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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Stahlblech zum Warmpressformen,
das hauptsächlich bei der Herstellung von Bauteilen und
Verstärkungen für Kraftfahrzeugkarosserien verwendet
wird, ein Verfahren zur Herstellung des Stahlblechs, ein aus dem
Stahlblech hergestelltes Warmpressteil und ein Verfahren zur Herstellung
des Warmpressteils. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung
ein Stahlblech zum Warmpressen, das eine ultrahohe Festigkeit nach
Warmpressformen und eine erhöhte Formänderungsfestigkeit
nach dem Farbbeschichten aufweist, ein Verfahren zur Herstellung
des Stahlblechs, ein aus dem Stahlblech hergestelltes Warmpressteil
und ein Verfahren zur Herstellung des Warmpressteils.
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Technischer Hintergrund
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In
den letzten Jahren sind die das Leben und die Sicherheit von Kraftfahrzeuginsassen
betreffenden Bestimmungen zunehmend strenger geworden. Unter diesen
Umständen werden nun aktiv Studien durchgeführt,
um das Gewicht von Kraftfahrzeugkarosserien zu reduzieren und Stahlbleche
mit sehr hoher Festigkeit für leichtgewichtige Kraftfahrzeugkarosserien
zu entwickeln, damit die Aufprallbeständigkeit der Kraftfahrzeugkarosserien
verbessert wird. Jedoch führt die Verbesserung der Festigkeit
der bei Kraftfahrzeugen verwendeten Stahlbleche zu einer erheblichen
Verschlechterung ihrer Formbarkeit.
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Bei
Versuchen zur Lösung dieses Problems sind einige Vorschläge
gemacht worden. Zum Beispiel schlägt die
koreanische Patent-Offenlegungsschrift
Nr. 2005-062194 ein Verfahren zur Herstellung von höchst formbaren,
hochfesten Stahlblechen vor. Ein nach diesem Verfahren hergestelltes
Stahlblech ist ein Stahlblech mit umwandlungsinduzierter Plastizität
(TRIP), bei dem die martensitische Umwandlung restlichen Austenits verwendet
wird und das eine Zerreißfestigkeit in der Größenordnung
von 980 MPa hat.
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Es
ist jedoch der Zusatz eines Elements wie C oder Mn erforderlich,
um eine Zerreißfestigkeit von mehr als 980 MPa zu erzielen,
was eine Steigerung der Produktionskosten verursacht. Zusätzlich
treten während des Pressformens eines ultrahochfesten Stahlblechs
aufgrund der großen Festigkeit des Stahlblechs einige Probleme
auf, so zum Beispiel minderwertiges Formbeibehaltungsvermögen
der oder Schaden an den Pressformen.
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Zur
Verbesserung dieser Probleme sind bisher verschiedene Vorschläge
hinsichtlich der für das Warmpressformen verwendeten Herstellungsverfahren
gemacht worden. Zum Beispiel schlägt die
koreanische Patent-Offenlegungsschrift
2003-049731 ein Verfahren unter Ausnutzung der geringen
Festigkeit und hohen Bearbeitbarkeit des Stahlblechs vor der Wärmebehandlung
zur Herstellung eines Endprodukts aus kaltgewalztem Stahlblech durch
Wärmebehandlung und Pressformen eines Stahlblechs in einem
Austenit-Einphasenbereich, gefolgt von raschem Abkühlen
in einer Form vor. Ferner offenbart die ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung
Nr. 2005-126733 die Herstellung eines Stahlblechs mit überlegener
Hochtemperaturbearbeitbarkeit zum Warmpressen, das durch den Zusatz
von Mo, Nb oder einer Kombination davon gekennzeichnet ist.
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Die
Verfahren aus dem Stand der Technik betonen die Bedeutung der verbesserten
Zerreißfestigkeit der Stahlbleche nach dem Warmpressformen,
haben aber technische Begrenzungen beim Erzielen ausgezeichneter
Schlageigenschaften der Stahlbleche aufgrund von deren verringerter
Formänderungsfestigkeit nach dem Farbbeschichten.
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Mittlerweile
schlägt die ungeprüfte j
apanische Patent-Veröffentlichung
Nr. 2003-034854 ein Warmpressteil mit einem auf Fe-Al basierenden
Beschichtungsfilm vor, der Cr und Mn in einer Menge von mehr als 0,1%
bezogen auf das Gesamtgewicht des Beschichtungsfilms enthält.
Mn oder Cr wirken durch Herbeiführen einer Veränderung
in der Struktur des auf Fe-Al basierenden Beschichtungsfilms, was
zu einer Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit führt.
Der Zusatz von Cr zur Bildung des Beschichtungsfilms erhöht
jedoch die Viskosität der Oberfläche einer Beschichtungslösung
und gestaltet es schwierig, die Konzentration der Beschichtungslösung
auf einem gleich bleibenden Spiegel zu steuern, was das Problem
verursacht, dass ein üblicher Beschichtungsvorgang nicht
bei einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Problemstellung
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Stahlblech zum Warmpressformen
bereit, das durch rasches Abkühlen nach Wärmebehandlung
eine hohe Zerreißfestigkeit aufweist und nach Wärmebehandlung
zum Farbauftragen einen hohen Zuwachs an Formänderungsfestigkeit
erzielt. Basierend auf diesen Vorteilen werden ausgezeichnete Schlageigenschaften
des erfindungsgemäßen Stahlblechs erlangt. Zusätzlich
weist das erfindungsgemäße Stahlblech gute Anhaftung
an einer Beschichtungsschicht auf. Ferner sind weitere Vorteile
des erfindungsgemäßen Stahlblechs eine gute Oberflächenerscheinung
und überlegene Korrosionsbeständigkeit nach Farbbeschichten.
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Technische Lösung
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Die
vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der vorangehenden
Probleme nach dem Stand der Technik gemacht und daher ist ein Aspekt
der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Stahlblechs,
das eine Zusammensetzung enthaltend 0,1 bis 0,5 Gew.-% Kohlenstoff
(C), 0,01 bis 1,0 Gew.-% Silicium (Si), 0,5 bis 4,0 Gew.-% Mangan
(Mn), 0,1 Gew.-% oder weniger Phosphor (P), 0,03 Gew.-% oder weniger
Schwefel (S), 0,1 Gew.-% lösliches Aluminium (Al), 0,01
bis 0,1 Gew.-% Stickstoff (N), 0,3 Gew.-% oder weniger Wolfram (W),
und als Rest Eisen (Fe) und weitere unvermeidliche Verunreinigungen
hat.
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Das
erfindungsgemäße Stahlblech kann ein warmgewalztes
Stahlblech, ein kaltgewalztes Stahlblech oder ein Stahlblech sein,
das eine Aluminium-Beschichtungsschicht, eine verzinkte Schicht
oder eine nach dem Verzinken wärmebehandelte Schicht hat.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
hat das Stahlblech eine Si enthaltende Aluminium-Beschichtungsschicht
mit einem Beschichtungsgewicht von 40 bis 80 g/m2 pro
Seite.
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In
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
kann das Stahlblech eine auf der Oberfläche gebildete Verzinkungsschicht
oder eine nach dem Verzinken wärmebehandelte Schicht haben
und kann 1,0 bis 4,0 Gew.-% Mn enthalten.
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In
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
kann die Zusammensetzung des Stahlblechs ferner mindestens ein aus
der Gruppe bestehend aus a) mindestens einem aus Mo und Cr ausgewählten
Element in einer Menge von 0,01 bis 2,0 Gew.-%, b) mindestens einem
aus Ti, Nb und V ausgewählten Element in einer Menge von
0,001 bis 0,1 Gew.-%, c) mindestens einem aus Cu in einer Menge
von 0,005 bis 1,0 Gew.-% und Ni in einer Menge von 0,005 bis 2,0
Gew.-% ausgewählten Element und d) B in einer Menge von 0,0001
bis 0,01 Gew.-% ausgewähltes Element enthalten.
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Ein
weiterer erfindungsgemäßer Aspekt ist die Bereitstellung
eines Verfahrens zur Herstellung eines zinkbeschichteten (verzinkten)
Stahlblechs enthaltend: Wiedererwärmen einer der oben definierten
Stahlzusammensetzung genügenden Stahlbramme auf 1100°C
bis 1300°C, Unterziehen der wiedererwärmten Stahlbramme
einem Warmglattwalzen bei einer Temperatur, die nicht unter dem
Ar3-Umwandlungspunkt, aber nicht höher
als 1100°C ist, und Aufwickeln des warmgewalzten Stahlblechs
bei 500°C bis 750°C, Beizen des aufgewickelten
warmgewalzten Stahlblechs und Kaltwalzen des gebeizten warmgewalzten
Stahlblechs und Feuerverzinken des kaltgewalzten Stahlblechs im
Temperaturbereich von 450°C bis 500°C für
10 s oder weniger. Das Verfahren kann ferner Legieren des verzinkten
kaltgewalzten Stahlblechs im Temperaturbereich von 440°C
bis 580°C für 30 s oder weniger nach dem Verzinken
umfassen. Das Verfahren kann ferner das kontinuierliche Glühen
des kaltgewalzten Stahlblechs bei einer Temperatur von 750°C
bis 900°C vor dem Feuerverzinken umfassen.
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Ein
weiterer erfindungsgemäßer Aspekt ist die Bereitstellung
eines Warmpressteils, das eine aus 80% oder mehr einer martensitischen
Struktur bestehende Stahlmikrostruktur und die oben definierte Stahlzusammensetzung
hat.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
kann das Warmpressteil eine Aluminium-Beschichtungsschicht, eine
verzinkte oder eine nach dem Verzinken wärmebehandelte
Schicht haben.
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In
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
enthält die Aluminiumbeschichtungsschicht 4,5 bis 8,4%
Si, 39 bis 55% Fe und als Rest Al.
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In
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
hat das Warmpressteil vor und nach dem Farbbeschichten eine Abweichung
der Formänderungsfestigkeit (ΔFF) von 100 MPa
oder mehr und vorzugsweise 120 MPa oder mehr.
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Ein
weiterer erfindungsgemäßer Aspekt ist die Bereitstellung
eines Verfahrens zur Herstellung eines Warmpressteils durch Warmpressformen
eines der oben definierten Stahlzusammensetzung genügenden Stahlblechs
und rasches Abkühlen des warmgepressten Stahlblechs in
einer Rate von 10°C/s bis 500°C/s, um zu ermöglichen,
dass das Stahlblech einen Anteil an martensitischer Struktur von
80% oder mehr hat.
