DE60004094T2 - Kaltgeformte, flachgewalzte stahlprofile - Google Patents

Kaltgeformte, flachgewalzte stahlprofile Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochfester Stahlbauelemente, und sie betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem ein flachgewalzter Rohling aus hochfestem Stahl zu einem Bauelement mit einem gewünschten geometrischen Querschnitt so kaltgeformt wird, daß die Festigkeit des Elements im wesentlichen die gleiche wie die des Rohlings bleibt oder größer ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In der Vergangenheit kam eine Reihe von Verfahren zum Einsatz, um Stahlteile und Bauelemente herzustellen. Häufig beginnen diese Verfahren mit Stäben aus hochfestem Material und verwenden Kaltformtechniken, z. B. Walzen, Stauchen, Anstauchen und Strangpressen, die in der Technik bekannt sind. Beim Stauchen wird die Querschnittfläche eines Metallstabs in einem Abschnitt oder insgesamt vergrößert. Das Anstauchen ist eine besondere Form des Stauchens, bei dem das Ausgangsmaterial Draht-, Stangen- oder Stabmaterial ist. Oft werden die Köpfe von Bolzen mit Anstauchtechniken hergestellt. Beim Strangpressen wird der Metallstab durch eine Werkzeugöffnung mit einer gewünschten Querschnittkontur gepreßt, um eine Länge von Metall mit einem gleichmäßigen Querschnitt zu produzieren. Speziell anwendbar ist das Strangpressen zur Bildung langgestreckter Bauelemente mit einer gleichmäßigen Querschnittkonfiguration über im wesentlichen die gesamte Länge des Elements. Zum Walzen gehört die Bildung eines Fertigelements durch wiederholtes Führen von Walzen über die Länge des Stabs, bis er in die gewünschte Form gebracht ist.
  • Ein derartiges bekanntes Verfahren zur Herstellung hochfester Stahlbauelemente beginnt mit Glühen oder anderweitigem Erweichen des Stahlstabs. Danach wird der geglühte Stahlstab in einem Verfahren, das eine der o. g. Umformtechniken auf weist, in einem gewünschten geometrischen Querschnitt kaltgeformt. Das jetzt erzeugte Bauelement wird danach wärmebehandelt, d. h. austenitisiert, gehärtet durch Abschrecken gefolgt von Anlassen (Vergüten), um die gewünschten hochfesten mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Normalerweise hat das Stahlmaterial des resultierenden Elements eine vergütete Martensit-Mikrostruktur. Die durch solche Wärmebehandlungen erzeugten mechanischen Eigenschaften sind oft inkonsistent und können von Element zu Element stark variieren. Außerdem erhöhen die Glüh- und Wärmebehandlungsschritte stark die Kosten des Gesamtverfahrens zur Herstellung der hochfesten Stahlbauelemente, was teilweise Folge des Energieverbrauchs im Zusammenhang mit der Erwärmung des Elements und dem notwendigen Arbeits- und Bearbeitungsaufwand ist.
  • In einem weiteren Verfahren zur Herstellung solcher hochfester Stahlbauelemente wird der Stahl zunächst austenitisiert, durch Abschrecken gehärtet und dann bis zu einem Punkt angelassen, an dem die mechanischen Eigenschaften des Stabs nach Wärmebehandlung so sind, daß er anschließend in einem Verfahren zu einem gewünschten Querschnitt kaltgeformt werden kann, das eine der o. g. Umformtechniken aufweist. Das Stahlmaterial des Fertigelements aus diesem Verfahren hat auch eine vergütete Martensit-Mikrostruktur. Obwohl dieses Verfahren scheinbar Vorteile gegenüber dem zuvor beschriebenen Verfahren hat, da Berichten zufolge engere Festigkeitstoleranzen von Element zu Element erhalten wurden, setzt dieses Verfahren immer noch einen teuren Wärmebehandlungsprozeß ein.
