EP1939308A1 - Method for manufacturing a component through hot press hardening and highly rigid component with improved breaking strain - Google Patents

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EP1939308A1
EP1939308A1 EP20070119115 EP07119115A EP1939308A1 EP 1939308 A1 EP1939308 A1 EP 1939308A1 EP 20070119115 EP20070119115 EP 20070119115 EP 07119115 A EP07119115 A EP 07119115A EP 1939308 A1 EP1939308 A1 EP 1939308A1
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EP
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sheet metal
steel
hot
hot press
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EP20070119115
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Horst Berndsen
Jian Dr.-Ing. Bian
Franz-Josef Dr.-Ing. Lenze
Sascha Sikora
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
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ThyssenKrupp Steel AG
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Abstract

Production of a steel component comprises heating a sheet metal part to a temperature lying between the Ac1 and the Ac3 temperature of the steel and hot press quenching the heated sheet metal part so that the component has a structure in which the components are present as ferrite and martensite. The steel of the sheet metal part contains (in wt.%) 0.10-0.45 carbon, 0.05-0.50 silicon, 0.8-1.7 manganese, 0.05-0.6 chromium, maximum 0.015 phosphorus and maximum 0.003 sulfur. An independent claim is also included for a steel component produced by the above process.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines hochfesten Bauteils mit verbesserter Bruchdehnung durch Warmpresshärten und ein hochfestes Bauteil mit verbesserter Bruchdehnung und Zähigkeit.The invention relates to a method for producing a high-strength component with improved elongation at break by hot press hardening and a high-strength component with improved elongation at break and toughness.
  • Beim Warmpresshärten von Blechzuschnitten, die von kalt- oder warmgewalztem Stahlband abgeteilt sind, werden die Blechzuschnitte auf eine Verformungstemperatur erwärmt und im erwärmten Zustand in das Werkzeug einer Umformpresse gelegt. Im Zuge der anschließend durchgeführten Umformung erfährt der Blechzuschnitt bzw. das aus ihm geformte Bauteil durch den Kontakt mit dem kühlen Werkzeug eine schnelle Abkühlung, durch die sich im Bauteil Härtegefüge ergibt. Unterstützt werden kann die schnelle Abkühlung dabei dadurch, dass das Werkzeug selbst aktiv gekühlt wird.In hot press hardening of sheet metal blanks divided from cold or hot rolled steel strip, the blanks are heated to a forming temperature and placed in the heated condition in the tool of a forming press. In the course of the subsequently carried out deformation, the sheet metal blank or the component formed from it undergoes a rapid cooling due to the contact with the cool tool, resulting in hardened structure in the component. The rapid cooling can be assisted by actively cooling the tool itself.
  • Wie im Artikel "Potenziale für den Karosserieleichtbau", erschienen in der Messezeitung der ThyssenKrupp Automotiv AG zur 61. Internationalen Automobilausstellung in Frankfurt, 15.-25. September 2005, berichtet, wird das Warmpresshärten in der Praxis insbesondere für die Herstellung von hochfesten Karosseriebauteilen aus borlegierten Stählen angewendet. Ein typisches Beispiel für einen solchen Stahl ist der unter der Bezeichnung 22MnB5 bekannte Stahl, der im Stahlschlüssel 2004 unter der Werkstoffnummer 1.5528 zu finden ist.As in the article " Potential for lightweight body construction ", published in the trade show newspaper of ThyssenKrupp Automotiv AG for the 61st International Motor Show in Frankfurt, 15-25 September 2005 , hot press hardening is reported to be used in practice, in particular for the manufacture of high-strength boron-alloyed steel body components. A typical example of such a steel is that under the name 22MnB5 known steel, which can be found in the steel key 2004 under the material number 1.5528.
  • Ein mit dem Stahl 22MnB5 vergleichbarer Stahl ist aus der JP 2006104526 A bekannt. Dieser bekannte Stahl enthält neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) 0,05 - 0,55 % C, max. 2 % Si, 0,1 - 3 % Mn, max. 0.1 % P und max. 0,03 % S. Zur Härtesteigerung können dem Stahl zusätzlich Gehalte von 0,0002 - 0,005 % B und 0,001 - 0,1 % Ti zugegeben werden. Der jeweilige Ti-Gehalt dient dabei zum Abbinden des in dem Stahl vorhandenen Stickstoffs. Auf diese Weise kann das im Stahl vorhandene Bor seine festigkeitssteigernde Wirkung möglichst vollständig entfalten.A steel comparable to steel 22MnB5 is made of JP 2006104526 A known. This known steel contains in addition to Fe and unavoidable impurities (in wt .-%) 0.05 - 0.55% C, max. 2% Si, 0.1-3% Mn, max. 0.1% P and max. 0.03% S. To increase the hardness, additional amounts of 0.0002 - 0.005% B and 0.001 - 0.1% Ti can be added to the steel. The respective Ti content serves for setting the nitrogen present in the steel. In this way, the boron present in the steel can develop its strength-increasing effect as completely as possible.
  • Gemäß der JP 2006104526 A werden aus dem derart zusammengesetzten Stahl zunächst Bleche gefertigt, die dann auf eine oberhalb der Ac3-Temperatur, typischerweise im Bereich von 850 - 950°C, liegende Temperatur vorgewärmt werden. Bei der anschließend im Presswerkzeug erfolgenden, von diesem Temperaturbereich ausgehenden schnellen Abkühlung bildet sich im aus dem jeweiligen Blechzuschnitt pressgeformten Bauteil das die angestrebten hohen Festigkeiten gewährleistende martensitische Gefüge. Günstig wirkt sich dabei aus, dass sich die auf das genannte Temperaturniveau erwärmten Blechteile bei relativ geringen Umformkräften zu komplex geformten Bauteilen umformen lassen. Dies gilt insbesondere auch für solche Blechteile, die aus hochfestem Stahl gefertigt und mit einer Korrosionsschutzbeschichtung versehen sind.According to the JP 2006104526 A be produced from the composite steel thus first sheets, which are then preheated to above the Ac 3 temperature, typically in the range of 850 - 950 ° C, lying temperature. In the subsequent cooling in the pressing tool, starting from this temperature range, the martensitic microstructure ensuring the desired high strengths is formed in the component molded from the respective sheet metal blank. Favorably, it has the effect that the sheet metal parts heated to the stated temperature level can be shaped to complex-shaped components at relatively low forming forces. This is especially true for such sheet metal parts, which are made of high-strength steel and provided with a corrosion protection coating.