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Das
Stahlblech kann ein warmgewalztes Stahlblech, ein kaltgewalztes
Stahlblech oder ein aluminiumbeschichtetes Stahlblech sein. Das
Warmpressformen wird vorzugsweise durch Erwärmen des Stahlblechs
in dem Temperaturbereich von 800°C bis 1000°C
in einer Rate von 1°C/s bis 100°C/s und Formen
des warmen Stahlblechs durchgeführt, während der
Temperaturbereich für 10 bis 1000 s aufrechterhalten wird.
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Das
aluminiumbeschichtete Stahlblech hat eine Si enthaltende Aluminium-Beschichtungsschicht
mit einem Beschichtungsgewicht von 40 bis 80 g/m2 pro
Seite.
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Das
Stahlblech kann ein verzinktes Stahlblech oder ein mit einer nach
dem Verzinken wärmebehandelten Schicht beschichtetes Stahlblech
sein. Zu dieser Zeit enthält das Stahlblech vorzugsweise
1,0% bis 4,0% Mn. Das Warmpressformen wird durch Erwärmen
des Stahlblechs in dem Temperaturbereich von 700°C bis
950°C in einer Rate von 1°C/s bis 100°C/s
und Formen des Stahlblechs durchgeführt, während
der Temperaturbereich für 10 bis 1000 s aufrechterhalten
wird. Das Zinkbeschichten wird durch Feuerverzinken des kaltgewalzten
Stahlblechs im Temperaturbereich von 450°C bis 500°C
für 10 s oder weniger durchgeführt. Der nach dem
Verzinken wärmebehandelte Stahl wird durch Feuerverzinken
des kaltgewalzten Stahlblechs im Temperaturbereich von 450°C
bis 500°C für 10 s oder weniger und Legieren des
verzinkten kaltgewalzten Stahlblechs im Temperaturbereich von 440°C
bis 580°C für 30 s oder weniger durchgeführt.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird das Stahlblech durch Wiedererwärmen einer Stahlbramme
auf 1100°C bis 1300°C, Unterziehen der wiedererwärmten
Stahlbramme einem Warmglattwalzen bei einer Temperatur, die nicht
niedriger als der Ar3-Umwandlungspunkt,
aber nicht höher als 1000°C ist, Aufwickeln des
warmgewalzten Stahlblechs bei 500°C bis 750°C,
Beizen des aufgewickelten warmgewalzten Stahlblechs und Kaltwalzen
des gebeizten warmgewalzten Stahlblechs hergestellt. Das kaltgewalzte
Stahlblech kann bei 700°C bis 900°C kontinuierlich
geglüht werden.
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Vorteilhafte Auswirkungen
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Das
erfindungsgemäße Stahlblech hat eine ultrahohe
Festigkeit und ein verstärkte Formänderungsfestigkeit
nach dem Farbbeschichten. Zusätzlich weist das erfindungsgemäße
Stahlblech verbesserte Oberflächenbehandlungseigenschaften
auf. Deshalb kann das erfindungsgemäße Stahlblech
bei der Herstellung von Bauteilen und Verstärkungen von
Kraftfahrzeugen verwendet werden, wodurch das Gewicht von Kraftfahrzeugkarosserien
reduziert und stark verbesserte Schlageigenschaften erzielt werden.
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Beste Ausführungsweise
der Erfindung
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Beispielhafte
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun
im Detail beschrieben.
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Der
erfindungsgemäße Stahl weist die Charakteristika
von durch Wärmebehandlung härtbaren Stählen
auf. Der Begriff „durch Wärmebehandlung härtbar"
bedeutet, dass ein Stahlblech eine Niedertemperatur-Umwandlungsphase
zur Zeit der Abkühlung während der Wärmebehandlung
hat, wodurch das Stahlblech gefestigt wird. Das erfindungsgemäße
Stahlblech zum Warmpressformen kann auf dem Gebiet der durch Wärmebehandlung
härtbaren Stähle verwendet werden, weil ein repräsentatives
Beispiel von durch Wärmebehandlung härtbaren Stählen
ein hochfester Stahl zum Warmpressformen ist, der durch Formen von
Stahl in einer Warmpresse und rasches Abkühlen des warmgepressten
Stahls hergestellt wird. Der Begriff „Warmpressteil", wie
hierin verwendet, bezieht sich auf ein durch Formen eines Stahlblechs
in die gewünschte Form, gefolgt von Wärmebehandlung
hergestelltes hochfestes Teil. Gemäß einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform wird ein durch Formen eines Stahlblechs
in einer Warmpresse und rasches Abkühlen des warmgepressten
Stahls hergestelltes, hochfestes Warmpressteil bereitgestellt. Es
versteht sich, dass das Warmpressteil hochfeste Teile einschließt,
die durch Formen des erfindungsgemäßen Stahlblechs
in die gewünschte Form in einer Warmpresse oder bei Raumtemperatur,
gefolgt von Wärmebehandlung, hergestellt wurden. Das Warmpressteil
kann bei verschiedenen Anwendungen verwendet werden, zum Beispiel
bei Bauteilen und Verstärkungen von Kraftfahrzeugen, die
sich die physikalischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen
Stahls zunutze machen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Verlauf der Forschung zur Verbesserung
der mechanischen Eigenschaften und Oberflächencharakteristika
von Stählen für das Warmpressformen fertig gestellt.
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1) Mechanische Eigenschaften
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Das
erfindungsgemäße Stahlblech ist dadurch gekennzeichnet,
dass Wolfram (W) als ein Element zur Gewährleistung überlegener
Härtbarkeit durch Wärmebehandlung des Stahlblechs
zum Erzielen eines Stahlblechs mit ultrahoher Festigkeit verwendet
wird.
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Zusätzlich
wurde die vorliegende Erfindung auf der Grundlage der Tatsache ausgeführt,
dass, wenn ein Stahl mit Wolfram(W)-Zusatz so entwickelt wird, dass
er ein System mit einem hohen Stickstoffanteil hat, die Formänderungsfestigkeit
des Stahls nach dem Farbbeschichten in drastischer Weise erhöht
ist und als Ergebnis davon eine überlegene Schlagbeständigkeit
des Stahl erzielt wird.
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2) Oberflächencharakteristika
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann der erfindungsgemäße
Stahl ein warmgewalztes Stahlblech oder ein kaltgewalztes Stahlblech
sein, das ggf. beschichtet sein kann. Die Beschichtung kann durch Zinkbeschichtung
(Verzinken) durchgeführt werden, was hauptsächlich
bei der Herstellung von Kraftfahrzeugmaterialien angewendet wird,
durch Verzinken und anschließende Wärmebehandlung
von Stahl oder durch Aluminiumbeschichtung, was hauptsächlich
bei der Herstellung von Stahlblechen für Warmpressformen
angewendet wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
das Stahlblech verzinkt und zur Verbesserung der Anhaftung an eine
Beschichtungsschicht Warmpressformen bei relativ niedrigen Temperaturen
unterzogen. Die Haftfestigkeit des Stahlblechs wird mit zunehmender
Temperatur während des Warmpressformens verschlechtert,
was zu schlechter Korrosionsbeständigkeit führt.
Entsprechend führt eine niedrige Temperatur während
des Warmpressformens zu einer Verbesserung bei der Anhaftung des
Stahlblechs an die Beschichtungsschicht. Daher ist es wichtig, es
dem Stahlblech zu ermöglichen, eine ausreichende Festigkeit
zu haben. Gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann das Stahlblech eine verbesserte Anhaftung an
eine Beschichtungsschicht und eine ausreichend hohe Festigkeit durch
Verzinken des Stahlblechs und durch Senken der zum Warmpressformen
des verzinkten Stahlblechs erforderlichen Temperatur haben.
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Zusätzlich
kann der erfindungsgemäße durch Wärmebehandlung
härtbare Stahl mit Aluminium beschichtet sein. Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
werden die Oberflächencharakteristika eines Stahls mit
W-Zusatz, der ein System mit hohem Stickstoffanteil hat, durch Steuerung
des Gehalts von Si in der Oberfläche eines Beschichtungsfilms
auf Al-Si-Fe-Grundlage verbessert. Das heißt, wenn ein Beschichtungsfilm
auf dem Stahlblech unter Verwendung einer Si enthaltenden Aluminiumbeschichtungslösung gebildet
wird, sind die Oberflächencharakteristika des Stahlblechs
aufgrund des Si-Gehalts in der Oberfläche des Beschichtungsfilms
sogar ohne Zusatz irgendeines Legierungselements verbessert.
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Die
Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Stahls wird
erklärt. Wie hierin verwendet, sind Prozentsätze
(%) der Bestandteile der Zusammensetzung Gewichtsprozente.
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Kohlenstoff
(C) liegt vorzugsweise in einer Menge 0,1% bis 0,5% vor.
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C
ist ein zur Steigerung der Festigkeit des Stahlblechs wesentliches
Element. C wird vorzugsweise in einer Menge von 0,1% oder mehr zur
Bildung einer harten Phase wie Austenit oder Martensit und zum Erzielen von
ultrahoher Festigkeit zugegeben. Wenn der C-Gehalt unter 0,1% liegt,
wird die gewünschte Festigkeit des Stahlblechs trotz Wärmebehandlung
in einem Austenit-Einphasenbereich nicht erreicht. Indessen ist
es, wenn der C-Gehalt 0,5% übersteigt, gut möglich,
dass die Zähigkeit und Schweißbarkeit des Stahlblechs
verschlechtert sein werden. Darüber hinaus macht ein 0,5% übersteigender
C-Gehalt das Schweißen des Stahlblechs während
des Beizens eines warmgewalzten Stahlblechs und während
des Walzens schwierig und verursacht unerwünschte Probleme
insofern, als die Festigkeit des Stahlblechs während des
Glühens und Beschichtens in erheblichem Maße erhöht
wird und die Durchführung des Gewindeschneidens bei dem
Stahlblech verschlechtert ist.
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Silicium
(Si) liegt vorzugsweise in einer Menge von 0,01% bis 1,0% vor.
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Si
ist ein eine feste Lösung stärkendes Element und
trägt zu einer Zunahme der Festigkeit des Stahlblechs bei.
