EP1807544B1 - Hochfester lufthärtender stahl mit ausgezeichneten umformeigenschaften - Google Patents

Hochfester lufthärtender stahl mit ausgezeichneten umformeigenschaften Download PDF

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EP1807544B1
EP1807544B1 EP05811386A EP05811386A EP1807544B1 EP 1807544 B1 EP1807544 B1 EP 1807544B1 EP 05811386 A EP05811386 A EP 05811386A EP 05811386 A EP05811386 A EP 05811386A EP 1807544 B1 EP1807544 B1 EP 1807544B1
Authority
EP
European Patent Office
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steel
content
air
lightweight construction
tempering
Prior art date
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EP05811386A
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English (en)
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EP1807544A1 (de
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Joachim SCHÖTTLER
Volker Flaxa
Bernd-Michael Peters
Thomas Koch
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Salzgitter Flachstahl GmbH
Original Assignee
Salzgitter Flachstahl GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP1807544B1 publication Critical patent/EP1807544B1/de
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese

Definitions

  • the invention relates to a high-strength, air-hardening steel with excellent forming properties, in particular for lightweight vehicle construction, according to the preamble of claim 1.
  • air-hardening steel materials have been developed as an alternative, which overcome the disadvantages of known steels in that the required material properties are now realized solely by the cooling of the steel in air, for example after a heat treatment of the component.
  • the cold workability can be achieved by a subsequent soft annealing, z. B. in a hood annealing, or be achieved by a Homogenticiansglühen.
  • the cold workability can alternatively be maintained after hot rolling, if a correspondingly tightly wound coil slowly, u. U. in a special thermally insulated hood, cools.
  • the air quenching state can then be readjusted via a subsequent heat treatment, for example advantageously via high-temperature galvanizing.
  • the EP 0 576 107 B1 discloses an air-hardening steel having a reduced Cr content, which is used for the production of seamlessly manufactured, non-tapped structural tubes, for example as door booster tubes in the automotive industry.
  • the Mn-Si-Ti-B based alloy concept has as main elements C (0.15-0.30%), Mn (2.05-3.35%), Si (0.50-0.80%). ), Cr (0.5-1.0%), Mo (max.0.6%), Ti (0.01-0.05%), B (0.0015-0.0035%), and N ( 0.002-0.015%), the remainder being iron and usual accompanying elements.
  • a disadvantage of this steel, which is known for seamless tube production, is that the general weldability of the steel is limited in this alloy concept by the relatively high C and Mn contents, and by the likewise relatively high Si content of up to 0.8%, the galvanisability is very limited by hot dipping or high temperature galvanizing.
  • a steel alloy with the main elements is used: C (0.17-0.28%), Mn (1.30-2.50%), Si (0.30-0.49%), Cr ( ⁇ 0, 49%), Mo (0.20-0.40%), Ni (0.05-0.19%), Ti (0.02-0.07%), B (0.0015-0.0050%). ), Nb (0.01-0.10%), V (0.01-0.10%), and N ( ⁇ 0.015%), balance iron and common tracers.
  • the total content of V + Nb + Ti must not exceed a value of 0.15%.
  • This alloy concept with additions of Nb and Ni is expensive for the requirements placed on an air-hardening steel and, due to the relatively high C content, is problematic in terms of welding technology.
  • this steel has a content of silicon that is critical for galvanizability.
  • WO 99/28518 is an air-hardening steel with at least 0.05% C, 0.50 - 0.80% Si, 2.00-3.35% Mn, max. 0.03% P, max. 0.03% S, 0.50-1.00% Cr, max. 0.60% Mo, max. 0.05% Al, 0.01- 0.05% Ti, 0.0015- 0.0035% B, 0.002-0.015% N, remainder Fe and common impurities known, which is used for the production of high-strength, weldable semi-finished product.
  • the invention has for its object to provide with another low-cost alloy concept a high-strength air-hardening steel with excellent forming properties, especially for lightweight vehicle, the desired mechanical properties, while ensuring in particular the HFI weldability, as well as an excellent general welding, galvanizing and Tempering resistance achieved.