  • Das Kaltformen von hochfestem Material ist bekannt. Die US-A-3904445, die für den vorliegenden Rechtsnachfolger erteilt wurde, offenbart ein Verfahren zum Kaltformen einer Länge hochfesten Stahlstabmaterials zu einem U-Bolzen. Allerdings ist das Kaltformen eines Bogens in einer Länge von Stabmaterial weniger beanspruchend als andere Kaltformtechniken, z. B. Stauchen und Strangpressen. Bis zur Erfindung des Patents '445 ging man davon aus, daß das Kaltformen eines Rohlings mit hoher Festigkeit zu einem Teil oder Bauelement durch Techniken vom Stauch- oder Strangreßtyp voraussichtlich zur Bildung von Rissen oder sogar Bruchstellen im Fertigpro dukt führen oder zumindest wahrscheinlich die allmähliche Bildung des Elements durch eine Folge von Kaltformschritten erfordern würde, bei der ein Glüh- oder Entspannungsschritt zwischen aufeinanderfolgenden Kaltformvorgängen durchgeführt wird. Solche Risse oder Bruchstellen würden voraussichtlich das Element ruinieren. Zusätzlich würde der Gebrauch solcher Kaltform- und Glühschritte die Zeit und die Kosten der Herstellung solcher hochfesten Stahlbauelemente erhöhen.
  • Ein neueres Verfahren zum Kaltformen hochfester Stahlbauelemente ist in der US-A-5496425 offenbart, die der Internationalen Patentanmeldung WO 96/02676 entspricht. In der Praxis der im Patent '425 beschriebenen Erfindung wird hochfestes Stahlmaterial mit einer spezifischen chemischen Zusammensetzung durch Walzen, Stauchen, Schmieden oder Strangpressen zu einem Bauelement umgeformt. Obwohl ein solches Verfahren viele der Nachteile und Mängel vermeidet, die zuvor beschrieben wurden und mit dem Warm- oder Heißumformen von Bauelementen zusammenhängen, erfordert es dennoch die Ausübung erheblicher Kräfte und Drücke im Zusammenhang mit dem Strangpreßverfahren. Insbesondere erfordert das Pressen von hochfestem Stahlmaterial durch ein zulaufendes Werkzeug o. ä. in einem Kaltziehverfahren, um ein Bauelement zu formen, das Ausüben einer erheblichen Druck- oder Energiemenge auf das Stahlmaterial, das Werkzeug und die zugehörige Maschinenausrüstung. Schmiede- und Strangpreßverfahren zum Kaltformen von Bauelementen erfordern als solche eine hohe Energiemenge und können zu Schäden an der Ausrüstung zum Schmieden oder Strangpressen sowie zum häufigen Austausch der Werkzeuge oder zugehöriger Komponenten führen.
  • Ein Werkzeug, das für ein Kaltzieh- oder Schmiedeverfahren geeignet ist, kostet viel Geld und ist damit ein erheblicher und potentiell teurer Posten für Reparatur und Austausch. Somit bietet die Möglichkeit, Kaltziehen oder Strangpressen zu vermeiden, große Vorteile in der gewerblichen Produktion hochfester Stahlbauelemente. Zudem ist die Kapazität der Wärmebehandlung von Bauelementen zur Erhöhung oder Verbesserung der mechanischen Eigenschaften begrenzt. Daher sollte man die Forderung nach einer solchen Wärmebehandlung nach Möglichkeit vermeiden und dennoch hochfeste Stahlbauelemente mit den geeigneten Festigkeitswerten bereitstellen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Bisher fehlte ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Stahlbauelements, das eine Ferrit-Perlit-Mikrostruktur hat und gewünschte hochfeste Eigenschaften besitzt, wobei das Verfahren das Strangpressen oder Schmieden vermeidet und einen Kaltformschritt aufweist, wobei der Rohling flach gewalztes Material ist und zu einem gewünschten Bauelement kaltgeformt wird, wobei die mechanische Festigkeit des Elements im wesentlichen die gleiche bleibt oder eine größere Festigkeit als die ist, die der flachgewalzte Rohling ursprünglich besaß, ohne daß eine Wärmebehandlung durchgeführt werden muß.