Für den Fall, dass der Si-Gehalt geringer als 0,01% ist,
gibt es eine Erschwernis bei der Entfernung von Schuppen auf der
Oberfläche eines warmgewalzten Stahlblechs. Indessen können,
wenn der Si-Gehalt höher als 1,0% ist, die Produktionskosten
eines Stahlblechs erhöht sein. Ein bevorzugterer Si-Gehalt
liegt im Bereich von 0,051% bis 0,5%, ohne auf diesen Bereich beschränkt
zu sein.
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Mangan
(Mn) wird vorzugsweise in einer Menge von 0,5% bis 4,0% zugegeben.
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Mn,
das ein eine feste Lösung stärkendes Element ist,
trägt in hohem Maße zu der Festigkeit des Stahlblechs
bei und spielt auch eine wichtige Rolle bei der Verzögerung
der Umwandlung von Austenit zu Ferrit. Wenn der Mn-Gehalt niedriger
als 0,5% ist, ist eine hohe Temperatur für die Wärmebehandlung
des Stahlblechs in einem Austenit-Einphasenbereich erforderlich.
Diese hohe Temperatur beschleunigt die Oxidation des Stahlblechs,
was sich trotz der Beschichtung nachteilig auf die Korrosionsbeständigkeit
des Stahlblechs auswirkt. Zusätzlich ist es schwierig,
eine beabsichtigte ultrahohe Festigkeit des Stahlblechs durch Wärmebehandlung
des Stahlblechs in einem Ferrit-Austenit-Zweiphasenbereich zu erhalten.
Indessen besteht, wenn der Mn-Gehalt mehr als 4,0% beträgt,
die Gefahr, dass das Stahlblech an schlechten Schweißbarkeits-
und Warmwalzcharakteristika leidet. Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird der Mn-Gehalt vorzugsweise auf den Bereich von 1,0% bis 4,0%
und bevorzugter auf den Bereich von 2,0% bis 4,0% beschränkt,
wenn das Verzinken des Stahlblechs und die Senkung der zum Warmpressformen
des verzinkten Stahlblechs erforderlichen Temperatur beabsichtigt
sind. Mn ist ein zur Senkung der Ar3-Temperatur
nützliches Element. Ein höherer Mn-Gehalt ist
zur Senkung der zum Warmpressformen erforderlichen Temperatur vorteilhaft.
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Phosphor
(P) liegt vorzugsweise in einer Menge von 0,1% oder weniger vor.
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P
ist ein wirksames Element zur Verstärkung des Stahls, kann
aber die Bearbeitbarkeit des Stahls verschlechtern, wenn es in einer Überschussmenge
zugegeben wird. Entsprechend wird der P-Gehalt vorzugsweise auf
0,1% oder weniger beschränkt.
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Schwefel
(S) liegt vorzugsweise in einer Menge von 0,03% oder weniger vor.
S ist als Verunreinigungselement in Stahl enthalten, der S-Gehalt
ist vorzugsweise auf 0,03% oder weniger beschränkt.
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Lösliches
Aluminium (Al) liegt vorzugsweise in einer Menge von 0,1% oder weniger
vor.
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Lösliches
Aluminium wird zur Reduktion des Stahls zugegeben. Zu diesem Zweck
wird der Al-Gehalt auf 0,1% oder weniger eingestellt. Wenn der Al-Gehalt
0,1% übersteigt, werden im Überschuss Einschlüsse wie
Aluminiumoxid zur Bildung von AlN gebildet, was zur Abnahme der
Menge gelösten Stickstoffs (N) führt. Deshalb
gibt es eine leichte Erhöhung der Formänderungsfestigkeit
des Stahlblechs.
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Stickstoff
(N) liegt vorzugsweise in einer Menge von 0,01% bis 0,1% vor.
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N
ist ein sehr wichtiger Bestandteil des erfindungsgemäßen
Stahlblechs. N ist ein eine feste Lösung stärkendes
Element und bindet an Nitrid-bildende Elemente zur Erhöhung
der Formänderungsfestigkeit des Stahlblechs. N wird in
einer Menge zugegeben, die zur Verbesserung der Wärmebehandlungseigenschaften und
zur Erhöhung der Formänderungsfestigkeit nach
dem Farbbeschichten ausreicht. Eine ausreichende Menge an N verbleibt
in Form von gelöstem N innerhalb von Kristallkörnern
vor dem Farbbeschichten und es behindert nach dem Farbbeschichten
zur Erhöhung der Streckgrenze Verschiebungsbewegungen in
dem Stahlblech, was eine Hauptursache für einen raschen
Anstieg der Formänderungsfestigkeit in dem Stahlblech ist.
Solche Auswirkungen sind nicht zu erwarten, wenn der N-Gehalt geringer
als 0,01% ist. Andererseits macht ein 0,1% übersteigender
N-Gehalt das Auflösen und Gießen des Stahlblechs
schwierig und verursacht in nicht wünschenswerter Weise
eine Verschlechterung der Bearbeitbarkeit des Stahlblechs und das
Auftreten von Randblasen während des Schweißens.
Der N-Gehalt wird vorzugsweise auf den Bereich von 0,011% bis 0,1% und
bevorzugter auf den Bereich von 0,02% bis 0,1% beschränkt.
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Wolfram
(W) liegt vorzugsweise in einer Menge von 0,3% oder weniger vor.
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Wolfram
ist ein Element zur Verbesserung der Härtbarkeit des Stahlblechs
nach Wärmebehandlung und ist ein sehr wichtiges Element,
weil W-haltige Präzipitate sich in vorteilhafter Weise
auf die Gewährleistung einer ausreichenden Festigkeit des
Stahlblechs auswirken. Solche Auswirkungen sind sättigend
und es werden erhebliche Produktionskosten verursacht, falls der
W-Gehalt 0,3% übersteigt. Entsprechend ist der W-Gehalt
vorzugsweise auf 0,001% oder weniger, bevorzugter auf 0,001% bis
0,3% und höchst bevorzugt auf 0,001% bis 0,1% beschränkt.
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Die
Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Stahlblechs
kann ferner mindestens ein aus Mo, Cr, Ti, Nb, V, Cu, Ni und B ausgewähltes
Element enthalten.
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Mo
und Cr sind Elemente zur Verbesserung der Härtbarkeit des
Stahlblechs. Ti, Nb und V sind Elemente zur Steigerung der Bildung
von Präzipitaten in dem Stahlblech. Cu und Ni sind Elemente
zur Steigerung der Festigkeit des Stahlblechs. B ist ebenfalls ein
Element zur Verbesserung der Härtbarkeit des Stahlblechs. Eine
detaillierte Erklärung dieser Elemente wird unten bereitgestellt.
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Mindestens
ein aus Mo und Cr ausgewähltes Element liegt vorzugsweise
in einer Menge von 0,01% bis 2,0% vor.
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Mo
und Cr dienen der Verbesserung der Härtbarkeit des Stahlblechs
und der Erhöhung der Zähigkeit beim wärmebehandelten
Stahlblech-Typ. Entsprechend ist der Zusatz von mindestens einem
aus Mo und Cr ausgewählten Element zu dem durch hohe Absorption
von Aufprallenergie gekennzeichneten Stahlblech sehr wirksam. Zusätzlich
macht eine Verbesserung der Härtbarkeit aufgrund der Zugabe
von mindestens einem aus Mo und Cr ausgewählten Element
es möglich, die Verschlechterung der Festigkeit in den
Bereichen des Stahlblechs zu verhindern, die während des
Hochtemperaturformens nicht in direktem Kontakt mit einer Form sind. Zu
diesem Zweck werden Mo oder Cr vorzugsweise in einer Menge von 0,01%
oder mehr zugegeben. Die Härtbarkeit des Stahlblechs wird
trotz der Zugabe einer erhöhten Menge an Mo oder Cr nicht
zufrieden stellend verbessert, was eine unnötige Erhöhung
der Produktionskosten des Stahlblechs bewirkt. Entsprechend wird die
Menge an zugesetztem Mo oder Cr vorzugsweise auf 2,0% oder weniger
beschränkt. Ein bevorzugterer Gehalt an Mo oder Cr liegt
vorzugsweise zwischen 0,01% und 2,0% und bevorzugter zwischen 0,01%
und 0,5%.
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Mindestens
ein aus Ti, Nb und V ausgewähltes Element liegt vorzugsweise
in einer Menge von 0,001% bis 0,1% vor.
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Ti,
Nb und V sind Elemente, die zur Erhöhung der Festigkeit
des Stahlblechs, zur Verringerung des Durchmessers der im Stahl
vorliegenden Partikel und zur Verbesserung der Wärmebehandlungseigenschaften des
Stahlblechs zugegeben werden. Solche Wirkungen zeigen sich nicht
in ausreichendem Maße, wenn der Gehalt von mindestens einem
aus Ti, Nb und V ausgewählten Element geringer als 0,001%
ist. Indessen werden erhebliche Produktionskosten verursacht und
die gewünschte Festigkeit und Formänderungsfestigkeit aufgrund
der Bildung von Presskohle und Nitriden nicht erreicht, wenn der
Gehalt des Elements 0,1% übersteigt.
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Mindestens
ein aus Cu in einer Menge von 0,005 bis 1,0 Gew.-% und Ni in einer
Menge von 0,005 bis 2,0 Gew.-% ausgewähltes Element liegt
vorzugsweise in dem Stahlblech vor.
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Cu
ist ein Element, das die Bildung feiner Cu-Präzipitate
zur Verbesserung der Festigkeit des Stahlblechs bewirkt. Ein Cu-Gehalt
von weniger als 0,005% führt zu ungenügender Festigkeit
des Stahlblechs. Ein Cu-Gehalt von mehr als 1,0% führt
zu einer Verschlechterung der Bearbeitbarkeit des Stahlblechs.
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Ni
ist ein Element zur Erhöhung der Festigkeit und zur Verbesserung
der Wärmebehandlungseigenschaften des Stahlblechs. Zu diesem
Zweck wird der Ni-Gehalt vorzugsweise auf 0,005% oder weniger beschränkt.
Falls der Ni-Gehalt 2,0% übersteigt, sind die Produktionskosten
des Stahlblechs erhöht und die Bearbeitbarkeit des Stahlblechs
in unerwünschter Weise verschlechtert.
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B
liegt vorzugsweise in einer Menge von 0,0001% bis 0,01% vor.
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B
ist ein in hohem Maße härtbares Element. Eine
große Festigkeit des wärmebehandelten Stahlblechs kann
gewährleistet werden, obwohl B in einer geringen Menge
vorliegt. Wenn der B-Gehalt nicht geringer als 0,0001% ist, kann
eine ausreichende Härtbarkeit des Stahlblechs erlangt werden.