  • this object is achieved by a steel with the following contents in mass%: C 0.07 to ⁇ 0.15 al ⁇ 0,05 Si 0.15 to ⁇ 0.30 Mn 1.60 to ⁇ 2.10 P ⁇ 0,020 S ⁇ 0.010 N 0.0030 to ⁇ 0.0150 Cr 0.50 to ⁇ 1.0 Not a word 0.30 to ⁇ 0.60 Ti 0.010 to ⁇ 0.050 V 0.12 to ⁇ 0.20 B 0.0015 to ⁇ 0.0040 Rest of iron including standard steel-accompanying elements.
  • the high-strength, air-hardening steel according to the invention for lightweight vehicle construction is distinguished by the fact that with this alloying concept now an outstanding. Weldability in HFI welding without the undesirable chromium carbide precipitations in the weld is achieved.
  • the reduced content of C and Mn compared to the known air-hardening steel for seamless pipes also ensures excellent general weldability and excellent forming properties.
  • the zinc content of the steel is ensured by the lowered Si content and the tempering resistance is ensured by the addition of V.
  • the alloy concept is based on the knowledge that, in contrast to the known steel for seamless tubes, in which nitrogen has to be completely bound by titanium in order to avoid boron nitride precipitations and thus the To ensure the effectiveness of the added boron, the nitrogen is also bound by other alloying elements such as Cr or Mo.
  • variant 1 achieves the required mechanical and technological properties, the high Cr content of 1.4%, however, leads, as described above, to undesirable chromium carbide precipitations and thus prevents the execution of a high-quality HFI weld and thus the production of longitudinally welded pipes.
  • Variant 2 has hitherto been used only for non-galvanized seamless tube production.
  • this steel has a lower content of carbide-forming elements, especially chromium.
  • these variants have a V addition and a slightly increased Mo content compared to variants 2 and 3.
  • Variation 4 with a Mo content raised to 0.56% compared to variants 2 and 3, did not yet show sufficient tempering resistance.
  • the Mo content increased slightly to 0.63% and the Cr content increased significantly to 1.15%.
  • the requirements were met at tempering temperatures up to about 500 ° C, above these tempering temperatures, however, a clear, no longer meeting the requirements increase in strength was found.
  • the chemical composition of the steel was as follows: C% Si% Mn% S% P% N% Cr% Not a word % Ti% V% B% 0.10 0.25 1.97 0,004 0.011 0.0125 0.72 0.50 0.028 12:15 0.0030
  • the mechanical characteristics determined in the tempered state of the pipes in the case of a tempering treatment, consisting of the austenitizing at 930 ° C, the subsequent cooling in air and a tempering to 575 ° C are: Status R el or R p0.2 [MPa] R m [MPa] A 5 [%] required: 700 - 850 800 - 1000 ⁇ 13 hardened and tempered 820 - 830 967 - 974 13.0
  • this steel is not only advantageous for use in the automotive sector, but also in all applications where enamelling in combination with high steel strengths is required.
  • the enamelling temperature of the steel of over 900 ° C can be used to achieve high steel strength over the air hardening in the subsequent cooling.
  • the field of application for such enamelled, air-hardened steels may be, for example, the household appliance industry or chemical apparatus engineering.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen hochfesten, lufthärtenden Stahl mit ausgezeichneten Umformeigenschaften, insbesondere für den Fahrzeugleichtbau, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Der heiß umkämpfte Automobilmarkt zwingt die Hersteller u. a. ständig nach Lösungen zur Senkung des Flottenverbrauches unter Beibehaltung eines höchstmöglichen Komforts und größtmöglichem Insassenschutz zu suchen. Dabei spielt einerseits die Gewichtsersparnis aller Fahrzeugkomponenten eine entscheidende Rolle, andererseits aber auch ein möglichst günstiges Verhalten der einzelnen Bauteile bei hoher statischer und dynamischer Beanspruchung im Betrieb, wie auch im Crashfall. Dieser Notwendigkeit versuchen die Lieferanten dadurch Rechnung zu tragen, dass durch die Bereitstellung hochfester und höchstfester Stähle die Wand-dicken reduziert werden können bei gleichzeitig verbessertem Bauteilverhalten bei dessen Fertigung und im Betrieb. Derartige Stähle müssen daher vergleichsweise hohen Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Dehnfähigkeit, Zähigkeit, Energieaufnahme und Verarbeitbarkeit, beispielsweise durch Kaltumformen, Schweißen und/oder Oberflächenbehandeln genügen.