  • Im Gebrauch hierin hat "Rohling" seine übliche Bedeutung, d. h. ein Metallstück, das zu einem Fertigelement mit gewünschtem geometrischem Querschnitt zu formen ist. Speziell betrifft die Erfindung flachgewalzte Rohlinge, wobei der Rohling aus einem Coil aus hochfestem Stahlmaterial, Tafel-, Platten- oder allgemein ebenem Material stammt. Ein flachgewalzter Rohling unterscheidet sich von einem Bauelement dadurch, daß ein Bauelement mindestens einen Flansch hat, der zu seiner Querschnittkonfiguration gehört. Der Flansch hat eine kleinere Dicke als ein Gesamtaußenmaß der Querschnittkonfiguration des Bauelements und sorgt für erhöhte Tragfähigkeit des Bauelements.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochfester Stahlbauelemente aus flachgewalzten Rohlingen aus hochfestem Stahlmaterial nach Anspruch 1. In einer Ausführungsform hat der flachgewalzte Rohling eine Ferrit-Perlit-Mikrostruktur und eine Zugfestigkeit von mindestens etwa 827 MPa (120.000 psi) sowie eine Streckgrenze von mindestens etwa 621 MPa (90.000 psi) mit der folgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozent: Kohlenstoff etwa 0,30 bis etwa 0,65%, Mangan etwa 0,30 bis etwa 2,5%, mindestens ein Mikrolegierungszusatz aus der Gruppe, die aus Aluminium, Niob, Titan und Vanadium sowie deren Mischungen besteht, in einer Menge bis etwa 0,35% sowie Eisen als Rest.
  • In einem ihrer Aspekte stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung hochfester Stahlbauelemente aus solchen flachgewalzten Rohlingen durch Kaltwalzen des flachgewalzten Rohlings durch Walzen bereit, um ein Element mit dem gewünschten geometrischen Querschnitt mit einer Ferrit-Perlit-Mikrostruktur zu bilden, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Zugfestigkeit und Streckgrenze des Elements im wesentlichen die gleichen wie beim flachgewalzten Rohling oder besser sind. Die Fertigbauelemente können vielfältige Konfigurationen und Anwendungen haben. Zum Beispiel kann ein Paar C-förmige Bauelemente als Längsträger an einem Lkw-Fahrgestell verwendet werden.
  • Außerdem stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung hochfester Stahlbauelemente bereit, das den folgenden Schritt aufweist: Kaltformen eines flachgewalzten Rohlings aus hochfestem Stahl, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Zugfestigkeit und Streckgrenze im wesentlichen die gleichen wie beim flachgewalzten Rohling oder besser sind und wobei das Element mit den gewünschten mechanischen Eigenschaften der Zugfestigkeit und Streckgrenze hergestellt wird, ohne daß weitere Bearbeitungsschritte zur Verbesserung der Zähigkeit notwendig sind. Zumindest teilweise je nach ihrem geometrischen Querschnitt kann es bei einigen Elementen notwendig sein, sie innerhalb eines Temperaturbereichs von etwa 232°C (450°F) bis etwa 649°C (1.200°F) zu entspannen, um die mechanischen Eigenschaften des Stahlelements (z. B. Zugfestigkeit, Streckgrenze, prozentuale Dehnung, Härte, prozentuale Έinschnürung usw.) zu erhöhen, zu verringern oder anderweitig zu modifizieren.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung hat der flachgewalzte Rohling die Form eines Coils aus hochfestem Stahlmaterial, dessen Dicke durch Walzen oder Strangpressen verringert wurde. Dieses Coil wird zunächst geschlitzt oder geschnitten, um Coilteilstücke mit einer festgelegten Breite zu bilden. Anschließend wird der flachgewalzte Rohling auf eine festgelegte Länge geschnitten. Danach wird der flachgewalzte Rohling durch Walzen oder andere geeignete Techniken bei einer Temperatur zwischen Umgebungstemperatur und unter etwa 150°C (300°F) kaltgeformt. Stärker bevorzugt wird das Bauelement nach dem Kaltformschritt nicht wärmebehandelt, um den mit einem solchen Schritt zusammenhängenden Zeit- und Kostenaufwand sowie die zuvor diskutierten Nachteile von Wärmebehandlungstechniken zu umgehen. Vorteilhaft kann das Kugelstrahlen des Bauelements, um die Lebensdauer zu erhöhen, und das Bilden geeigneter Löcher für das Bauelement sein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Aufgaben und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden näheren Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Dickenabnahmeschritts für ein Coil aus hochfestem Stahlmaterial zur Verwendung als Ausgangsmaterial bei der Herstellung von Bauelementen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine Perspektivansicht eines Coilteilstücks, das aus dem Coil von 1 auf Breite geschnitten ist;
  • 3 eine Perspektivansicht des hochfesten Stahlmaterials, das zur Herstellung eines flachgewalzten Rohlings verwendet wird;
  • 4 eine Perspektivansicht des Coilteilstücks, das aus dem Dickenabnahmeschritt von 1 resultiert;
  • 5 eine schematische Darstellung eines flachgewalzten Rohlings, der aus dem Coilteilstück auf Länge geschnitten ist; und
  • 6 und 6A Perspektivansichten repräsentativer Bauelemente, die durch Kaltformen des flachgewalzten Rohlings hergestellt sind.