Trotz Zugabe einer erhöhten Menge an B kann die Wärmebearbeitbarkeit
des Stahlblechs in unerwünschter Weise, ohne eine bedeutende Verbesserung
der Härtbarkeit des Stahlblechs, verschlechtert werden.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform hat das erfindungsgemäße
Stahlblech zum Warmpressformen eine Zusammensetzung umfassend die
in den jeweiligen, oben definierten Mengen vorliegenden Bestandteile
und das Rest-Eisen sowie weitere unvermeidliche Verunreinigungen.
Falls nötig, können weitere Legierungselemente
zu der Zusammensetzung des Stahlblechs gegeben werden. Obwohl bei
den erfindungsgemäßen Ausführungsformen
nicht erwähnt, versteht es sich, dass weitere Legierungselemente
aus der Zusammensetzung des erfindungsgemäßen
Stahlblechs nicht ausgeschlossen sind.
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Falls
erforderlich, kann das erfindungsgemäße Stahlblech
verschiedene Formen haben. Verschiedene Beschichtungsschichten können
auf das erfindungsgemäße Stahlblech aufgetragen
werden. Zum Beispiel kann das erfindungsgemäße
Stahlblech ein warmgewalztes Stahlblech, ein kaltgewalztes Stahlblech
oder kaltgewalztes, geglühtes Stahlblech sein. Ebenfalls
kann das erfindungsgemäße Stahlblech ein verzinktes
Stahlblech, ein nach dem Verzinken wärmebehandeltes Stahlblech
oder ein mit Aluminium beschichtetes Stahlblech sein.
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Als
beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsformen
werden entsprechende Verfahren zur Herstellung des warmgewalzten,
kaltgewalzten und des beschichteten Stahlblechs unten erklärt.
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Warmwalzen
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Zuerst
wird eine Stahlbramme vorzugsweise auf 1100°C bis 1300°C
wiedererwärmt. Bei einer Wiedererwärmungstemperatur
von unter 1100°C wird die Mikrostruktur des Stahls uneinheitlich
und die Wiederauflösung mindestens eines der aus den Legierungselementen
ausgewählten Elemente wie Ti und Nb ist ungenügend.
Indessen tendiert die Mikrostruktur des Stahls bei einer Wiedererwärmungstemperatur
von höher als 1300°C dazu, grobkörnig
zu sein und es ist gut möglich, dass Probleme während
der Herstellung des Stahlblechs auftreten können.
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Dann
wird die wiedererwärmte Stahlbramme einem Warmglattwalzen
bei einer Temperatur, die nicht niedriger als der Ar3-Umwandlungspunkt,
aber nicht höher als 1000°C ist, unterzogen, da
es gut möglich ist, dass der Widerstand gegenüber
der Warmverformung steil ansteigt. Indessen ist, falls das Warmglattwalzen bei
einer Temperatur von höher als 1000°C durchgeführt
wird, dies für die Bildung zu dicker Oxidschuppen verantwortlich
und das Stahlblech wird tendenziell grobkörnig.
-
Anschließend
wird das warmgewalzte Stahlblech vorzugsweise bei 500°C
bis 750°C aufgewickelt. Ein Überschuss an Martensit
oder Bainit wird bei einer Aufwickeltemperatur von niedriger als
500°C gebildet, was zu einem übermäßigen
Anstieg der Festigkeit des warmgewalzten Stahlblechs führt.
Eine übermäßig erhöhte Festigkeit
bewirkt einen Lastdruck während des nachfolgenden Kaltwalzens
bei der Herstellung eines kaltgewalzten Stahlblechs, was zu Problemen
wie einem schlechten Erscheinungsbild führt. Indessen kann
eine Überschussmenge an Präzipitaten bei einer
Aufwickeltemperatur von höher als 750°C grobkörnig
werden.
-
Falls
erforderlich, kann das warmgewalzte Stahlblech zur Herstellung eines
kaltgewalzten Stahlblechs dem Kaltwalzen unterzogen werden.
-
Kaltwalzen
-
Das
aufgewickelte warmgewalzte Stahlblech wird gebeizt und kaltgewalzt.
Gemäß einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform wird das Kaltwalzen vorzugsweise in einer
Rate der Querschnittsminderung von 30% bis 80% durchgeführt.
Wenn das Ausmaß der Querschnittsminderung beim Kaltwalzen
niedriger als 30% ist, ist es schwierig eine gewünschte
Dicke zu erlangen und die Form des Stahlblechs zu korrigieren. Indessen ist
es gut möglich, dass Risse an den Rändern des
Stahlblechs auftreten und während des Kaltwalzens ein Lastdruck
induziert wird, wenn das Ausmaß der Querschnittsminderung
beim Kaltwalzen höher als 80% ist.
-
Falls
erforderlich, kann das kaltgewalzte Stahlblech dem Glühen
unterzogen werden.
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Glühen
-
Das
kaltgewalzte Stahlblech wird kontinuierlich bei einer Temperatur
von 750°C bis 900°C geglüht. Eine Glühtemperatur
von unter 750°C erlaubt keine ausreichende Bearbeitbarkeit
des kaltgewalzten Stahlblechs. Indessen erhöht eine Glühtemperatur
von höher als 900°C die Möglichkeit einer
Produktionskostenzunahme und die Oberflächenqualität
kann vermindert sein.
-
Beschichten
-
Das
warmgewalzte, kaltgewalzte oder das geglühte, kaltgewalzte
Stahlblech (hierin nachfolgend einfach als ein „Stahlblech"
bezeichnet) kann, wenn erforderlich, beschichtet werden. Gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform kann
das Stahlblech ein verzinktes Stahlblech, ein nach Verzinken wärmebehandeltes
Stahlblech oder ein mit Aluminium beschichtetes Stahlblech sein.
Verfahren für die Beschichtung sind nicht besonders beschränkt
und Beispiele dafür beinhalten Schmelztauchen, Elektroplattieren,
Vakuumverdampfung und Ummantelung. Schmelztauchen ist hinsichtlich
der Produktivität bevorzugt. Das am meisten bevorzugte
Beschichtungsverfahren wird nun erklärt, aber die vorliegende
Erfindung ist nicht notwendigerweise darauf beschränkt.
-
Zinkbeschichten (Verzinken)
-
Das
Stahlblech wird feuerverzinkt. Es ist bevorzugt, dass das Verzinken
bei einer Temperatur von 450°C bis 500°C für
10 s durchgeführt wird. Wenn das Schmelztauchen bei einer
Temperatur von unter 450°C durchgeführt wird,
kann mit eine kleine Zinkmenge aufgetragen werden. Wenn indessen
das Schmelztauchen bei einer Temperatur von über 500°C
durchgeführt wird, kann eine übermäßig
große Zinkmenge aufgetragen werden. Wenn das Schmelztauchen
für einer Zeit von länger als 10 s durchgeführt
wird, kann eine übermäßig große
Zinkmenge aufgetragen werden.
-
Danach
kann das verzinkte kaltgewalzte Stahlblech zur Herstellung eines
verzinkten Stahlblechs auf Raumtemperatur abgekühlt werden
und ggf. kann das verzinkte Stahlblech einer Wärmebehandlung
zur Legierung zur Herstellung eines nach Verzinken wärmebehandelten
Stahlblechs unterzogen werden. Das nach Verzinken wärmebehandelte
Stahlblech kann einer Wärmebehandlung zur Legierung im
Temperaturbereich von 440°C bis 580°C, und vorzugsweise
480°C bis 540°C für 30 s oder weniger
unterzogen werden. Die Wärmebehandlung der Legierung wird
durchgeführt, um die während des Schmelztauchverzinkens
feuerverzinkte Schicht zu legieren. Wenn die Legierungs-Wärmebehandlung
der bei einer Temperatur von unter 440°C ausgeführt
wird, kann das verzinkte Stahlblech unlegiert bleiben. Indessen
kann es, wenn die Temperatur höher als 580°C ist,
zu stark legiert werden.
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Aluminiumbeschichtung
-
Die
Aluminiumbeschichtung wird allgemein unter Verwendung einer Si enthaltenden
Al-Beschichtungslösung durchgeführt. Der Si-Gehalt
der Al-Beschichtungslösung liegt im Bereich von etwa 7%
bis etwa 12%. Die Al-Beschichtungslösung enthält
unvermeidbare Verunreinigungen wie Fe.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat das aluminiumbeschichtete
Stahlblech eine Aluminium-Beschichtungsschicht mit einem Beschichtungsgewicht
von 40 g/m2 bis 80 g/m2 auf
jeder Seite und enthält Si. Wegen des Vorliegens der Aluminiumbeschichtungsschicht
werden bessere Oberflächencharakteristika nach dem Warmpressformen
erhalten. Der Si-Gehalt der Aluminiumbeschichtungsschicht variiert in
Abhängigkeit von Bearbeitungsfaktoren wie zum Beispiel
der Dicke der Beschichtungsschicht. Zum Beispiel ist der Si-Gehalt
der Beschichtungsschicht im Bereich von etwa 5% bis etwa 12%, wenn
die Aluminiumbeschichtung in einer 7% bis 12% Si enthaltenden Al-Beschichtungslösung
ausgeführt wird und die Al-Beschichtungsschicht ein Beschichtungsgewicht
von 40 g/m2 bis 80 g/m2 pro
Seite hat. Bedeutsamerweise ist, wenn die Aluminiumbeschichtungsschicht
ein Beschichtungsgewicht von 40 g/m2 bis
80 g/m2 hat und Si enthält, der
Gehalt an Si in einem durch nachfolgendes Warmpressformen gebildeten
Al-Si-Fe-Beschichtungsfilm zwischen etwa 4,5% und etwa 8,4%, wobei
bessere Oberflächencharakteristika erzielt werden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Warmpressteil bereit. Das erfindungsgemäße
Warmpressteil wird hergestellt durch Warmpressformen des warmgewalzten
Stahlblechs, des kaltgewalzten Stahlblechs oder des beschichteten
Stahlblechs, gefolgt von raschem Abkühlen. Das erfindungsgemäße,
durch Wärmebehandlung härtbare Stahlblech wird
dem Warmpressformen unterzogen und ggf. zur Herstellung eines Teils
von ultrahoher Festigkeit wärmebehandelt. Hinsichtlich
des Warmpressformens und der Wärmebehandlung gibt es keine besonderen
Einschränkungen.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist die Fraktion mit einer martensitischen Struktur in dem Warmpressteil
vorzugsweise 80% oder größer, wobei ultrahohe
Festigkeit des Warmpressteils erzielt wird. Eine martensitische
Einphasenstruktur ist ebenfalls bevorzugt. Zum Beispiel hat die
Mikrostruktur des Warmpressteils eine martensitische Fraktion von
80% oder mehr und die verbleibende Fraktion mindestens eine aus
Ferrit und Bainit ausgewählte Struktur. Gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform wird
das Warmpressteil lackiert und gehärtet, um so eine erhöhte
Formänderungsfestigkeit von 100 Mpa oder mehr und vorzugsweise
120 MPa oder mehr zu haben.
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Gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform wird
das Warmpressteil dem Warmpressformen unterzogen. Vorzugsweise hat
das Warmpressteil eine mit Aluminium beschichtete, Si enthaltende
Schicht mit einem Beschichtungsgewicht von 40 g/m2 bis
80 g/m2 pro Seite. Als Ergebnis wird eine
Si-Fe-Al-Beschichtungsschicht auf der Oberfläche des Warmpressteils
gebildet. Wenn das Stahlblech mit einem Al-Si-Beschichtungsfilm
dem Warmpressformen unterzogen wird, wird das im Stahlblech enthaltene
Fe in den Beschichtungsfilm der Beschichtungsschicht diffundiert.
