EP3280590A1 - Halbzeug und seine verwendung - Google Patents

Halbzeug und seine verwendung

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EP3280590A1
EP3280590A1 EP16710400.9A EP16710400A EP3280590A1 EP 3280590 A1 EP3280590 A1 EP 3280590A1 EP 16710400 A EP16710400 A EP 16710400A EP 3280590 A1 EP3280590 A1 EP 3280590A1
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EP
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semifinished product
reinforced
semi
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EP16710400.9A
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Lars Bode
Ralf Sünkel
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
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    • B32B2605/00—Vehicles

Definitions

  • the invention relates to a band-, plate- or sheet-shaped semi-finished product comprising a particle-reinforced steel material and a corresponding use of the
  • Automotive manufacturers are under enormous pressure to cut C02 emissions, particularly in passenger cars, over the next few years in order to avoid fines.
  • One way to reduce C0 2 emissions is by reducing vehicle weight, among other things. Due to the increasing safety requirements, it can not be ruled out that additional parts or components will have to be installed in the vehicle in future in order to meet these safety requirements, which in turn contradicts the intended reduction in the total weight of the vehicle.
  • One way to save weight for example, the body, frame and / or the chassis of a vehicle even easier to design and build by lightweight and innovative materials compared to the conventionally used materials. For example, component-specific conventional materials can be replaced by lighter materials with comparable properties.
  • particle-reinforced high-strength steels with low density and higher modulus of elasticity reinforced in particular with TiC and TiB 2 particles can be added
  • the object of the present invention is to provide a semifinished product made of a particle-reinforced steel material with which the abrasive wear on the shaping tools can be substantially reduced, in particular prevented, and a corresponding use of the semifinished product can be specified.
  • the object is achieved in that the particle-reinforced steel material on one or both sides of the entire surface and cohesively with at least one layer of a
  • Non-particle-reinforced metal material is connected.
  • the inventors have found that by providing at least one layer of a non-particle-reinforced metal material, which is fully or materially bonded to the particle-reinforced steel material on one or both sides, it can be ensured that no particles are present in the near-surface region and that the at least one layer from a non-particle-reinforced metal material assumes the function of a barrier and / or protective layer.
  • a non-particle-reinforced metal material which is fully or materially bonded to the particle-reinforced steel material on one or both sides, it can be ensured that no particles are present in the near-surface region and that the at least one layer from a non-particle-reinforced metal material assumes the function of a barrier and / or protective layer.
  • suitable particles in particular ceramic particles such as SiC, A1 2 0 3 , TiC, Zr0 2 and / or TiB 2 particles, individually or in
  • the at least one layer of the non-particle-reinforced metal material has a
  • Material thickness between 0.2% and 20%, in particular between 0.5% and 15% based on the total material thickness of the semifinished product.
  • the intended as a barrier and / or protective layer non-particle-reinforced metal material should be sized in the material thickness, on the one hand, the properties of
  • the material thickness of the at least one layer is at most 20%, in particular at most 15%, preferably at most 10% based on the total material thickness of the semifinished product, and on the other hand to ensure that the particles
  • Particle reinforced do not protrude from the surface of the semifinished product, wherein the
  • Material thickness of at least one layer at least 0.2%, in particular at least 0.5%, preferably at least 1% based on the total material thickness of
  • the non-particle-reinforced metal material consists of a steel material, for example of a structural steel or a stainless steel.
  • structural steels are suitable as non-particle-reinforced steel materials, since they can be produced relatively inexpensively.
  • a corrosion protection without providing an additional coating can be awarded.
  • other steel materials can be used.
  • an organic and / or inorganic coating preferably a zinc-based coating, may also be applied to the outside of the semi-finished product according to the invention.
  • the semifinished product is produced by means of plating, in particular roll cladding or by casting.
  • the semi-finished product according to the invention is preferably produced by means of hot-roll cladding, as disclosed, for example, in German Patent 10 2005 006 606. Reference is made to this patent, the contents of which are hereby incorporated by reference.
  • the semifinished product according to the invention are made by casting, and a possibility for its production in Japanese Patent Laid-Open Publication 03 133 630 is disclosed.
  • the invention relates to a use of the
  • the semifinished product according to the invention is used in particular after shaping into a part or component for a load-bearing construction.
  • a supporting structure frame for example, in vehicle construction (cars, commercial vehicles with trailers) or railway, shipbuilding or aerospace, but also in the construction sector, such as pillars in question.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein band-, platten- oder blechförmiges Halbzeug umfassend einen partikelverstärkten Stahlwerkstoff sowie eine entsprechende Verwendung des Halbzeugs.