  • Die auf die voranstehend erläuterte Weise aus borlegierten Stählen erzeugten Bauteile erreichen Festigkeiten von über 1500 MPa. Allerdings hat das dazu benötigte vollständig martensitische Gefüge der Bauteile zur Folge, dass die Bauteile eine für viele Anwendungen unzureichende Restbruchdehnung von 5 - 6 % besitzen.Achieve the components produced from boron-alloyed steels in the manner explained above Strengths of over 1500 MPa. However, the required complete martensitic structure of the components has the result that the components have an insufficient residual elongation at break of 5-6% for many applications.
  • Die relativ geringe Restbruchdehnung geht mit einer geringen Zähigkeit einher. Diese führt bei Anwendungen, bei denen es auf ein gutes Verformungsverhalten im Falle eines Crashs ankommt, dazu, dass Bauteile, die aus den bekannten borlegierten Stählen in der bekannten Weise hergestellt sind, diese Anforderung häufig nicht mehr erfüllen können. Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich bei den herzustellenden Bauteilen um Teile für eine Automobilkarosserie handelt.The relatively low residual elongation at break is associated with a low toughness. In applications where good deformation behavior is required in the event of a crash, this leads to components which are manufactured from the known boron-alloyed steels in the known manner often no longer being able to meet this requirement. This applies in particular when the components to be produced are parts for an automobile body.
  • Der Erfindung lag daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu schaffen, das es erlaubt, komplex geformte Bauteile aus Stahl herzustellen, die einerseits eine ausreichend hohe Festigkeit und gute Bruchdehnung sowie andererseits eine ausreichende Zähigkeit besitzen, um den in der Praxis an sie gestellten Anforderungen zu genügen. Darüber hinaus sollte ein Bauteil angegeben werden, dessen Eigenschaftsspektrum einerseits unter Normalbedingungen eine hohe Formstabilität und andererseits bei einem Unfall ein hohes Energieaufnahmevermögen gewährleistet.The invention was therefore based on the object to provide a method which allows to produce complex shaped steel components, on the one hand have a sufficiently high strength and good elongation at break and on the other hand, a sufficient toughness, in order to meet the demands placed on them in practice to suffice. In addition, a component should be specified whose range of properties on the one hand under normal conditions a high dimensional stability and on the other hand in an accident ensures a high energy absorption capacity.
  • In Bezug auf das Verfahren ist die voranstehend angegebene Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst worden. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüchen angegeben.With regard to the method, the object stated above has been achieved by the subject matter of claim 1. Advantageous embodiments of this method are specified in the dependent claims on claim 1.
  • In Bezug auf das Bauteil ist die voranstehend angegebene Aufgabe durch den Gegenstand von Anspruch 8 gelöst worden. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Bauteils sind in den auf Anspruch 8 rückbezogenen Ansprüchen angegeben.With regard to the component, the object stated above has been achieved by the subject matter of claim 8. Advantageous embodiments of this component are specified in the dependent claims on claim 8.
  • Die Erfindung basiert auf der Grundüberlegung, eine vollständige Martensithärtung des Bauteiles beim Presshärten zu vermeiden. Stattdessen wird gemäß der Erfindung in dem jeweils herzustellenden, erfindungsgemäß beschaffenen Bauteil ein Mischgefüge erzeugt, das einerseits eine überraschend hohe Festigkeit und andererseits hohe Dehnungswerte und eine für den jeweiligen Anwendungszweck ausreichende Zähigkeit des erfindungsgemäßen Bauteils gewährleistet.The invention is based on the basic idea of avoiding complete martensite hardening of the component during press hardening. Instead, according to the invention, a mixed structure is produced in the component to be produced according to the invention, which on the one hand ensures surprisingly high strength and, on the other hand, high elongation values and a toughness of the component according to the invention which is adequate for the respective application.
  • Um dies zu erreichen, werden erfindungsgemäß Blechteile warmpressgehärtet, die aus einem hinsichtlich seiner Zusammensetzung an sich bekannten Stahl erzeugt sind. Dessen Legierungsgehalte (C: 0,10 - 0,45 %, Si: 0,05 - 0,50 %, Mn: 0,8 - 1,7 %, Cr: 0,05 - 0,6 %, P: max. 0,015 %, S: max. 0,003 %, sowie optional eines oder mehrere der folgenden Legierungselemente Al: 0,01 - 0,05 %, N: 0,002 - 0,005 %, Ti: 0,01 - 0,1 %, B: 0,0008 - 0,008 %, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, Angaben in Gew.-%) sind so aufeinander abgestimmt, dass er von Haus aus ein hohes Festigkeitspotenzial besitzt.In order to achieve this, according to the invention sheet metal parts are hot press-hardened, which are produced from a steel which is known per se with regard to its composition. Its alloy contents (C: 0.10-0.45%, Si: 0.05-0.50%, Mn: 0.8-1.7%, Cr: 0.05-0.6%, P: max 0.015%, S: 0.003% maximum, and optionally one or more of the following alloying elements Al: 0.01-0.05%, N: 0.002-0.005%, Ti: 0.01-0.1%, B: 0.0008 - 0.008%, remainder iron and unavoidable impurities, data in wt .-%) are coordinated so that it inherently has a high strength potential.
