EP3352927A1 - Halbzeug und verfahren zur herstellung einer fahrzeugkomponente, verwendung eines halbzeugs und fahrzeugkomponente - Google Patents

Halbzeug und verfahren zur herstellung einer fahrzeugkomponente, verwendung eines halbzeugs und fahrzeugkomponente

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Publication number
EP3352927A1
EP3352927A1 EP16760724.1A EP16760724A EP3352927A1 EP 3352927 A1 EP3352927 A1 EP 3352927A1 EP 16760724 A EP16760724 A EP 16760724A EP 3352927 A1 EP3352927 A1 EP 3352927A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steel material
semifinished product
vehicle component
steel
mass density
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16760724.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
David Pieronek
Harald Hofmann
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.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3352927A1 publication Critical patent/EP3352927A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints

Definitions

  • Semi-finished product and method for producing a vehicle component use of a semi-finished product and vehicle component
  • the present invention relates to a semi-finished product for producing a
  • Vehicle component comprising a first steel material and at least one second steel material, wherein the steel materials are positively, positively, and / or materially connected to each other.
  • the invention also relates to a method for
  • EP 2 228 459 A1 discloses a method which describes a method for producing a component for a motor vehicle.
  • the component consists of a first board of a press-hardenable steel and a second board of a high-manganese steel. This provides a component with increased elongation at break values while maintaining high strength.
  • the components produced with it are still in need of improvement, in particular with regard to a low weight.
  • EP 2 767 602 A1 and EP 2 767 601 A1 propose a further reduction of the weight with optimized mechanical properties
  • the invention has the object, a semi-finished for
  • the object is achieved according to a first teaching of the present invention in that the first steel material has a lower mass density and the second steel material has a higher mass density and
  • the ratio of the lower mass density of the first steel material to the higher mass density of the second steel material is at most 0.95.
  • the semi-finished product according to the invention makes use of that by the first
  • Vehicle component in the form of a B-pillar can be saved up to 10% of the total B-pillar weight, while the remaining properties can be largely retained.
  • a first steel material with a lower mass density is understood to mean that the mass density of the first steel material is lower in comparison with the mass density of the second steel material. Accordingly, under a second
  • That the ratio of the lower mass density of the first steel material to the higher mass density of the second steel material is at most 0.95 means that the first steel material has 95% or less of the density of the second steel material.
  • the first steel material can thus be reduced in density
  • the ratio of the lower mass density of the first steel material to the higher mass density of the second steel material is at most 0.90.
  • the ratio of the mass densities is preferably at least 0.70, preferably 0.80.
  • the (at least) second steel material is, for example, a dual-phase steel, a multi-phase steel, a complex-phase steel, a retained austenite steel
  • Martensite phase steel a higher strength IF steel, a higher strength expanded steel, a Deep-drawing steel, a bake-hardening steel, a phosphor-alloyed steel, a micro-alloyed high-strength steel, a spring steel or a tempering steel, preferably a manganese-boron steel.
  • the first and / or second steel material can be, for example, cold or hot rolled.
  • the first and / or second steel material can be, for example, a cold or hot-workable steel.
  • the (at least) second steel material is a steel (in particular a manganese-boron steel, a dual-phase steel, a complex phase steel or a
  • Multiphase steel having a tensile strength R m of at least 400 MPa, preferably at least 700 MPa, more preferably at least 900 MPa, more preferably at least 1000 MPa in the operating state.
  • the (at least) second steel material is a deep-drawing steel with lower tensile strength but high elongation at break A 80 , for example at least 20%, preferably at least 30%.
  • the semifinished product may additionally have an at least partial surface coating, for example an organic or inorganic surface coating.
  • the first and the (at least) second steel material are preferably connected directly to one another.
  • a cohesive connection is preferred.
  • the cohesive connection for example, by rolling, in particular
  • Hot rolling, casting, welding, brazing, plating and / or gluing
  • the semi-finished product may also comprise other steel materials or other materials.
  • the other materials can then also be connected to the first and / or second steel material to form the semifinished product.
  • the semifinished product preferably consists exclusively of the first and the second steel material.
  • the semifinished product is a semi-finished product for the production of a vehicle component
  • the semifinished product is designed such that the dimensions such as approximately the thickness or the size of the semifinished product are designed accordingly in order to produce a vehicle component can.
  • the semifinished product is tailored to the vehicle component to be produced. This can provide optimal results in terms of low weight while maintaining the usual characteristics of a standard semi-finished steel
  • Vehicle component can be achieved.
  • the arrangement of the first steel material and the (at least) second steel material is selected specifically in order to produce the desired properties in the vehicle component produced therefrom.
