EP2749659A1 - Method for manufacturing a motor vehicle component and motor vehicle component - Google Patents

Method for manufacturing a motor vehicle component and motor vehicle component Download PDF

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EP2749659A1
EP2749659A1 EP13194999.2A EP13194999A EP2749659A1 EP 2749659 A1 EP2749659 A1 EP 2749659A1 EP 13194999 A EP13194999 A EP 13194999A EP 2749659 A1 EP2749659 A1 EP 2749659A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
max
motor vehicle
sheet
vehicle component
steel plate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13194999.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Frehn
Thomas Niendorf
Christian Rüsing
Hans Jürgen Maier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Benteler Automobiltechnik GmbH
Original Assignee
Benteler Automobiltechnik GmbH
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Filing date
Publication date
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    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a motor vehicle component according to the features in claim 1.
  • the present invention further relates to a motor vehicle component according to the features in claim 12.
  • motor vehicle bodies of metallic components For this purpose, motor vehicle pillars, rockers, roof rails or even longitudinal or transverse beams are first produced and then assembled into assemblies and then to the complete vehicle body.
  • a motor vehicle and thus also a motor vehicle body or other motor vehicle structural components or body components should be particularly light, have a high crash safety and at the same time be produced cheaply.
  • high-strength and ultra-high-strength steels have been developed in recent years, which are inexpensive to produce compared to light metals or fiber composites and at the same time have a particularly high stiffness and thus crash safety with low weight.
  • the hot forming and press-hardening technology first to harden the hardenable steels above austenitizing temperature and then to thermoform and harden them. This entails high strengths but limited ductility properties of the component. Under certain circumstances, elaborate heat aftertreatments are necessary in order to adjust ductility in specific areas.
  • TWIP steels An alternative to the hot-formed and press-hardened steels are so-called TWIP steels, in which an intensive mechanical twinning in austenitic steel occurs during plastic deformation. The process begins even at low load and solidifies the steel, with high elongation at break. The twin formation counteracts the dislocation movement like grain boundaries in the material structure and thus a further change of shape as resistance. The strain-induced twin formation causes a higher extensibility. Due to the martensitic areas results in a high strength at the same time.
  • the object of the present invention is to demonstrate a production method and a motor vehicle component which can be produced efficiently, have a particularly low inherent weight and have a high degree of hardness combined with high ductility.
  • a metallic component in particular of a high manganese-containing steel material, very particularly preferably of a TWIP steel, is provided with a predominantly austenitic structure.
  • the component is then further cooled at a temperature substantially below room temperature, in particular between + 30 ° C and -250 ° C, most preferably between + 25 ° C and -200 ° C, to a cold forming temperature.
  • a cold forming of the cooled sheet steel plate to the desired sheet metal component takes place at the achieved cold forming temperature.
  • the cold-formed component is then removed from the forming tool.
  • plastic deformation results in a transformation of the essentially austenitic microstructure into an at least partially, preferably complete, martensitic microstructure.
  • the strength properties of the component are increased accordingly. It is a deformation-induced martensite formation.
  • This simultaneously causes the increase in hardness and formability in the case of plastic stress in the manufacture of the motor vehicle component and / or in the use of the motor vehicle component.
  • a silicon fraction results in solid solution hardening, which increases the yield strength of the component.
  • the metastable carbon-rich austenite is transformed into martensite induced by deformation, as a result of which the motor vehicle component is at least partially solidified by the twinning of the TWIP effect.
  • the TRIP effect is utilized according to the invention, which causes a special martensite formation during forming.
  • the TRIP effect occurs in the case of deformation-induced martensite formation.
  • the TRIP effect causes a simultaneous increase in hardness and formability under plastic stress.
  • the TRIP effect is characterized in particular by the fact that as soon as the plastic area is reached during forming, the metastable carbon-rich austenite transforms into martensite induced by deformation. As a result, the steel is solidified during plastic deformation targeted.
  • the stacking fault energy is lowered such that the twin formation occurring due to the TWIP effect is reduced to a negligible level.
  • the transformation of the metastable austenite into martensite increases, which in turn increases the strength property of the component.
  • a good strength property is achieved if the set degree of deformation takes place on the component at least locally except for the uniform expansion of the alloy material used.
  • the aim is to convert as much as possible austenitic structure into martensite by plastic deformation.
  • Another Control parameter is the degree of deformation itself. The higher the degree of deformation, the stronger the transformation of austenite into martensite.
  • the cooling itself can be done with different cooling media, in particular liquid nitrogen is used.
  • liquid nitrogen is used.
  • a cold working temperature between + 25 ° C and -200 ° C, most preferably to a cooling temperature in the range of + 25 ° C to -197 ° C.
  • this disclosure means any temperature in the latter interval, and thus in the range of + 25 ° C to -197 ° C, as a cold forming temperature.
  • the sheet steel plate is pre-stretched at cold forming temperature.
  • the cooling or the tempering takes place at least partially within the scope of the invention. This makes it possible to selectively adjust the desired strength properties only in regions within the component.
  • the heat conduction within the sheet metal plate itself, for example, from a cooled region to a non-cooled region is negligible in the context of the invention by fast cooling times.
  • the cooling itself can be carried out in particular in a cooling station, wherein the cooled sheet metal plate is transferred after cooling in a forming tool, wherein the forming tool in turn, in turn itself is cooled.
  • the deformation itself then takes place in the forming tool at substantially the cold forming temperature. A slight warming during transfer and / or in the forming tool itself is again negligible within the scope of the invention.
  • the metal sheet itself is cooled in the forming tool to the cold forming temperature and then directly cold formed.
  • the sheet metal blank is preformed at least partially, in particular the preforming takes place at or above the room temperature.
  • the preforming is thus carried out in particular in a range between 0 ° C and + 50 ° C, most preferably at + 20 ° C to + 30 ° C. Following this, the preformed sheet metal blank is then cooled to the cold forming temperature and then cold-formed.
  • the preformed regions are formed directly to a final dimension, wherein the cold forming subsequently takes place in different regions from the preformed regions. Consequently, furthermore, preferably only the non-preformed areas are tempered or cooled and then cold-formed. As a result, the preformed areas have a lower strength than the cold-formed areas.
  • preforming is performed, for example, as Vorrecken, in particular at cold forming temperature.
  • the Vorrecken itself can then be carried out again partially.
  • the degree of deformation during pre-stretching is in particular 10 to 90% of the final dimension.
  • Another component of the present invention is a motor vehicle component that, according to a method with at least one of the aforementioned features is produced, wherein the motor vehicle component is formed from a TWIP steel alloy and according to the invention is characterized in that at least partial areas of the component have a substantially martensitic structure.
  • the production method according to the invention therefore makes it possible to reduce the TWIP effect, and hence the mechanical twinning, and at the same time to produce a higher martensite proportion in the areas which have been formed at cold forming temperature.
  • this is a TWIP steel alloy which, depending on the desired strength properties, is selected in the respective percentage proportion as well as the presence of the individual alloying elements.
  • the motor vehicle component in the martensitic regions preferably has a yield strength Rp 0.2 between 500 and 1500 MPa, in particular between 700 and 1300 MPa, and very particularly preferably between 750 and 1000 MPa.
  • Rp 0.2 yield strength between 500 and 1500 MPa, in particular between 700 and 1300 MPa, and very particularly preferably between 750 and 1000 MPa.
  • the other areas then have a mating boundary between 200 and 800 MPa, in particular between 300 and 500 MPa.
  • the motor vehicle component has a tensile strength Rm between 500 and 1800 MPa, in particular between 800 and 1700 MPa, and very particularly preferably between 1000 and 1650 MPa.
  • the remaining regions then have a tensile strength Rm of 500 to 1500 MPa, in particular from 800 to 1200 MPa, and most preferably from 850 to 1100 MPa.
  • FIG. 1 shows a stress-strain diagram of a steel formed according to the invention, wherein three different cold forming temperatures were selected. It can be seen that the lower the cold forming temperature has been chosen, the more the tensile strength increases. Thus, the steel of Curve 1 was transformed at room temperature and thus at substantially 20 ° C. The material was formed in curve 2 at -110.15 ° C and has a significantly higher tensile strength compared to the forming at room temperature. The component according to the curve 3 was formed at-196.15 ° C and has a significantly increased tensile strength again.

