EP1327692A2 - Verfahren zur Herstellung eines Produkts aus Stahl und danach hergestelltes Produkt - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Produkts aus Stahl und danach hergestelltes Produkt Download PDF

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EP1327692A2
EP1327692A2 EP02028379A EP02028379A EP1327692A2 EP 1327692 A2 EP1327692 A2 EP 1327692A2 EP 02028379 A EP02028379 A EP 02028379A EP 02028379 A EP02028379 A EP 02028379A EP 1327692 A2 EP1327692 A2 EP 1327692A2
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EP
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phase
steel
product
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different
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EP02028379A
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EP1327692A3 (de
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Karl-Heinz Hower
Joachim Dr. Kroos
Karl-Heinz Spitzer
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Salzgitter Flachstahl GmbH
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Salzgitter Flachstahl GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a product made of steel, in which a steel with a metastable first phase in which the steel first Having characteristics, produced and by mechanical influences in one second, thermodynamically stable phase with of the first properties at least partially different second properties is transferred.
  • the invention further relates to a steel product, due to its composition and its production has a metastable first phase in which the steel has first properties and that due to mechanical influences in a thermodynamically more stable, second phase with the first properties at least partially different second properties can be converted.
  • the metastable first phase becomes metastable Austenite formed under mechanical stress in ⁇ '- and / or ⁇ -martensite or transformed into bainite. Accordingly, in a deformation of the Materials in the context of material processing or in a component stress the metastable austenitic phase into a thermodynamically more stable Phase, in particular martensite or bainite converted. In a plastic Deformation of the material causes this transformation to stop the flow processes at the slip planes, so that the overall deformation gradually takes place at a plurality of slip planes, at the same time a solidification the material occurs. In this way, high strengths are added high ductility at the same time, especially with a high degree of uniformity, So stretch without local constrictions achieved.
  • the adjustable with such a steel property spectrum ranges from solid / ductile / low ferromagnetic to high strength / moderate ductile / ferromagnetic.
  • the achievable strength or ductility of the steel can still by the so-called TWIP effect (Twining Induced Plasticity Gemini) be strengthened.
  • TWIP effect Twining Induced Plasticity Gemini
  • the present invention is based on the object, the applicability of described steel material to improve and training new types To allow products made of this material.
  • the essence of the present invention is that due to the phase transition adjustable different properties of a product form locally different, so the product with sections of formed due to the phase adjustment of different properties is.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is first to completely or partially convert the product into the second phase and then to subject the product to at least a portion of a local heat so that the steel in this subarea is at least partially returned to the first phase.
  • This method is therefore based on the finding that the phase transformation from the first phase to the second phase is reversible, by heat.
  • the reverse transformation into the first phase succeeds, whereby grain refining regularly occurs.
  • Preferred steel materials are those which have a TRIP or TWIP effect exhibit. It is therefore preferred to use a steel material whose composition 10 to 30% manganese, 0 to 6% silicon and 0 to 8% aluminum having. Preference is given to additional austenite-stabilizing alloying elements, such as Cr and Ni, each used up to 6%. These elements Due to their austenite-stabilizing properties, they can partially replace Mn and at the same time advantageous effects, such as corrosion-inhibiting Properties, exercise. Other common steel-accompanying elements are possible.
  • the first phase is alone or predominantly metastable austenite and the second phase alone or predominantly made of bainite and / or martensite.
  • the first phase can be only weakly ferromagnetic and the second phase be significantly more ferromagnetic.
  • This formation of the material allows a self-controlling local heat, which is made inductively. If the material of the product has been consistently transferred to the second phase, is the material more ferromagnetic and allows a good coupling of a magnetic Induction field too. If the induction field is strong enough, it will help associated local heating of the product a conversion back to the first, at most only weak ferromagnetic phase instead, whereby the coupling of the induction field is reduced. This will effectively heat up reduces the product, and it establishes a balance in which a part martensite or bainite is not converted back into austenite.
  • Controlled reconversion of bainite or martensite into metastable Austenite also works if another type of heat source is used, For example, a laser heating.
  • a heat source For example, a laser heating.
  • no stray field is measured through the product can be.
