DE4032996A1

DE4032996A1 - Verfahren zur herstellung eines eine hohe verformungsarbeit und einen aeusseren korrosionsschutz aufweisenden stahlprofiles

Info

Publication number: DE4032996A1
Application number: DE19904032996
Authority: DE
Inventors: Horst Klippel
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1989-10-26
Filing date: 1990-10-15
Publication date: 1991-05-02
Also published as: DE4032996C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines eine hohe Verformungsarbeit und einen äußeren Korrosionsschutz aufweisenden Stahlprofiles gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Zur Erhöhung der Sicherheit gegen eine äußere mechanische Krafteinwirkung im Bereich der Türen eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftwagens, wird auf der Außenseite des inneren Bleches der Tür horizontal ein sogenannter Aufprallträger befestigt. Dieser Aufprallträger kann als ein rohrförmiges Stahlprofil mit bestimmten mechanischen Eigenschaften ausgebildet sein, um die spezifizierten bzw. gesetzlichen Vorschriften, die an ein solches Sicherheitsteil gestellt werden, zu erfüllen. Zu den Mindestanforderungen an die mechanischen Eigenschaften eines solchen Aufprallträgers gehören die Zugfestigkeit Rm, die Streckgrenze Rt, die Bruchdehnung A5 sowie die Verformungsarbeit W-150. Die letztgenannte Eigenschaft wird definiert als notwendige Verformungsarbeit, um bei endseitiger loser Auflage des rohrförmigen Stahlprofiles mit einem etwa mittig zwischen den Auflagen einwirkenden punktförmigen Eindruck eine bleibende Durchbiegung von 150 mm zu bewirken.

Damit die Anforderungen erfüllt sind, müssen beispielsweise folgende Werte erreicht werden.

Zugfestigkeit Rm mind. 1100 N/mm²
Streckgrenze Rt mind. 800 N/mm²
Bruchdehnung A5 mindestens 8% oder

eine Verformungsarbeit W-150 von mindestens 1900 Joule je nach Ab messung des Profiles und Abstand der Auflagen.

Im Zuge der Entwicklung im Automobilbau den Korrosionsschutz der Karosserien durch Verwendung verzinkter Stahlbleche zu verbessern, ist der Wunsch gewachsen, auch die eingebauten Aufprallträger mit einem entsprechenden Korrosionsschutz zu versehen. Dies könnte in einfacher Weise dadurch realisiert werden, daß das gehärtete rohrförmige Stahlprofil in ein Bad mit flüssigem Zink eingetaucht und dabei mit einer Zinkschicht überzogen wird. Dies hat aber den Nachteil, daß durch die hohe Temperatur des flüssigen Zinks, die üblicherweise bei 480 Grad Celsius liegt und die langen Tauchzeiten, die mindestens 3 Minuten betragen, der gehärtete Stahl angelassen wird und die bereits erreichten Werte, insbesondere die Festigkeit und die Verformungsarbeit unter die geforderte Mindestgrenze absinken. Für den Abfall der Werte ist es dabei unerheblich, in welcher Weise die vorhergehende Härtung durchgeführt wurde, d. h. ob die Abschreckung mit Luft oder mit Öl oder mit Wasser erfolgte. Die in der DE 37 28 476 angegebene Stahllegierung gestattet zwar die Herstellung von rohrförmigen Stahlprofilen ohne eine anschließende Wärmebehandlung, benötigt aber teure Elemente wie Nickel und Molybdän als Zulegierung. Ein aus einer solchen Stahllegierung hergestelltes Profil würde bei einer anschließenden Verzinkung ebenfalls den bereits beschriebenen Abfall der mechanischen Werte zeigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem Stahlprofile mit einer Festigkeit von mindestens 1100 N/mm² und einer Dehnung von mindestens 8%, die außerdem eine hohe Verformungsarbeit und einen entsprechenden äußeren Korrosionsschutz aufweisen, herstellbar sind. Außerdem soll das Verfahren die Verwendung einer kostengünstigen Stahllegierung unter Verzicht der Zulegierung von teuren Elementen wie z. B. Nickel ermöglichen.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Kerngedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die für den äußeren Korrosionsschutz angewendete Verzinkung des Stahlprofiles so zu modifizieren, daß die Anlaßwirkung der Verzinkung auf den gehärteten Stahl so gering ist, daß die am verzinkten Stahlprofil ermittelten mechanischen Werte noch den Mindestanforderungen entsprechen. Dazu wird die übliche Badtemperatur von 480 Grad auf kleiner gleich 460 Grad vorzugsweise kleiner gleich 450 Grad abgesenkt und die übliche Tauchzeit von mindestens 3 Minuten auf kleiner gleich 1 Minute verkürzt. Die abgesenkte Badtemperatur kann man ohne Gefahr eines Einfrierens des Zinkbades dadurch erreichen, daß man die Zusammensetzung des Zinkbades ändert und ein niedrigschmelzendes Element, z. B. Blei hinzufügt. Bei der Verkürzung der Tauchzeit nimmt man bewußt in Kauf, daß die aufgebrachte Zinkschicht dünner ist im Vergleich zum Standardverfahren, die aber bezogen auf die mittlere Lebensdauer eines Kraftfahrzeuges im Hinblick auf den geforderten Korrosionsschutz noch ausreichend ist. Damit das Zink mit dem Eisen sich verbinden kann, ist eine blanke und aktive Oberfläche des Stahlprofiles erforderlich, die man zum Beispiel durch Beizen oder Strahlen erreichen kann. Nach Herausnahme aus dem Verzinkungsbad wird das Stahlprofil auf Raumtemperatur abgekühlt, sei es langsam an Luft oder rasch mittels Wasser.