An den Eisenbasis/Beschichtungsschicht-Grenzflächen vorliegendes
Si ist in den Beschichtungsfilm der Beschichtungsschicht diffundiert.
Die Oberfläche des Beschichtungssfilms enthält
vorzugsweise 4,5% bis 8,4% Si, 39% bis 55% Fe und die verbleibende
Gewichtsprozente an Al und weiteren unvermeidbaren Verunreinigungen.
Die Bildung des Beschichtungsfilms führt zu einer Verbesserung
der Oberflächencharakteristika. Die Flächenausdehnung
des Beschichtungsfilms liegt innerhalb von etwa 5 μm.
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Eine
Erklärung des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Warmpressteils wird unten angegeben.
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Das
warmgewalzte Stahlblech, das kaltgewalzte Stahlblech oder das beschichtete
Stahlblech wird dem Warmpressformen unterzogen, gefolgt von raschem
Abkühlen, damit dem Stahlblech ermöglicht wird, eine
martensitische Struktur von mehr als 80% oder mehr zu haben. Das
rasche Abkühlen wird vorzugsweise in einer Rate von etwa
10°C/s bis etwa 500°C/s durchgeführt.
Wenn das Abkühlen in einer Rate von weniger als 10°C/s
durchgeführt wird, ist es schwierig, eine aus Martensit
als Hauptphase bestehende Mikrostruktur zu erhalten, was es schwierig
macht, die gewünschte Festigkeit zu erlangen. Indessen
ist übermäßiges Investieren in die Herstellungsausrüstung
erforderlich, was eine Erhöhung der Herstellungskosten
verursacht, wenn das Abkühlen in einer Rate von mehr als
500°C/s durchgeführt wird, und die Festigkeit
wird wie erwartet nicht in hohem Maße erhöht.
Entsprechend wird das Abkühlungsausmaß vorzugsweise
auf den Bereich von 10°C/s bis 500°C/s beschränkt.
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Gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform kann
das Warmpressformen durch Erwärmen des Stahlblechs in dem
Temperaturbereich von 800°C bis 1000°C in einer
Rate von 1°C/s bis 100°C/s und das Formen des
warmen Stahlblechs in einer Form durchgeführt werden, während
der Temperaturbereich für 10 s bis 1000 s aufrechterhalten
wird. Wenn die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von
niedriger als 800°C ausgeführt wird, wird keine
ausreichende Menge an Austenit gebildet und als Resultat wird nach
dem Warmpressformen Martensit nicht ausreichend gebildet, was es
schwierig macht, die gewünschte Festigkeit zu erlangen. Indessen
werden die Herstellungskosten erhöht, wenn die Wärmebehandlung
bei einer Temperatur von höher als 1000°C durchgeführt
wird und es ist gut möglich, dass das Austenit grobkörnig
sein kann. Wenn die Temperatur in einer Rate von weniger als 1°C/s
erhöht wird, nimmt die Herstellungseffizienz tendenziell
ab. Indessen wird zusätzliche Herstellungsausrüstung
benötigt, wenn die Temperatur in einer Rate von mehr als 100°C/s
erhöht wird. Wenn die Wärmebehandlung für
eine Zeit von kürzer als 10 s ausgeführt wird,
ist die Umwandlung von Austenit nicht ausreichend. Indessen werden
die Herstellungskosten erhöht, wenn die Wärmebehandlung
für eine Zeit von länger als 1000 s ausgeführt
wird und das Austenit wird tendenziell grobkörnig.
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Andererseits
wird ein mit einer verzinkten oder einer nach dem Verzinken wärmebehandelten
Schicht beschichtetes Stahlblech vorzugsweise einem Warmpressformen
bei einer Temperatur von etwa 700°C bis etwa 950°C,
vorzugsweise etwa 750°C bis etwa 950°C und bevorzugter
etwa 750°C bis etwa 850°C unterzogen. Es kann
jeder Temperaturbereich für das Warmpressformen ausgewählt
werden, so lange Austenit in ausreichendem Maße gebildet
werden kann und die Anhaftung an die Beschichtungsschicht nicht
beeinträchtigt wird.
-
Ausführungsweise
der Erfindung
-
Um
das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu unterstützen,
werden die beispielhaftesten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung in den nachfolgenden Beispielen veranschaulicht. Diese
Beispiele sind jedoch nicht als den Schutzumfang der Erfindung einschränkend
auszulegen.
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BEISPIELE
-
Beispiel 1
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Zuerst
wurden Stahlbrammen mit den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen
hergestellt. Die Stahlbrammen wurden für 1 h auf eine Temperatur
von 1150°C bis 1250°C wiedererwärmt,
warmgewalzt und aufgewickelt. Das Warmwalzen wurde bei einer Temperatur
von 850°C bis 950°C beendet und das Aufwickeln bei
650°C durchgeführt. Teile der warmgewalzten Stahlbleche
wurden gebeizt und mit einer Rate der Querschnittsminderung von
50% zur Herstellung von kaltgewalzten Stahlblechen kaltgewalzt.
-
Die
warmgewalzten und kaltgewalzten Stahlbleche wurden mit dem folgenden
Verfahren verzinkt. Die Stahlbleche wurden bei 800°C geglüht,
langsam in einer Rate von 3°C/s auf 650°C abgekühlt,
auf 550°C in einer Rate von 7°C/s abgekühlt
und bei einer Overaging-Temperatur von 460°C kontinuierlich
geglüht. Danach wurden die geglühten Stahlbleche
zur Herstellung von feuerverzinkten Stahlblechen für 5
s feuerverzinkt.
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Andererseits
wurden warmgewalzte Stahlbleche und kaltgewalzte Stahlbleche mit
dem folgenden Verfahren mit Aluminium beschichtet. Die kaltgewalzten
Stahlbleche wurden entfettet, vorbehandelt, in einem nicht oxidierenden
Hochofen bei 700°C vorerwärmt und in einer reduzierenden
Atmosphäre von Stickstoff und Wasserstoff wärmebehandelt.
Zu dieser Zeit wurde die Wärmebehandlung bei einer maximalen
Temperatur von 820°C ausgeführt. Die wärmebehandelten
Stahlbleche wurden abgekühlt und bei 680°C in
eine Beschichtungslösung eingetaucht. Die Beschichtungslösung
war aus 8,5% Si, 2,4% Fe und dem Rest Aluminium zusammengesetzt.
Zur Bildung einer Beschichtungsschicht mit einer Dicke von 25 μm
bis 30 μm pro Seite wurden die beschichteten Stahlbleche
im Gasstrom abgestreift. Danach wurde eine Einrichtung zur Beseitigung der
Ausblühungen in Betrieb gesetzt, um die Oberflächenausblühungen
der Al-beschichteten Stahlbleche auf Null einzustellen.
-
Teile
der warmgewalzten Stahlbleche, der kaltgewalzten Stahlbleche und
der beschichteten Stahlbleche wurden einem Formen bei Raumtemperatur
und einer Nachwärmebehandlung zur Herstellung der entsprechenden
Kraftfahrzeugteile unterzogen. Die verbleibenden Teile der Stahlbleche
wurden einem Warmpressformen zur Herstellung der entsprechenden
Kraftfahrzeugteile unterzogen.
-
Das
Formen bei Raumtemperatur und die Nachwärmebehandlung wurden
durch Winkelbiegeformen der Stahlbleche bei Raumtemperatur, Erhöhung
der Temperatur der geformten Stahlbleche auf 800°C bis 950°C
in einer Rate von 10°C/s, Erwärmen der Stahlbleche
für 5 min und rasches Abkühlen der warmen Stahlbleche
in einer Rate von 80°C/s durchgeführt. Nach der
Wärmebehandlung wurden die wärmebehandelten Stahlbleche
zu JIS#5 Zugversuchsstücken verarbeitet. Die Zugversuchsstücke
wurden in einem Öl bei 170°C für 20 min
gekocht, um die Qualität von unter Verwendung der Versuchsstücke
hergestellten lackierten Bauteilen zur Verwendung in Kraftfahrzeugen
zu simulieren. Danach wurde ein Zugversuch an den Versuchsstücken
unter Verwendung einer universellen Maschine für Zugversuche
durchgeführt.
-
Das
Warmpressformen wurde unter Erwärmung der Stahlbleche auf
800°C bis 950°C in einer Rate von 10°C/s,
Erwärmen der Stahlbleche in dem Temperaturbereich für
5 min, Überführen des erwärmten Stahlblechs
in eine Form und Bearbeiten des erwärmten Stahlblechs in
der Form durchgeführt. Unmittelbar nach Abschluss der Bearbeitung
wurden die resultierenden Stahlbleche rasch in einer Rate von 80°C/s
abgekühlt. Dann wurden die wärmebehandelten Stahlbleche
in JIS#5 Zugversuchsstücke geschnitten. Die Versuchsstücke
wurden in einem Öl bei 170°C für 20 min
gekocht, um die Qualität von unter Verwendung der Versuchsstücke
hergestellten lackierten Bauteilen zur Verwendung in Kraftfahrzeugen
zu simulieren.