  • NÄHERE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Das Verfahren der Erfindung ist zur Herstellung vielfältiger hochfester Fertigstahlbauelemente aus flachgewalzten Rohlingen nutzbar. Dies betrifft insbesondere langgestreckte hochfeste Stahlbauelemente mit einer gleichmäßigen Querschnittkonfiguration über im wesentlichen ihre gesamte Länge. Zum Beispiel gilt es für Bauelemente mit O-, L-, C-, Z-, I-, T-, W-, U-, V-Formen und andere Elemente, die sich durch das hier beschriebene Kaltformverfahren formen lassen. Bauelemente mit einer C-förmigen Querschnittkonfiguration, die erfin dungsgemäß hergestellt wurden, sind besonders zum Einsatz als Längsträger o. ä. an einem Lkw-Fahrgestell geeignet.
  • Ein flachgewalzter Rohling unterscheidet sich hierbei von einem Bauelement dadurch, daß ein Bauelement langgestreckt mit einer gleichmäßigen Querschnittkonfiguration ist, die mindestens einen Flansch aufweist. Der Flansch ist ein Teil, das eine kleinere Dicke als ein Gesamtaußenmaß der Querschnittkonfiguration (d. h. Breite, Höhe oder Außendurchmesser des Bauelements) hat. Der Flansch unterscheidet das Bauelement von einem flachgewalzten Rohling dadurch, daß der Flansch dem Element erhöhte Tragfähigkeit verleiht. Anders gesagt hat das Bauelement eine größere (Last-) Tragfähigkeit mit dem Flansch als ein Element ohne den Flansch mit der gleichen Materialzusammensetzung und den gleichen Eigenschaften wie das Bauelement. Die Last kann axial wie bei einer Längslast, lateral wie bei einer Seitenlast oder jede andere Art von Last sein, die auf das Bauelement ausgeübt wird. Der Flansch ist in einem Stück kontinuierlich oder diskontinuierlich im Hinblick auf den Rest des Bauelements ausgebildet. Beispiele für diskontinuierliche Flansche sind die oberen und unteren Abschnitte eines I-förmigen Trägers im Hinblick auf den Mittelabschnitt des I-Trägers oder jeder Schenkel eines L-förmigen Binders im Hinblick auf den anderen Schenkel des Binders. Ein Beispiel für einen kontinuierlichen Flansch ist jede Sehne oder jeder Abschnitt der Querschnittkonfiguration eines O-förmigen Bauelements. Beispiele für Bauelemente mit mindestens einem Flansch sind O-, L-, Z-, I-, T-, U-, V- und W-förmige Elemente.
  • In einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Stahlbauelements folgenden Schritt auf: Bereitstellen eines flachgewalzten Rohlings aus hochfestem Stahlmaterial mit einer Mikrostruktur aus Feinperlit in einer ferritischen Matrix, einer Zugfestigkeit von mindestens etwa 827 MPa (120.000 psi) und vorzugsweise mindestens etwa 1034 MPa (150.000 psi) und einer Streckgrenze von mindestens etwa 621 MPa (90.000 psi) und vorzugsweise mindestens etwa 896 MPa (130.000 psi). Allgemein gelten perlitische Bestandteile als "fein", wenn ihre Lamellen bei etwa 1000-facher op tischer Vergrößerung nicht auflösbar sind. In einer Form wurde das als flachgewalzter Rohling genutzte hochfeste Stahlmaterial zuvor unter Wärme dickenreduziert und kaltgewalzt, um die o. g. mechanischen Eigenschaften der Zugfestigkeit und Streckgrenze zu erzeugen.