Description

Halbzeug und seine Verwendung
Die Erfindung betrifft ein band-, platten- oder blechförmiges Halbzeug umfassend einen partikelverstärkten Stahlwerkstoff sowie eine entsprechende Verwendung des
Halbzeugs.
Auf die Automobilhersteller lastet ein enormer Druck, die C02-Emissionen insbesondere bei Personenkraftwagen in den nächsten Jahren senken zu müssen, um nicht mit Geldstrafen belangt zu werden. Eine Möglichkeit, den C02-Ausstoß zu senken, besteht unter anderem durch eine Reduzierung des Fahrzeuggewichts. Aufgrund der steigenden Sicherheitsanforderungen kann auch nicht ausgeschlossen werden, dass zukünftig zusätzliche Teile bzw. Bauteile im Fahrzeug eingebaut werden müssen, um diesen Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden, was wiederum im Widerspruch zur angestrebten Reduzierung des Gesamtgewichts des Fahrzeugs steht. Eine Möglichkeit, Gewicht einzusparen, ist beispielsweise die Karosserie, Rahmen und/oder das Fahrwerk eines Fahrzeugs noch leichter, durch leichte und innovative Werkstoffe im Vergleich zu den konventionell eingesetzten Werkstoffen zu gestalten bzw. zu bauen. So können beispielsweise bauteilspezifisch konventionelle Werkstoffe durch leichtere Werkstoffe mit vergleichbaren Eigenschaften ersetzt werden.
Beispielsweise können partikelverstärkte insbesondere mit TiC- und TiB2-Partikeln verstärkte hochfeste Stähle mit geringer Dichte und höherem E-Modul bei
gleichbleibenden Eigenschaften dünner ausgelegt werden als konventionelle Stähle und durch die Reduzierung der Materialdicke kann positiv Einfluss auf das Gesamtgewicht des Bauteils respektive des Fahrzeugs genommen werden. Derartige Stahlwerkstoffe eignen sich hervorragend für die Automobilindustrie. Gattungsgemäße Stahlwerkstoffe sind im Stand der Technik bekannt und ein Ausführungsbeispiel ist in der europäischen Offenlegungsschrift 2 703 509 offenbart.
Die Herstellung von partikelverstärkten Stahlwerkstoffen mit in der Stahlmatrix fein dispergierten Partikeln ist ebenfalls der Fachwelt bekannt (vgl. auch EP 2 703 509 AI). Auf die Verteilung der Partikel innerhalb der Stahlmatrix kann nur bedingt oder mit hohem Aufwand Einfluss genommen werden, so dass nicht ausgeschlossen werden kann, dass sich die Partikel auch oberflächennah bzw. direkt an/auf der Oberfläche während des Herstellungsprozesses absetzen bzw. festsetzen. Die eingesetzten Partikel sind in der Regel härter als der Matrixwerkstoff, so dass es im Zuge der Fertigung zum Endprodukt dazu kommen kann, dass die harten Partikel aus der Oberflächenebene der Stahlmatrix herausragen, wodurch die formgebenden Werkzeuge, beispielsweise im Stahlwerk bei der Herstellung als auch im Presswerk bei der Weiterverarbeitung, im Bereich der Kontaktierung schneller verschleißen können bzw. einem hohen abrasiven Verschleiß unterliegen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbzeug aus einem partikelverstärkten Stahlwerkstoff zur Verfügung zu stellen, mit welchem der abrasive Verschleiß an den formgebenden Werkzeugen im Wesentlichen verringert, insbesondere verhindert werden kann, sowie eine entsprechende Verwendung des Halbzeugs anzugeben.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass der partikelverstärkte Stahlwerkstoff ein- oder beidseitig vollflächig und stoffschlüssig mit mindestens einer Lage aus einem
nichtpartikelverstärkten Metallwerkstoff verbunden ist.
Die Erfinder haben festgestellt, dass durch das Vorsehen mindestens einer Lage aus einem nichtpartikelverstärkten Metallwerkstoff, welche ein- oder beidseitig vollflächig und stoffschlüssig mit dem partikelverstärkten Stahlwerkstoff verbunden ist, kann sichergestellt werden, dass keine Partikel im oberflächennahen Bereich anwesend sind und dass die mindestens eine Lage aus einem nichtpartikelverstärkten Metallwerkstoff die Funktion einer Sperr- und/oder Schutzschicht übernimmt. Zur Verstärkung des Stahlwerkstoffs kommen alle geeigneten Partikel, insbesondere keramische Partikel beispielsweise SiC-, A1203-, TiC-, Zr02 und/oder TiB2-Partikel, einzeln oder in
Kombination in Frage, welche je nach Beschaffenheit der Partikel (Typ, Größe) in der Stahlmatrix mit einem Anteil zwischen 5 bis 40 Gew.-%, insbesondere mit einem Anteil zwischen 10 bis 35 Gew.-%, vorzugsweise mit einem Anteil zwischen 15 bis 30 Gew.-% dispergiert sind. Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs weist die mindestens eine Lage aus dem nichtpartikelverstärkten Metallwerkstoff eine
Materialdicke zwischen 0,2 % und 20 %, insbesondere zwischen 0,5 % und 15 % bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Halbzeugs auf. Der als Sperr- und/oder Schutzschicht vorgesehene nichtpartikelverstärkte Metallwerkstoff sollte in der Materialdicke derart bemessen sein, das zum Einen die Eigenschaften des
partikelverstärkten Stahlwerkstoffs im Wesentlichen nicht negativ beeinflusst werden, wobei die Materialdicke der mindestens einen Lage maximal 20 %, insbesondere maximal 15 %, vorzugsweise maximal 10 % bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Halbzeugs beträgt, und zum Anderen zu gewährleisten, dass die Partikel im
partikelverstärkten nicht aus Oberfläche des Halbzeugs herausragen, wobei die
Materialdicke der mindestens einen Lage mindestens 0,2 %, insbesondere mindestens 0,5 %, vorzugsweise mindestens 1 % bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des
Halbzeugs beträgt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs besteht der nichtpartikelverstärkte Metallwerkstoff aus einem Stahlwerkstoff, beispielsweise aus einem Baustahl oder einem Edelstahl. Je nach Verwendung des erfindungsgemäßen Halbzeugs eignen sich Baustähle als nichtpartikelverstärkte Stahlwerkstoffe, da sie sich relativ günstig herstellen lassen. Werden Edelstähle als nichtpartikelverstärkte
Stahlwerkstoffe verwendet, kann neben der Verbesserung der Optik, je nach Edelstahl- Werkstoff, durch die Lage bzw. Lagen dem Halbzeug ein Korrosionsschutz, ohne eine zusätzliche Beschichtung vorzusehen, verliehen werden. Selbstverständlich sind je nach Verwendung auch andere Stahlwerkstoffe einsetzbar. Beispielsweise kann außenseitig auf dem erfindungsgemäßen Halbzeug auch eine organische und/oder anorganische Beschichtung, vorzugsweise eine Beschichtung auf Zink-Basis, appliziert sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs ist das Halbzeug mittels Plattieren, insbesondere Walzplattieren oder mittels Gießen hergestellt. Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Halbzeug mittels Warmwalzplattieren, wie es beispielsweise in der deutschen Patentschrift 10 2005 006 606 offenbart ist, hergestellt. Es wird Bezug auf diese Patentschrift genommen, deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird. Alternativ kann das erfindungsgemäße Halbzeug mittels Gießen hergestellt werden, wobei eine Möglichkeit zu seiner Herstellung in der japanischen Offenlegungsschrift 03 133 630 offenbart ist. Die metallische
Verbundherstellung ist Stand der Technik.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung des
erfindungsgemäßen Halbzeugs. Das erfindungsgemäße Halbzeug wird insbesondere nach einer Formgebung zu einem Teil oder Bauteil für eine tragende Konstruktion verwendet. Als tragende Konstruktion kommen Rahmen, Hilfsrahmen beispielsweise im Fahrzeugbau (PKW, NFZ nebst Trailer) oder Eisenbahnbau, Schiffbau oder Luft- und Raumfahrt, aber auch im Baubereich, beispielsweise Pfeiler in Frage.