-
Die
Mikrostrukturen der unter Verwendung der entsprechenden erfinderischen
Stähle hergestellten Endprodukte und Vergleichsstähle
sind in Tabelle 2 gezeigt. Die physikalischen Eigenschaften der
Endprodukte sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 1
Stahl | Chemische
Bestandteile | Bemerkungen |
| C | Si | Mn | P | S | Al | N | W | B | weitere | |
A1 | 0,24 | 0,28 | 1,07 | 0,012 | 0,002 | 0,036 | 0,0172 | 0,051 | 0,0018 | | erfind. Stahl |
B1 | 0,23 | 0,26 | 1,02 | 0,012 | 0,002 | 0,021 | 0,0136 | 0,050 | 0,0020 | Cr: 0,06
Mo: 0,05 | erfind. Stahl |
C1 | 0,22 | 0,27 | 2,37 | 0,012 | 0,002 | 0,042 | 0,016 | 0,050 | 0,0008 | Ti: 0,023
V: 0,03 | erfind. Stahl |
D1 | 0,31 | 0,62 | 0,72 | 0,013 | 0,002 | 0,044 | 0,014 | 0,023 | 0,0011 | Cr: 1,19
Mo: 0,67
Ni: 0,06 | erfind. Stahl |
E1 | 0,23 | 0,216 | 1,228 | 0,011 | 0,003 | 0,050 | 0,0154 | 0,185 | 0,0018 | Nb: 0,02
Cu: 0,05 | erfind. Stahl |
F1 | 0,062 | 0,112 | 2,519 | 0,011 | 0,002 | 0,036 | 0,0037 | 0,021 | - | Nb: 0,02
Cr: 1,01 | Vergleichs-stahl |
G1 | 0,065 | 0,125 | 3,015 | 0,012 | 0,002 | 0,025 | 0,0045 | - | 0,0005 | Cr: 0,97 | Vergleichs-stahl |
H1 | 0,150 | 0,229 | 2,504 | 0,011 | 0,003 | 0,040 | 0,0041 | - | 0,0018 | Cr: 0,2
Ti: 0,02 | Vergleichs-stahl |
Tabelle 2
Stahl/Herstellung unter Bedingungen | Art des Stahls | Wärmebehandl. | Endgültige
Mikrostruktur | Stahl/Herstellung unter Bedingungen | Art des Stahls | Wärmebehandlung | Endgültige
Mikrostruktur |
Fraktion
M (%) | weitere | Fraktion
M (%) | weitere |
A1-1 | CR | HPF | 98 | B | E1-1 | CR | HPF | 99 | B |
A1-2 | Al-CR | HPF | 99 | B | E1-2 | Al-CR | HPF | 99 | B |
B1-1 | CR | HPF | 97 | B | F1-1 | HR | PHT | 30 | F
+ B |
B1-2 | Al-CR | HPF | 99 | B | F1-2 | HR | HPF | 34 | F
+ B |
C1-1 | HR | PHT | 100 | - | F1-3 | CR | HPF | 33 | F
+ B |
C1-2 | HR | HPF | 100 | - | F1-4 | Al-CR | HPF | 35 | F
+ B |
C1-3 | CR | HPF | 100 | - | F1-5 | Zn-CR | HPF | 37 | F
+ B |
C1-4 | Al-HR | HPF | 99 | B | F1-6 | Zn-HR | HPF | 34 | F
+ B |
C1-5 | Zn-CR | HPF | 100 | - | G1-1 | CR | HPF | 31 | F
+ B |
C1-6 | Zn-HR | HPF | 100 | - | G1-2 | Al-CR | HPF | 32 | F
+ B |
D1-1 | CR | HPF | 100 | - | H1-1 | CR | HPF | 71 | F
+ B |
D1-2 | Al-CR | HPF | 100 | - | H1-2 | Al-CR | HPF | 73 | F
+ B |
*M: Martensit,
B: Bainit, F: Ferrit, CR: kaltgewalztes Stahlblech, HR: warmgewalztes
Stahlblech, HPF: Warmpressformen, PHT: Wärmenachbehandlung,
Al-CR: Al-beschichtetes kaltgewalztes Stahlblech, Al-HR: Al-beschichtetes
warmgewalztes Stahlblech, Zn-CR: Zn-beschichtetes kaltgewalztes
Stahlblech, Zn-HR: Zn-beschichtetes warmgewalztes Stahlblech. |
Tabelle 3
Stahl | FF (MPa) | ZF (MPa) | El
(%) | ΔFF (MPs) | Stahl | FF (MPa) | ZF (MPa) | El
(%) | ΔFF (MPs) |
A1-1 | 973 | 1487 | 7,3 | 193 | E1-1 | 1094 | 1494 | 6,6 | 136 |
A1-2 | 982 | 1492 | 7,9 | 186 | E1-2 | 1105 | 1511 | 6,5 | 144 |
B1-1 | 1017 | 1506 | 7,6 | 170 | F1-1 | 896 | 1146 | 9,1 | 56 |
B1-2 | 1035 | 1521 | 7,4 | 175 | F1-2 | 912 | 1151 | 8,7 | 51 |
C1-1 | 1025 | 1591 | 7,7 | 147 | F1-3 | 941 | 1156 | 7,8 | 35 |
C1-2 | 1087 | 1597 | 7,2 | 135 | F1-4 | 925 | 1178 | 7,4 | 41 |
C1-3 | 1130 | 1607 | 4,9 | 153 | F1-5 | 936 | 1165 | 7,6 | 40 |
C1-4 | 1125 | 1598 | 5,3 | 145 | F1-6 | 905 | 1149 | 9,0 | 58 |
C1-5 | 1127 | 1601 | 6,5 | 151 | G1-1 | 901 | 1125 | 6,6 | 54 |
C1-6 | 1078 | 1593 | 7,9 | 142 | G1-2 | 915 | 1145 | 6,2 | 36 |
D1-1 | 1202 | 1763 | 7,2 | 136 | H1-1 | 1048 | 1497 | 3,6 | 43 |
D1-2 | 1215 | 1798 | 6,5 | 125 | H1-2 | 1063 | 1518 | 3,4 | 35 |
-
Wie
aus den Ergebnissen der Tabellen 1 bis 3 ersichtlich ist, zeigten
die Endprodukte, die unter Verwendung der jeweiligen warmgewalzten
Stahlbleche, kaltgewalzten Stahlbleche und beschichteten Stahlbleche
hergestellt wurden, die unter Verwendung der die in der vorliegenden
Erfindung definierten Stahlzusammensetzungen erfüllenden
erfinderischen Stähle A1–E1 durch Formen und Nachwärmebehandlung
oder Warmpressformen hergestellt wurden, eine ultrahohe Zerreißfestigkeit
von höher als 1180 MPa. Ferner waren die Abweichungen bei
der Formänderungsfestigkeit der Endprodukte vor und nach
der Lackiersimulation bei 170°C für 20 min größer
als 100 MPa, was zeigt, dass die Endprodukte als Bauteile und Verstärkungen
für Kraftfahrzeugkarosserien mit ausgezeichneten Schlageigenschaften
verwendet werden können.
-
Im
Gegensatz dazu erlangten die entsprechenden, unter Verwendung der
Vergleichsstähle F–H herstellten Endprodukte,
die außerhalb der für die vorliegende Erfindung
definierten Stahlzusammensetzung liegen, keine Zerreißfestigkeit,
die größer als 1180 MPa war oder eine Formänderungsfestigkeit
von größer als 100 MPa. Insbesondere erlangte
das unter Verwendung von Vergleichsstahl F, dessen C- und N-Gehalte
außerhalb der entsprechenden, in der vorliegenden Erfindung
definierten Bereiche lagen, hergestellte Endprodukt nicht die gewünschte
Fraktion an Martensit und zeigte eine leichte Erhöhung
bei der Zerreißfestigkeit und der Formänderungsfestigkeit.
Diese Probleme wurden ebenfalls bei dem unter Verwendung des Vergleichsstahls
G, dessen C-, N- und W-Gehalte außerhalb der jeweiligen,
in der vorliegenden Erfindung definierten Bereiche lagen, herstellten
Endprodukt beobachtet. Ferner zeigte das unter Verwendung von Vergleichsstahl
H, dessen N- und W-Gehalte außerhalb der in der vorliegenden
Erfindung definierten Bereiche lagen, hergestellte Endprodukt eine
leichte Erhöhung bei der Formänderungsfestigkeit.
-
Beispiel 2
-
Zuerst
wurden Stahlbrammen mit den in Tabelle 4 gezeigten Zusammensetzungen
hergestellt. Die Stahlbrammen wurden unter Vakuum gelöst
und in einem Hochofen bei einer Temperatur von 1150°C bis 1250°C
für 1 h wiedererwärmt, warmgewalzt und aufgewickelt.
Das Warmwalzen wurde bei einer Temperatur von 850°C bis
950°C beendet und das Aufwickeln bei 650°C ausgeführt.
Die warmgewalzten Stahlbleche wurden gebeizt und mit einer Rate
der Querschnittsminderung von 50% kaltgewalzt. Die kaltgewalzten
Stahlbleche wurden bei 800°C geglüht und kontinuierlich
bei einer Overaging-Temperatur von 400°C geglüht.
-
Danach
wurden die geglühten Stahlbleche auf 460°C erwärmt,
für 5 s feuerverzinkt, für 10 s bei 500°C zur
Legierung der Beschichtungsschicht legiert und zur Herstellung eines
legierten, feuerverzinkten Stahlblechs auf Raumtemperatur abgekühlt.
Anschließend wurden die beschichteten Stahlbleche auf die
entsprechenden, in Tabelle 5 gezeigten Temperaturen in einer Rate
von 10°C/s erwärmt, weiter für 5 min
in dem Temperaturbereich erwärmt, in eine Form überführt
und in der Form bearbeitet. Sofort nach Abschluss der Bearbeitung
wurden die resultierenden Stahlbleche rasch in einer Rate von 80°C/s
abgekühlt.