  • Anders als im Stand der Technik wird das aus diesem Stahl bestehende Blechteil gemäß der Erfindung jedoch nur auf eine Temperatur erwärmt, bei der die Austenitisierung noch nicht abgeschlossen ist. Vielmehr wird erfindungsgemäß für das Presshärten eine Erwärmungstemperatur gewählt, die zwischen den für den jeweiligen Stahl ermittelten Ac1- und Ac3-Temperaturen liegt (Ac1-Temperatur: Temperatur, bei der die Umwandlung in Austenit einsetzt; Ac3-Temperatur: Temperatur, bei der die Umwandlung in Austenit abgeschlossen ist). Bei diesen Erwärmungstemperaturen weist das jeweils verarbeitete Blech ein aus Austenit und Ferrit bestehendes Mischgefüge auf.Unlike in the prior art, however, the sheet metal part made of this steel according to the invention is heated only to a temperature at which the austenitization is not yet completed. Rather, a heating temperature is selected according to the invention for the press hardening, which is between the for the Ac 1 and Ac 3 temperatures determined for each steel (Ac 1 temperature: temperature at which the transformation into austenite begins; Ac 3 temperature: temperature at which the transformation to austenite is completed). At these heating temperatures, the sheet processed in each case has a mixture of austenite and ferrite.
  • Gemäß der Erfindung findet somit lediglich eine "Teilaustenitisierung" des Blechteils statt, bei der das vor der Erwärmung vorhandene Ferrit-Gefüge des jeweils verarbeiteten Blechs zu einem für die Eigenschaften des erhaltenen Bauteils entscheidenden Anteil erhalten bleibt.According to the invention, therefore, only a "partial austenitization" of the sheet metal part takes place, in which the existing prior to heating ferrite structure of each processed sheet is retained to a decisive for the properties of the component obtained share.
  • Im Zuge der erfindungsgemäß vorgenommenen Teilaustenitisierung des jeweiligen Blechteils werden somit nur die Gefügebestandteile der kohlenstoffreichen Phasen wie Perlit, Bainit, Martensit und Zementit in Austenit umgewandelt. Abhängig von der jeweils gewählten Temperaturhöhe der Teilaustenitisierung wandelt sich zusätzlich auch ein Teil des in dem Blechteil ursprünglich vorhandenen Ferrits in Austenit um.In the course of inventively made partial austenitization of the respective sheet metal part thus only the structural components of the carbon-rich phases such as perlite, bainite, martensite and cementite are converted into austenite. Depending on the selected temperature level of the partial austenitization, a part of the ferrite originally present in the sheet metal part also converts to austenite.
  • Die Erwärmung der Blechteile wird erfindungsgemäß jedoch stets so gesteuert, dass nach der Erwärmung im Blechteil Ferrit und Austenit nebeneinander vorliegen. Die jeweilige Größe der Anteile an Ferrit und Austenit kann dabei über die Erwärmungstemperatur gesteuert werden.The heating of the sheet metal parts according to the invention, however, always controlled so that present after heating in the sheet metal part ferrite and austenite side by side. The respective size of the proportions of ferrite and austenite can be controlled via the heating temperature.
  • Bei der anschließenden Presshärtung des in erfindungsgemäßer Weise erwärmten Blechs wandelt sich der austenitische Gefügeanteil in Martensit um. Dieser Martensitanteil sorgt im fertigen Bauteil für die hohe Festigkeit. Hingegen ist der nach dem Erwärmen im Blech vorhandene Ferritanteil auch nach dem Presshärten im Bauteil noch erhalten und sorgt für die gewünscht hohe Bruchdehnung und verbesserte Zähigkeit.In the subsequent press-hardening of the sheet heated in the manner according to the invention, the austenitic microstructure converts to martensite. This Martensitanteil ensures in the finished component for the high Strength. By contrast, the ferrite content present in the metal sheet after heating is still retained in the component even after the press-hardening and ensures the desired high elongation at break and improved toughness.
  • Da der Kohlenstoffgehalt im Austenit bei der erfindungsgemäßen Teilaustenitisierung jeweils deutlich höher ist als der Gesamtkohlenstoffgehalt des Stahles (beispielsweise ist bei einem Gefüge mit jeweils 50% Austenit und 50% Ferrit der C-Gehalt des Austenits etwa doppelt so hoch, wie der C-Gehalt des Stahls insgesamt), bleibt der Austenit bis zum Presshärten im Wesentlichen stabil. Dies ermöglicht eine sichere Prozessführung während der Presshärtung.Since the carbon content in austenite at Teilaustenitisierung invention is each significantly higher than the total carbon content of the steel (for example, in a microstructure with 50% each austenite and 50% ferrite, the C content of austenite about twice as high as the C content of Total of steel), the austenite remains substantially stable until press hardening. This enables safe process control during press hardening.
  • Bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise wird folglich im jeweils erhaltenen Bauteil gezielt eine Mikrostruktur eingestellt, die der von Dualphasenstählen gleicht. Über die Größe der Anteile von Martensit und Ferrit kann dabei direkt eingestellt werden, ob beim erfindungsgemäß erzeugten Bauteil die Festigkeit, die Bruchdehnung und/oder die Zähigkeit im Fordergrund steht.In the case of the procedure according to the invention, consequently, a microstructure which is similar to that of dual-phase steels is set in a targeted manner in the respectively obtained component. By way of the size of the proportions of martensite and ferrite, it is possible to set directly whether the strength, the elongation at break and / or the toughness are in the foreground of the component produced according to the invention.
  • Bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise wird die Bildung der Anteile an Martensit unmittelbar durch die Wahl einer geeigneten Erwärmungstemperatur beeinflusst. Nahe der Ac3-Temperatur liegende Erwärmungstemperaturen führen im fertigen Bauteil zu größeren Martensitanteilen und damit höherer Festigkeit, während durch niedrigere, nahe der Ac1-Temperatur liegende Erwärmungstemperaturen besonders gute Dehnungswerte erzielt werden können.In the procedure according to the invention, the formation of the proportions of martensite is influenced directly by the choice of a suitable heating temperature. Heating temperatures lying close to the Ac 3 temperature lead in the finished component to larger martensite proportions and thus higher strength, while particularly good elongation values can be achieved by lower heating temperatures close to the Ac 1 temperature.