  • the first steel material can be provided in areas where the properties of the first steel material are used in the
  • Vehicle component are desired or the properties of (at least) second steel material are not needed.
  • the (at least) second steel material may be provided in the areas where the properties of the second steel material are desired in the vehicle component.
  • the lower mass density of the first steel material is less than 7.5 g / cm 3 , in particular less than 7.25 g / cm 3 , preferably less than 7.0 g / cm 3 . If the mass density of the first steel material is reduced to below 7.5 g / cm 3 , in particular below 7.25 g / cm 3 , preferably below 7.0 g / cm 3 , a low weight can be achieved in the region of the first steel material and thus also overall of the vehicle component can be achieved. It has been shown in particular that even steel materials with such low densities can be used for vehicle components, without the functionality of the
  • the higher mass density of the (at least) the second steel material is greater than 7.0 g / cm 3 , in particular greater than 7.5 g / cm 3 .
  • a comparatively high mass density of the (at least) second steel material can be flexible Steel material can be selected to provide desired properties, such as a high strength, rigidity and / or ductility in the vehicle component.
  • the first steel material is a density-reduced steel based on an iron-aluminum-based alloy and the iron-aluminum-based alloy has, in particular less than 40 wt .-%, preferably less than 30 wt. -%, Particularly preferably less than 20 wt .-% aluminum.
  • An iron-aluminum-based alloy can reduce the density of the first steel material. This can be achieved economically by alloying the aluminum in the production of the first steel material. If the amount of aluminum is limited to less than 20% by weight, more preferably less than 18% by weight, excessive loss of strength and loss of ductility of the first steel material can be avoided.
  • an iron-aluminum-based alloy which contains iron and unavoidable impurities (in% by weight):
  • REM stands for rare earth metals, wherein the first steel material can contain one or more elements of the group of rare earth metals in each case in the specified range.
  • one or more elements of the group Mn, Si, Nb, Ti, Mo, Cr, Zr, V, W, Co, Ni, B, Cu, Ca may be present with the proviso (in% by weight), Mn: up to 6%, Si: up to 2%, Nb: up to 1%, Ti: up to 1%, Zr: up to 1%, V: up to 1%, W: up to 1%, Mo : up to 2%, Cr: up to 11%, Co: up to 1%, Ni: up to 2%, B: up to 0.1%, Cu: up to 3%, Ca: up to 0.015%.
  • the first steel material is a corrosion-resistant FeAlCr-based steel.
  • the corrosion resistance of the composite can be improved in particular by alloying Cr, for example in a range from 2 to 11% by weight, and significantly lower material costs in contrast to stainless materials
  • the first steel material is produced by introducing and / or separating out particles.
  • particles of ceramic in particular non-oxide ceramics, for example titanium carbide (TiC) or titanium boride (TiB 2 ) may be provided in the first steel material.
  • TiC titanium carbide
  • TiB 2 titanium boride
  • the first steel material is a metal matrix composite material.
  • the steel may have ceramic or organic reinforcing material, for example in the form of fibers.
  • MMC metal matrix composite
  • the first steel material has a modulus of elasticity of more than 220 GPa.
  • a high modulus of elasticity for example, by the introduction of
  • Ceramic particles with a high elastic modulus or by the provision of a metal matrix composite material can be achieved. As a result, a high rigidity is achieved, which is a desirable feature in many vehicle components. According to a further embodiment of the semifinished product according to the invention that is
  • Tailored Blank or Tailored Strip Under a tailored blank is understood a sheet metal blank, which is composed of the first steel material and the (at least) second steel material. The first and the second steel material are thus provided flat next to each other in different areas of the semifinished product. The area with the first and the (at least) second steel material can also have different sheet thicknesses.
  • Joining of the steel materials is preferably carried out by means of a welding process, such as a tailored weld (blank weld).
  • a welding process such as a tailored weld (blank weld).
  • blade weld a tailored weld
  • Joining of the steel materials is preferably carried out by means of a welding process, such as a tailored weld (blank weld).
  • a tailored weld blade weld
  • the first steel material and the (at least) second steel material are not arranged side by side but in layers one above the other. In this way it is possible to combine the advantageous properties of the first steel material and of the (at least) second steel material in the same area. This is not only in the area of vehicle components
  • Chassis applications advantageous. Under a multilayer composite layer is understood that at least two layers are provided. Preferably, however, at least or exactly three layers are provided.
  • the layer composite is preferably produced by means of hot rolling or roll cladding. A production by means of a casting process is also conceivable.