  • Aufgrund der hohen Korrosionsanforderungen müssen die Oberflächen diese Stähle weiterhin mit entsprechenden Korrosionsschutzschichten, wie z. B. aus Zink, ausführbar sein, wobei sowohl die konventionelle Schmelztauchverzinkung, als auch die Hochtemperaturverzinkung zur Anwendung kommt.
  • Neben den oben beschriebenen allgemeinen Anforderungen sind im vergüteten Zustand beispielhaft folgende mechanischen Kennwerte zu erreichen:
    Rel bzw. Rp0,2: 700 - 850 [MPa]
    Rm: 800 - 1000 [MPa]
    A80: ≥ 11 [%] bzw.
    A5: ≥ 13 [%]
  • In der Vergangenheit sind für diesen Anwendungsbereich meist konventionelle Stähle mit relativ großer Blechdicke, wasservergütete hochfeste Feinkornstähle, Mehrphasenstähle oder alternative Werkstoffe, wie Aluminium, eingesetzt worden.
  • Der Einsatz konventioneller Stähle ist hierbei mit dem Nachteil des großen Bauteilgewichts behaftet. Alternative höchstfeste Mehrphasenstähle weisen Nachteile auf, wie schlechtere Schweißeignung und Umformbarkeit infolge der hohen Grundhärte. Wasservergütete Stähle sind in der Herstellung teuer und damit oftmals unwirtschaftlich.
  • Aus diesen Gründen wurden als Alternative lufthärtende Stahlwerkstoffe entwickelt, die die Nachteile bekannter Stähle dadurch überwinden, dass nunmehr allein durch die Abkühlung des Stahls an Luft, beispielsweise nach einer Wärmebehandlung des Bauteils, die geforderten Werkstoffeigenschaften realisiert werden.
  • Kühlt der Stahl nach dem Warmwalzen zumindest abschnittsweise an Luft so schnell ab, dass der Lufthärtungseffekt einsetzt, so kann die Kaltumformbarkeit durch einen nachgeschalteten Weichglühvorgang, z. B. in einer Haubenglühe, bzw. durch ein Homogenisierungsglühen erreicht werden. Die Kaltumformbarkeit kann alternativ nach dem Warmwalzen auch erhalten bleiben, wenn ein entsprechend eng gewickeltes Coil langsam, u. U. in einer speziellen wärmegedämmten Haube, abkühlt.
  • Nach der Kaltumformung, bzw. Formgebung kann der Luftvergütungszustand dann über eine nachträgliche Wärmebehandlung, beispielsweise vorteilhaft über eine Hochtemperaturverzinkung wieder eingestellt werden.
  • Unter Kaltumformung sind hierbei folgende Verfahrensvarianten zu verstehen:
    1. a) die direkte Herstellung entsprechender Bauteile aus Warmband durch Tiefziehen o. ä. mit anschließender möglicher Vergütungsbehandlung.
    2. b) Die Weiterverarbeitung zu Rohren mit entsprechenden Zieh- und Glühprozessen. Die Rohre selbst werden anschließend zu Bauteilen, z. B. durch Biegen, Innenhochdruckumformen (IHU) o. ä., umgeformt und anschließend vergütet.
    3. c) Die Weiterverarbeitung des Warmbandes zu Kaltband mit integriertem (Hauben-) Glühprozess. Das Kaltband wird anschließend durch Tiefziehen o. ä. wie unter a) verarbeitet.
  • Nachfolgend sind typische Kennwerte für weichgeglühte, kaltumformbare lufthärtende Stähle für warm- bzw. kaltgewalzte Bleche und Rohre aufgeführt:
    Rel bzw. Rp0,2 : 330 - 500 [MPa]
    Rm : 480 - 620 [MPa]
    A80 : ≥ 20 [%] bzw.