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Abstract

Producing a metallic motor vehicle component, comprises providing a steel sheet metal plate with a manganese content of 10-30% and a stacking fault energy of 5-50 mJ/m 2>, preferably 10-40 mJ/m 2>, at least partially tempering the steel sheet metal plate to a cold molding temperature of +- 30[deg] C and -250[deg] C, molding the steel sheet metal plate to a sheet component at cold molding temperature for inducing at least partial martensite formation by cold molding method, and removing the steel sheet metal plate. The material of the steel sheet metal plate tends to crystal twinning at room temperature. An independent claim is also included for the motor vehicle component, produced by the above mentioned method, where the motor vehicle component is formed from twinning-induced plasticity steel alloy, where at least partial regions of the component exhibits martensitic structure.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils gemäß den Merkmalen in Patentanspruch 1.The present invention relates to a method for producing a motor vehicle component according to the features in claim 1.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeugbauteil gemäß den Merkmalen in Patentanspruch 12.The present invention further relates to a motor vehicle component according to the features in claim 12.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, selbsttragende Kraftfahrzeugkarosserien aus metallischen Bauteilen herzustellen. Hierzu werden Kraftfahrzeugsäulen, Schweller, Dachholme oder aber auch Längs- bzw. Querträger zunächst hergestellt und dann zu Baugruppen und anschließend zu der kompletten Kraftfahrzeugkarosserie zusammengefügt.From the prior art it is known to produce self-supporting motor vehicle bodies of metallic components. For this purpose, motor vehicle pillars, rockers, roof rails or even longitudinal or transverse beams are first produced and then assembled into assemblies and then to the complete vehicle body.

Im Zuge der Anforderung an ein wirtschaftlich zu betreibendes Kraftfahrzeug wurde in den letzten Jahrzehnten auf gegenüber Stahl alternative Werkstoffe zurückgegriffen. So wurden beispielsweise vorstehende Kraftfahrzeugkarosserien aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, hergestellt. Diese sind jedoch mit hohen Produktionskosten aufgrund teurer Rohstoffe und aufwendiger Verarbeitungsverfahren behaftet.In the course of the requirement for an economically operable motor vehicle has been in recent decades on alternative to steel materials resorted. Thus, for example, protruding motor vehicle bodies made of light metal, in particular made of aluminum. However, these are associated with high production costs due to expensive raw materials and complex processing methods.

Weiterhin steigen immer mehr die Anforderungen an die Crashsicherheiten eines Kraftfahrzeuges, unter gleichzeitigem Kostendruck. Mithin sollen ein Kraftfahrzeug und somit auch eine Kraftfahrzeugkarosserie oder aber andere Kraftfahrzeugstrukturbauteile oder Karosseriebauteile besonders leicht sein, eine hohe Crashsicherheit haben und gleichzeitig günstig produzierbar sein.Furthermore, more and more demands on the crash safety of a motor vehicle, with simultaneous cost pressure. Thus, a motor vehicle and thus also a motor vehicle body or other motor vehicle structural components or body components should be particularly light, have a high crash safety and at the same time be produced cheaply.