  • Die Dehnungskennwerte eines erfindungsgemäß erzeugten Bauteils sind stets größer als die korrespondierenden Werte, die für ein in bekannter Weise hergestelltes Bauteil mit vollmartenitisiertem Gefüge ermittelt werden können. So lassen sich in erfindungsgemäßer Weise problemlos und gezielt hochfeste Bauteile erzeugen, deren Bruchdehnung um bis zum Doppelten größer ist als die Bruchdehnung eines in bekannter Weise hergestellten Bauteils.The elongation characteristics of a component produced according to the invention are always greater than the corresponding components Values that can be determined for a manufactured in a known manner component with vollmartenitisiertem microstructure. Thus, in accordance with the invention, high-strength components can easily and purposefully be produced whose elongation at break is up to twice greater than the breaking elongation of a component produced in a known manner.
  • Mit der Erfindung steht somit eine Möglichkeit zur Verfügung, für deren praktische Anwendung Maschinen benötigt werden, die im Vergleich zu den bisher bekannten Varianten der Warmumformung weniger aufwändig sind und somit geringere Beschaffungs- und Unterhaltskosten auslösen. Die Einsparungen werden dabei nicht nur durch die deutlich verringerten Anforderungen an die für die Erwärmung des Blechteils benötigte Wärmequelle, sondern auch durch die geringeren Anforderungen erreicht, die an das Umformwerkzeug gestellt werden. Durch die erfindungsgemäß niedrigeren Temperaturen wird der Kühlaufwand im Werkzeug minimiert. Darüber hinaus können Bauteile, die gemäß der Erfindung erzeugt werden, je nach Festigkeitsklasse mit konventionellen Schneidwerkzeugen beschnitten werden. Der teure Laserbeschnitt der erhaltenen Bauteile kann entfallen.The invention thus provides a possibility for the practical use of which machines are required that are less expensive than the hitherto known variants of hot forming and thus trigger lower procurement and maintenance costs. The savings are achieved not only by the significantly reduced demands on the heat source required for the heating of the sheet metal part, but also by the lower requirements that are placed on the forming tool. By inventively lower temperatures of the cooling effort in the tool is minimized. In addition, components produced according to the invention may be trimmed with conventional cutting tools depending on the strength class. The expensive laser cutting of the components obtained can be omitted.
  • Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht dabei darin, dass sich bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise Bauteile erzeugen lassen, die eine optimale Kombination aus Festigkeit und Dehnbarkeit besitzen. Im Vergleich zu den bekannten Maßnahmen zur Einstellung eines bestimmten Festigkeits- und Dehnbarkeitsniveaus, wie beispielsweise dem nachträglichen Anlassen von konventionell pressgehärteten Bauteilen, bietet die Erfindung ein weiteres Einsparpotenzial. So erreichen erfindungsgemäß warmpressgehärtete Bauteile ein Festigkeitsniveau, das dem von konventionell pressgehärteten und anschließend bei Temperaturen von 300 - 400 °C angelassenen Bauteilen mit vollständig martensitischem Gefüge entspricht. Gleichzeitig liegen die Dehnungswerte erfindungsgemäß erzeugter Bauteile jedoch deutlich höher als die der konventionell pressgehärteten und angelassenen Bauteile. Daher steht mit dem erfindungsgemäß erzeugten Produkt bei minimiertem Produktionsaufwand ein Bauteil zur Verfügung, dass eine dem Stand der Technik überlegene Eigenschaftskombination aus hohen Festigkeiten und sehr guten Dehnungseigenschaften besitzt.A particular advantage of the invention consists in the fact that it is possible to produce components in the procedure according to the invention which have an optimum combination of strength and ductility. Compared to the known measures for setting a certain strength and Dehnbarkeitsniveaus, such as the subsequent tempering of conventional press-hardened components, the invention offers a further potential savings. Thus achieve the invention hot-press hardened components have a strength level equivalent to that of conventionally press-hardened and subsequently annealed at temperatures of 300-400 ° C with fully martensitic structure. At the same time, however, the elongation values of components produced according to the invention are significantly higher than those of the conventionally press-hardened and tempered components. Therefore, with the product produced according to the invention, with a minimized production outlay, a component is available that possesses a combination of high strengths and very good elongation properties that is superior to the state of the art.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Verarbeitung von Blechteilen, die aus warm- oder kaltgewalzten Stahlbändern gewonnen sind. Erforderlichenfalls können die betreffenden Stahlbänder vor dem erfindungsgemäß durchgeführten Warmpresshärten einer Oberflächenveredelung unterzogen werden. Im Zuge dieser Oberflächenveredelung können sie beispielsweise feueraluminiert (z. B. Beschichtung mit einer AlSi- (AS) oder A1Zn-Schicht (AZ)), feuerverzinkt (z. B. Beschichtung mit einer einfachen Zink- (Z), einer Zinkeisen- (ZF) oder einer Zinkaluminiumschicht (ZA)) oder mit einer organisch-anorganisch Beschichtung (z. B. einer Lackbeschichtung, die einerseits einen Korrosionsschutz und andererseits eine Verbesserung der tribologischen Eigenschaften der Platine beim Presshärten bewirkt) versehen werden. Die Verwendung von oberflächenveredelten Blechteilen hat gerade bei der Durchführung des Warmpresshärtens den Vorteil, dass die auf das Grundsubstrat aufgetragene Beschichtung eine übermäßige Zunderbildung auf dem Blechteil verhindert, durch die das Ergebnis der Pressformgebung verschlechtert würde.The inventive method is suitable for processing sheet metal parts, which are obtained from hot or cold rolled steel strips. If necessary, the steel strips in question may be subjected to a surface refinement before the hot press hardening carried out according to the invention. In the course of this surface refinement, they can be, for example, hot-dip aluminized (eg coating with an AlSi (AS) or AlZn layer (AZ)), hot-dip galvanized (eg coating with a simple zinc (Z), a zinc iron ( ZF) or a zinc aluminum layer (ZA)) or with an organic-inorganic coating (eg a lacquer coating which on the one hand provides corrosion protection and on the other hand improves the tribological properties of the blank during press hardening). The use of surface-treated sheet-metal parts has the advantage, especially when carrying out hot-pressing curing, that the coating applied to the base substrate prevents excessive scale formation on the sheet-metal part, by which the result of the press molding would be degraded.
