum Anbindungsbereich einer Halterung jedoch keine rissinduzierenden Spannungsspitzen auftreten, ist das Schadensrisiko bei Verwendung der beanspruchten Stahllegierung erheblich herabgesetzt.
  • Grundsätzlich ist nach dem Schweißen keine weitere Wärmebehandlung erforderlich. Bei erhöhten Anforderungen an die Dauerschwingfestigkeit der Rohrleitungen kann eine Steigerung durch eine nachfolgende Anlasswärnnebehandlung bei 600 °C bis 660 °C zur Vergütung des Werkstoffs erreicht werden.
  • Fertigungstechnisch ist es von Vorteil, wenn die verwendete Stahllegierung für die Umformvorgänge, insbesondere für das Biegen, Bördeln, Aufweiten und Stauchen, weichgeglüht ist, um auf diese Weise auch enge Biegeradien zu realisieren. Im Anschluss erfolgt dann das Anlöten von Halterungen und Anschlussstutzen im Durchlauflötofen mit dem sich daran anschließenden Abkühlprozess an Luft oder unter Schutzgas zur Festigkeitserhöhung (Lufthärtung).
  • Die Verwendung der Stahllegierung zur Herstellung von Rohrleitungen von Kraftfahrzeugen ermöglicht es, Rohrleitungen mit geringeren Wanddicken vorzusehen, die aufgrund einer durch Luftaushärtung erlangten höheren Festigkeit bei einer Streckgrenze Rp 0,2 > 700N/mm2 insbesondere eine erheblich höhere Schwell- und Schwingfestigkeit besitzen.
  • Die Lufthärtung erfolgt vorzugsweise im Durchlaufofen unter Schutzgas bei einer Temperatur von 950 °C ± 15 °C. Die verwendete Stahllegierung kann grundsätzlich geringe Nickel-Anteile bis maximal 0,20 % enthalten. Dieser Anteil resultiert aus dem Einsatz von Stahlschrott bei der Erschmelzung der Stahllegierung. Gleiches gilt für Kupfer, welches infolge des Schrotteinsatzes auftritt. Auch der Gewichtsanteil von Kupfer ist auf maximal 0,20 Gew.% begrenzt.
    •

Claims (3)

  1. Verwendung einer Stahllegierung, die in Massenanteilen aus 0,09 – 0,12% Kohlenstoff (C), 0,15 – 0,30% Silizium (Si), 1,20 – 1,80% Mangan (Mn), max. 0,015% Phosphor (P), max. 0,011% Schwefel (S), 1,00 – 2,00% Chrom (Cr), 0,20 – 0,60% Molybdän (Mo), 0,020 – 0,060 % Aluminium (Al), 0,10 – 0,25% Vanadium (V)
    und Eisen sowie den üblichen Verunreinigungen als Rest besteht, als Werkstoff zur Herstellung von luftgehärteten Rohrleitungen für Kraftfahrzeuge.
  2. Verwendung einer Stahllegierung, die in Masseanteilen aus 0,09 – 0,12% Kohlenstoff (C), 0,15 – 0,30% Silizium (Si), 1,45 – 1,60% Mangan (Mn), max. 0,015% Phosphor (P), max. 0,011% Schwefel (S), 1,25 – 1,50 Chrom (Cr), 0,40 – 0,60% Molybdän (Mo), 0,020 – 0,060% Aluminium (Al), 0,12 – 0,20% Vanadium (V)
    und Eisen sowie den üblichen Verunreinigungen als Rest besteht, als Werkstoff zur Herstellung von luftgehärteten Rohrleitungen für Kraftfahrzeuge.
  3. Verwendung einer Stahllegierung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufthärtung unter Schutzgas erfolgt.
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