Hierzu wurden in den letzten Jahren hochfeste und höchstfeste Stähle entwickelt, die im Vergleich zu Leichtmetallen oder aber Faserverbundwerkstoffen günstig produzierbar sind und gleichzeitig bei geringem Eigengewicht eine besonders hohe Steifigkeit und somit Crashsicherheit aufweisen.For this purpose, high-strength and ultra-high-strength steels have been developed in recent years, which are inexpensive to produce compared to light metals or fiber composites and at the same time have a particularly high stiffness and thus crash safety with low weight.

Beispielsweise ist es somit durch die Warmumform- und Presshärtetechnologie möglich. härtbare Stähle zunächst auf über Austenitisierungstemperatur zu erwärmen und sodann warm umzuformen und zu härten. Hiermit einhergehend sind hohe Festigkeiten bei jedoch beschränkten Duktilitätseigenschaften des Bauteils. Unter Umständen sind aufwendige Wärmenachbehandlungen notwendig, um gezielt in partiellen Bereichen eine Duktilität einzustellen.For example, it is thus possible by the hot forming and press-hardening technology. first to harden the hardenable steels above austenitizing temperature and then to thermoform and harden them. This entails high strengths but limited ductility properties of the component. Under certain circumstances, elaborate heat aftertreatments are necessary in order to adjust ductility in specific areas.

Eine Alternative zu den warmumgeformten und pressgehärteten Stählen sind sogenannte TWIP Stähle, bei denen eine intensive mechanische Zwillingsbildung in austenitischem Stahl bei plastischer Umformung auftritt. Der Vorgang setzt bereits bei geringer Belastung ein und verfestigt den Stahl, bei gleichzeitig hoher Bruchdehnung. Die Zwillingsbildung wirkt dabei für die Versetzungsbewegung wie Korngrenzen im Werkstoffgefüge und somit einer weiteren Formänderung als Widerstand entgegen. Die dehnungsinduzierte Zwillingsbildung verursacht dabei eine höhere Dehnbarkeit. Durch die martensitischen Bereiche ergibt sich gleichzeitig eine hohe Festigkeit.An alternative to the hot-formed and press-hardened steels are so-called TWIP steels, in which an intensive mechanical twinning in austenitic steel occurs during plastic deformation. The process begins even at low load and solidifies the steel, with high elongation at break. The twin formation counteracts the dislocation movement like grain boundaries in the material structure and thus a further change of shape as resistance. The strain-induced twin formation causes a higher extensibility. Due to the martensitic areas results in a high strength at the same time.

Beispielsweise ist die Herstellung derartiger TWIP Bauteile aus der DE 10 2010 020 373 A1 bekannt.For example, the production of such TWIP components from the DE 10 2010 020 373 A1 known.

Ferner ist aus der WO 2008/078962 A1 eine Stahllegierung bekannt, die zur Verbesserung ihrer Festigkeit martensitische Anteile aufweist.Furthermore, from the WO 2008/078962 A1 discloses a steel alloy having martensitic components to improve its strength.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik, ein Herstellungsverfahren sowie ein Kraftfahrzeugbauteil aufzuzeigen, das effizient herstellbar ist, ein besonders geringes Eigengewicht aufweist und eine hohe Härte bei gleichzeitig hoher Duktilität aufweist.The object of the present invention, starting from the state of the art, is to demonstrate a production method and a motor vehicle component which can be produced efficiently, have a particularly low inherent weight and have a high degree of hardness combined with high ductility.

Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.The aforementioned object is achieved by a method having the features in claim 1.

Der gegenständliche Teil der Aufgabe wird weiterhin mit einem Kraftfahrzeugbauteil gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 12 gelöst.The objective part of the object is further achieved with a motor vehicle component according to the features in patent claim 12.

Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.Advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines metallischen Kraftfahrzeugbauteils ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

  • Bereitstellen einer Stahlblechplatine mit einem Mangananteil von 10 bis 30% und einer Stapelfehlerenergie von 5 bis 50 mJ/m2, insbesondere 10 bis 40 mJ/m2, wobei der Werkstoff der Stahlblechplatine bei Raumtemperatur zur Zwillingsbildung neigt und zumindest partiell ein überwiegend austenitisches Gefüge aufweist,
  • Zumindest partielles Temperieren der Stahlblechplatine auf eine Kaltumformtemperatur zwischen +30°C und -250°C,
  • Umformen der Stahlblechplatine zu dem Blechbauteil bei im Wesentlichen Kaltumformtemperatur, wobei durch den Kaltumformvorgang zumindest partiell eine Martensitbildung induziert wird,
  • Entnahme des Blechbauteils.
The method according to the invention for the production of a metallic motor vehicle component is characterized by the following method steps:
  • Providing a steel sheet with a manganese content of 10 to 30% and a stacking fault energy of 5 to 50 mJ / m 2 , in particular 10 to 40 mJ / m 2 , wherein the material of the sheet steel plate tends to twin at room temperature and at least partially has a predominantly austenitic structure .
  • At least partial tempering of the sheet steel plate to a cold forming temperature between + 30 ° C and -250 ° C,
  • Forming the sheet steel plate to the sheet metal component at substantially cold forming temperature, wherein at least partially induced by the cold forming martensite formation,
  • Removal of the sheet metal component.