  • the transformation of the material from the second phase in The first phase is carried out to a considerable extent, the coupling decreases of the induction field in the product and it becomes a stray field on the measurable on the other side of the product.
  • the desired degree of Reconversion can thus continue the further heating, reduced or be canceled.
  • a targeted Measuring field can be used by a permeability measurement of Material of the product is made.
  • the present invention enables the formation of a wide variety of products advantageously for a variety of applications.
  • Products according to the invention can be finished products, such as carriers, body parts etc., but also semi-finished products, such as steel strips, sheets and profiles.
  • FIG. 1 a shows a band-shaped product 1, above which one of high-frequency Current flowed through induction coil 2 is arranged. by virtue of of the current flowing through turns 3 of the induction coil 2 becomes a magnetic field 4 whose magnetic field lines are illustrated in FIG. 1b.
  • the band-shaped product 1 is completely in the second, ferromagnetic Phase has been transferred so that the magnetic field lines of the magnetic field. 4 concentrate in the product 1 and to a strong warming with a induced current flow 5 lead.
  • FIG. 1b schematically shows that the direction of the induced current 4 opposite to the current in the Windings 3 of the induction coil 2 runs.
  • the shape of the induction coil 2 can be applied to the area to be heated band-shaped product 1 can be adjusted. Alternatively or additionally the induction coil 2 are moved over the product 1.
  • the adjustability of the martensite / bainite content can be further improved, when the inductor power and / or the frequency of the high frequency current regulated becomes.
  • FIG. 2a shows the arrangement according to FIG. 1b, but with one below the band-shaped product 1 arranged sensor coil 6 for measuring a Stray field.
  • the product 1 paramagnetic passes a stray field according to Figure 2b to the sensor coil 6, whereby the phase transition from the second phase to the first Phase characterizing measuring signal is generated.
  • FIGS. 3a and 3b shows a transmitting coil 7 which is independent from the induction coil is.
  • the field of the transmitting coil is through the other side of the product 1 arranged measuring coil 6 measured when the permeability of the product 1 by the transition into the paramagnetic first phase decreases.
  • Figure 4a and Figure 4b shows an advantageous embodiment of a band-shaped Product 1 for a deep-drawing process with a punch 8 and a thermoforming matrix 9th
  • the product 1 is divided according to the invention into three areas 10, 11, wherein a central, acted upon by the punch 8 area 10 is relatively soft with a high ductility, while the two edge regions 11 a higher Have strength and lower ductility.
  • a pot-shaped deformation of the product 1 is achieved according to Figure 4b, in which the middle region 10 leads to a thin pot bottom, while the edge regions 11 form thicker-walled edge regions.
  • FIG. 5 shows a specific wall thickness configuration that results from stretching operations results.
  • Figure 5 shows in a view a product 1, which also in three areas 10, 11, with a central soft area 10 and two tighter edge areas 11, is divided. On the firmer edge regions 11 engages a Tightening pliers 12, through which the product 1 is stretched. By the stretching process arises from the soft region 10 a stretched thin-walled middle region 10 ', while the side areas 11 as less ductile areas stay almost unchanged.
  • the profile is by local Heat treatment in three solid areas 11 and a soft area 10, wherein the soft area 10 has a middle fixed area 11 completely encloses.
  • a Querreckzange 13 is a transverse stretch performed by passing below and above the middle fixed area 11 is a transverse profile with a middle stretched area 10 'and fixed Edge regions 11 results, wherein the central region 10 'by the stretching process is solidified (transverse profile A).
  • transverse profile B As shown as transverse profile B in Figure 5,
  • Figure 6 illustrates the shape of a product 1 with a medium soft Area 10 and two fixed edge areas 11. By folding will produce a U-shaped product 1, which is in the soft region 10th easily deformed to the U-shape and so a deformed and through the Deformation solidified area 10 'forms.
  • Figure 7a shows a conventional tubular support 14 with a circular cross-section A. Collapsed this tubular support 14 due to excessive mechanical pressure, its cross-section A 'deforms considerably in the collapsed area, with the tubular support 14 only low mechanical energy through its deformation behavior can absorb.