  • Solange im Warmpresswerkzeug eine ausreichend schnelle Abkühlung gewährleistet ist, ist der durch die Erfindung erzielte Erfolg unabhängig davon, wie das Warmpresshärten selbst durchgeführt wird. Dementsprechend kann im Rahmen der Erfindung das Warmformpresshärten direkt oder indirekt durchgeführt werden. Beim direkten Warmformpresshärten wird als Blechteil eine Platine verwendet, die in erfindungsgemäßer Weise erwärmt wird und aus der dann direkt, d. h. ohne weitere Verformungsschritte das jeweilige Bauteil geformt wird. Bei der indirekten Warmpresshärtung dagegen wird in mindestens einem Schritt aus einer Blechplatine ein beliebig geformtes Blechteil vorgeformt. Dieses vorgeformte Blechteil wird dann in erfindungsgemäßer Weise erwärmt und erhält beim anschließenden Warmpressformschritt seine endgültige Form.As long as a sufficiently rapid cooling is ensured in the hot-pressing tool, the success achieved by the invention is independent of how the hot press hardening itself is carried out. Accordingly, in the context of the invention, the hot molding press hardening can be carried out directly or indirectly. In direct hot molding press hardening, a board is used as the sheet metal part, which is heated in the manner according to the invention and from which then directly, d. H. Without further deformation steps, the respective component is formed. In the case of indirect hot-pressing hardening, on the other hand, an arbitrarily shaped sheet-metal part is preformed in at least one step from a sheet metal blank. This preformed sheet metal part is then heated in accordance with the invention and receives its final shape during the subsequent hot-press forming step.
  • An die erfindungsgemäß im Bereich der Ac1- bis Ac3-Temperaturen durchgeführte Erwärmung des jeweils warmpresszuhärtenden Blechteils kann sich bis zum Eintritt in das Warmpresshärtwerkzeug eine Abkühlung anschließen, damit mit Einsetzen des Umformvorgangs im Blechteil eine im Hinblick auf das jeweilige Arbeitsergebnis jeweils optimale Temperatur vorhanden ist. Diese Abkühlung kann beispielsweise im Zuge des Werkstücktransfers von der Erwärmungseinrichtung zum Presswerkzeug an Luft oder unter einem Schutzgas stattfinden, durch welches eine Verzunderung der Oberfläche des Blechteils verhindert werden soll.To the inventively in the range of Ac 1 - to Ac 3 temperatures carried out heating of each thermosetting sheet metal part may be followed by cooling to the entry into the hot press tool so that with the onset of the forming process in the sheet metal part in each case with regard to the respective work result optimal temperature is. This cooling can take place, for example, in the course of workpiece transfer from the heating device to the pressing tool in air or under a protective gas, by which a scaling of the surface of the sheet metal part to be prevented.
  • Ein erfindungsgemäßes Bauteil zeichnet sich dadurch aus, dass es aus einem Stahl besteht, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) C: 0,10 - 0,45 %, Si: 0,05 - 0,50 %, Mn: 0, 8 - 1,7 %, Cr: 0,05 - 0,6 %, P: max. 0,015 %, S: max. 0,003 %, sowie optional eines oder mehrere der folgenden Legierungselemente Al: 0,01 - 0,05 %, N: 0,002 - 0,005 %, Ti: 0,01 - 0,1 %, B: 0,0008 - 0,008 %, enthält, wobei das Bauteil ein Mischgefüge mit Anteilen an Ferrit und Martensit aufweist und bei einer Bruchdehnung A80 von 6 - 14 % eine Zugfestigkeit von 800 - 1500 MPa besitzt.A component according to the invention is characterized in that it consists of a steel which, in addition to iron and unavoidable impurities (in% by weight) C: 0.10-0.45%, Si: 0.05-0.50%, Mn: 0, 8-1.7%, Cr: 0.05-0.6%, P: max. 0.015%, S: max. 0.003%, and optionally one or more of the following alloying elements A1: 0.01-0.05%, N: 0.002-0.005%, Ti: 0.01-0.1%, B: 0.0008-0.008% , wherein the component has a mixed structure with proportions of ferrite and martensite and at a breaking elongation A80 of 6 - 14% has a tensile strength of 800 - 1500 MPa.
  • Bevorzugt sind die Anteile an Martensit und Ferrit im Gefüge des erfindungsgemäßen Bauteils so aufeinander abgestimmt, dass es eine Zugefestigkeit von 800 - 1100 MPa besitzt. Ein derart beschaffenes Bauteil erfüllt die meisten der sich in der Praxis hinsichtlich seiner Festigkeit gestellten Anforderungen und weist gleichzeitig eine optimierte Zähigkeit auf.Preferably, the proportions of martensite and ferrite in the structure of the component according to the invention are coordinated so that it has a tensile strength of 800 - 1100 MPa. Such a component fulfills most of the requirements in practice in terms of its strength and at the same time has an optimized toughness.
