EP0826787A2 - Leichtbaustahl und seine Verwendung für Fahrzeugteile und Fassadenverkleidungen - Google Patents

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EP0826787A2
EP0826787A2 EP19970114438 EP97114438A EP0826787A2 EP 0826787 A2 EP0826787 A2 EP 0826787A2 EP 19970114438 EP19970114438 EP 19970114438 EP 97114438 A EP97114438 A EP 97114438A EP 0826787 A2 EP0826787 A2 EP 0826787A2
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Jochen Dr. Kruse
Georg Prof. Dr. Frommeyer
Wolfgang Dr. Müschenborn
Carl-Peter Dr. Reip
Martin Prof. Dr. Stratmann
Margrit Dannenfeldt
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Max Planck Institut fuer Eisenforschung
Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Thyssen Stahl AG
Fried Krupp AG Hoesch Krupp
Max Planck Institut fuer Eisenforschung
Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
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Definitions

  • the invention relates to a high-strength lightweight steel and its use for vehicle parts and Facade cladding.
  • EP-A-0 401 098 considers steels with less than 3.3% Si and 1.5 and 8% Al for soft magnetic sheets, which have a sharp (100) (001) texture (cube layer). Interstitial contaminants must be below 50 ppm , C below 30 ppm.
  • the set texture is for Forming processes, such as deep drawing or stretch drawing not suitable.
  • DE 43 03 316 A describes steels with 13 to 16% Al and partly higher levels of other alloying elements (Cr, Nb, Ta, W, Si, B, Ti) for oxidation and corrosion-resistant parts.
  • DE 32 01 816 A discloses alloys with 1 to 10% Al for parts that are exposed to high temperatures (in the range of 750 up to 900 ° C come into contact with liquids that Contain hydrocarbons, so there are none Carbon deposit is coming.
  • the surface of the parts can be pre-oxidized.
  • the object of the invention is therefore to provide a steel with a density significantly below 7.6 g / cm 3 , high strength with good cold formability and at the same time improved resistance to atmospheric corrosion than conventional deep-drawing steels have.
  • the aluminum content is preferably in the range from 7 to 9%. Furthermore, the steel with titanium and / or niobium from be at least 0.03% alloyed.
  • the deep and stretchable higher aluminum containing Steel is melted, cast in the strand, rolled in the Temperature range above the recrystallization temperature or cast as a band.
  • the steel will either processed as hot strip directly or after hot rolling cold rolled with a degree of deformation greater than 20%.
  • the Cold strip is then annealed to recrystallize.
  • the steel in the form of sheets is particularly suitable for use in traffic engineering and as facade cladding.
  • a suitable thermal aftertreatment at elevated temperature can form dense Al 2 O 3 layers.

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  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen höherfesten Leichtbaustahl und seine Verwendung für Fahrzeugteile und Fassadenverkleidungen. Kennzeichen der Erfindung ist ein rein ferritischer Stahl mit > 5 bis 9 % Al, < 0,2 % Si und 0,03 bis 0,2 % Mn.