    A5: ≥ 22 [%]
  • In der DE 102 21 487 B4 wird die Verwendung eines lufthärtenden Stahlwerkstoffes für Formbauteile im Fahrzeugleichtbau offenbart, mit den Hauptelementen C (0,09 - 0,13%), Si (0,15 - 0,30%), Mn (1,10 - 1,60%), Cr (1,0 - 1,6%), Mo (0,30 - 0,60%) und V (0,12 - 0,25%), Rest Eisen einschließlich üblicher Begleitelemente.
  • Mit diesem Legierungskonzept auf Cr-Mo-V-Basis werden zwar die für den genannten Einsatzbereich geforderten mechanischen Werkstoffeigenschaften sowie eine gute Anlassbeständigkeit und Verzinkbarkeit erreicht, nachteilig hierbei ist jedoch der relativ hohe Cr- Gehalt von 1,0 - 1,6%, der insbesondere bei dem für die Rohrherstellung häufig angewandten Hochfrequenz-Induktions- (HFI)- Schweißen, unerwünschte Chrom-Carbid Ausscheidungen in der Schweißnaht bewirken kann. Diese Ausscheidungen können bei der Weiterverarbeitung des geschweißten Rohres durch Umformen oder starker mechanischer Belastung des geschweißten Bauteils im Betrieb zur Rissbildung in der Schweißnaht und damit zum vorzeitigen Versagen des Bauteils führen. Der relativ hohe Chromgehalt wirkt weiterhin kostentreibend.
    Die EP 0 576 107 B1 offenbart einen lufthärtenden Stahl mit einem abgesenktem Cr-Gehalt, der zur Herstellung von nahtlos hergestellten, unverzinkten Konstruktionsrohren, beispielsweise als Türverstärkerrohre im Automobilbau, Verwendung findet. Das Legierungskonzept auf Mn-Si-Ti-B-Basis, weist als Hauptelemente C (0,15 - 0,30%), Mn (2,05 - 3,35%), Si (0,50 - 0,80%), Cr (0,5 -1,0%), Mo (max.0,6%), Ti (0,01 - 0,05%), B (0,0015 - 0,0035%) und N (0,002 - 0,015%), Rest Eisen und übliche Begleitelemente auf.
  • Nachteilig bei diesem für die nahtlose Rohrherstellung bekannten Stahl ist, dass bei diesem Legierungskonzept durch die relativ hohen C- und Mn-Gehalte einerseits die allgemeine Schweißbarkeit des Stahls eingeschränkt und durch den ebenfalls relativ hohen Si-Gehalt von bis zu 0,8% die Verzinkbarkeit durch Schmelztauchen oder Hochtemperaturverzinken sehr stark eingeschränkt ist.
  • Interne Versuche haben darüber hinaus gezeigt, dass insbesondere durch das Fehlen von Vanadin zudem die weitgehende Anlassbeständigkeit dieses bekannten Stahls nicht gewährleistet ist, so dass bei höheren Temperaturen, z. B. ≥ 550°C, wie sie beispielsweise beim Hochtemperaturverzinken auftreten, die Festigkeit deutlich unter die geforderten Werte für einen luftgehärteten Stahl sinkt.
  • Notwendig für eine ausreichende Anlassbeständigkeit ist bekanntermaßen insbesondere die Bildung einer ausreichenden Menge an Cr-, Mo- und/oder V-Carbiden oder Carbonitriden, welche durch Ausscheidung auf den Korngrenzen die Gleitversetzungen bei erhöhten Temperaturen verhindern. Diesen Vorgang nennt man auch sekundäre Härtung.
  • Aus der DE 44 46 709 A1 ist die Verwendung eines lufthärtenden Stahls für Konstruktions-Hohlprofile aus nahtlos warmgefertigten Rohren, beispielsweise für Türverstärkerelemente, bekannt.