  • Das zur Herstellung des flachgewalzten Rohlings verwendete hochfeste Stahlmaterial hat folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:
    Kohlenstoff etwa 0,30 bis etwa 0,65%,
    Mangan etwa 0,30 bis etwa 2,5%,
    mindestens ein Mikrolegierungselement aus der Gruppe, die aus Aluminium, Niob, Titan und Vanadium sowie deren Mischungen besteht, in einer Menge bis etwa 0,35% sowie
    Eisen als Rest.
  • In einer stärker bevorzugten Form hat das hochfeste Stahlmaterial folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:
    Kohlenstoff etwa 0,40 bis etwa 0,55%,
    Mangan etwa 0,30 bis etwa 2,5%,
    mindestens ein Mikrolegierungselement aus der Gruppe, die aus Aluminium, Niob, Titan und Vanadium sowie deren Mischungen besteht, in einer Menge bis etwa 0,20% sowie
    Eisen als Rest.
  • In einer noch stärker bevorzugten Form hat das hochfeste Stahlmaterial folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:
    Kohlenstoff etwa 0,50 bis etwa 0,55%,
    Mangan etwa 1,20 bis etwa 1,65%,
    mindestens ein Mikrolegierungselement aus der Gruppe, die aus Aluminium, Niob, Titan und Vanadium sowie deren Mischungen besteht, in einer Menge von etwa 0,03 bis etwa 0,20% sowie
    Eisen als Rest.
  • Während Aluminium, Niob, Titan und Vanadium als Kornverfeinerer bekannt sein mögen, kommen diese Komponenten in der Erfindung nicht zum Einsatz, um feinkörnigen Stahl wie in typischen Anwendungen zur Kornverfeinerung herzustellen. In der Erfindung werden diese Elemente als Mikrolegierungskomponenten verwendet, um die Festigkeitswerte des resultierenden kaltgeformten Bauelements zu erhöhen und/oder beizubehalten.
  • Der flachgewalzte Rohling mit einer Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften der Zugfestigkeit und Streckgrenze gemäß der obigen Darstellung wird mit solchen Techniken wie Walzen o. ä. bei einer Temperatur zwischen Umgebungs- oder Raumtemperatur bis unter etwa 150°C (300°F) und vorzugsweise bei etwa Umgebungstemperatur kaltgeformt, um ein Element mit einem gewünschten geometrischen Querschnitt zu bilden, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Zugfestigkeit und Streckgrenze des Elements im wesentlichen die gleichen wie beim flachgewalzten Rohling oder besser sind. Vorzugsweise wird das geformte Element mit den o. g. mechanischen Eigenschaften der Zugfestigkeit und Streckgrenze ohne notwendige weitere Bearbeitungsschritte hergestellt, z. B. einen abschließenden Entspannungsschritt, um die Zähigkeit zu erhöhen. Allerdings kann für bestimmte geometrische Querschnitte und Anwendungen des Elements ein Entspannungsschritt notwendig sein.
  • Der flachgewalzte Rohling aus hochfestem Stahlmaterial mit einer Zugfestigkeit von mindestens etwa 827 MPa (120.000 psi) und einer Streckgrenze von mindestens 621 MPa (90.000 psi), der als Ausgangsstück im Verfahren der Erfindung dient, wird durch ein beliebiges geeignetes Verfahren hergestellt, das technisch bekannt ist. Ein derartiges Verfahren ist in der US-A-3904445 für den Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung offenbart.
  • In 3 ist ein Coil 10a aus hochfestem Stahlmaterial gezeigt, das in einer Ausführungsform der Erfindung genutzt wird, um den flachgewalzten Rohling 12 zur Bildung des hochfesten Stahlelements 14 herzustellen. Der Stahl des Coils 10a hat die zuvor beschriebene chemische Zusammensetzung und die o. g. Werte für die Zugfestigkeit und Streckgrenze. Gemäß einer Form der Erfindung wurde das Coil 10a vorab warmgewalzt, kaltreduziert und anschließend geschlitzt oder geschnitten, um Coilteilstücke 16 mit einer festgelegten Breite W von etwa 40,6 cm (16 Inch) zu bilden (4). Als nächstes werden die Coilteilstücke 10 beim Kaltreduzieren zwischen gegenläufig drehenden Walzen 18, 20 o. ä. zur Kaltreduktion gemäß 1 bearbeitet. Das resultierende reduzierte Coilteilstück 10a gemäß 1 wird dann auf die gewünschte Breite W geschnitten, um Coilteilstücke 16, 4, zu bilden. Danach wird das Coilteilstück 16 gemäß 5 abgerollt und auf Länge geschnitten, um den flachgewalzten Rohling 12 zu bilden.
