DE19634524A1 - Leichtbaustahl und seine Verwendung für Fahrzeugteile und Fassadenverkleidungen - Google Patents
Leichtbaustahl und seine Verwendung für Fahrzeugteile und FassadenverkleidungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen höherfesten Leichtbaustahl
und seine Verwendung für Fahrzeugteile und
Fassadenverkleidungen.
Alle nachfolgenden Gehaltsangaben sind Masse-%.
Höherfeste Stähle wurden für die Fahrzeugindustrie mit
unterschiedlichen Eigenschaften entwickelt und werden
bereits in nennenswertem Maße in der Produktion
eingesetzt. Über eine Verminderung der Blechdicke infolge
höherer Festigkeiten lassen sich im Vergleich zu
herkömmlichem weichen Stahl Gewichtsreduzierungen
erzielen. Zur Gewährleistung ausreichender
Korrosionsbeständigkeit wurden verschiedene
Oberflächenbeschichtungsverfahren entwickelt,
- - SEW 094; SEW 093:
- - Stahl und Eisen 106 (1986), Nr. 12, S. 21-38;
- - Stahl und Eisen 114 (1994), Nr. 7, S. 47-53.
Stähle mit höheren Aluminiumgehalten sind bekannt. So
offenbart EP 0 495 121 Stähle zur Schwingungs- und
Geräuschdämpfung in Maschinen mit bis zu 7% Al, mehr
als 0,5% Si, 0,1 bis 8% Mn, und weniger als 0,01% C,
N, O, P.
EP 0 401 098 berücksichtigt Stähle mit weniger als
3,3% Si und 1,5 und 8% Al für weichmagnetische Bleche,
die eine scharfe (100) (001) Textur (Würfellage) besitzen.
Interstitielle Verunreinigungen müssen unter 50 ppm
liegen, C unter 30 ppm. Die eingestellte Textur ist für
Umformverfahren, wie das Tief- bzw. Streckziehen
ungeeignet.
DE 43 03 316 beschreibt Stähle mit 13 bis 16% Al und
z. T. höheren Gehalten weiterer Legierungselemente
(Cr, Nb, Ta, W, Si, B, Ti) für oxidations- und
korrosionsbeständige Teile.
DE 32 01 816 berücksichtigt Legierungen mit 1 bis 10% Al
für Teile, die bei hohen Temperaturen (750 bis 900 °C) in
Kontakt mit Flüssigkeiten kommen, die Kohlenwasserstoffe
enthalten, so daß es zu keiner Kohlenstoffablagerung
kommt. Die Oberfläche der Teile kann voroxidiert werden.
Der geschilderte Stand der Technik ist mit folgenden
Nachteilen behaftet:
- - Gewichtseinsparungen lassen sich nur über eine Reduzierung der Blechdicke erreichen oder durch zusätzliche Maßnahmen konstruktiver und/oder fügetechnischer Art;
- - der erforderliche Korrosionsschutz kann allein durch die Zusatzmaßnahme von Oberflächenbeschichtungen erbracht werden.
Gut umformbare oder tief- und streckziehfähige, kalt
walzbare und rekristallisierend geglühte höheraluminium
haltige Tiefziehstähle, wie sie für die Anwendung in der
Verkehrstechnik oder als Fassadenverkleidungen gebraucht
werden, gehören nicht zum Stand der Technik.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines rein
ferritischen Stahls mit einer Dichte deutlich unter 7,6
g/cm³, hoher Festigkeit bei guter Kaltumformbarkeit und
gleichzeitig verbessertem Widerstand gegen atmosphärische
Korrosion, als es konventionelle Tiefziehstähle besitzen.
Der erfindungsgemäße Stahl ist im wesentlichen
gekennzeichnet durch Gehalte von Aluminium zwischen 3 und
9% und sehr eng begrenzte weitere Legierungselemente
gemäß Anspruch 1. Diese Aluminiumgehalte verleihen dem
erfindungsgemäßen Stahl überraschenderweise eine gute
Kombination bisher nicht bekannter vorteilhafter
Eigenschaften, die sich wie folgt beschreiben lassen:
- - Festigkeitskennwerte sind gegenüber herkömmlichem weichen Tiefziehstahl deutlich erhöht;
- - Verformbarkeitswerte sind, gemessen an der Festigkeit, vergleichsweise hoch;
- - Dichte ist gegenüber herkömmlichen Tiefziehstählen deutlich verringert;
- - Korrosionsbeständigkeit ist erheblich verbessert.
