DE10261210A1

DE10261210A1 - Verwendung einer Stahllegierung

Info

Publication number: DE10261210A1
Application number: DE2002161210
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Säuberlich; Marcus Elkenkamp
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH; Benteler Stahl Rohr GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH; Benteler Stahl Rohr GmbH
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-01

Abstract

Vorgeschlagen wird die Verwendung einer lufthärtbaren Stahllegierung, die bei einer Härtung im Werkzeug eine Zugfestigkeit Rm von 950-1300 N/mm·2·, eine Streckgrenze R¶p0,2¶ von 750-1100 N/mm·2· und eine Dehnung A¶5¶ von 7-16% 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 Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen zur Herstellung von warmgeformten Kraftfahrzeugbauteilen. Dadurch wird die bestehende Palette der bisher im Warmformverfahren mit anschließender Werkzeughärtung eingesetzten Stahlwerktoffe optimal ergänzt.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer lufthärtbaren Stahllegierung zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils im Warmformverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In der Automobilindustrie verlangt der Stahlleichtbau als Alternative zur Verwendung von Leichtmetallen verstärkt den Einsatz von festen und hochfesten Stahlwerkstoffen, die sowohl über hohe Streckgrenzen als auch über hohe Zugfestigkeiten verfügen, so dass mindestens partiell die Wandstärke der Bauteile zur Gewichtseinsparung reduziert werden kann. Feste und hochfeste Stahlwerkstoffe sind aber nur bedingt kaltformbar. Zwar kann das Umformbarkeitsvermögen durch den Einsatz von Mehrphasenstählen verbessert werden. Mehrphasenstähle erreichen aber nicht immer die gewünschten Materialeigenschaften. Insbesondere bei der Herstellung von Bauteilen mit gleichmäßig hohen Festigkeitseigenschaften und komplexen Geometrien eignet sich daher der Einsatz von warmgeformtem Stahl.
Durch die DE 24 52 486 C2 zählt es zum Stand der Technik ein Stahlblech mit geringer Materialdicke auf eine Temperatur über AC₃ zu erwärmen, es danach in die endgültige Form zwischen zwei indirekt gekühlten Werkzeugen unter wesentlicher Formveränderung zu pressen und unter Verbleiben in der Presse so einer Schnellkühlung zu unterziehen, dass ein martensitisches und/oder bainitisches feinkörniges Gefüge erzielt wird (Werkzeughärtung). Durch diesen Warmformprozess verbunden mit einer Werkzeughärtung erhält man ein Produkt mit guter Maßhaltigkeit.
Häufig werden dabei wasservergütbare Stähle eingesetzt, die in wassergekühlten Presswerkzeugen ihre gewünschten und geforderten Eigenschaften erhalten. Zum Stand der Technik zählt beispielsweise ein wasservergütbarer Feinkornstahl mit einer Zugfestigkeit Rm von 1400–1800 N/mm², einer Streckgrenze R_p0,2 von > 1100 N/mm² und einer Dehnung A₅ von > 8%. Der Stahl besitzt zwar eine relativ hohe Festigkeit, kann aber aufgrund der geringen Restdehnung nach der Härtung nur schlecht kaltumgeformt werden. Auch die Schweißbarkeit bereitet Probleme, da der Wärmeeintrag während des Schweißvorgangs die Festigkeit des Werkstoffs um ein kritisches Maß im Bereich der Schweißnaht herabsetzt.
Alternativ dazu ist es aus der DE 41 24 704 A1 bekannt, einen warmverformten unvergüteten Stahl einzusetzen, der nach dem Warmverformungsprozess nur mit Luft gekühlt wird. Die aufgeführte Legierung ist ein lufhärtender Werkstoff, die im luftharten Zustand eine Zugfestigkeit Rm von > 950 N/mm2 aber < 1150 N/mm², eine Streckgrenze R_p0, ₂ von > 700 N/mm² aber < 850 N/mm² und eine Dehnung A₅ von > 14% aufweist. Im luftvergüteten Zustand besitzt die Legierung eine Zugfestigkeit von Rm > 850 N/mm² aber < 1100 N/mm², eine Streckgrenze R_p0,2 von > 700 N/mm² aber < 850 N/mm² und eine Dehnung A₅ von > 15%.