  • An inventive tubular support 15 consists of soft Areas 10 and fixed portions 11 which alternately annular in the longitudinal direction are arranged and circular cross sections B, C have.
  • zones of high strength are arranged lengthwise in a tube, results in a high resistance to axial deformation at a soft, ie energy-consuming torsional behavior.
  • the products 1, 15 according to the invention can therefore be used for various purposes Applications “tailor” and open up completely new advantageous Perspectives with simple manufacturing processes.

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Abstract

Zur Herstellung eines Produkts (1, 15) aus Stahl, bei dem ein Stahl mit einer metastabilen ersten Phase, in der der Stahl erste Eigenschaften aufweist, hergestellt und durch mechanische Einflüsse in eine zweite, thermodynamisch stabilere Phase mit von den ersten Eigenschaften zumindest teilweise verschiedenen zweiten Eigenschaften überführt wird, und zur Anpassung des Produkts an besondere Verwendungszwecke das Produkt (1, 15) lokal unterschiedlich durch Veränderung bezüglich der genannten Phasen mit unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt. Ein erfindungsgemäßes Produkt weist daher über seine Oberfläche und/oder seine Dicke wenigstens zwei unterschiedlich eingestellte Bereich (10, 11) mit unterschiedlichen Eigenschaften des Stahls auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Produkts aus Stahl, bei dem ein Stahl mit einer metastabilen ersten Phase, in der der Stahl erste Eigenschaften aufweist, hergestellt und durch mechanische Einflüsse in eine zweite, thermodynamisch stabilere Phase mit von den ersten Eigenschaften zumindest teilweise verschiedenen zweiten Eigenschaften überführt wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Stahlprodukt, das aufgrund seiner Zusammensetzung und seiner Herstellung eine metastabile erste Phase aufweist, in der der Stahl erste Eigenschaften aufweist und die durch mechanische Einflüsse in eine thermodynamisch stabilere, zweite Phase mit von den ersten Eigenschaften zumindest teilweise verschiedenen zweiten Eigenschaften überführbar ist.
Es sind Stahlsorten bekannt geworden, deren mechanische Eigenschaften durch den sogenannten TRIP-Effekt (Transformation Induced Plasticity) bestimmt werden. Die Verwendung eines derartigen Stahls als Werkstoff für versteifende Karosserieblechteile ist durch DE 197 27 759 C2 bekannt. Dieser Stahl weist eine Zusammensetzung von 1 bis 6 % Si, 1 bis 8 % Al, 10 bis 30 % Mn, Rest im Wesentlichen Eisen einschließlich üblicher Stahlbegleitelemente auf, wobei Al + Si ≤ 12 % (alle Prozentangaben in Masse-%) ist.
Bei diesen Stählen wird die metastabile erste Phase durch metastabilen Austenit gebildet, der sich unter mechanischer Spannung in α'- und/oder ε-Martensit oder in Bainit umformt. Demgemäß wird bei einer Verformung des Materials im Rahmen der Werkstoffbearbeitung bzw. bei einer Bauteilbeanspruchung die metastabile austenitische Phase in eine thermodynamisch stabilere Phase, insbesondere Martensit oder Bainit umgewandelt. Bei einer plastischen Verformung des Materials führt diese Umwandlung zu einem Stoppen der Fließvorgänge an den Gleitebenen, sodass die Gesamtverformung sukzessive an einer Vielzahl von Gleitebenen erfolgt, wobei gleichzeitig eine Verfestigung des Materials auftritt. Auf diese Weise werden hohe Festigkeiten bei gleichzeitig hoher Duktilität, insbesondere bei einer hohen Gleichmaßdehnung, also Dehnung ohne lokale Einschnürungen erreicht. Da der Übergang von der ersten Phase zur zweiten Phase nicht schlagartig erfolgt, sind Zwischenstufen herstellbar. Das mit einem derartigen Stahl einstellbare Eigenschaftsspektrum reicht von fest/duktil/schwach-ferromagnetisch bis zu hochfest/mäßigduktil/ferromagne-tisch. Die erzielbare Festigkeit bzw. Duktilität des Stahls kann noch durch den sogenannten TWIP-Effekt (Twining Induced Plasticity-Zwillingsbildung) verstärkt werden. Das Anwendungsgebiet derartiger Werkstoffe liegt in der Bereitstellung von Leichtbaustählen, die eine hohe Festigkeit bei einem geringen Gewicht und einer guten Verformbarkeit aufweisen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einsetzbarkeit des beschriebenen Stahlwerkstoffs zu verbessern und die Ausbildung neuartiger Produkte aus diesem Werkstoff zu ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt lokal unterschiedlich durch Veränderung bezüglich der genannten Phasen mit unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ferner ein Produkt der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass es über seine Oberfläche und/seine Dicke wenigstens zwei unterschiedliche, durch Veränderung bezüglich der genannten Phasen eingestellte Bereiche mit unterschiedlichen Eigenschaften des Stahls aufweist.
Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht darin, die aufgrund des Phasenübergangs einstellbaren unterschiedlichen Eigenschaften eines Produkts lokal unterschiedlich auszubilden, sodass das Produkt mit Abschnitten von aufgrund der Phaseneinstellung unterschiedlichen Eigenschaften ausgebildet ist.
Diese Ausbildung ist dadurch denkbar, dass die mechanischen Spannungen, die zu der Phasenumwandlung führen, nur lokal begrenzt ausgeübt werden. Da eine lokale Ausübung von Spannungen eines Materials nicht immer unproblematisch möglich ist, besteht eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, zunächst das Produkt ganz oder teilweise in die zweite Phase zu überführen und anschließend das Produkt auf wenigstens einem Teilbereich einer lokalen Wärmeeinwirkung derart zu unterwerfen, dass der Stahl in diesem Teilbereich zumindest teilweise wieder in die erste Phase zurückgeführt wird. Dieses Verfahren beruht daher auf der Erkenntnis, dass die Phasenumwandlung von der ersten Phase in die zweite Phase reversibel ist, und zwar durch Wärmeeinwirkung. Beim Erhitzen des Stahlwerkstoffes bis zur Austenittemperatur (A1) gelingt die Rückumwandlung in die erste Phase, wobei regelmäßig eine Kornfeinung auftritt. Es ist daher möglich, das erfindungsgemäße Produkt zunächst zu formen, wobei die Umwandlung in die zweite Phase mehr oder weniger gleichmäßig stattfindet und anschließend die Eigenschaften des Produkts durch lokale Erwärmungen einzustellen. Ggf. kann dann eine weitere Verformung vorgenommen werden. Die Ausübung einer lokalen Erwärmung ist weit unproblematischer als die Ausübung lokal begrenzter Spannungen. Als mechanische Einwirkung für den Übergang in die zweite Phase kommen insbesondere Umformprozesse, Sandstrahlen und Ultraschalleinwirkungen in Betracht. Die Wärmeeinwirkung kann beispielsweise durch konventionelle Wärmequellen, Laser, Mikrowellen, Strahlungswärme und induktive Wärmeerzeugung erfolgen.
Bevorzugte Stahlwerkstoffe sind diejenigen, die einen TRIP- bzw. TWIP-Effekt aufweisen. Es wird daher bevorzugt ein Stahlwerkstoff verwendet, dessen Zusammensetzung 10 bis 30 % Mangan, 0 bis 6 % Silizium und 0 bis 8 % Aluminium aufweist. Bevorzugt werden zusätzliche austenitstabilisierende Legierungselemente, wie Cr und Ni mit jeweils bis zu 6 % eingesetzt. Diese Elemente können aufgrund ihrer austenitstabilisierenden Eigenschaft teilweise Mn ersetzen und gleichzeitig vorteilhafte Wirkungen, wie beispielsweise korrosionshemmende Eigenschaften, ausüben. Weitere übliche stahlbegleitende Elemente sind möglich.
Bei einem derartigen Stahlwerkstoff wird die erste Phase allein oder überwiegend durch metastabilen Austenit und die zweite Phase allein oder überwiegend aus Bainit und/oder Martensit gebildet. Dabei weisen die erste Phase und die zweite Phase auch unterschiedliche magnetische Materialeigenschaften auf. Insbesondere kann die erste Phase nur schwach ferromagnetisch und die zweite Phase deutlich stärker ferromagnetisch sein.