Erfindungsgemäß wird somit vorgesehen, dass ein metallisches Bauteil, insbesondere aus einem hoch manganhaltigen Stahlwerkstoff, ganz besonders bevorzugt aus einem TWIP Stahl, bereitgestellt wird mit einem überwiegend austenitischen Gefüge. Das Bauteil wird dann weiterhin bei einer Temperatur, die im Wesentlichen unterhalb der Raumtemperatur liegt, insbesondere zwischen +30°C und -250°C, ganz besonders bevorzugt zwischen +25°C und -200°C, auf eine Kaltumformtemperatur gekühlt. Im Anschluss an die Kühlung erfolgt eine Kaltumformung der gekühlten Stahlblechplatine zu dem gewünschten Blechbauteil bei der erreichten Kaltumformtemperatur. Das kalt umgeformte Bauteil wird sodann aus dem Umformwerkzeug entnommen.According to the invention, it is thus provided that a metallic component, in particular of a high manganese-containing steel material, very particularly preferably of a TWIP steel, is provided with a predominantly austenitic structure. The component is then further cooled at a temperature substantially below room temperature, in particular between + 30 ° C and -250 ° C, most preferably between + 25 ° C and -200 ° C, to a cold forming temperature. After the cooling, a cold forming of the cooled sheet steel plate to the desired sheet metal component takes place at the achieved cold forming temperature. The cold-formed component is then removed from the forming tool.

Während des Kaltumformens erfolgt durch die plastische Verformung eine Umwandlung des im Wesentlichen austenitischen Gefüges in ein zumindest partiell, bevorzugt vollständiges martensitisches Gefüge. Hierdurch werden die Festigkeitseigenschaften des Bauteils entsprechend stark erhöht. Es handelt sich dabei um eine verformungsinduzierte Martensitbildung. Dies bewirkt gleichzeitig die Steigerung der Härte und Umformbarkeit bei plastischer Beanspruchung in der Herstellung des Kraftfahrzeugbauteils und/oder in der Verwendung des Kraftfahrzeugbauteils. Durch einen Siliziumanteil erfolgt eine Mischkristallverfestigung, die die Streckgrenze des Bauteils erhöht. Durch die plastische Formänderung wird der metastabile kohlenstoffreiche Austenit verformungsinduziert in Martensit umgewandelt, wodurch das Kraftfahrzeugbauteil zumindest partiell durch die Zwillingsbildung des TWIP Effektes verfestigt wird.During the cold forming, plastic deformation results in a transformation of the essentially austenitic microstructure into an at least partially, preferably complete, martensitic microstructure. As a result, the strength properties of the component are increased accordingly. It is a deformation-induced martensite formation. This simultaneously causes the increase in hardness and formability in the case of plastic stress in the manufacture of the motor vehicle component and / or in the use of the motor vehicle component. A silicon fraction results in solid solution hardening, which increases the yield strength of the component. As a result of the plastic deformation, the metastable carbon-rich austenite is transformed into martensite induced by deformation, as a result of which the motor vehicle component is at least partially solidified by the twinning of the TWIP effect.

Gleichzeitig wird erfindungsgemäß jedoch auch der TRIP Effekt ausgenutzt, der eine besondere Martensitbildung bei Umformung bewirkt. Hier tritt insbesondere der TRIP Effekt bei verformungsinduzierter Martensitbildung ein. Durch den TRIP Effekt wird eine gleichzeitige Steigerung der Härte sowie der Umformbarkeit bei plastischer Beanspruchung bewirkt. Der TRIP Effekt zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sobald der plastische Bereich bei einer Umformung erreicht wird, sich der metastabile kohlenstoffreiche Austenit verformungsinduziert in Martensit umwandelt. Hierdurch wird der Stahl bei plastischer Verformung gezielt verfestigt.At the same time, however, the TRIP effect is utilized according to the invention, which causes a special martensite formation during forming. Here, in particular, the TRIP effect occurs in the case of deformation-induced martensite formation. The TRIP effect causes a simultaneous increase in hardness and formability under plastic stress. The TRIP effect is characterized in particular by the fact that as soon as the plastic area is reached during forming, the metastable carbon-rich austenite transforms into martensite induced by deformation. As a result, the steel is solidified during plastic deformation targeted.

Besonders bevorzugt wird zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbauteils eine Stahllegierung verwendet, die nachfolgende Legierungsbestandteile ausgedrückt in Gewichtsprozent aufweist:

  • Kohlenstoff (C) max. 2%
  • Mangan (Mn) 10 bis 30%
  • Silizium (Si) max. 6%
  • Aluminium (Al) max. 8%
  • Niob (Nb) max. 1 %
  • Vanadium (V) max. 1%
  • Titan (Ti) max. 1%
Particularly preferred for the production of the motor vehicle component according to the invention, a steel alloy is used, which has the following alloy constituents expressed in weight percent:
  • Carbon (C) max. 2%
  • Manganese (Mn) 10 to 30%
  • Silicon (Si) max. 6%
  • Aluminum (Al) max. 8th%
  • Niobium (Nb) max. 1 %
  • Vanadium (V) max. 1%
  • Titanium (Ti) max. 1%

Rest Eisen (Fe) und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.Remaining iron (Fe) and impurities caused by melting.

Durch gezielte Wahl der Legierungsbestandteile, abgestimmt auf die Kaltumformtemperatur, bei der das Bauteil umgeformt wird, besteht die Möglichkeit, das Kraftfahrzeugbauteil zumindest partiell gezielt mit Festigkeitseigenschaften einzustellen.By selective choice of the alloy components, matched to the cold forming temperature at which the component is formed, it is possible to set the motor vehicle component at least partially targeted with strength properties.