  • the formation of the semifinished product as a tailored blank or strip and the formation as a layer composite are not mutually exclusive, but can also be combined with one another. So it is also conceivable to provide a tailored blank or strip, which is constructed in one or more areas such as the layer composite described.
  • the layer composite has a core layer of the first steel material and at least one cover layer of the second steel material.
  • the layer composite in this case has on both sides of the core layer of the first steel material in each case a cover layer of the second steel material. Due to the lightweight core layer and, for example, high-strength cover layers, high strength and stiffness can be achieved with low weight. The cover layers can also provide a good surface protection with low weight. The use of additional layers is conceivable and is not on three layers
  • the layer composite comprises a core layer of the second steel material and at least one cover layer of the first steel material.
  • the layer composite comprises a core layer of the second steel material and at least one cover layer of the first steel material.
  • Laminate on both sides of the core layer of the second steel material in each case a cover layer of the first steel material.
  • a high ductility with moderate strength can be achieved with low weight.
  • the cover layers can provide a good surface protection with low weight.
  • the cover layers have a high aluminum content (FeAl or FeAlCr base), good corrosion properties can be achieved in the components to be produced.
  • a structural component for example a pillar, in particular an A, B, C or D pillar, a carrier, in particular a cross member or a side member, an outer skin component, for example a bonnet, a roof or a door, or
  • a suspension component such as a wishbone or axle, or a part thereof.
  • the semifinished product is then in relation to the geometry (in particular size and thickness) and the arrangement of the materials to the vehicle component to be manufactured and the
  • first steel material has a lower mass density and the second steel material has a higher mass density and the ratio of the lower mass density of the first steel material to the higher mass density of the second steel material is at most 0.95, positive, non-positive, and / or cohesive joining of the steel materials together to form a semifinished product, in particular one
  • Forming the semifinished product to a vehicle component Forming the semifinished product to a vehicle component.
  • the method according to the invention thus makes use of the fact that the weight of the vehicle component produced from the semifinished product can be reduced by the first steel material with the lower mass density.
  • the (at least) second steel material the known advantageous
  • the method according to the invention may further include the step of coiling the semifinished product. Especially in the production of tailored strips or
  • the semifinished product can be initially wound to
  • the semifinished product can be unwound and subjected to shaping after a cutting operation.
  • the forming includes, for example, a deep drawing operation.
  • the forming can be hot forming and press hardening (direct hot forming) or, initially, cold forming followed by press hardening (indirect hot forming)
  • the step of providing the first and / or the at least second steel material may in particular also include the step of producing the steel material.
  • aluminum and / or further alloying elements can be alloyed or particles can be introduced / precipitated in order to achieve the reduction of the density.
  • the above-mentioned object is also achieved by using a semifinished product according to the invention
  • Vehicle components are suitable.
  • the semi-finished products enable the production of
  • Vehicle component tailored properties such as a high strength, high rigidity, high ductility and / or a good
  • the object mentioned above is also produced by a vehicle component of a
  • the vehicle components according to the invention have a low weight with simultaneously tailored properties for the vehicle component.
  • Fig. 1, 2 are plan views of a first and a second embodiment
  • inventive semi-finished products each in the form of a tailored blanks
  • 3 to 6 are cross-sectional views of a third to sixth embodiment of semi-finished products according to the invention, each in the form of a multilayer composite layer;
  • Fig. 7 is a perspective schematic view of a vehicle body with different vehicle components.
  • Fig. 1 shows first a first embodiment of an inventive
  • the tailored blank is suitable here for the production of a vehicle component.
  • the vehicle component is here a B-pillar of a motor vehicle.
  • the tailored blank comprises a first region 2 of a first steel material and a second region 4 of a second
  • the two steel materials are in this case materially connected by welding (for example, laser welding).
  • Fig. 1 also schematically the area 6 is shown from which the B-pillar is made by forming.
  • the area 6 is for example by a
  • the first steel material has a lower mass density compared to the second steel material
  • the second steel material has a higher mass density compared to the first steel material.
  • the ratio of the lower mass density of the first steel material to the higher mass density of the second steel material is at most 0.95 here.
  • the lower mass density of the first steel material in the first region 2 is produced by the fact that this is a density-reduced steel based on an iron-aluminum-based alloy.
  • the first steel material is produced by the introduction and / or separation of particles.
  • ceramic particles are introduced, whereby
  • a metal matrix composite material can be formed as the first steel material.
  • the second steel material in the second region 4 in this case consists of a manganese-boron steel with a tensile strength of at least 1500 MPa in the used state, in this example in the hardened state.