Diese Ausbildung des Werkstoffs ermöglicht eine selbststeuernde lokale Wärmeeinwirkung, die induktiv vorgenommen wird. Wenn der Werkstoff des Produkts durchgehend in die zweite Phase überführt worden ist, ist der Werkstoff stärker ferromagnetisch und lässt eine gute Einkopplung eines magnetischen Induktionsfeldes zu. Ist das Induktionsfeld stark genug, findet bei der damit verbundenen lokalen Erwärmung des Produkts eine Rückwandlung in die erste, allenfalls nur schwach ferromagnetische Phase statt, wodurch die Einkopplung des Induktionsfeldes verringert wird. Dadurch wird die wirksame Aufheizung des Produkts reduziert, und es stellt sich ein Gleichgewicht ein, in dem ein Teil des Martensits oder Bainits nicht in Austenit zurück gewandelt wird.
Eine gesteuerte Rückwandlung von Bainit oder Martensit in metastabilen Austenit gelingt auch, wenn eine andere Art der Wärmequelle verwendet wird, beispielsweise eine Laseraufheizung. In diesem Fall ist es zweckmäßig, zusätzlich ein Magnetfeld auf einer Seite des Produkts zu erzeugen und vorzugsweise auf der anderen Seite des Produkts mit einem magnetischen Streufeldsensor ein magnetisches Streufeld zu messen. Solange der Werkstoff stark ferromagnetisch ist, wird durch das Produkt hindurch kein Streufeld gemessen werden können. Ist die Umwandlung des Werkstoffs von der zweiten Phase in die erste Phase zu einem erheblichen Teil durchgeführt, verringert sich die Einkopplung des Induktionsfeldes in das Produkt und es wird ein Streufeld auf der anderen Seite des Produkts messbar. Je nach dem gewünschten Grad der Rückwandlung kann somit die weitere Erwärmung fortgesetzt, reduziert oder abgebrochen werden.
Statt der Messung eines Streufeldes kann ein zielgerichtet ausgesandtes Messfeld verwendet werden, durch das eine Permeabilitätsmessung des Werkstoffs des Produkts vorgenommen wird.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Ausbildung unterschiedlichster Produkte in vorteilhafter Weise zu unterschiedlichsten Anwendungszwecken. Erfindungsgemäß können Produkte mit definierten Abschnitten mit besonderen Eigenschaften, wie beispielsweise magnetischen Eigenschaften, einer besonderen Duktilität des Materials zu Verformungszwecken und mit abwechselnden steifen und weichen Abschnitten zur Ausbildung eines definierten Crash-Verhaltens erstellt werden.
Erfindungsgemäße Produkte können Fertigprodukte, wie Träger, Karosserieteile usw., aber auch Halbfertigprodukte, wie Stahlbänder, -bleche und -profile sein.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und zur Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen sind in der beigefügten Zeichnung schematisch Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen:
Figur 1a
eine schematische Darstellung eines Stahlbandes mit einer in der Bandmitte angeordneten Induktorwicklung
Figur 1b
eine schematische Darstellung der sich einstellenden Feldlinien und Ströme für ein ferromagnetisches Band
Figur 1c
eine schematische Darstellung der sich einstellenden Feldlinien und Ströme bei einem nicht ferromagnetischen Band
Figur 2a
eine Darstellung analog Figur 1b mit einem unterhalb des Bandes angeordneten Streufeldsensors bei einem ferromagnetischen Band
Figur 2b
die Anordnung gemäß Figur 2a bei einem nicht ferromagnetischen Band
Figur 3a
eine Anordnung zur induktiven lokalen Erwärmung eines Bandes mit einer auf einer Seite des Bandes angeordneten separaten Sendespule und einer auf der anderen Seite des Bandes angeordnete Messspule bei einem ferromagnetischen Band
Figur 3b
die Anordnung gemäß Figur 3a bei einem nicht ferromagnetischen Band
Figur 4a
ein Tiefziehwerkzeug mit einem tiefzuziehenden Blech mit unterschiedlichem Eigenschaftsbereich
Figur 4b
eine schematische Darstellung des Bleches nach dem Tiefziehvorgang
Figur 5
Ansichten der Etappen einer Ausbildung eines Profils durch unterschiedliche Bereichsausbildungen in Kombination mit Reckvorgängen
Figur 6a
ein Blech mit unterschiedlichen Eigenschaftsbereichen
Figur 6b
das abgekantete Blech aus Figur 6a
Figur 7a
ein herkömmlicher rohrförmiger Träger
Figur 7b
ein herkömmlicher, durch mechanische Belastung kollabierter rohrförmiger Träger
Figur 8a
ein erfindungsgemäßer rohrförmiger Träger mit Zonen unterschiedlicher Festigkeiten
Figur 8b
der durch mechanische Spannung kollabierte rohrförmige Träger gemäß Figur 8a.