Insbesondere wird durch das Abkühlen der Blechplatine die Stapelfehlerenergie derart gesenkt, dass die durch den TWIP Effekt auftretende Zwillingsbildung auf ein zu vernachlässigendes Maß gesenkt wird. Gleichzeitig steigt jedoch die Umwandlung des metastabilen Austenits in Martensit, wodurch wiederrum die Festigkeitseigenschaft des Bauteils gesteigert wird. Insbesondere wird eine gute Festigkeitseigenschaft erreicht, wenn der eingestellte Umformgrad an dem Bauteil zumindest lokal bis auf die Gleichmaßdehnung des verwendeten Legierungswerkstoffes erfolgt.In particular, by cooling the sheet metal blank, the stacking fault energy is lowered such that the twin formation occurring due to the TWIP effect is reduced to a negligible level. At the same time, however, the transformation of the metastable austenite into martensite increases, which in turn increases the strength property of the component. In particular, a good strength property is achieved if the set degree of deformation takes place on the component at least locally except for the uniform expansion of the alloy material used.

Je nach verwendeter Legierungszusammensetzung und darauf abgestellter Kaltumformtemperatur der Blechplatine ist es Ziel, möglichst viel austenitisches Gefüge in Martensit durch die plastische Verformung umzuwandeln. Ein weiterer Steuerparameter ist der Umformgrad selber. Je höher der Umformgrad ist, desto stärker ist die Umwandlung von Austenit in Martensit.Depending on the alloy composition used and the cold-forming temperature of the sheet-metal plate, the aim is to convert as much as possible austenitic structure into martensite by plastic deformation. Another Control parameter is the degree of deformation itself. The higher the degree of deformation, the stronger the transformation of austenite into martensite.

Besonders vorteilige Festigkeitseigenschaften haben sich gezeigt, wenn eine Blechplatine mit einer Stapelfehlerenergie zwischen 5 und 50 mJ/m2, insbesondere von 20 bis 40 mJ/m2 als Ausgangsmaterial verwendet wird und anschließend auf die Kaltumformtemperatur abgekühlt wird, wobei insbesondere durch das Abkühlen die Stapelfehlerenergie gezielt innerhalb der Blechplatine auf einen Wert zwischen 15 und 20 mJ/m2 verringert wird.Particularly advantageous strength properties have been found when a sheet metal blanks with a stacking fault energy between 5 and 50 mJ / m 2 , in particular from 20 to 40 mJ / m 2 is used as starting material and is then cooled to the cold forming temperature, in particular by cooling the stacking fault energy is selectively reduced within the sheet metal plate to a value between 15 and 20 mJ / m 2 .

Die Abkühlung selbst kann dabei mit verschiedenen Abkühlmedien erfolgen, wobei insbesondere flüssiger Stickstoff verwendet wird. Mittels der Hilfe des flüssigen Stickstoffes wird insbesondere auf eine Kaltumformtemperatur zwischen +25°C und -200°C, ganz besonders bevorzugt auf eine Abkühltemperatur die im Bereich von +25°C bis -197°C liegt. Im Rahmen der Erfindung ist durch diese Offenbarung jede Temperatur im letztgenannten Intervall, mithin im Bereich von +25°C bis -197°C, als Kaltumformtemperatur zu verstehen. Mithin ist es möglich, das Bauteil beispielsweise auf eine Kaltumformtemperatur von -180°C, aber auch von -100°C oder jeglichen beliebigen Wert im Intervall von +25°C bis -197°C, abzukühlen. Insbesondere wird die Stahlblechplatine bei Kaltumformtemperatur vorgereckt.The cooling itself can be done with different cooling media, in particular liquid nitrogen is used. By means of the aid of the liquid nitrogen is in particular a cold working temperature between + 25 ° C and -200 ° C, most preferably to a cooling temperature in the range of + 25 ° C to -197 ° C. In the context of the invention, this disclosure means any temperature in the latter interval, and thus in the range of + 25 ° C to -197 ° C, as a cold forming temperature. Thus, it is possible, for example, to cool the component to a cold forming temperature of -180 ° C, but also of -100 ° C or any value in the interval of + 25 ° C to -197 ° C. In particular, the sheet steel plate is pre-stretched at cold forming temperature.

Insbesondere erfolgt die Abkühlung bzw. das Temperieren im Rahmen der Erfindung mindestens partiell. Hierdurch ist es möglich, die gewünschten Festigkeitseigenschaften gezielt nur bereichsweise innerhalb des Bauteils einzustellen. Die Wärmeleitung innerhalb der Blechplatine selber beispielweise von einem abgekühlten Bereich zu einem nicht abgekühlten Bereich ist dabei im Rahmen der Erfindung durch schnelle Abkühlzeiten zu vernachlässigen.In particular, the cooling or the tempering takes place at least partially within the scope of the invention. This makes it possible to selectively adjust the desired strength properties only in regions within the component. The heat conduction within the sheet metal plate itself, for example, from a cooled region to a non-cooled region is negligible in the context of the invention by fast cooling times.