-
Dann
wurden die warmgewalzten Stahlbleche in JIS#5 Zugversuchsstücke
geschnitten. Die Anhaftung an die Beschichtungsschicht wurde durch
Beobachtung des Grads der Anhaftung zwischen der Verzinkungsschicht
und jedem der Stahlbleche an einer durch 90°-Winkelbiegen
und Warmpressformen bearbeiteten Stelle unter einem optischen Mikroskop
bestimmt. Die Versuchsstücke wurden lackiert und in einem Öl
bei 170°C für 20 min gekocht, um die Qualität
von unter Verwendung der Versuchsstücke hergestellten lackierten Bauteilen
zur Verwendung in Kraftfahrzeugen zu simulieren.
-
Die
Mikrostrukturen und die physikalischen Eigenschaften der unter Verwendung
der entsprechenden erfinderischen Stähle gemäß der
vorliegenden Erfindung und der Vergleichsstähle durch Warmpressformen hergestellten
Endprodukte sind in Tabelle 5 gezeigt. Tabelle 4
Stahl | Chemische
Bestandteile |
| C | Si | Mn | P | S | Al | N | W | B | weitere |
A2 | 0,22 | 0,27 | 2,37 | 0,012 | 0,002 | 0,042 | 0,016 | 0,05 | 0,0006 | Ti: 0,023
Cr: 0,02 |
B2 | 0,24 | 0,15 | 2,16 | 0,011 | 0,005 | 0,036 | 0,012 | 0,03 | 0,0010 | Nb: 0,015
Mo: 0,05 |
C2 | 0,23 | 0,13 | 2,26 | 0,015 | 0,004 | 0,052 | 0,020 | 0,07 | 0,0022 | Cu: 0,05
Ni: 0,05 |
D2 | 0,23 | 0,26 | 1,02 | 0,012 | 0,002 | 0,02 | 0,005 | - | 0,0020 | Cr: 0,05
Mo: 0,05 |
E2 | 0,07 | 0,133 | 2,98 | 0,012 | 0,002 | 0,016 | 0,004 | - | 0,0017 | Ti: 0,01
Cr: 1,01 |
Tabelle 5
Stahl | WärmebehandlungsTemp. | Mikrostruktur
nach Warmpressformen | FF (Mpa) | ZF (MPa) | El
(%) | FF (MPa) | Adhäsion
an die Beschichtungsschicht | Bemerkungen |
Martensit-Fraktion
(%) | Weitere Strukturen | | | | | | |
A2 | 750 | 96 | Ferrit | 951 | 1568 | 6,5 | 124 | O | erfind. Material
1 |
A2 | 800 | 99 | Bainit | 1172 | 1651 | 7,9 | 189 | O | erfind. Material
2 |
B2 | 750 | 94 | Ferrit | 923 | 1532 | 7,2 | 103 | O | erfind. Material
3 |
B2 | 800 | 98 | Bainit | 1156 | 1621 | 7,4 | 135 | O | erfind. Material
4 |
C2 | 750 | 95 | Ferrit | 947 | 1575 | 6,9 | 134 | O | erfind. Material
5 |
C2 | 800 | 99 | Bainit | 1185 | 1673 | 7,5 | 152 | O | erfind. Material
6 |
A2 | 900 | 97 | Bainit | 1127 | 1587 | 7,4 | 116 | X | Vergleichsmaterial
1 |
B2 | 900 | 97 | Bainit | 1136 | 1578 | 7,3 | 121 | X | Vergleichsmaterial
2 |
C2 | 900 | 98 | Bainit | 1167 | 1598 | 7,4 | 146 | X | Vergleichsmaterial
3 |
D2 | 800 | 86 | Ferrit | 806 | 1337 | 4,8 | 30 | Δ | Vergleichsmaterial
4 |
D2 | 900 | 96 | Bainit | 1017 | 1506 | 7,6 | 55 | X | Vergleichsmaterial
5 |
E2 | 800 | 75 | Ferrit | 947 | 1150 | 6,8 | 81 | Δ | Vergleichsmaterial
6 |
E2 | 900 | 78 | Ferrit | 950 | 1185 | 7,3 | 22 | X | Vergleichsmaterial
7 |
(1) O =
ausgezeichnet, Δ = minderwertig, X = mangelhaft |
-
Wie
aus den in den Tabellen 4 und 5 gezeigten Ergebnissen zu sehen ist,
zeigten die erfinderischen Materialien 1 bis 6, die der erfindungsgemäßen
Stahlzusammensetzung genügten und die unter den in der
vorliegenden Erfindung definierten Bedingungen hergestellt wurden,
eine ultrahohe Zerreißfestigkeit von größer als
1470 MPa. Ferner waren die Abweichungen bei der Formänderungsfestigkeit
vor und nach der Lackiersimulation bei 170°C für
20 min höher als 100 MPa, was zeigt, dass die Endprodukte
als Bauteile und Verstärkungen von Kraftfahrzeugkarosserien
mit ausgezeichneten Schlageigenschaften verwendet werden können. Darüber
hinaus zeigten die Endprodukte gute Anhaftung an die entsprechenden
Beschichtungsschichten.
-
Im
Gegensatz dazu zeigten die Vergleichsmaterialien 1 bis 3, 5 und
7, die den in der vorliegenden Erfindung definierten Wärmebehandlungsbedingungen
für das Warmpressformen nicht genügten und die
durch Warmpressformen bei einer hohen Temperatur hergestellt waren,
schlechte Anhaftung an die entsprechenden Beschichtungsschichten.
-
Insbesondere
erlangte das unter Verwendung von Vergleichsstahl D, dessen Mn-
und N-Gehalte außerhalb der entsprechenden, in der vorliegenden
Erfindungen definierten Bereiche lagen, hergestellte Vergleichsmaterial
4 nicht die gewünschte Martensit-Fraktion und zeigte eine
leichte Erhöhung der Zerreißfestigkeit und der
Formänderungsfestigkeit. Das unter Verwendung von Vergleichsstahl
D2 durch Hochtemperaturbehandlung hergestellte Vergleichsmaterial
5 erlangte die gewünschte Festigkeit und zeigte schlechte
Anhaftung an die Beschichtungsschicht.
-
Da
ferner die unter Verwendung von Vergleichstahl E2, dessen C- und
N-Gehalte außerhalb der entsprechenden in der vorliegenden
Erfindung definierten Bereiche lagen, hergestellten Vergleichsmaterialien
6 und 7 nach Wärmebehandlung und Bearbeitung in der Form
aufgrund ihres niedrigen Kohlstoffgehalts eine ausreichende martensitische
Struktur nicht erreichten, zeigten diese keine hohe Zerreißfestigkeit.
Darüber hinaus zeigten die Vergleichsmaterialien 6 und
7 aufgrund ihres geringen Stickstoffgehalts eine leichte Erhöhung der
Formänderungsfestigkeit.
-
Beispiel 3
-
Zuerst
wurden Stahlbrammen mit den in Tabelle 6 angegebenen Zusammensetzungen
hergestellt. Die Stahlbrammen wurden unter Vakuum gelöst
und in einem Hochofen bei einer Temperatur von 1150°C bis 1250°C
für 1 h wiedererwärmt, warmgewalzt und aufgewickelt.
Das Warmwalzen wurde bei einer Temperatur von 850°C bis
950°C beendet und das Aufwickeln bei 650°C durchgeführt.
Die warmgewalzten Stahlbleche wurden gebeizt und in einem Reduktionsausmaß von
50% kaltgewalzt. Die kaltgewalzten Stahlbleche wurden bei 800°C
geglüht und kontinuierlich bei einer Overaging-Temperatur
von 400°C geglüht.
-
Die
kaltgewalzten Stahlbleche wurden nach dem folgenden Verfahren Al-beschichtet.
Die kaltgewalzten Stahlbleche wurden entfettet, vorbehandelt, in
einem nicht oxidierenden Hochofen bei 700°C vorerwärmt und
in einer reduzierenden Atmosphäre von Stickstoff und Wasserstoff
wärmebehandelt. Zu dieser Zeit wurde die Wärmebehandlung
bei einer maximalen Temperatur von 820°C durchgeführt.
-
Die
wärmebehandelten Stahlbleche wurden abgekühlt
und bei 680°C in eine Beschichtungslösung eingetaucht.
Die Beschichtungslösung war aus 8,5% Si, 2,4% Fe und dem
Rest Al zusammengesetzt. Zur Bildung einer Beschichtungsschicht
mit einer Dicke von 25 μm bis 30 μm pro Seite
wurden die beschichteten Stahlbleche im Gasstrom abgestreift. Danach
wurde eine Einrichtung zur Beseitigung der Ausblühungen
in Betrieb gesetzt, um die Oberflächenausblühungen
der Albeschichteten Stahlbleche auf Null einzustellen.
-
Die
beschichteten kaltgewalzten Stahlbleche wurden bei einer hohen Temperatur
durch Erwärmen der Stahlbleche auf 800°C bis 950°C
in einer Rate von 10°C/s, weiteres Erwärmen der
Stahlbleche in dem Temperaturbereich für 5 min, Überführen
der warmen Stahlbleche in eine Form und Bearbeiten der warmen Stahlbleche
in der Form wärmebehandelt. Unmittelbar nach Abschluss
der Bearbeitung wurden die resultierenden Stahlbleche rasch in einer
Rate von –80°C/s abgekühlt. Dann wurden
die wärmebehandelten Stahlbleche in JIS#5 Zugversuchsstücke
geschnitten. Die Versuchsstücke wurden zum Simulieren der
Qualität unter Verwendung der Versuchsstücke herstellter
lackierter Bauteile zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen bei 170°C
für 20 min gekocht. Danach wurde an den lackierten Testteilen
ein Zugversuch unter Verwendung einer universellen Maschine für
Zugversuche durchgeführt.