Figur 1a lässt ein bandförmiges Produkt 1 erkennen, über dem eine von hochfrequentem Strom durchflossene Induktionsspule 2 angeordnet ist. Aufgrund des durch Windungen 3 der Induktionsspule 2 fließenden Stroms wird ein Magnetfeld 4 induziert, dessen Magnetfeldlinien in Figur 1b veranschaulicht sind. Das bandförmige Produkt 1 ist vollständig in die zweite, ferromagnetische Phase überführt worden, sodass sich die Magnetfeldlinien des Magnetfeldes 4 in dem Produkt 1 konzentrieren und zu einer starken Erwärmung mit einem induzierten Stromfluss 5 führen. In Figur 1b ist schematisch dargestellt, dass die Richtung des induzierten Stroms 4 entgegengesetzt zum Stromlauf in den Windungen 3 der Induktionsspule 2 verläuft.
Wenn durch den Induktionsstrom 5 der Bereich des bandförmigen Produkt 1 so stark aufgeheizt wird, dass eine Rückführung in die erste, austenitische Phase erfolgt, wird das so aufgeheizte bandförmige Produkt 1 in dem aufgeheitzten Bereich nicht-ferromagnetisch, im Allgemeinen austenitischparamagnetisch. Hieraus resultiert ein Verlauf des Magnetfeldes 4 wie er in Figur 1c dargestellt ist, durch den nur eine schwache Ausbildung von Induktionsströmen 5 erfolgt.
Die Form der Induktionsspule 2 kann an den zu erwärmenden Bereich des bandförmigen Produkts 1 angepasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Induktionsspule 2 über das Produkt 1 bewegt werden.
Die Einstellbarkeit des Martensit-/Bainitanteils lässt sich weiter verbessern, wenn die Induktorleistung und/oder die Frequenz des Hochfrequenzstroms geregelt wird.
Figur 2a zeigt die Anordnung gemäß Figur 1b, jedoch mit einer unterhalb des bandförmigen Produkts 1 angeordneten Sensorspule 6 zur Messung eines Streufeldes.
Solange das Produkt 1 ferromagnetisch ist, ist an der Spule 6 praktisch kein Streufeld vorhanden, da sich das Magnetfeld 4 in dem Produkt 1 konzentriert. Wenn durch die damit verbundene Aufheizung das Produkt 1 paramagnetisch wird (entsprechend Figur 1c) gelangt ein Streufeld gemäß Figur 2b zur Sensorspule 6, wodurch ein den Phasenübergang von der zweiten Phase zur ersten Phase charakterisierendes Messsignal erzeugt wird.
Die Anordnung gemäß Figur 3a und 3b zeigt eine Sendespule 7, die unabhängig von der Induktionsspule ist. Das Feld der Sendespule wird durch die auf der anderen Seite des Produkts 1 angeordnete Messspule 6 gemessen, wenn die Permeabilität des Produkts 1 durch den Übergang in die paramagnetische erste Phase abnimmt.
Figur 4a und Figur 4b zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung eines bandförmigen Produkts 1 für einen Tiefziehprozess mit einem Stempel 8 und einer Tiefziehmatrix 9.