  • Obwohl der flachgewalzte Rohling 12 gemäß der Darstellung und Beschreibung in einer Ausführungsform vom Coil 16 aus hochfestem Stahlmaterial stammt, kann der flachgewalzte Rohling 12 alternativ auch in anderen Formen bereitgestellt werden, z. B. als Tafel-, Platten- oder andere ebene Teile u. ä., die alle hierin gemeinsam als flachgewalzte Rohlinge bezeichnet werden.
  • Anschließend wird der flachgewalzte Rohling 12 vorzugsweise bei Umgebungstemperatur und bis etwa 150 °C (300 °F) durch Walzen oder andere geeignete Kaltformverfahren kaltgeformt, um ein Bauelement 14 herzustellen, für das Beispiele in 6 und 6A gezeigt sind. Vorzugsweise erfolgt das für das hochfeste Stahlbauelement 14 verwendete Kaltformverfahren durch Walzen oder Biegen unter Verwendung einer Abkantpresse. Das kaltgeformte Bauelement 14 ist ein langgestrecktes Element der Länge L, das in einer Ausführungsform eine gleichmäßige Querschnittkonfiguration hat, die mindestens einen Flansch 22 mit einer Dicke T aufweist, die kleiner als ein Gesamtaußenbegrenzungsmaß D der Querschnittkonfiguration ist, so daß der Flansch 22 dem Bauelement 14 erhöhte Tragfähigkeit verleiht. Zum Beispiel hat gemäß 6A ein Bauelement 14 mit einer O-förmigen Querschnittkonfiguration einen Flansch 22 mit einer Dicke T, die durch die Dicke der Seitenwand des O-förmigen Bauelements 14 kenntlich gemacht ist. Die Dicke T ist kleiner als das Gesamtaußenbegrenzungsmaß D des O-förmigen Bauelements.
  • Ähnlich weist ein C-förmiges Bauelement 14 gemäß 6 einen oberen Flansch 22 und einen unteren Flansch 22 auf, die durch einen Zwischenflansch 22 verbunden sind, wobei mindestens einer der Flansche eine Dicke T hat, die kleiner als mindestens ein Gesamtaußenbegrenzungsmaß D ist.
  • Nach Kaltformen des hochfesten Stahlelements 14 kann das Bauelement kugelgestrahlt werden, um seine Lebensdauer zu erhöhen. Ein Beispiel für ein typisches Kugelstrahlverfahren, das mit der Erfindung zum Einsatz kommen kann, verfügt über eine 100%ige Abdeckungsfläche des Bauelements (SAE J443 Januar 1984), in der eine Kugelstrahlspezifikation MI-230-H (SAE J444 Mai 1993) mit einer Stärke von 0,016 bis 0,018 A (SAE J442 Januar 1995) verwendet wurde.
  • Ein wesentlicher Nutzen der Erfindung gegenüber bekannten Verfahren zur Herstellung hochfester Stahlbauelemente weist den Kaltdickenabnahmeschritt für den flachgewalzten Rohling auf, der den Stahl kaltverfestigt oder kalthärtet, um seine mechanischen Eigenschaften zu wahren und/oder zu verbessern. Da außerdem das hochfeste Stahlbauelement vorzugsweise profilgewalzt wird, ist anschließendes Wärmebehandeln, Richten oder Nacharbeiten wie in bekannten Verfahren, die oft für Längsträger eines Lkw-Fahrgestells genutzt werden, nicht erforderlich.
  • Im Vergleich zu bekannten Verfahren, die ein Wärmebehandlungsverfahren verwenden (d. h. Austenitisieren, Härten durch Abschrecken und Anlassen), besonders wenn die Wärmebehandlung nach Kaltformen verwendet wurde, um die gewünschten hochfesten mechanischen Eigenschaften des Elements zu erzeugen, haben erfindungsgemäß hergestellte Fertigbauelemente mit größerer Wahrscheinlichkeit konsistente mechanische Eigenschaften, die in einen schmaleren Bereich fallen. Somit erzeugt die Erfindung eher konsistent Bauelemente mit höheren Festigkeitswerten und in einem schmaleren Bereich.