Ziel der Erfindung ist es daher, einen weiteren Stahlwerkstoff für das Warmformverfahren bereitzustellen, der die mit anderen Stählen im gattungsgemäßen Verfahren erzielten Werkstoffeigenschaften ergänzt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verwendung einer lufthärtbaren Stahllegierung mit folgenden Legierungsbestandteilen (in Gewichtsprozent ausgedrückt) C = 0,09–0,13; Si = 0,15–0,30; Mn = 1,10–1,60; P = maximal 0,015; S = maximal 0,011; Cr = 1,00–1,60; Mo = 0,30–0,60; Al = 0,02–0,05; V = 0,12–0,25; Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen als Werkstoff für Kraftfahrzeugformbauteile, die im Warmformverfahren hergestellt sind, gelöst, indem der Stahl nach dem Warmformprozess nicht an der Umgebungsluft natürlich abgekühlt, sondern abgeschreckt wird. Üblicherweise wird dieser Werkstoff nicht zur Härtung abgeschreckt, da er bereits an der Luft aushärtet. Ein Abschrecken erzielt jedoch gerade die gewünschten Festigkeits- und Härtewerte, die bisher nicht erreicht wurden. Insbesondere mit einer Werkzeughärtung lassen sich erfindungsgemäß durch die gezielt steuerbare Abkühlgeschwindigkeit ganz bestimmte Werkstoffeigenschaften einstellen, ohne dass es zu einem Verzug des Bauteils kommt.
Der Werkstoff erreicht beim Abschrecken, insbesondere bei einer Härtung im Werkzeug, eine Zugfestigkeit von Rm = 950–1300 N/mm², eine Streckgrenze von R_p0,2 = 750–1100 N/mm2 und eine Restdehnung von A5 = 7–16%. Vorzugsweise wird der Werkstoff auf eine Zugfestigkeit Rm von 1100 bis 1300 N/mm², auf eine Streckgrenze R_p0, ₂ > 900 N/mm² und eine Restdehnung von 7 bis zu 16% eingestellt. Im gehärteten Werkstoff stellt sich dann ein Gefüge im oberen Bainitbereich ein, das bei hohen Festigkeitswerten dynamischen Belastungen besser standhält als das überwiegend martensitische Gefüge der bisher verwendeten warmgeformten und werkzeuggehärteten Stähle. Durch die erzielte Restdehnung bei gleichzeitig hohen Festigkeiten können im Anschluss an das Härten im Werkzeug noch Kaltformschritte durchgeführt werden. Ein lokaler Wärmeeintrag nach der Werkzeughärtung, wie beispielsweise bei einer nachgeschalteten Schweißoperation, verändert die Werkstoffeigenschaften im Bereich der Schweißnaht nicht kritisch. Der Werkstoff ist auch nach der Werkzeughärtung noch schweißbar. Zudem kann er auch im werkzeuggehärteten Zustand bei 500–600°C hochtemperaturverzinkt werden, ohne einen relevanten Festigkeitsabfall zu erfahren. Somit eignet sich der Werkstoff besonders für die Herstellung von warmgeformten und werkzeuggehärteten Kraftfahrzeugbauteilen wie Fahrwerksteilen, z.B. Torsionprofile, Lenker und Achsen, für Karosseriebauteile und für Sicherheitsteile, z.B. Türaufprallträger und Stoßfänger.
Die erfindungsgemäße Verwendung des Werkstoffs führt daher zu exakt an die Bauteilbedürfnisse angepaßten Werkstoffeigenschaften, die den Beanspruchungen an das Material gerecht werden und sich im luftvergüteten oder luftharten Zustand nicht in der Form einstellen lassen. Somit führt die erfindungsgemäße Verwendung des Werkstoffs im Warmformverfahren mit anschließendem Abschrecken zu der gewünschten Ergänzung der bisher im gattungsgemäßen Verfahren verwendeten Werkstoffe mit anderen Werkstoffeigenschaften im gehärteten Zustand.

Claims

Verwendung einer lufthärtbaren Stahllegierung mit folgenden Legierungsbestandteilen (in Gewichtsprozent ausgedrückt): C 0,09–0,13 Si 0,15–0,30 Mn 1,10–1,60 P maximal 0,015 S maximal 0,011 Cr 1,00–1,60 Mo 0,30–0,60 AI 0,02–0,05 V 0,12–0,25 Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils im Warmformverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeugbauteil durch ein Abschrecken gehärtet ist und eine Zugfestigkeit Rm von 950–1300 N/mm², eine Streckgrenze R_p0,2 von 750–1100 N/mm² und eine Dehnung A₅ von 7–16% aufweist,.
Verwendung einer lufthärtbaren Stahllegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeugbauteil im Werkzeug gehärtet ist.
Verwendung einer lufthärtbaren Stahllegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeugbauteil eine Zugfestigkeit Rm von 1100 bis 1300 N/mm², eine Streckgrenze Rp0,2 > 900 N/mm² und eine Dehnung von 7–16% aufweist.