  • Ein durch Einstellung der entsprechenden Anteile an Martensit und Ferrit in seinem Gefüge optimal eingestelltes erfindungsgemäßes Bauteil zeichnet sich dabei dadurch aus, das seine Bruchdehnung A80 im Bereich von 10 - 14 % beträgt.An inventive component optimally adjusted by adjusting the corresponding proportions of martensite and ferrite in accordance with the invention is characterized in that its breaking elongation A80 is in the range of 10-14%.
  • Aufgrund ihres besonderen Eigenschaftsprofils eignen sich erfindungsgemäß beschaffene Bauteile insbesondere zur Verwendung als Teile von Fahrzeugkarosserien. So lassen sich erfindungsgemäße Bauteile problemlos so formen, dass sie als crashrelevante Bauelemente in einer Automobilkarosserie eingesetzt werden können, die einerseits eine ausreichende Steifigkeit der jeweiligen Karosserie gewährleisten, gleichzeitig jedoch in der Lage sein sollen, die bei einem Unfall plötzlich auftretende kinetische Energie sicher in Verformungsenergie umzuwandeln. Dementsprechend lassen sich in der erfindungsgemäßen. Weise bevorzugt Stoßfängerverstärkungen, A-, B-, C- und D-Säulen sowie für diese Säulen bestimmte Verstärkungen, Schweller, Dachrahmen, Längsträger, Tunnelverstärkungen, Seitenaufprallfänger und Montageplatten für Automobilkarosserien herstellen.Due to their special property profile, components according to the invention are suitable in particular for use as parts of vehicle bodies. Thus, components according to the invention can be easily formed so that they can be used as crash-relevant components in an automobile body, on the one hand ensure sufficient rigidity of the respective body, but at the same time in a position should be to convert the sudden kinetic energy in an accident safely into deformation energy. Accordingly, can be in the inventive. Way preferably bumper reinforcements, A-, B-, C- and D-pillars as well as for these columns certain reinforcements, sills, roof frames, side members, tunnel reinforcements, side impact absorbers and mounting plates for automobile bodies produce.
  • Erfindungsgemäße Bauteile werden selbstverständlich besonders bevorzugt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Dieses erlaubt nicht nur die einfache Anpassung des Eigenschaftsprofils des jeweiligen Bauteils an seinen Verwendungszweck, sondern ermöglicht dadurch, dass die Blechteile vor ihrer Warmpresshärtung erfindungsgemäß nur auf eine auf verglichen mit dem Stand der Technik niedrige Erwärmungstemperatur, eine besonders kostengünstige Herstellung von hochfesten Bauteilen mit einer Zähigkeit, die der von konventionell erzeugten, rein martensitischen Bauteilen deutlich überlegen ist. Dabei zeigt sich, dass die erfindungsgemäß erzeugten Bauteile aufgrund der Zusammensetzung des erfindungsgemäß verwendeten Stahls und des besonderen Verarbeitungsweges auch ein hohes Bake-Hardening-Potenzial besitzen, welches eine zusätzliche Steigerung der Festigkeit erfindungsgemäßer Bauteile ermöglicht.Of course, components according to the invention are particularly preferably produced by the process according to the invention. This not only allows the simple adaptation of the property profile of the respective component to its intended use, but allows the sheet metal parts before their hot press hardening according to the invention only to a low compared to the prior art heating temperature, a particularly cost-effective production of high-strength components with a toughness , which is clearly superior to that of conventionally produced, purely martensitic components. It shows that the components produced according to the invention also have a high bake hardening potential due to the composition of the steel used according to the invention and the special processing path, which enables an additional increase in the strength of components according to the invention.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.The invention will be explained with reference to an embodiment.
  • In dem beigefügten Diagramm ist schematisch das dem erfindungsgemäßen Verfahren zu Grunde liegende Prinzip dargestellt. Auf der linken Seite des Diagramms ist dabei ein Ausschnitt des für einen Mangan-Bor-Stahl erstellte Eisen-Kohlenstoff-Diagramm gezeigt, während auf der rechten Seite des Diagramms der Temperaturverlauf über die jeweiligen Arbeitsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zu sehen ist. Demgemäß wird das jeweilige Blechteil zunächst innerhalb einer Zeit t1 auf eine zwischen der Ac1- und der Ac3-Temperatur des einen Kohlenstoffgehalt X aufweisenden Stahls, aus dem es erzeugt ist, liegende Erwärmungstemperatur TE erwärmt. Anschließend wird es über eine für die angestrebte Teilaustenitisierung ausreichende Zeit t2 auf der Erwärmungstemperatur TE gehalten. Darauf folgt innerhalb einer Zeit t3 die Übergabe an das Warmpresshärtwerkzeug, innerhalb der das Blechteil an Luft auf eine immer noch oberhalb der Ac1-Temperatur liegenden Verformungstemperatur TV abkühlt. Mit dieser Temperatur wird das Blechteil in das Warmpresshärtwerkzeug gelegt, in dem es dann innerhalb einer kurzen Zeit t4 schnell auf eine weniger als 100 °C betragende Temperatur unter Umwandlung des während der Teilaustenitisierung gebildeten Austenits in Martensit abgekühlt wird.In the attached diagram is schematically the underlying principle of the inventive method shown. On the left side of the diagram, a section of the iron-carbon diagram prepared for a manganese-boron steel is shown, while on the right side of the diagram, the temperature profile over the respective steps of the method according to the invention can be seen. Accordingly, the respective sheet metal part is first heated within a time t1 to a heating temperature TE lying between the Ac 1 and the Ac 3 temperature of the carbon content X-containing steel from which it is produced. Subsequently, it is kept at the heating temperature TE over a time t2 sufficient for the desired partial austenitization. This is followed within a time t3, the transfer to the hot press tool, within which the sheet metal part cools in air to a still lying above the Ac 1 temperature deformation temperature TV. With this temperature, the sheet metal part is placed in the hot pressing tool in which it is then cooled within a short time t4 quickly to a temperature of less than 100 ° C, converting the austenite formed during partial austenitization in martensite.