Als kostengünstige Stahllegierung wird ein an sich bekannter C-Mn-Ti-B Stahl verwendet mit einer Zusammensetzung in Massenprozent von C 0,18-0,21, Si 0,30-0,50, Mn 1,10-1,30, Ti 0,02-0,07, Bor 0,0020-0,0070 Rest Eisen und übliche Verunreinigungen. Ein aus einer solchen Stahllegierung hergestelltes Profil wird nach dem Warmwalzen bei einer Temperatur im Bereich zwischen 900-940 Grad Celsius geglüht und anschließend in Wasser abgeschreckt. Vor dem Verzinken wird das Profil entzundert, damit das Zink mit der Eisenoberfläche sich verbinden kann. Durch die abgesenkte Temperatur des Zinkbades und die verkürzte Tauchzeit kann man zwar die Anlaßwirkung nicht vollständig unterdrücken, aber der Abfall der Werte ist so gering, daß die geforderten Abnahmewerte sicher erreicht werden.

Bei einer Variante dieses Verfahrens nimmt man die Anlaßwirkung der Verzinkung bewußt in Kauf und versucht die Wirkung durch eine Modifikation des verwendeten Werkstoffes zu kompensieren. In diesem Falle würde die Verzinkung bei einer üblichen Badtemperatur, d. h. bei 480 Grad Celsius durchgeführt werden. Die Modifizierung des Stahles besteht in einer Erhöhung des Gehaltes wesentlicher Legierungselemente wie C und Mn, verbunden mit einer schwachen Zulegierung von Cr und Mo. Damit wird der Stahl anlaßunempfindlicher, so daß eine Umstellung des Zinkbades nicht erforderlich ist.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Stahlprofil kann als Aufprallträger zur Verstärkung der Türen eines Kraftfahrzeuges Verwendung finden, wobei in vorteilhafter Weise die Anforderungen für die mechanischen Werte und den äußeren Korrosionsschutz gleichzeitig erfüllt werden. Es kann eine handelsübliche C-Mn-Stahllegierung verwendet werden, bei der außer geringen Mengen an Bor und Titan keine teuren Elemente wie Nickel und Molybdän zulegiert werden. Nur im Falle der Anwendung einer Verzinkung mit der üblichen Badtemperatur muß zur Erhöhung der Anlaßbeständigkeit der C-Mn-Stahl modifiziert werden, allerdings unter Verzicht der Zulegierung eines teuren Elementes wie Nickel.