Das Produkt 1 ist dabei erfindungsgemäß in drei Bereiche 10, 11 aufgeteilt, wobei ein mittlerer, vom Stempel 8 beaufschlagter Bereich 10 relativ weich mit einer hohen Duktilität ist, während die beiden Randbereiche 11 eine höhere Festigkeit und eine geringere Duktilität aufweisen. Durch das Ziehwerkzeug 8, 9 wird gemäß Figur 4b eine topfförmige Verformung des Produkts 1 erreicht, bei dem der mittlere Bereich 10 zu einem dünnen Topfboden führt, während die Randbereiche 11 dickwandigere Randbereiche ausbilden.
Durch die mechanische Spannung verfestigt sich der dünnwandige Topfboden im mittleren Bereich 10, sodass ein festes Produkt entsteht, das aufgrund der Ausgangsgestaltung gemäß Figur 4a eine spezielle Wanddickengestaltung gemäß 4b ermöglicht.
Figur 5 zeigt eine spezielle Wanddickengestaltung, die sich bei Reckvorgängen ergibt. Figur 5 zeigt in einer Ansicht ein Produkt 1, das ebenfalls in drei Bereiche 10, 11, mit einem zentralen weichen Bereich 10 und zwei festeren Randbereichen 11, aufgeteilt ist. An den festeren Randbereichen 11 greift eine Reckzange 12 an, durch die das Produkt 1 gereckt wird. Durch den Reckvorgang entsteht aus dem weichen Bereich 10 ein gereckter dünnwandiger Mittenbereich 10', während die Seitenbereiche 11 als weniger duktile Bereiche fast unverändert bleiben.
In der nächsten Darstellung der Figur 5 in Querrichtung ist das Profil durch lokale Wärmebehandlung in drei feste Bereiche 11 und einen weichen Bereich 10 aufgeteilt, wobei der weiche Bereich 10 einen mittleren festen Bereich 11 vollständig umschließt. Durch eine Querreckzange 13 wird eine Querreckung durchgeführt, durch die sich unterhalb und oberhalb des mittleren festen Bereichs 11 ein Querprofil mit einem mittleren gereckten Bereich 10' und festen Randbereichen 11 ergibt, wobei der mittlere Bereich 10' durch den Reckvorgang verfestigt ist (Querprofil A).
Auf der Höhe des mittleren festen Bereichs 11 hingegen bilden sich zwei gereckte Abschnitte 10' aus dem weichen Bereich 10 zwischen den festen Endabschnitten 11 und dem festen mittleren Bereich 11 aus. Es ergibt sich somit ein Querprofil, wie es als Querprofil B in Figur 5 dargestellt ist.
Durch Recken und Wärmebehandlung können somit gezielt Produkte 1 mit unterschiedlichen Wanddicken hergestellt werden.
Figur 6 verdeutlicht die Formgebung eines Produkts 1 mit einem mittleren weichen Bereich 10 und zwei festen Randbereichen 11. Durch Abkantung wird ein U-förmiges Produkt 1 produziert, das sich in dem weichen Bereich 10 leicht zu der U-Form verformen lässt und so einen verformten und durch die Verformung verfestigten Bereich 10' ausbildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich zur Bildung von Produkten 1 mit vorteilhaftem Verformungsverhalten ausnutzen. Figur 7a zeigt einen herkömmlichen rohrförmigen Träger 14 mit einem kreisrunden Querschnitt A. Kollabiert dieser rohrförmige Träger 14 aufgrund eines zu großen mechanischen Drucks, deformiert sich sein Querschnitt A' im kollabierten Bereich erheblich, wobei der rohrförmige Träger 14 nur geringe mechanische Energie durch sein Deformationsverhalten absorbieren kann.
Ein erfindungsgemäßer rohrförmiger Träger 15 besteht hingegen aus weichen Bereichen 10 und festen Bereichen 11, die abwechselnd in Längsrichtung ringförmig angeordnet sind und kreisrunde Querschnitte B, C aufweisen.