  • Ein typischer, unter Einbeziehung der Erfindung ablaufender Prozess der Herstellung von Bauteilen, die insbesonder für den Bau von Automobilen geeignet sind, lässt sich wie folgt beschreiben:
    • Stahlerzeugung mit Konverter;
    • Vergießen des Stahls durch konventionellen Strangguss oder in einer Gießwalzanlage zu einem Vormaterial, wie Bramme oder Dünnbramme, wobei der Einsatz einer Gießwalzanlage bevorzugt ist;
    • Warmwalzen bei einer 850-900°C betragenden Warmwalzendtemperatur;
    • Haspeln des erhaltenen Warmbands bei einer 560 - 600 °C betragenden Haspeltemperatur;
    • erforderlichenfalls Beizen des Warmbands.
    A typical process involving the invention of manufacturing components, which are particularly suitable for the construction of automobiles, can be described as follows:
    • Steelmaking with converter;
    • Casting the steel by conventional continuous casting or in a cast roll mill to a starting material, such as slab or thin slab, wherein the use of a casting and rolling plant is preferred;
    • Hot rolling at a hot rolling end temperature of 850-900 ° C;
    • Coiling the resulting hot strip at a coiler temperature of 560-600 ° C;
    • if necessary, pickling of the hot strip.
  • Weist das Warmband bereits eine für die spätere Verwendung des aus ihm herzustellenden Bauteils ausreichende Dicke und Beschaffenheit auf, so kann das Warmband an dieser Stelle durch Feueraluminierung (AS, AZ), Feuerverzinkung (Z, ZF, ZA) und/oder organischanorganische Beschichtung mit einem vor Korrosion schützenden Überzug bzw. Oxidation versehen werden.If the hot-rolled strip already has sufficient thickness and quality for the subsequent use of the component to be produced from it, the hot-rolled strip can be produced by fire aluminizing (AS, AZ), hot-dip galvanizing (Z, ZF, ZA) and / or organic-inorganic coating with a be provided against corrosion protective coating or oxidation.
  • Andernfalls erfolgt zunächst ein Kaltwalzen, das bevorzugt ohne Zwischenglühen durchgeführt wird, wobei der Kaltwalzgrad über 40 % liegen sollte. Das erhaltene Kaltband kann dann ebenfalls in der für das Warmband bereits beschriebenen Weise mit einem vor Korrosion bzw. Oxidation schützenden Überzug versehen werden.Otherwise, cold rolling is first carried out, which is preferably carried out without intermediate annealing, wherein the degree of cold rolling should be more than 40%. The resulting cold strip can then also be provided in the manner already described for the hot strip with a protective against corrosion or oxidation coating.
  • Von dem Warmband bzw. Kaltband werden anschließend Blechplatinen abgeteilt. Die Blechplatinen werden dann auf eine zwischen der Ac1- und Ac3-Temperatur liegende Erwärmungstemperatur erwärmt.From the hot strip or cold strip then sheet metal blanks are divided. The sheet metal blanks are then heated to a heating temperature between the Ac 1 and Ac 3 temperatures.
  • Nach einer im Zuge des Transfers der Blechplatine von dem jeweiligen Erwärmungsofen in das Pressformeinrichtung eintretenden Luftabkühlung um einen geringen Temperaturbetrag werden die Blechplatinen in das Warmpresshärtwerkzeug gelegt, in dem sie zu dem Bauteil geformt und gleichzeitig so schnell abgekühlt werden, dass der nach der Erwärmung in ihrem Gefüge vorhandene Austenit bis auf geringe Restaustenitgehalte vollständig in Martensit umwandelt.After air cooling by a small amount of temperature in the course of the transfer of the sheet metal blank from the respective heating furnace into the die, the sheet metal blanks are placed in the hot pressing tool in which they are formed into the component and at the same time cooled so rapidly, that the austenite present after heating in its structure completely converts into martensite except for small residual austenite contents.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist an einem Blechteil erprobt worden, das als eben geformte Platine von einem in der voranstehend beschriebenen Weise aus dem bekannten 22MnB5-Stahl produzierten Kaltband abgeteilt worden ist. Der 22MnB5-Stahl enthält typischerweise (in Gew.-%) 0,240 % C, 1,3 % Mn, 0,25 % Si, max. 0,02 % P, max. 0,005 % S, 0,035 % Al, 0,035 % Ti, 0,155 % Cr, 0,003 % B sowie jeweils max. 0,1 % an Mo, Cu und Ni, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.The inventive method has been tested on a sheet metal part, which has been divided as a flat-shaped board of a cold strip produced in the manner described above from the known 22MnB5 steel. The 22MnB5 steel typically contains (in wt%) 0.240% C, 1.3% Mn, 0.25% Si, max. 0.02% P, max. 0.005% S, 0.035% Al, 0.035% Ti, 0.155% Cr, 0.003% B and max. 0.1% of Mo, Cu and Ni, balance iron and unavoidable impurities.
  • Das entsprechend zusammengesetzte Blechteil ist in einem Ofen auf eine Erwärmungstemperatur von 780 °C erwärmt worden, bei der in dem Blechteil ein Mischgefüge aus Austenit/Ferrit vorlag. Anschließend ist das Blechteil mittels einer Fördereinrichtung in ein aktiv gekühltes Pressformwerkzeug eingelegt worden. Während des Transfers von dem Ofen zu dem Pressformwerkzeug trat nur ein geringfügiger Wärmeverlust ein, der zu einer Temperaturabnahme von weniger als 5 °C führte.The correspondingly assembled sheet metal part has been heated in an oven to a heating temperature of 780 ° C, in which there was a mixed structure of austenite / ferrite in the sheet metal part. Subsequently, the sheet metal part has been inserted by means of a conveyor in an actively cooled mold. During the transfer from the oven to the die, only a small amount of heat loss occurred, resulting in a temperature decrease of less than 5 ° C.