Die Abkühlung selbst kann dabei insbesondere in einer Abkühlstation erfolgen, wobei die abgekühlte Blechplatine nach der Abkühlung in ein Umformwerkzeug transferiert wird, wobei das Umformwerkzeug insbesondere selbst wiederum gekühlt ist. Die Umformung selbst erfolgt dann in dem Umformwerkzeug bei im Wesentlichen der Kaltumformtemperatur. Eine geringe Erwärmung während des Transfers und/oder in dem Umformwerkzeug selber ist dabei wiederum im Rahmen der Erfindung zu vernachlässigen.The cooling itself can be carried out in particular in a cooling station, wherein the cooled sheet metal plate is transferred after cooling in a forming tool, wherein the forming tool in turn, in turn itself is cooled. The deformation itself then takes place in the forming tool at substantially the cold forming temperature. A slight warming during transfer and / or in the forming tool itself is again negligible within the scope of the invention.

In einer Alternative ist es möglich, dass die Blechplatine selbst in dem Umformwerkzeug auf die Kaltumformtemperatur abgekühlt wird und im Anschluss daran direkt kalt umgeformt wird.In an alternative, it is possible that the metal sheet itself is cooled in the forming tool to the cold forming temperature and then directly cold formed.

Ferner ist es im Rahmen der Erfindung alternativ auch möglich, dass die Blechplatine zumindest partiell vorgeformt wird, insbesondere findet das Vorformen bei oder oberhalb der Raumtemperatur statt. Im Rahmen der Erfindung wird das Vorformen somit insbesondere in einem Bereich zwischen 0°C und +50°C, ganz besonders bevorzugt bei +20°C bis +30°C durchgeführt. Im Anschluss daran wird dann wiederum die vorgeformte Blechplatine auf die Kaltumformtemperatur abgekühlt und dann kaltendgeformt.Furthermore, in the context of the invention, it is alternatively also possible for the sheet metal blank to be preformed at least partially, in particular the preforming takes place at or above the room temperature. In the context of the invention, the preforming is thus carried out in particular in a range between 0 ° C and + 50 ° C, most preferably at + 20 ° C to + 30 ° C. Following this, the preformed sheet metal blank is then cooled to the cold forming temperature and then cold-formed.

Weiterhin bevorzugt ist es im Rahmen der Einbindung möglich, dass die vorgeformten Bereiche direkt auf ein Endmaß geformt sind, wobei die Kaltumformung anschließend in von den vorgeformten Bereichen verschiedenen Bereichen erfolgt. Mithin werden weiterhin bevorzugt nur die nicht vorgeformten Bereiche temperiert bzw. abgekühlt und sodann kalt umgeformt. Hierdurch weisen die vorgeformten Bereiche eine geringere Festigkeit auf als die kaltumgeformten Bereiche.Furthermore, it is preferably possible within the scope of the integration that the preformed regions are formed directly to a final dimension, wherein the cold forming subsequently takes place in different regions from the preformed regions. Consequently, furthermore, preferably only the non-preformed areas are tempered or cooled and then cold-formed. As a result, the preformed areas have a lower strength than the cold-formed areas.

Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch weiterhin möglich, dass gezielt Bereiche nur partiell vorgeformt sind, wobei die Vorformung beispielweise als Vorrecken, insbesondere bei Kaltumformtemperatur, ausgeführt wird. Das Vorrecken selbst kann dann auch wiederum partiell durchgeführt werden. Der Umformungsgrad beim Vorrecken beträgt insbesondere 10 bis 90% des Endmaßes. Im Rahmen der Erfindung ist es dann wiederum möglich, die vorgereckten bzw. vorgeformten Bereiche wiederum abzukühlen und kaltumzuformen, wobei durch den Grad des Vorformens bzw. Vorreckens wiederum gezielt der Grad der Martensitbildung eingestellt wird.In the context of the invention, however, it is also possible that specific areas are only partially preformed, wherein the preforming is performed, for example, as Vorrecken, in particular at cold forming temperature. The Vorrecken itself can then be carried out again partially. The degree of deformation during pre-stretching is in particular 10 to 90% of the final dimension. In the context of the invention, it is again possible in turn to cool and cold-form the pre-stretched or preformed regions, wherein the degree of martensite formation is in turn specifically adjusted by the degree of preforming or pre-stretching.

Weiterer Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeugbauteil, dass nach einem Verfahren mit mindestens einem der zuvor genannten Merkmale hergestellt ist, wobei das Kraftfahrzeugbauteil aus einer TWIP Stahllegierung ausgebildet ist und erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest partielle Bereiche des Bauteils ein im Wesentlichen martensitisches Gefüge aufweisen. Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist es mithin möglich, den TWIP Effekt, mithin die mechanische Zwillingsbildung, zu reduzieren und gleichzeitig in den Bereichen, die bei Kaltumformtemperatur umgeformt wurden, einen höheren Martensitanteil herzustellen.Another component of the present invention is a motor vehicle component that, according to a method with at least one of the aforementioned features is produced, wherein the motor vehicle component is formed from a TWIP steel alloy and according to the invention is characterized in that at least partial areas of the component have a substantially martensitic structure. The production method according to the invention therefore makes it possible to reduce the TWIP effect, and hence the mechanical twinning, and at the same time to produce a higher martensite proportion in the areas which have been formed at cold forming temperature.