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 (Stahl-Eisen-Werkstoffblatt SEW 094 und SEW 093; Stahl und Eisen 106 (1986), Nr. 12, S. 21-38 und 114 (1994), Nr. 7, S. 47-53).
Stähle mit höheren Aluminiumgehalten sind bekannt. So offenbart die EP-A-0 495 121 Stähle mit bis zu 7 % Al, mehr als 0,5 % Si, 0,1 bis 8 % Mn, und weniger als 0,01 % C, N, O, P zur Schwingungs- und Geräuschdämpfung in Maschinen.
EP-A-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 A 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 A gibt Legierungen mit 1 bis 10 % Al bekannt für Teile, die bei hohen Temperaturen (im Bereich von 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 Oberflächenbeschich-tungen erbracht werden.
Gut umformbare oder tief- und streckziehfähige, kaltwalzbare und rekristallisierend geglühte höheraluminiumhaltige 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 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 rein ferritische Stahl ist gekennzeichnet durch mehr als 5 bis 9 % Al, < 0,2 % Si, 0,03 bis 0,2 % Mn, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, einschließlich bis höchstens 1 % in Summe Cu + Mo + W + Co + Cr + Ni und max. 0,1 % in Summe Sc + Y + Seltene Erden. Er kann zusätzlich
  • bis 0,1 % C
  • bis 0,5 % in Summe Ti + Zr + Hf + V + Nb + Ta
  • bis 0,01 % B
  • bis 0,1 % P
    • enthalten.
    Bevorzugt liegt der Aluminiumgehalt im Bereich von 7 bis 9 %. Weiterhin kann der Stahl mit Titan und/oder Niob von mindestens 0,03 % legiert sein.
    Besondere Kennzeichen der Stahlzusammensetzung sind:
    • der erfindungsgemäße Stahl ist rein ferritisch;
    • er ist im Si-Gehalt auf max. 0,2 % begrenzt und
    • weist einen geringen Kohlenstoffgehalt unter 0,1 % und keine legierungsrelevanten Gehalte an Cu, Mo, W, Co, Cr, Ni, Se, Y und Seltenen Erdmetallen auf.
    Der erfindungsgemäße Stahl hat eine unerwartet gute Kombination bisher nicht bekannter vorteilhafter Eigenschaften, die sich wie folgt beschreiben lassen:
    • Festigkeitskennwerte sind gegenüber herkömmlichem weichen Tiefziehstahl deutlich erhöht;
    • Verformbarkeit ist, gemessen an der Festigkeit, vergleichsweise gut;
    • Dichte ist gegenüber herkömmlichen Tiefziehstählen deutlich verringert;
    • Korrosionsbeständigkeit ist erheblich verbessert.
    Der tief- und streckziehfähige höheraluminiumhaltige Stahl wird erschmolzen, im Strang vergossen, abgewalzt im Temperaturbereich oberhalb der Rekristallisierungstemperatur oder als Band abgegossen. Der Stahl wird entweder als Warmband direkt verarbeitet oder nach dem Warmwalzen kaltgewalzt mit einem Umformgrad von größer 20 %. Das Kaltband wird anschließend rekristallisierend geglüht.
    Aufgrund seiner guten Kaltumformbarkeit und geringen Dichte deutlich unter 7,6 g/cm3 eignet sich der Stahl in Form von Blechen besonders für die Anwendung in der Verkehrstechnik und als Fassadenverkleidung.
    Beispiele
    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. Darin bedeuten:
    Rp
    - Streckgrenze
    Rm
    - Zugfestigkeit
    A80
    - Dehnung, Stablänge l = 80 mm
    E
    - Elastizitätsmodul
    rL
    - r-Wert (Anisotropiewert) in Längsrichtung
    n
    - n-Wert (Verfestigungsexponent)
  • Tabelle 3 weist für Proben im kaltgewalzten und geglühten Zustand sowie die warmgewalzten Proben gute Festigkeits- und Umformkennwerte aus, darunter A5 - Bruchdehnung bei l = 5 d.
  • Tabelle 4 zeigt den Einfluß des Kaltwalzgrades KVG in % 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 Umformeigenschaftsermittlung 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 Obergläche 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 Korrosionsresistenz aus. Dieses kann durch eine chemische, elektrochemische oder thermische Behandlung noch weiter verbessert werden, wenn die Bildung einer aluminiumreichen Oberflächenschicht zur Entstehung einer schützenden Al2O3 - 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 Al2O3-Schichten gebildet werden.
    Chemische Zusammensetzung in Gew.-%, C, N, O in ppm
    Stahl C Si Mn P S Al N O Nb
    1 220 0,024 0,031 0,006 0,002 5,1 10 n.b. ---
    2 130 0,024 0,034 0,006 0,002 7,0 15 n.b. ---
    3 60 0,029 0,032 0,007 0,002 8,8 14 n.b. ---
    4 39 0,01 0,10 0,008 n.b. 5,4 10 n.b. ---
    5 39 0,01 0,12 n.b. n.b. 7,9 8 34 ---
    6 36 0,01 0,14 n.b. n.b. 9,0 5 n.b. ---
    7 260 0,04 0,19 0,008 0,003 5,1 25 n.b. ---
    8 270 0,08 0,19 0,012 0,003 7,8 24 n.b. ---
    9 100 n.b. n.b. n.b. n.b. 7,4 16 20 0,05
    10 100 n.b. n.b. n.b. n.b. 7,4 16 19 0,1
    11 100 n.b. n.b. n.b. n.b. 7,4 16 19 0,2
    12 100 n.b. n.b. n.b. n.b. 7,4 16 18 0,4
    Festigkeits- und Umformkennwerte in Längsrichtung
    Stahl Rp (MPa) Rm (MPa) A80 (%) E (GPa) rL-Wert n-Wert
    1 340 440 28 190 0,79 0,195
    2 390 490 28 180 0,73 0,175
    3 440 540 n.b. 170 0,58 0,130
    4 330 470 29 180 0,83 0,205
    5 420 550 27 180 0,88 0,177
    6 460 510 n.b. 170 n.b. n.b.
    7 380 470 25 190 n.b. n.b.
    8 480 570 22 180 n.b. n.b.
    9 400 490 25 n.b. n.b. n.b.
    10 310 450 30 n.b. n.b. n.b.
    11 300 460 24 n.b. n.b. n.b.
    12 310 470 31 n.b. n.b. n.b.
    Festigkeits- und Umformkennwerte in Querrichtung
    Stahl Rp (MPa) Rm (MPa) A5 (%) E (GPa) n
    1 350 480 22 200 0,18
    2 460 580 20 190 0,15
    3 560 650 n.b. 180 n.b.
    4 330 460 29 200 0,18
    5 390 510 27 190 0,16
    6 480 550 n.b. 170 n.b.
    r- und n-Wert des rekristallisierend geglühten Stahls 4 in Abhängigkeit des Kaltwalzgrades KVG in %
    KVG 5 10 15 20 30 50 70 92
    rL 0,7 0,56 n.b. 0,61 0,72 0,77 0,80 0,42
    n 0,16 0,16 0,16 0,16 0,17 0,175 0,195 0,19
    Erichsen-Tiefung (Stempeldurchmesser = 20 mm) der rekristallisierend geglühten Stähle
    Stahl Blechdicke in mm Tiefung in mm
    1 0,98 9,6
    1 0,96 10,0
    1 0,97 9,5
    4 1,10 9,7
    4 1,10 9,9
    Figure 00110001