  • In dem Pressformwerkzeug ist das Blechteil zu einem Bauteil verformt worden, das für eine Automobilkarosserie bestimmt war. Aufgrund des bei der Pressverformung eintretenden intensiven Kontaktes des Blechteils mit dem Pressformwerkzeug ging mit der Pressverformung eine Abkühlung einher, deren Abkühlgeschwindigkeit mit einer Abschreckung des Blechteils in einem Ölbad vergleichbar war.In the press forming tool, the sheet metal part has been deformed into a component intended for an automobile body. Due to the intense contact of the sheet metal part with the compression mold that occurred during the compression deformation, cooling was accompanied by the compression deformation, whose cooling rate was comparable to a quenching of the sheet metal part in an oil bath.
  • Das nach dem Warmpresshärten in erfindungsgemäßer Weise erhaltene Automobilkarosserie-Bauteil wies ein Mischgefüge auf, das zu 63 % aus Ferrit, zu 30 % aus Martensit und 7 % aus Restaustenit bestand. Die für das Bauteil ermittelte Endfestigkeit lag bei 900 MPa, während seine Bruchdehnung A80 bei 13 % lag.The automobile body component obtained according to the invention after hot press-hardening had a mixed structure consisting of 63% ferrite, 30% martensite and 7% retained austenite. The final strength determined for the component was 900 MPa, while its elongation at break A80 was 13%.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils durch Warmpresshärten eines Blechteils, das aus einem Stahl erzeugt ist, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%): C: 0,10 - 0,45 % Si: 0,05 - 0,50 % Mn: 0,8 - 1,7 % Cr: 0,05 - 0,6 % P: max. 0,015 % S: max. 0,003 %
    sowie optional eines oder mehrere der folgenden Legierungselemente Al: 0,01 - 0,05 % N: 0,002 - 0,005 % Ti: 0,01 - 0,1 % B: 0,0008 - 0,008 %
    enthält,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil für das Warmpresshärten auf eine zwischen der Ac1- und der Ac3-Temperatur des Stahls liegende Temperatur erwärmt wird und dass das so erwärmte Blechteil, erforderlichenfalls nach einer zwischengeschalteten Abkühlung, warmpressgehärtet wird, so dass das nach dem Warmpressen erhaltene Bauteil ein Gefüge besitzt, in dem Anteile an Ferrit und Martensit vorhanden sind.
    A method of manufacturing a component by hot press hardening a sheet metal part made of a steel containing, in addition to iron and unavoidable impurities (in% by weight): C: 0.10 - 0.45% Si: 0.05 - 0.50% Mn: 0.8 - 1.7% Cr: 0.05 - 0.6% P: Max. 0.015% S: Max. 0.003%
    and optionally one or more of the following alloying elements al: 0.01 - 0.05% N: 0.002 - 0.005% Ti: 0.01 - 0.1% B: 0.0008 - 0.008%
    contains
    characterized in that the sheet metal part for hot press hardening is heated to a temperature lying between the Ac 1 and the Ac 3 temperature of the steel and that the thus heated sheet metal part, if necessary after an intermediate cooling, is hot press cured, so that after hot pressing obtained component has a structure in which shares in ferrite and martensite are present.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil von einem Warmband abgeteilt ist.A method according to claim 1, characterized in that the sheet metal part is separated from a hot strip.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil aus einem Kaltband abgeteilt ist.A method according to claim 1, characterized in that the sheet metal part is divided from a cold strip.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nach der Erwärmung und vor dem Warmpresshärten eintretende Abkühlung an Luft erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling takes place after heating and before the hot press hardening in air.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil vor dem Warmpresshärten einer Oberflächenveredelung unterzogen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sheet metal part is subjected to a surface finishing before the hot press hardening.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil als eben geformte Platine in einem Schritt zu dem Bauteil warmpressgeformt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sheet metal part is hot-formed as a flat-shaped board in one step to the component.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil in mindestens einem Schritt vorgeformt wird, und dass das vorgeformte Blechteil zu dem Bauteil warmpressgeformt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sheet metal part is preformed in at least one step, and that the preformed sheet metal part is thermoformed to the component.
  8. Bauteil, das aus einem Stahl besteht, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%): C: 0,10 - 0,45 % Si: 0,05 - 0,50 % Mn: 0, 8 - 1,7 % Cr: 0,05 - 0,6 % P: max. 0,015 % S: max. 0,003 %
    sowie optional eines oder mehrere der folgenden Legierungselemente Al: 0,01 - 0,05 % N: 0,002 - 0,005 % Ti: 0,01 - 0,1 % B: 0,0008 - 0,008 %
    enthält, wobei das Bauteil ein Mischgefüge mit Anteilen an Ferrit und Martensit aufweist und bei einer Bruchdehnung A80 von 6 - 14 % eine Zugfestigkeit von 800 - 1500 MPa besitzt.
    Component consisting of a steel containing, in addition to iron and unavoidable impurities (in% by weight): C: 0.10 - 0.45% Si: 0.05 - 0.50% Mn: 0, 8 - 1.7% Cr: 0.05 - 0.6% P: Max. 0.015% S: Max. 0.003%
    and optionally one or more of the following alloying elements al: 0.01 - 0.05% N: 0.002 - 0.005% Ti: 0.01 - 0.1% B: 0.0008 - 0.008%
    contains, wherein the component has a mixed structure with fractions of ferrite and martensite and at a breaking elongation A 80 of 6 - 14% has a tensile strength of 800 - 1500 MPa.
  9. Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Zugfestigkeit von 800 - 1100 MPa besitzt.Component according to claim 8, characterized in that it has a tensile strength of 800 - 1100 MPa.
  10. Bauteil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass seine Bruchdehnung A80 10 - 14 % beträgt.Component according to claim 8 or 9, characterized in that its breaking elongation A 80 is 10 - 14%.
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