Im Falle eines Kollabierens dieses rohrförmigen Trägers 15 werden die festen Bereiche 11 kaum verformt, was an dem noch nahezu kreisförmigen Querschnitt B' in Figur 8b verdeutlicht wird. Die weichen Bereiche 10' verformen sich hingegen stark und bilden sternartige Querschnitte C' aus, die einen hohen Verformungsanteil, und damit eine hohe Energieaufnahme durch die Verformung bewirken. Das erfindungsgemäße Produkt 15 ist daher für eine axiale Energieaufnahme im Crash-Fall besonders geeignet.
Ein ähnlicher Effekt wie durch die dargestellten ringförmigen Zone lässt sich mit spiralförmig verlaufenden Zonen 10, 11 erreichen.
Werden in einem Rohr Zonen mit hoher Festigkeit in Längsrichtung angeordnet, ergibt sich ein hoher Widerstand gegen eine axiale Verformung bei einem weichen, also energieverzehrenden Torsionsverhalten.
Die erfindungsgemäßen Produkte 1, 15 lassen sich daher für verschiedene Anwendungszwecke "maßschneidern" und eröffnen völlig neue vorteilhafte Perspektiven mit einfachen Fertigungsverfahren.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Bauprodukts (1, 15) aus Stahl, bei dem ein Stahl mit einer metastabilen ersten Phase, in der der Stahl erste Eigenschaften aufweist, hergestellt und durch mechanische Einflüsse in eine zweite, thermodynamisch stabilere Phase mit von den ersten Eigenschaften zumindest teilweise verschiedenen zweiten Eigenschaften überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauprodukt (1, 15) lokal unterschiedlich durch Veränderung bezüglich der genannten Phasen mit unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das Bauprodukt (1, 15) ganz oder teilweise in die zweite Phase überführt wird und dass anschließend das Produkt (1, 15) auf wenigstens einem Teilbereich einer lokalen Wärmeeinwirkung derart unterworfen wird, dass der Stahl in diesem Teilbereich zumindest teilweise wieder in die erste Phase zurückgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metastabile erste Phase ein Austenit und die zweite Phase Bainit oder Martensit ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Wärmeeinwirkung induktiv vorgenommen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Wärmeeinwirkung mittels einer gesteuert auf das Produkt (1, 15) lokal ausgerichteten Wärmequelle vorgenommen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Magnetfeld erzeugt und auf das Produkt (1, 15) ausgerichtet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeeinwirkung mit Hilfe einer Sensorspule (6) gesteuert wird.
  8. Stahlprodukt, das aufgrund seiner Zusammensetzung und seiner Herstellung eine metastabile erste Phase aufweist, in der der Stahl erste Eigenschaften aufweist und die durch mechanische Einflüsse in eine thermodynamisch stabilere, zweite Phase mit von den ersten Eigenschaften zumindest teilweise verschiedenen zweiten Eigenschaften überführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass es über seine Oberfläche und/oder seine Dicke wenigstens zwei unterschiedliche, durch Veränderung bezüglich der genannten Phasen eingestellte Bereiche (10, 11) mit unterschiedlichen Eigenschaften des Stahls aufweist.
  9. Stahlprodukt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phase durch metastabilen Austenit und die zweite Phase durch Bainit und/oder Martensit gebildet ist.
  10. Stahlprodukt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Phase aus einer Mischung aus metastabilem Austenit und Bainit und/oder Martensit gebildet ist.
  11. Stahlprodukt nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phase und die zweite Phase unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen.
  12. Stahlprodukt nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phase nicht oder nur schwach ferromagnetisch und die zweite Phase deutlich stärker ferromagnetisch ist.
  13. Stahlprodukt nach einem der Ansprüche 8 bis 12, ausgebildet als bandförmiges Produkt (1) mit über eine Dimension des Bandes erstreckten bezüglich der Härte unterschiedlichen Bereichen (10, 11).
  14. Stahlprodukt nach einem der Ansprüche 8 bis 12, ausgebildet als länglicher Träger mit in Längsrichtung ausgebildeten Bereichen (10, 11) hoher und niedriger Festigkeit.
  15. Stahlprodukt nach einem der Ansprüche 8 bis 12, ausgebildet als länglicher Träger mit in senkrecht zur Längsrichtung stehenden Ebenen aneinander anschließenden Bereichen (10, 11) unterschiedlicher Festigkeit.
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