Claims

Ansprüche
Band-, platten- oder blechförmiges Halbzeug umfassend einen partikelverstärkten Stahlwerkstoff,
dadurch gekennzeichnet, dass
der partikelverstärkte Stahlwerkstoff ein- oder beidseitig vollflächig und stoffschlüssig mit mindestens einer Lage aus einem nichtpartikelverstärkten Metallwerkstoff verbunden ist.
Halbzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine Lage aus dem nichtpartikelverstärkten Metallwerkstoff eine Materialdicke zwischen 0,2 % und 20 %, insbesondere zwischen 0,5 % und 15 % bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Halbzeugs aufweist.
Halbzeug nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der nichtpartikelverstärkte Metallwerkstoff vorzugsweise aus einem
Stahlwerkstoff, insbesondere aus einem Baustahl oder einem Edelstahl besteht.
Halbzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Halbzeug mittels Plattieren oder mittels Gießen hergestellt ist.
Verwendung eines Halbzeugs nach einem der vorgenannten Ansprüche, insbesondere nach Formgebung als Teil oder Bauteil für tragende Konstruktion.
Verwendung nach Anspruch 5 im Baubereich, Fahrzeug-, Eisenbahn-, Schiffbau oder Luft- und Raumfahrt.
EP16710400.9A 2015-04-08 2016-02-26 Halbzeug und seine verwendung Withdrawn EP3280590A1 (de)

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