  • Verwendet wird hierfür eine Stahllegierung mit den Hauptelementen: C (0,17 - 0,28%), Mn (1,30 - 2,50%), Si (0,30 - 0,49%), Cr (≤ 0,49%), Mo (0,20 - 0,40%), Ni (0,05 - 0,19%), Ti (0,02 - 0,07%), B (0,0015 - 0,0050%), Nb (0,01 - 0,10%), V (0,01 - 0,10%) und N (≤ 0,015%), Rest Eisen und übliche Begleitelemente auf. Zusätzlich darf der Gesamtgehalt von V+Nb+Ti einen Wert von 0,15% nicht überschreiten.
  • Dieses Legierungskonzept mit Zusätzen von Nb und Ni ist für die gestellten Anforderungen an einen lufthärtenden Stahl teuer und aufgrund des relativ hohen C-Gehaltes schweißtechnisch problematisch. Außerdem weist dieser Stahl mit 0,30 bis 0,49% einen für die Verzinkbarkeit kritischen Gehalt an Silizium auf.
  • Aus der WO 99/28518 ist ein Lufthärtender Stahl mit mindestens 0.05 %C, 0.50 - 0.80% Si, 2.00-3.35 % Mn, max. 0.03 %P, max. 0,03 % S, 0,50-1,00 % Cr, max. 0,60 % Mo, max. 0.05 % Al, 0.01- 0.05 % Ti, 0.0015- 0.0035 % B, 0.002-0.015 % N, Rest Fe und übliche Verunreinigungen bekannt, der zur Herstellung von hochferten, Schweißbaren Halbzeug verwendet wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem anderen kostengünstigen Legierungskonzept einen hochfesten lufthärtenden Stahl mit ausgezeichneten Umformeigenschaften insbesondere für den Fahrzeugleichtbau anzugeben, der die gewünschten mechanischen Eigenschaften, bei gleichzeitiger Gewährleistung insbesondere der HFI- Schweißbarkeit, sowie einer hervorragenden allgemeinen Schweiß-, Verzink- und Anlassbeständigkeit erreicht.
  • Nach der Lehre der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Stahl mit folgenden Gehalten in Masse %:
    C 0,07 bis≤0,15
    Al ≤0,05
    Si 0,15 bis≤0,30
    Mn 1,60 bis ≤ 2,10
    P ≤0,020
    S ≤ 0,010
    N 0,0030 bis ≤ 0,0150
    Cr 0,50 bis ≤ 1,0
    Mo 0,30 bis ≤ 0,60
    Ti 0,010 bis ≤ 0,050
    V 0,12 bis ≤ 0,20
    B 0,0015 bis ≤ 0,0040
    Rest Eisen einschließlich üblicher stahlbegleitender Elemente auf.
  • Der erfindungsgemäße hochfeste, lufthärtende Stahl für den Fahrzeugleichtbau zeichnet sich dadurch aus, dass mit diesem Legierungskonzept nunmehr eine hervorragende. Schweißbarkeit beim HFI-Schweißen ohne die unerwünschten Chromcarbidausscheidungen in der Schweißnaht erreicht wird. Der im Vergleich zum bekannten lufthärtenden Stahl für nahtlose Rohre ebenfalls reduzierte Gehalt an C und Mn sichert eine hervorragende allgemeine Schweißbarkeit mit gleichzeitig hervorragenden Umformeigenschaften.
  • Gleichzeitig wird durch den abgesenkten Si-Gehalt die Verzinkbarkeit des Stahles und durch den Zusatz von V die Anlassbeständigkeit sichergestellt.
  • Bei umfangreichen Laboruntersuchungen hat sich herausgestellt, dass der für den lufthärtenden Effekt maßgebliche Cr-Gehalt auf einen für die Vermeidung von Chromcarbidausscheidungen beim HFI-Schweißen unkritischen Wert abgesenkt werden kann, wenn gleichzeitig über ein komplexes Legierungskonzept auf Basis Cr-Mo-Ti-B die Lufthärtbarkeit des Stahls wieder verbessert wird.