Insbesondere ist das Kraftfahrzeugbauteil aus einer Stahllegierung ausgebildet, die bevorzugt hoch manganhaltig ist und nachfolgende Legierungsbestandteile ausgedrückt in Gewichtsprozent aufweist

  • Kohlenstoff (C) max. 2%
  • Mangan (Mn) 10 bis 30%
  • Silizium (Si) max. 6%
  • Aluminium (Al) max. 8%
  • Niob (Nb) max. 1 %
  • Vanadium (V) max. 1%
  • Titan (Ti) max. 1%
In particular, the motor vehicle component is formed of a steel alloy, which is preferably high manganese-containing and has the following alloy constituents expressed in weight percent
  • Carbon (C) max. 2%
  • Manganese (Mn) 10 to 30%
  • Silicon (Si) max. 6%
  • Aluminum (Al) max. 8th%
  • Niobium (Nb) max. 1 %
  • Vanadium (V) max. 1%
  • Titanium (Ti) max. 1%

Rest Eisen (Fe) und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.Remaining iron (Fe) and impurities caused by melting.

Insbesondere handelt es sich dabei um eine TWIP Stahllegierung, die je nach gewünschten Festigkeitseigenschaften in dem jeweiligen prozentualen Anteil sowie dem Vorhandensein der einzelnen Legierungselemente ausgewählt ist.In particular, this is a TWIP steel alloy which, depending on the desired strength properties, is selected in the respective percentage proportion as well as the presence of the individual alloying elements.

Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren weist das Kraftfahrzeugbauteil in den martensitischen Bereichen bevorzugt eine Streckgrenze Rp 0,2 zwischen 500 und 1500 MPa, insbesondere zwischen 700 und 1300 MPa und ganz besonders bevorzugt zwischen 750 und 1000 MPa auf. Bei einem partiell hergestellten Bauteil weisen die übrigen Bereiche dann eine Steckgrenze zwischen 200 und 800 MPa, insbesondere zwischen 300 und 500 MPa auf.As a result of the production method according to the invention, the motor vehicle component in the martensitic regions preferably has a yield strength Rp 0.2 between 500 and 1500 MPa, in particular between 700 and 1300 MPa, and very particularly preferably between 750 and 1000 MPa. For a partially manufactured component The other areas then have a mating boundary between 200 and 800 MPa, in particular between 300 and 500 MPa.

Weiterhin bevorzugt weist das Kraftfahrzeugbauteil eine Zugfestigkeit Rm zwischen 500 und 1800 MPa, insbesondere zwischen 800 und 1700 MPa und ganz besonders bevorzugt zwischen 1000 und 1650 MPa auf. Bei einem partiell abgekühlten und umgeformten Bauteil weisen die übrigen Bereiche dann eine Zugfestigkeit Rm von 500 bis 1500 MPa insbesondere von 800 bis 1200 MPa und ganz besonders bevorzugt von 850 bis 1100 MPa auf.Further preferably, the motor vehicle component has a tensile strength Rm between 500 and 1800 MPa, in particular between 800 and 1700 MPa, and very particularly preferably between 1000 and 1650 MPa. In a partially cooled and formed component, the remaining regions then have a tensile strength Rm of 500 to 1500 MPa, in particular from 800 to 1200 MPa, and most preferably from 850 to 1100 MPa.

Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Die schematischen Figuren dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:

Figur 1
ein Spannungsdehnungsdiagramm eines erfindungsgemäß hergestellten Stahls bei drei verschiedenen Temperaturen.
Further advantages, features, characteristics and aspects of the present invention are explained in the following description. The schematic figures are used for easy understanding of the invention. Show it:
FIG. 1
a stress-strain diagram of a steel according to the invention at three different temperatures.

In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus vereinfachungsgründen entfällt.In the figures, the same reference numerals are used for the same or similar components, even if a repeated description is omitted for reasons of simplicity.

Figur 1 zeigt ein Spannungsdehnungsdiagramm eines erfindungsgemäß umgeformten Stahls, wobei drei verschiedene Kaltumformtemperaturen gewählt wurden. Zu sehen ist, je niedriger die Kaltumformtemperatur gewählt wurde, desto mehr steigt die Zugfestigkeit. So wurde der Stahl der Kurve 1 bei Raumtemperatur und somit bei im Wesentlichen 20°C umgeformt. Der Werkstoff wurde in der Kurve 2 bei -110,15°C umgeformt und weist eine deutlich höhere Zugfestigkeit gegenüber der Umformung bei Raumtemperatur auf. Das Bauteil gemäß der Kurve 3 wurde bei-196,15°C umgeformt und weist eine nochmals deutlich gesteigerte Zugfestigkeit auf. FIG. 1 shows a stress-strain diagram of a steel formed according to the invention, wherein three different cold forming temperatures were selected. It can be seen that the lower the cold forming temperature has been chosen, the more the tensile strength increases. Thus, the steel of Curve 1 was transformed at room temperature and thus at substantially 20 ° C. The material was formed in curve 2 at -110.15 ° C and has a significantly higher tensile strength compared to the forming at room temperature. The component according to the curve 3 was formed at-196.15 ° C and has a significantly increased tensile strength again.

Claims (14)