    Claims (7)

    1. Höherfester Leichtbaustahl, bestehend aus (in Masse-%):
      mehr als 5 bis 9 % Al
      < 0,2 % Si
      0,03 bis 0,2 % Mn
      Rest Eisen und erschmelzungsbedingte
         Verunreinigungen, einschließlich höchstens 1 % in Summe Cu + Mo + W + Co + Cr + Ni und bis 0,1 % in Summe Sc + Y + Seltenen Erden.
    2. Leichtbaustahl nach Anspruch 1,
      der zusätzlich legiert ist mit (in Masse-%)
      bis 0,1 % C
      bis 0,5 % in Summe Ti + Zr + Hf + V + Nb + Ta
      bis 0,01 % B
      bis 0,1 % P.
    3. Leichtbaustahl nach Anspruch 1,
      jedoch mit 7 bis 9 % Al.
    4. Leichtbaustahl nach Anspruch 2, 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.
    EP19970114438 1996-08-27 1997-08-21 Leichtbaustahl und seine Verwendung für Fahrzeugteile und Fassadenverkleidungen Withdrawn EP0826787A3 (de)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE19634524 1996-08-27
    DE1996134524 DE19634524A1 (de) 1996-08-27 1996-08-27 Leichtbaustahl und seine Verwendung für Fahrzeugteile und Fassadenverkleidungen

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP0826787A2 true EP0826787A2 (de) 1998-03-04
    EP0826787A3 EP0826787A3 (de) 1998-03-11

    Family

    ID=7803771

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP19970114438 Withdrawn EP0826787A3 (de) 1996-08-27 1997-08-21 Leichtbaustahl und seine Verwendung für Fahrzeugteile und Fassadenverkleidungen

    Country Status (7)

    Country Link
    US (1) US6383662B1 (de)
    EP (1) EP0826787A3 (de)
    JP (1) JP3457331B2 (de)
    CZ (1) CZ268897A3 (de)
    DE (1) DE19634524A1 (de)
    PL (1) PL321826A1 (de)
    WO (1) WO1998008995A1 (de)

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