  • Erfindungsgemäß beruht das Legierungskonzept auf der Erkenntnis, dass im Gegensatz zum bekannten Stahl für nahtlose Rohre, bei dem Stickstoff vollständig von Titan abgebunden werden muss um Bornitridausscheidungen zu vermeiden und damit die Wirksamkeit des zugegebenen Bors sicherzustellen, der Stickstoff auch von anderen Legierungselementen wie Cr oder Mo abgebunden wird.
  • Die Festlegung einer überstöchiometrischen Titanzugabe im Verhältnis zum Stickstoff ist somit nicht mehr zwingend erforderlich. Durch die Zugabe von Vanadin werden bei höheren Anlasstemperaturen Ausscheidungen von Vanadiumkarbonitriden vom Typ V(C,N) ausgelöst, die über eine sekundäre Härtung einem Festigkeitsabfall entgegenwirken.
  • Untersuchungen wurden zunächst mit zwei bekannten, auf unterschiedlichen Legierungskonzepten basierenden, lufthärtenden Stählen durchgeführt. Für diese Vergleichsstähle wurden Legierungen auf Basis Cr-Mo-V- (Variante 1) sowie auf Mn-Si-Ti-B-Basis (Varianten 2 und 3) erstellt und deren Eigenschaften untersucht.
    Figure imgb0001
  • Variante 1 erreicht zwar die geforderten mechanisch-technologischen Eigenschaften, der hohe Cr-Gehalt von 1,4 % führt jedoch, wie zuvor schon beschrieben, zu unerwünschten Chromcarbid-Ausscheidungen und verhindert damit die Ausführung einer qualitativ hochwertigen HFI-Schweißnaht und damit die Herstellung von längsnahtgeschweißten Rohren.
  • Die Variante 2 wird bisher nur für die nahtlose Rohrherstellung in unverzinkter Ausführung verwendet. Dieser Stahl weist insbesondere einen geringeren Gehalt an Carbid-bildenden Elementen auf, vor allem Chrom.
  • Bei Variante 3 ist im Vergleich zu Variante 2 der Si- und Mn-Gehalt abgesenkt, der C-Gehalt dagegen etwas erhöht.
  • Nachteilig bei diesen auf Mn-Si-Ti-B basierenden Legierungskonzepten, ist jedoch der zu hohe Si-Gehalt, der zwar für das Erreichen hoher Festigkeitswerte erforderlich ist, eine Stückverzinkung jedoch erschwert. Ab Temperaturen von ca. 550°C sinkt zudem die Festigkeit des Werkstoffes deutlich unter die geforderten Werte, so dass auch die Anlassbeständigkeit nicht gewährleistet ist.
  • An den Varianten 4 und 5, basierend auf einem V-Ti-B-Konzept, wurden im Zustand "weich" mechanische Kennwerte ermittelt, die den Anforderungen entsprechen.
  • Zur Verbesserung der Anlassbeständigkeit weisen diese Varianten im Vergleich zu den Varianten 2 und 3 einen V-Zusatz sowie einen leicht erhöhten Mo-Anteil auf.
  • Variante 4, mit einem im Vergleich zu den Varianten 2 und 3 auf 0,56% angehobenen Mo-Gehalt, zeigte noch keine ausreichende Anlassbeständigkeit.
  • Um die Anlassbeständigkeit zu verbessern wurden bei Variante 5 der Mo-Gehalt geringfügig auf 0,63% und der Cr-Gehalt deutlich auf 1,15 % angehoben. Im vergüteten Zustand wurden bei Anlasstemperaturen bis ca. 500°C die Anforderungen erfüllt, oberhalb dieser Anlasstemperaturen wurde jedoch ein deutlicher, nicht mehr den Anforderungen entsprechender Festigkeitsanstieg festgestellt.
  • Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde das bereits oben beschriebene erfindungsgemäße Legierungskonzept festgelegt, wobei sich als besonders vorteilhaft folgender Analysenbereich herausgestellt hat:
    C 0,08 bis ≤ 0,10
    Al ≤ 0,05
    Si 0,20 bis ≤ 0,30
    Mn 1,80 bis ≤ 2,00
    P ≤ 0,020
    S ≤ 0,010
    N 0,0030 bis ≤ 0,0125
    Cr 0,70 bis ≤ 0,80
    Mo 0,40 bis ≤ 0,50
    Ti 0,020 bis ≤ 0,030
    V 0,13 bis ≤ 0,17
    B 0,0025 bis ≤ 0,0035
    Rest Eisen einschließlich üblicher stahlbegleitender Elemente.
  • An einem nach diesem Legierungskonzept hergestellten Kaltband von 1,5 mm Dicke sowie an Rohren der Abmessungen 60 x 1,5 mm wurden sowohl im weichen, wie auch im vergüteten Zustand Eigenschaften ermittelt, die einerseits den gestellten mechanischen, aber auch den Anforderungen zur Schweiß- und Verzinkbarkeit voll entsprechen.
  • Die chemische Zusammensetzung des Stahls war wie folgt:
    C % Si % Mn % S % P % N % Cr % Mo % Ti % V % B %
    0,10 0,25 1,97 0,004 0,011 0,0125 0,72 0,50 0,028 0.15 0,0030
  • Nachfolgend sind die im weichen Zustand des Kaltbandes ermittelten mechanischen Kennwerte bei verschiedenen Anlasstemperaturen aufgeführt:
    Zustand Rel bzw. Rp0,2 [MPa] Rm [MPa] A80 [%]
    gefordert: 330 - 500 480 - 620 ≥ 20
    weich 364 535 28,7
    100°C/20 min 360 533 29,1
    angel. 150°C1) 374 532 26,7
    250°C 376 533 27,6
    350°C 434 538 25,7
    450°C 445 538 25,3
    550°C 416 530 26
    650°C 422 523 27,9
    1) Anlassdauer jeweils 15 min mit nachfolgender Abkühlung an Luft
    Hierbei sollte das Anlassen aus dem Zustand "weich" die Wärmebehandlung beim Feuerverzinken simulieren. Die Ergebnisse zeigen, dass auch nach dem Verzinken die Eigenschaften des Stahles im Zustand weich den Anforderungen entsprechen.
  • Nachfolgend sind die im vergüteten Zustand des Kaltbandes ermittelten mechanischen Kennwerte für den Fall einer Vergütungsbehandlung, bestehend aus dem Austenitisieren über 15 min bei 920°C, dem anschließenden Abkühlen an Luft bis auf Raumtemperatur und dem abschließenden Anlassen auf unterschiedliche Anlasstemperaturen, aufgeführt:
    Zustand Rel bzw. Rp0,2 [MPa] Rm [MPa] A80 [%]
    gefordert: 750 - 850 850 - 1000 ≥ 11
    vergütet 350°C1) 838 998 14,0
    vergütet 400°C 817 995 14,8
    vergütet 450°C 835 985 15,8
    vergütet 500°C 791 971 16,2
    vergütet 550°C 764 926 16,8
    vergütet 600°C 784 940 17,1
    vergütet 650°C 850 962 18,1
    vergütet 700°C 780 883 21,0
    1) Austenitisieren bei 920 °C 15 min + Luftabkühlung auf RT + Anlassen 15 min mit nachfolgender Abkühlung an Luft.
    Die Ergebnisse zeigen die hohe Anlassbeständigkeit des Stahls bis zu Temperaturen von mindestens 700°C.
    Nachfolgend sind die im weichen Zustand der Rohre ermittelten mechanischen Kennwerte aufgeführt.