Verfahren zur Herstellung eines metallischen Kraftfahrzeugbauteils, gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte: - Bereitstellen einer Stahlblechplatine mit einem Mangananteil von 10 bis 30% und einer Stapelfehlerenergie von 5 bis 50 mJ/m2, insbesondere 10 bis 40 mJ/m2, wobei der Werkstoff der Stahlblechplatine bei Raumtemperatur zu Zwillingsbildung neigt, - Zumindest partielles Temperieren der Stahlblechplatine auf eine Kaltumformtemperatur zwischen +30°C und -250°C, - Umformen der Stahlblechplatine zu dem Blechbauteil bei im Wesentlichen Kaltumformtemperatur, wobei durch den Kaltumformvorgang zumindest partiell eine Martensitbildung induziert wird, - Entnahme des Blechbauteils. Method for producing a metallic motor vehicle component, characterized by the following method steps: Providing a sheet steel board with a manganese content of 10 to 30% and a stacking fault energy of 5 to 50 mJ / m 2 , in particular 10 to 40 mJ / m 2 , wherein the material of the sheet steel plate tends to twin at room temperature, At least partial tempering of the sheet steel plate to a cold forming temperature between + 30 ° C and -250 ° C, Forming the sheet-steel plate to the sheet-metal component at a substantially cold-forming temperature, at least partially inducing martensite formation by the cold-forming process, - Removal of the sheet metal component. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stahlblechplatine verwendet wird, die aus einer Stahllegierung ausgebildet ist, die nachfolgende Legierungsbestandteile ausgedrückt in Gewichtsprozent aufweist: - Kohlenstoff (C) max. 2% - Mangan (Mn) 10 bis 30% - Silizium (Si) max. 6% - Aluminium (Al) max. 8% - Niob (Nb) max. 1% - Vanadium (V) max. 1 % - Titan (Ti) max. 1 %
Rest Eisen (Fe) und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen. A method according to claim 1, characterized in that a sheet steel plate is used, which is formed from a steel alloy having the following alloy constituents expressed in weight percent: - carbon (C) max. 2% Manganese (Mn) 10 to 30% - silicon (Si) max. 6% - Aluminum (Al) max. 8th% - niobium (Nb) max. 1% - Vanadium (V) max. 1 % - titanium (Ti) max. 1 %
Remaining iron (Fe) and impurities caused by melting. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stahlblechplatine aus einem TWIP Stahl verwendet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that a sheet steel plate is used from a TWIP steel. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das überwiegend austenitische Gefüge durch die Umformoperation in martensitisches Gefüge umgewandelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the predominantly austenitic structure is converted by the forming operation in martensitic structure. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlblechplatine mit einer Stapelfehlerenergie von 20 bis 40 mJ/m2 abgekühlt wird auf die Kaltumformtemperatur, wobei sich durch das Abkühlen die Stapelfehlerenergie auf 15 bis 20 mJ/m2 verringert.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the steel sheet is cooled with a stacking fault energy of 20 to 40 mJ / m 2 on the cold forming temperature, wherein the cooling reduces the stacking fault energy to 15 to 20 mJ / m 2 . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abkühlung flüssiger Stickstoff verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that liquid nitrogen is used for cooling. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltumformtemperatur zwischen +25°C und -200°C, insbesondere im Bereich von +25°C und -197°C liegt, insbesondere wird die Stahlblechplatine bei Kaltumformtemperatur vorgereckt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cold forming temperature between + 25 ° C and -200 ° C, in particular in the range of + 25 ° C and -197 ° C, in particular the sheet steel plate is pre-stretched at cold forming temperature. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung der Stahlblechplatine in einer Abkühlstation erfolgt und die abgekühlte Stahlblechplatine in ein Umformwerkzeug transferiert wird, wobei das Umformwerkzeug insbesondere gekühlt ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling of the sheet steel plate takes place in a cooling station and the cooled steel sheet is transferred into a forming tool, wherein the forming tool is in particular cooled. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlblechplatine in dem Umformwerkzeug auf die Kaltumformtemperatur abgekühlt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sheet steel plate is cooled in the forming tool to the cold forming temperature. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlblechplatine zumindest partiell vorgeformt wird, insbesondere findet das Vorformen bei oder oberhalb der Raumtemperatur statt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sheet steel plate at least partially preformed In particular, preforming occurs at or above room temperature. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgeformten Bereiche auf Endmaß geformt sind, wobei die Kaltumformung anschließend in von den vorgeformten Bereichen verschiedenen Bereichen erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the preformed areas are formed to final dimensions, wherein the cold forming then takes place in different areas of the preformed areas. Kraftfahrzeugbauteil, hergestellt nach einem Verfahren nach mindestens Patentanspruch 1, wobei das Kraftfahrzeugbauteil aus einer TWIP Stahllegierung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest partielle Bereiche des Bauteils ein im Wesentlichen martensitisches Gefüge aufweisen.Motor vehicle component, produced by a method according to at least claim 1, wherein the motor vehicle component is formed from a TWIP steel alloy, characterized in that at least partial areas of the component have a substantially martensitic structure. Kraftfahrzeugbauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es nachfolgende Legierungsbestandteile, ausgedrückt in Gewichtsprozent aufweist: - Kohlenstoff (C) max. 2% - Mangan (Mn) 10 bis 30% - Silizium (Si) max. 6% - Aluminium (Al) max. 8% - Niob (Nb) max. 1% - Vanadium (V) max. 1% - Titan (Ti) max. 1% Rest Eisen (Fe) und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.Motor vehicle component according to claim 12, characterized in that it comprises the following alloy constituents, expressed in percent by weight: - carbon (C) max. 2% Manganese (Mn) 10 to 30% - silicon (Si) max. 6% - Aluminum (Al) max. 8th% - niobium (Nb) max. 1% - Vanadium (V) max. 1% - titanium (Ti) max. 1% Remaining iron (Fe) and impurities caused by melting. Kraftfahrzeugbauteil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die martensitischen Bereiche ein Streckgrenze Rp0,2 zwischen 500 und 1500 MPa, insbesondere zwischen 700 und 1300 MPa und ganz besonders bevorzugt zwischen 750 und 1000 MPa aufweisen.Motor vehicle component according to claim 12 or 13, characterized in that the martensitic regions have a yield strength Rp0.2 between 500 and 1500 MPa, in particular between 700 and 1300 MPa and most preferably between 750 and 1000 MPa.
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