Die Erfindung umfaßt einen tief- und streckziehfähigen
höheraluminiumhaltigen Stahl als Warm- oder Kaltband.
Dieser wird erschmolzen, im Strang vergossen, abgewalzt
im Temperaturbereich oberhalb der Rekristallisierungstem
peratur oder als Band abgegossen. Der Stahl wird entweder
als Warmband direkt verarbeitet oder kaltgewalzt mit
einem Umformgrad von größer 20% und anschließend
rekristallisierend geglüht. Er hat folgende chemische
Zusammensetzung:
3 bis 9% Al
max. 0,1% C
max. 1% in Summe Cu + Mo + W + Co + Cr + Ni
max. 0,5% in Summe Ti + Zr + Hf + V + Nb + Ta
max. 0,1% in Summe Sc + Y + Seltene Erden
max. 1% Si
max. 2% Mn
max. 0,01% B
max. 0,1% P
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
max. 0,1% C
max. 1% in Summe Cu + Mo + W + Co + Cr + Ni
max. 0,5% in Summe Ti + Zr + Hf + V + Nb + Ta
max. 0,1% in Summe Sc + Y + Seltene Erden
max. 1% Si
max. 2% Mn
max. 0,01% B
max. 0,1% P
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
Besondere Kennzeichen der Stahlzusammensetzung sind:
- - Der erfindungsgemäße Stahl ist bis zur Schmelztemperatur ferritisch;
- - Er ist im Si-Gehalt auf 1% begrenzt und
- - weist einen geringen Kohlenstoffgehalt unter 0,1% und keine legierungsrelevanten Gehalte an Co, Mo, Cu, Y und Seltenen Erdmetallen auf.
Hinsichtlich der Eigenschaften ist hervorzuheben, daß er
gut umformbar, insbesondere kaltwalzbar ist und daher mit
einer Dichte deutlich unter 7,6 g/cm³ in Form von Blechen
für die Anwendung in der Verkehrstechnik und als
Fassadenverkleidung besonders geeignet ist.
Anhand der folgenden Beispiele wird die Erfindung
erläutert.
Das Ausgangsmaterial wurde in einem Vakuuminduktionsofen
erschmolzen und in Kokillen vergossen. Das Warmwalzen
erfolgt im Temperaturbereich zwischen 800°C und 1100°C
auf Dicken von 4 mm. Nach dem Beizen wurden Tafeln
zwischen 5 und 92% kaltgewalzt und im Anschluß daran
zwischen 700°C und 900°C rekristallisierend geglüht.
Tabelle 1 gibt die chemische Zusammensetzung einiger
untersuchter Stähle wieder.
Tabelle 2 zeigt die Festigkeits- und Umformkennwerte
einiger untersuchter Stähle nach 70%iger Umformung im
rekristallisierend geglühten Zustand.
Tabelle 3 weist für Proben im kaltgewalzten und geglühten
Zustand sowie die warmgewalzten Proben gute Festigkeits-
und Umformkennwerte aus.
Tabelle 4 zeigt den Einfluß des Kaltwalzgrades auf die
Umformkennwerte. Es ist ersichtlich, daß mit bis zu 70%
steigendem Kaltwalzgrad die r- und n-Werte deutlich
zunehmen.
Tabelle 5 enthält die Ergebnisse von Erichsen-Tiefungen
nach DIN 50101, die als praxisrelevante Umformeigen
schaftsermittlung durchgeführt wurden.
Fig. 1 zeigt zyklische Stromdichte-Potentialkurven von
Eisen-Aluminium-Legierungen im Vergleich zu Rein-Eisen.
Eine Eisen-Aluminium-Legierung mit polierter Oberfläche,
d. h. ohne schützende Oxidschicht, besitzt bereits eine
bessere Korrosionseigensahaft als Reineisen. Durch eine
elektrolytische Anreicherung der Oberfläche mit Aluminium
läßt sich die gute Korrosionseigenschaft von Eisen-
Aluminium-Legierungen noch weiter steigern.