    Zustand Rel bzw. Rp0,2 [MPa] Rm [MPa] A5 [%]
    gefordert: 330 - 500 480 - 620 ≥ 22
    weich 337 - 345 511 - 512 > 37
  • Die im vergüteten Zustand der Rohre ermittelten mechanischen Kennwerte für den Fall einer Vergütungsbehandlung, bestehend aus dem Austenitisieren bei 930°C, dem anschließenden Abkühlen an Luft und einem Anlassen auf 575°C betragen:
    Zustand Rel bzw. Rp0,2 [MPa] Rm [MPa] A5 [%]
    gefordert: 700 - 850 800 - 1000 ≥13
    vergütet 820 - 830 967 - 974 13,0
  • Wie weitere Untersuchungen an dem erfindungsgemäßen Stahl gezeigt haben, ist dieser Stahl nicht nur vorteilhaft im Automobilbereich einsetzbar, sondern darüber hinaus in allen Einsatzgebieten, in denen eine Emaillierung in Kombination mit hohen Stahlfestigkeiten erforderlich ist. Vorteilhaft kann dabei die Emailliertemperatur des Stahles von über 900 °C dazu genutzt werden, über die Lufthärtung bei der nachfolgenden Abkühlung hohe Stahlfestigkeiten zu erreichen. Der Einsatzbereich für derartige emaillierte, luftgehärtete Stähle kann z.B. die Hausgeräteindustrie oder der chemische Apparatebau sein.
  • Die Vorteile dieses erfindungsgemäßen, lufthärtenden Stahls sind nachfolgend noch einmal aufgelistet:
    • sehr gute Kaltumformbarkeit im weichen Zustand,
    • sehr gute Schweißbarkeit im weichen und luftgehärteten Zustand,
    • sehr gute HFI-Schweißbarkeit,
    • gut beschichtbar mit den üblichen Beschichtungsverfahren, wie kathodische Tauchlackierung (KTL), Feuerverzinkung und Hochtemperaturverzinkung,
    • sehr gute Emaillierbarkeit
    • Einsatz für geschweißte, statisch und dynamisch hoch belastete Bauteile,
    • kostengünstiger als vergleichbare Legierungskonzepte.

Claims (11)

  1. Hochfester, lufthärtender, gut schweiß- und verzinkbarer sowie anlassbeständiger Stahl mit ausgezeichneten Umformeigenschaften, insbesondere für den Fahrzeugleichtbau, bestehend aus den Elementen (Gehalte in Masse-%): C 0,07 bis ≤0,15 Al ≤0,05 Si 0,15 bis≤0,30 Mn 1,60bis≤2,10 P ≤0,020 S ≤ 0,010 N 0,0030 bis≤0,0150 Cr 0,50 bis≤ 1,0 Mo 0,30 bis≤ 0,60 Ti 0,010 bis≤0,050 V 0,12 bis ≤ 0,20 B 0,0015 bis ≤ 0,0040
    Rest Eisen einschließlich üblicher stahlbegleitender Elemente.
  2. Leichtbaustahl nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Stahl einen C- Gehalt von 0,08 bis≤ 0,10 % aufweist.
  3. Leichtbaustahl nach Anspruch 1 oder 2
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Stahl einen Si- Gehalt von 0,20 bis ≤ 0,30 % aufweist.
  4. Leichtbaustahl nach einem der Ansprüche 1 - 3
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Stahl einen Mn-Gehalt von 1,80 bis ≤ 2,0 % aufweist.
  5. Leichtbaustahl nach einem der Ansprüche 1 - 4
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Stahl einen N-Gehalt von 0,0030 bis ≤ 0,0125 % aufweist.
  6. Leichtbaustahl nach Anspruch 5
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Stahl einen N-Gehalt von 0,0030 bis ≤ 0,0080 % aufweist.
  7. Leichtbaustahl nach einem der Ansprüche 1 - 6
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Stahl einen Cr-Gehalt von 0,70 bis ≤ 0,80 % aufweist.
  8. Leichtbaustahl nach einem der Ansprüche 1 - 7
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Stahl einen Mo-Gehalt von 0,40 bis ≤ 0,50 % aufweist.
  9. Leichbaustahl nach einem der Ansprüche 1 - 8
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Stahl einen Ti- Gehalt von 0,02 bis ≤ 0,03 % aufweist.
  10. Leichtbaustahl nach einem der Ansprüche 1 - 9
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Stahl einen V-Gehalt von 0,13 bis ≤ 0,17 % aufweist.
  11. Leichtbaustahl nach einem der Ansprüche 1 - 10
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Stahl einen B-Gehalt von 0,0025 bis ≤ 0,0035 % aufweist.
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