-
Zur
Bewertung der Korrosionsbeständigkeit der hochtemperaturbehandelten
Versuchsstücke nach dem Farbbeschichten wurden die Al-beschichteten
Stahlbleche für 5 min auf 800°C bis 900°C
erwärmt und mit Wasser gekühlt. Phosphatbehandlung
und Lackierung durch kationische galvanische Ablagerung wurden durchgeführt
und danach die lackierten Stahlbleche in einer vorbestimmten Breite
abgeschnitten. Nachdem eine Kombination aus einem Salzsprühtest
und einem zyklischen Korrosionstest, der pro Zyklus 8 h erforderte, durchgeführt
worden war, wurde die Breite der in den lackierten Stahlblechen
gebildeten Blasen zur Bewertung der Korrosionsbeständigkeit
der lackierten Stahlbleche gemessen. Tabelle 6
Stahl | CHEMISCHE
BESTANDTEILE (Gew.-%) | Bemerkungen |
C | Si | Mn | P | S | Al | N | W | weitere |
A3 | 0,24 | 0,28 | 1,07 | 0,012 | 0,002 | 0,036 | 0,03 | 0,051 | B: 0,0018
Ti: 0,023 | erfind. Stahl |
B3 | 0,23 | 0,26 | 1,02 | 0,012 | 0,002 | 0,021 | 0,03 | 0,050 | B: 0,0020
Mo: 0,05 | erfind. Stahl |
C3 | 0,24 | 0,28 | 1,07 | 0,012 | 0,002 | 0,036 | 0,0172 | 0,051 | B: 0,0018 | erfind. Stahl |
D3 | 0,23 | 0,26 | 1,02 | 0,012 | 0,002 | 0,021 | 0,0136 | 0,050 | B: 0,0020
Cr: 0,06
Mo: 0,05 | erfind. Stahl |
E3 | 0,22 | 0,27 | 2,37 | 0,012 | 0,002 | 0,042 | 0,0160 | 0,050 | Ti: 0,023 V:
0,03 | erfind. Stahl |
F3 | 0,31 | 0,62 | 0,72 | 0,013 | 0,002 | 0,044 | 0,0140 | 0,023 | B: 0,0011
Cr: 1,19
Mo: 0,67
Ni: 0,06 | erfind. Stahl |
G3 | 0,23 | 0,22 | 1,23 | 0,011 | 0,003 | 0,050 | 0,0154 | 0,185 | B: 0,001
Nb: 0,02
Cu: 0,05 | erfind. Stahl |
H3 | 0,27 | 0,15 | 1,36 | 0,015 | 0,006 | 0,067 | 0,0115 | 0,035 | - | erfind. Stahl |
13 | 0,062 | 0,112 | 2,519 | 0,011 | 0,002 | 0,036 | 0,004 | 0,021 | Cr: 1,01 | Vergleichsstahl |
J3 | 0,065 | 0,125 | 3,015 | 0,012 | 0,002 | 0,0254 | 0,004 | - | B: 0,0005
Cr: 0,97 | Vergleichsstahl |
K3 | 0,150 | 0,229 | 2,504 | 0,011 | 0,003 | 0,040 | 0,004 | - | B: 0,0018
Cr:
0,2
Ti: 0,02 | Vergleichsstahl |
Tabelle 7
Stahl | Mikrostruktur
der warmgepressten Teile | Mechanische
Eigenschaften | Bemerkungen |
Martensit-Fraktion | weitere Strukturen | FF (MPa) | ZF (MPa) | El
(%) | ΔFF (MPs) | |
A3 | 99 | Bainit | 982 | 1492 | 7,9 | 186 | erfind.
Stahl |
B3 | 99 | Bainit | 1035 | 1521 | 7,4 | 175 | erfind.
Stahl |
C3 | 99 | Bainit | 982 | 1492 | 7,9 | 186 | erfind.
Stahl |
D3 | 99 | Bainit | 1035 | 1521 | 7,4 | 175 | erfind.
Stahl |
E3 | 99 | Bainit | 1125 | 1598 | 5,3 | 145 | erfind.
Stahl |
F3 | 100 | - | 1215 | 1798 | 6,5 | 125 | erfind.
Stahl |
G3 | 99 | Bainit | 1105 | 1511 | 6,5 | 144 | erfind.
Stahl |
H3 | 98 | Bainit | 1026 | 1512 | 7,2 | 106 | erfind.
Stahl |
I3 | 35 | Ferrit,
Bainit | 925 | 1178 | 7,4 | 41 | Vergleichsstahl |
J3 | 32 | Ferrit
Bainit | 915 | 1145 | 6,2 | 36 | Vergleichsstahl |
K3 | 73 | Bainit | 1036 | 1518 | 3,4 | 35 | Vergleichsstahl |
ΔFF
= Veränderungen in der Formänderungsfestigkeit
vor und nach dem Farbbeschichten |
-
Die
Ergebnisse der Tabelle 7 zeigen, dass unter Verwendung der der in
der vorliegenden Erfindung definierten Stahlzusammensetzung genügenden
erfinderischen Stähle A3–H3 hergestellte Warmpressteile eine
ultrahohe Zerreißfestigkeit von größer
als 1470 MPa zeigen. Ferner können ebenfalls Produkte mit
einer komplizierten Form bearbeitet werden, da die Stahlbleche in
einem erwärmten Zustand bearbeitet werden. Ferner waren
die Abweichungen bei der Formänderungsfestigkeit der Warmpressteile
vor und nach der Lackiersimulation bei 170°C für
20 min höher als 120 MPa, was zeigt, dass die Warmpressteile
als Bauteile und Verstärkungen von Kraftfahrzeugkarosserien
mit ausgezeichneten Schlageigenschaften verwendet werden können.
-
Im
Gegensatz dazu zeigten, da die unter Verwendung der entsprechenden
Vergleichsstähle I3–J3 hergestellten Warmpressteile
aufgrund ihres geringen Kohlenstoffgehalts keine ausreichende martensitische Struktur
nach Wärmebehandlung und Pressen in der Form erlangten,
diese keine hohe Zerreißfestigkeit und eine leichte Erhöhung
der Formänderungsfestigkeit nach dem Farbbeschichten. Darüber
hinaus erlangten die unter Verwendung von Vergleichsstahl K3 hergestellten
Warmpressteile eine ausreichend hohe Zerreißfestigkeit,
zeigten aber eine leichte Erhöhung der Formänderungsfestigkeit. Tabelle 8
Stahl | Beschichtungsgewicht (g/m2) | Oberflächenerscheinung | Anhaftung an die Beschichtungsschicht | Korrosionsbeständigkeit nach Farbbeschichten | Zusammensetzung
der Oberflächenschicht (%) |
Si | Fe |
A3 | 20 | O | O | Δ | 8,5 | 42,9 |
A3 | 40 | ⊙ | ⊙ | ⊙ | 7,2 | 50,1 |
A3 | 50 | ⊙ | ⊙ | ⊙ | 7,0 | 50,8 |
A3 | 60 | ⊙ | ⊙ | ⊙ | 6,4 | 40,4 |
A3 | 80 | ⊙ | ⊙ | ⊙ | 6,6 | 40,2 |
A3 | 100 | ⊙ | Δ | Δ | 4,1 | 30,3 |
B3 | 20 | O | Δ | Δ | 8,8 | 38,7 |
B3 | 40 | ⊙ | ⊙ | ⊙ | 8,0 | 54,4 |
B3 | 50 | ⊙ | ⊙ | ⊙ | 7,8 | 52,2 |
B3 | 60 | ⊙ | ⊙ | ⊙ | 6,9 | 48,3 |
B3 | 80 | ⊙ | ⊙ | ⊙ | 5,9 | 44,1 |
B3 | 100 | O | Δ | Δ | 4,4 | 29,9 |
C3 | 50 | ⊙ | ⊙ | ⊙ | 7,0 | 47,8 |
D3 | 40 | ⊙ | ⊙ | ⊙ | 7,2 | 50,1 |
E3 | 50 | ⊙ | ⊙ | ⊙ | 7,0 | 50,8 |
F3 | 40 | ⊙ | ⊙ | ⊙ | 8,0 | 54,4 |
G3 | 60 | ⊙ | ⊙ | ⊙ | 6,4 | 40,4 |
H3 | 50 | ⊙ | ⊙ | ⊙ | 7,0 | 52,4 |
-
Wie
aus den Ergebnissen der Tabelle 8 offensichtlich ist, wurden die
Stahlkristalle nach der Phosphatbehandlung verschwommen, wenn der
erfinderische Stahl A3–H3 mit einer Menge von 40 g/m2 oder weniger beschichtet war, und die Korrosionsbeständigkeit
war aufgrund des hohen Si-Gehalts der entsprechenden Oberflächenschichten
verschlechtert. Außerdem hatten, wenn die erfinderischen
Stähle A3–H3 mit einer Menge von 80 g/m2 oder mehr beschichtet waren, diese ein
gutes Oberflächenerscheinungsbild, zeigen aber schlechte
Anhaftung an die entsprechenden Beschichtungsschichten und aufgrund
des niedrigen Si-Gehalts der entsprechenden Oberflächenschichten
schlechte Korrosionsbeständigkeit nach dem Farbbeschichten.
-
Die
vorliegende Erfindung ist hierin unter Bezugnahme auf die vorangehenden
Ausführungsformen beschrieben worden. Diese Ausführungsformen
dienen nicht der Einschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden
Erfindung. Alle Modifikationen, die im wesentlichen dieselbe Beschaffenheit,
dieselben Arbeitsabläufe und Auswirkungen wie der technische
Gedanke der vorliegenden Erfindung haben, wie in den anhängenden
Patentansprüchen offenbart, sind als unter Schutzumfang
der Erfindung fallend zu verstehen.
-
Zusammenfassung
-
Aufgezeigt
wird ein Stahlblech, das eine ultrahohe Festigkeit nach dem Warmpressformen
und darauf folgendem raschen Abkühlen zeigt sowie eine
verbesserte Formänderungsfestigkeit nach dem Farbbeschichten.
Das Stahlblech hat eine Zusammensetzung enthaltend 0,1 bis 0,5 Gew.-%
C, 0,01 bis 1,0 Gew.-% Si, 0,5 bis 4,0 Gew.-% Mn, 0,1 Gew.-% oder
weniger P, 0,03 Gew.-% oder weniger S, 0,1 Gew.-% lösliches
Al, 0,01 bis 0,1 Gew.-% N, 0,3 Gew.-% oder weniger W und als Rest
Fe und weitere unvermeidliche Verunreinigungen. Ferner werden ein
aus dem Stahlblech hergestelltes Warmpressteil sowie ein Verfahren
zur Herstellung des Warmpressteils aufgezeigt. Das Warmpressteil
erreicht eine hohe Steigerung der Formänderungsfestigkeit nach
der Wärmebehandlung zur Farbbeschichtung, während
eine ultrahohe Zerreißfestigkeit sichergestellt ist. Ferner
zeigt das Warmpressteil eine überlegene Anhaftung an einer
Beschichtungsschicht, ein gutes Erscheinungsbild der Oberfläche
und verbesserte Korrosionsbeständigkeit nach dem Farbbeschichten.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - KR 2005-062194 [0003]
- - KR 2003-049731 [0005]
- - JP 2005-126733 [0005]
- - JP 2003-034854 [0007]