Fig. 2 zeigt, daß durch eine elektrolytische Anreicherung
mit anschließender thermischer Nachbehandlung im
Vergleich zu einer Legierung mit polierter Oberfläche,
d. h. ohne schützende Oxidschicht, in sehr kurzen Zeiten
dichte und korrosionsbeständige Oberflächenschichten
herstellen lassen.
In Fig. 3 ist die Gewichtsreduktion von Eisen-Aluminium-
Legierungen als Funktion des Aluminiumgehaltes aufgetragen.
Es wird ersichtlich, daß sich mit dem erfindungsgemäßen
Stahl bei einem Aluminiumgehalt im beanspruchten Bereich
von 3 bis 9% eine Gewichtsersparnis von 4,5 bis 12%
erreichen läßt.
Infolge der stark mischkristallverfestigenden Wirkung des
Aluminiums in Fe-Al-Legierungen und des Vorhandenseins
von Stahlbegleitelementen und Mikrolegierungselementen
tritt eine beachtliche Zunahme der Festigkeit im
Vergleich zu mikrolegierten Feinblechstählen auf. Außer
den guten Festigkeits- und Umformeigenschaften bei einer
deutlichen Gewichtseinsparung zeichnet sich der
erfindungsgemäße Stahl durch eine höhere Korrosions
resistenz aus. Dieses kann durch eine chemische,
elektrochemische oder thermische Behandlung noch weiter
verbessert werden, wenn die Bildung einer
aluminiumreichen Oberflächenschicht zur Entstehung einer
schützenden Al₂O₂-Deckschicht führt.
Tabelle 6 zeigt die Zunahme des Aluminiumgehalts an der
Oberfläche einer durch elektrolytische Nachbehandlung bei
20 und 60°C im aktiven (-0,17 V gegen NHE), passiven
(1,1 V gegen NHE) und transpassiven (10,65 V gegen NHE)
Bereich oberflächlich mit Al angereicherten Eisenlegierung
mit 8,5% Al. Es ergab sich im Vergleich zu der
unbehandelten Legierung eine Steigerung der
Aluminiumkonzentration an der Oberfläche um fast 100%.
Gleiche Ergebnisse können auch durch elektrochemische
Nachbehandlung mit Al erreicht werden.
Durch eine geeignete thermische Nachbehandlung bei
erhöhter Temperatur (600 bis 1200°C) können dichte
Al₂O₂-Schichten gebildet werden.
Claims (7)
1. Höherfester Leichtbaustahl, bestehend aus
(in Masse-%):
3 bis 9% Al
max. 0,1% C
max. 1% in Summe Cu + Mo + W + Co + Cr + Ni
max. 0,5% in Summe Ti + Zr + Hf + V + Nb + Ta
max. 0,1% in Summe Sc + Y + Seltenen Erden
max. 1% Si
max. 2% Mn
max. 0,01% B
max. 0,1% P
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
3 bis 9% Al
max. 0,1% C
max. 1% in Summe Cu + Mo + W + Co + Cr + Ni
max. 0,5% in Summe Ti + Zr + Hf + V + Nb + Ta
max. 0,1% in Summe Sc + Y + Seltenen Erden
max. 1% Si
max. 2% Mn
max. 0,01% B
max. 0,1% P
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
2. Leichtbaustahl nach Anspruch 1, jedoch mit 5 bis
9% Al.
3. Leichtbaustahl nach Anspruch 2, jedoch mit 7 bis
9% Al.
4. Leichtbaustahl nach Anspruch 1, jedoch mit Titan
und/oder Niob von mindestens 0,03%.
5. Leichtbaustahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die aus
ihm erzeugten Bänder mit einer chemischen,
elektrochemischen, organischen nicht-metallischen oder
metallischen Beschichtung versehen sind.
6. Leichtbaustahl nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Bandoberfläche mit Aluminium angereichert und/oder
beschichtet ist.
7. Verwendung eines Leichtbaustahls nach einem der
Ansprüche 1 bis 6, als Werkstoff für Fahrzeugteile oder
Fassadenverkleidungen.
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