  • the alloy constituents in% by weight of the second steel material are preferably limited as follows: c ⁇ 0.5
  • a B pillar which can save 10 to 20% in weight as compared with prior art B pillars in the pillar base portion formed from the first reduced mass steel material portion 2 , which can account for up to 10% of total B-pillar weight.
  • the first area 2 can be cold or hot formed.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a semifinished product lb in the form of a tailored blanks.
  • the semifinished product 1b is tailored here for producing a vehicle component in the form of a front longitudinal member, which is formed from the region 6.
  • the semifinished product has in the first region 2 a first steel material having a lower density than the second steel material in the second region 4, as described.
  • the second steel material is a dual-phase steel.
  • the alloy constituents in% by weight of the second steel material are preferably limited as follows: c ⁇ 0.23
  • Fig. 3 shows a third embodiment of a semifinished product lc according to the invention in the form of a multilayer composite layer.
  • the layer composite is constructed in three layers and has a core layer 8 and two outer cover layers 10, 12.
  • the core layer consists of a first as described reduced density steel material.
  • the cover layers 10, 12 consist in this case of the second steel material in the form of a manganese-boron steel as described with a tensile strength of at least 1500 MPa in the use state (hardened state).
  • the cover layers 10, 12 consist in this case of the second steel material in the form of a manganese-boron steel as described with a tensile strength of at least 1500 MPa in the use state (hardened state).
  • the cover layers 10, 12 consist in this case of the second steel material in the form of a manganese-boron steel as described with a tensile strength of at least 1500 MPa in the use state (hardened state).
  • Cover layers 10, 12 have a higher strength than the core layer 8. This construction provides a high strength and rigidity with low weight.
  • the layer composite can in particular be formed by hot forming into a vehicle component.
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment of a semifinished product 1d according to the invention, likewise in the form of a multilayer composite layer.
  • the layer composite is again constructed in three layers and has a core layer 8 and two outer cover layers 10, 12.
  • the cover layers 10, 12 consist of a first density-reduced first steel material as described and the core layer 8 of a second steel material in the form of a manganese-boron steel as described with a tensile strength of at least 1500 MPa in the starting condition (hardened Status).
  • the core layer 8 has a higher strength than the cover layers 10, 12. This construction provides a high ductility with moderate strength and low weight.
  • the serve provides a high ductility with moderate strength and low weight.
  • the layer composite can in particular by
  • Fig. 5 shows a fifth embodiment of a semifinished product le according to the invention also in the form of a multilayer composite layer.
  • the layer composite is again constructed in three layers and has a core layer 8 and two outer cover layers 10, 12.
  • the core layer 8 here consists of a first as described reduced density steel material.
  • the cover layers 10, 12 consist in this case of the second steel material, which here is a very ductile deep-drawing steel with a tensile strength of about 270 to 350 MPa and a
  • Elongation at break A 80 is at least 38%.
  • the alloy constituents in% by weight of the second steel material are preferably limited as follows:
  • a semi-finished product of such a layer composite is in particular for
  • Vehicle components suitable in the field of exterior skin applications such as
  • the layer composite can be formed by cold forming to a vehicle component.
  • Fig. 6 shows a sixth embodiment of a semifinished product lf according to the invention also in the form of a multilayer composite layer.
  • the layer composite is again constructed in three layers and has a core layer 8 and two outer cover layers 10, 12.
  • the cover layers 10, 12 consist of a first as described reduced density steel material, preferably FeAl or FeAlCr-based.
  • the core layer 8 consists of the second steel material, which in this example is a complex phase steel with a tensile strength of at least 750 MPa.
  • Steel material are preferably limited as follows: C ⁇ 0.23
  • a semifinished product of such a layer composite is particularly suitable for the production of vehicle components in the field of suspension applications (for example, for wishbones or axle), as this combines high strength and formability with improved surface protection.
  • the layer composite can be reshaped in particular by cold forming to a vehicle component.
  • FIG. 7 shows a perspective schematic view of a
  • Vehicle body 14 with different vehicle components, which
  • FIG. 7 shows A-pillars 16, B-pillars 18, C-pillars 20, front side members with crash boxes 22, a roof frame 24, sills 26 and fenders 28 as vehicle components.