Anhand eines Ausführungsbeispieles wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Aus einem Rundblock wird über Warmwalzen ein Rohr mit der Abmessung 33,8 × 2,7 mm hergestellt. Als Werkstoff wird ein an sich bekannter C-Mn-Ti-B mit der Analyse in Massenprozent C 0,19, Si 0,38, Mn 1,14, Ti 0,05, B 0,0034, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen verwendet. Nach dem Warmwalzen wird das Rohr wärmebehandelt mit einem Glühen bei 920 Grad C, bei einer Haltezeit von 10 Minuten und einem nachfolgenden Abschrecken in Wasser. Damit das Rohr auch einen äußeren Korrosionsschutz erhält, wird es nach der Entzunderung anschließend verzinkt. Die übliche Verzinkung bei 480 Grad C mit einer Mindesttauchzeit von 3 Minuten würde zu einem Abfall der geforderten mechanischen Werte unter die Mindestanforderungen führen. Deshalb ist eine Modifikation der Verzinkung erforderlich. Für dieses Beispiel wurde die Verzinkungstemperatur auf 460 Grad C herabgesetzt und die Tauchzeit auf 1 Minute verkürzt. Die danach erhaltenen Werte betragen für

Rm = 1210N/mm²
Rt = 1115 N/mm²
A5 = 12%
W-150 = 2397 Joule

Die mechanischen Werte nach dem Härten und vor dem Verzinken lagen bei

Rm = 1435 N/mm²
Rt = 1246 N/mm²
A5 = 11%
W-150 = 2786 Joule

Aus dem Vergleich der Werte wird erkennbar, daß auch die modifizierte Verzinkung, d. h. mit abgesenkter Badtemperatur und verkürzter Tauchzeit weiterhin als Anlaßbehandlung wirkt und zu einem gewissen Abfall der Werte, insbesondere der Festigkeit führt, die geforderten Mindestwerte aber sicher eingehalten werden und das so hergestellte Türverstärkungsrohr den gewünschten äußeren Korrosionsschutz aufweist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines eine hohe Verformungsarbeit und einen äußeren Korrosionsschutz aufweisenden Profiles aus einem Stahl mit einer Festigkeit von mindestens 1100 N/mm² und einer Dehnung von mindestens 8%, mit den Schritten Warmwalzen, Härten und Verzinken, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für das Stahlprofil ein an sich bekannter C-Mn-Ti-B Stahl verwendet wird mit einer Zusammensetzung in Massenprozent von C 0,18-0,21, Si 0,30-0,50, Mn 1,10-1,30, Ti 0,02-0,07, Bor 0,0020-0,0070 Rest Eisen und übliche Verunreinigungen und das gehärtete Stahlprofil entzundert und bei einer Temperatur von 460 Grad Celsius des Zinkbades, dem ein niedrigschmelzendes Element zugesetzt wird und einer Tauchzeit von 1 Minute verzinkt und nach der Herausnahme aus dem Verzinkungsbad auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Zinkbades 450 Grad Celsius beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das niedrigschmelzende Element Blei ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für das Stahlprofil ein modifizierter C-Mn-Ti-B Stahl verwendet wird mit einer Zusammensetzung in Massenprozent von C 0,18-0,25, Si 0,30-0,50, Mn 1,30-2,00, Cr 0,1-0,5, Mo 0,1- 0,3, Ti 0,02-0,07, Bor 0,0020-0,0070 Rest Eisen und übliche Verunreinigungen und das gehärtete Stahlprofil entzundert und bei einer Temperatur von 480 Grad Celsius des Zinkbades und einer Tauchzeit von <1 Minute verzinkt und nach der Herausnahme aus dem Verzinkungsbad auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-4 zur Herstellung eines rohrförmigen Stahlprofiles für die Verstärkung der Tür eines Kraftfahrzeuges.