Claims (16)

  1. Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Stahlbauelements, das eine spezifische gleichmäßige Querschnittkonfiguration hat, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Rohlings aus flachgewalztem hochfestem Stahlmaterial mit einer Zugfestigkeit von mindestens etwa 814 MPa (118.000 psi) und einer Streckgrenze von mindestens etwa 621 MPa (90.000 psi), anschließendes Reduzieren einer Dicke des flachgewalzten Rohlings, wodurch das Stahlmaterial kaltgehärtet oder kaltverfestigt wird, und nachfolgendes Kaltformen des flachgewalzten kaltgehärteten oder kaltverfestigten Rohlings zu einem Bauelement mit einer gleichmäßigen Querschnittkonfiguration über im wesentlichen seine gesamte Länge, wobei die Querschnittkonfiguration mindestens einen Flansch mit einer kleineren Dicke als ein Gesamtaußenbegrenzungsmaß der Querschnittkonfiguration hat und der Flansch dem Bauelement erhöhte Tragfähigkeit verleiht, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Zugfestigkeit und Streckgrenze des Bauelements im wesentlichen die gleichen wie die des Rohlings oder besser sind, ohne daß weitere Bearbeitungsschritte zur Verbesserung der Zähigkeit notwendig sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der flachgewalzte Rohling eine Ferrit-Perlit-Mikrostruktur hat und ferner nach Gewicht aufweist: Kohlenstoff etwa 0,30 bis etwa 0,65%, Mangan etwa 0,30 bis etwa 2,5%, mindestens einen Mikrolegierungszusatz aus der Gruppe, die aus Aluminium, Niob, Titan, Vanadium und deren Mischungen besteht, bis etwa 0,35% sowie Eisen als Rest.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das hochfeste Stahlmaterial in Gewichtsprozent aufweist: Kohlenstoff etwa 0,40 bis etwa 0,55%, Mangan etwa 0,30 bis etwa 2,5%, mindestens einen Mikrolegierungszusatz aus der Gruppe, die aus Aluminium, Niob, Titan, Vanadium und deren Mischungen besteht, bis etwa 0,20% sowie Eisen als Rest.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das hochfeste Stahlmaterial in Gewichtsprozent aufweist: Kohlenstoff etwa 0,50 bis etwa 0,55%, Mangan etwa 1,20 bis etwa 1,65%, mindestens einen Mikrolegierungszusatz aus der Gruppe, die aus Aluminium, Niob, Titan, Vanadium und deren Mischungen besteht, von etwa 0,3 bis etwa 0,20% sowie Eisen als Rest.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der flachgewalzte Rohling aus hochfestem Stahlmaterial eine Zugfestigkeit von mindestens etwa 1034 MPa (150.000 psi) und eine Streckgrenze von mindestens etwa 896 MPa (130.000 psi) hat.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit dem Schritt des Schneidens des flachgewalzten Rohlings auf eine festgelegte Breite oder Länge vor dem Kaltformen.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der flachgewalzte Rohling von einem Coil stammt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit dem Schritt des Abwickelns des Coils aus hochfestem Stahlrohlingsmaterial in eine allgemein ebene Konfiguration vor dem Kaltformen.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der flachgewalzte Rohling zuvor warmgewalzt wurde.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Reduzierung etwa 10% bis etwa 15% der Dicke des flachgewalzten Rohlings beträgt.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kaltformen bei einer Temperatur zwischen Umgebungstemperatur und unter etwa 150°C (300°F) durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit dem Schritt des Kugelstrahlens des Bauelements, um seine Lebensdauer zu erhöhen.
  13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit dem Schritt des Bildens von Löchern im flachgewalzten Rohling und/oder kaltgeformten Bauelement.
  14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kaltformen Kaltwalzen aufweist.
  15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Querschnittkonfiguration aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus O-, L-, C-, Z-, I-, T-, U-, V- und W-Formen besteht.
  16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bauelement nach dem Kaltformen nicht wärmebehandelt wird.
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