  • the vehicle components according to the invention are not limited to personal vehicles, but to all motor-driven vehicles, such as commercial vehicles but also for motorless vehicles, such as trailers are pulled by semi-trailer.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbzeug zur Herstellung einer Fahrzeugkomponente umfassend einen ersten Stahlwerkstoff und mindestens einen zweiten Stahlwerkstoff, wobei die Stahlwerkstoffe form-, kraft-, und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die Aufgabe, auch bei einem geringerem Gewicht der Fahrzeugkomponente die von bisher eingesetzten Stahlwerkstoffen bekannten Eigenschaften möglichst zu erhalten oder sogar zu verbessern, wird dadurch gelöst, dass der erste Stahlwerkstoff eine geringere Massendichte aufweist und der zweite Stahlwerkstoff eine höhere Massendichte aufweist und das Verhältnis der geringeren Massendichte des ersten Stahlwerkstoffs zu der höheren Massendichte des zweiten Stahlwerkstoffs höchstens 0,95 beträgt. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugkomponente, eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Halbzeugs und eine Fahrzeugkomponente.

Description

Halbzeug und Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugkomponente, Verwendung eines Halbzeugs und Fahrzeugkomponente
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbzeug zur Herstellung einer
Fahrzeugkomponente umfassend einen ersten Stahlwerkstoff und mindestens einen zweiten Stahlwerkstoff, wobei die Stahlwerkstoffe form-, kraft-, und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur
Herstellung einer Fahrzeugkomponente, eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Halbzeugs und eine Fahrzeugkomponente.
Im Automobilbau besteht insbesondere die Bestrebung, das Fahrzeuggewicht zu reduzieren. Hierdurch kann zum einen eine Verringerung der Emissionen und zum anderen auch eine Erhöhung der Reichweite, was insbesondere bei Elektroautos gewünscht ist, erreicht werden. Dies kann beispielsweise durch Werkstoffsubstitution der bestehenden Werkstoffe mit leichteren Werkstoffen erreicht werden. Dieses Vorgehen kann jedoch bei zahlreichen Fahrzeugkomponenten an technische Grenzen stoßen, da hierdurch auch die Festigkeit und Steifigkeit der entsprechenden
Komponente beeinflusst werden. Dabei müssen jedoch insbesondere notwendige Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen aus Sicherheitsgründen im Blick behalten und dürfen nicht unterschritten werden.
Im Stand der Technik gibt es unterschiedliche Ansätze, um die gegensätzlichen
Anforderungen eines geringen Gewichts einerseits und einer hohen Festigkeit oder Steifigkeit andererseits miteinander zu vereinbaren.
Beispielsweise ist aus der Druckschrift EP 2 228 459 AI ein Verfahren bekannt, welches ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für ein Kraftfahrzeug beschreibt. Dabei besteht das Bauteil aus einer ersten Platine aus einem presshärtbaren Stahl und einer zweiten Platine aus einem hochmanganhaltigen Stahl. Hierdurch wird ein Bauteil mit erhöhten Bruchdehnungswerten bei gleichbleibend hoher Festigkeit bereitgestellt. Allerdings sind die damit hergestellten Bauteile weiterhin verbesserungsbedürftig insbesondere in Bezug auf ein geringes Gewicht.
Die Druckschriften EP 2 767 602 AI und EP 2 767 601 AI schlagen zur weiteren Reduzierung des Gewichts bei optimierten mechanischen Eigenschaften vor, ein
Stahlflachprodukt vorzusehen, welches aus einer Eisen-Aluminium-Basis-Legierung besteht. Zwar kann hierdurch ein geringeres Gewicht erreicht werden. Allerdings müssen dabei wiederum Kompromisse bezüglich der Kosten, der Umformbarkeit, der Festigkeit und/oder der Duktilität in Kauf genommen werden.
Zudem ist zu berücksichtigen, dass häufig eine Erhöhung der Festigkeit alleine nicht ausreichend ist, wenn für die benötigte Steifigkeit eine geometrische Modifikation und damit Mehrgewicht verbunden ist.
Vor diesem Hintergrund stellt sich der Erfindung die Aufgabe, ein Halbzeug zur
Herstellung einer Fahrzeugkomponente, ein Verfahren zur Herstellung einer
Fahrzeugkomponente, eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Halbzeugs und eine Fahrzeugkomponente anzugeben, wobei auch bei einem geringeren Gewicht der Fahrzeugkomponente die von bisher eingesetzten Stahlwerkstoffen bekannten
Eigenschaften möglichst erhalten bleiben oder sogar verbesserte werden sollen.
Die Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass der erste Stahlwerkstoff eine geringere Massendichte aufweist und der zweite Stahlwerkstoff eine höhere Massendichte aufweist und
das Verhältnis der geringeren Massendichte des ersten Stahlwerkstoffs zu der höheren Massendichte des zweiten Stahlwerkstoffs höchstens 0,95 beträgt.
Das erfindungsgemäße Halbzeug macht sich zunutze, dass durch den ersten
Stahlwerkstoff mit der geringeren Massendichte das Gewicht des Halbzeugs bzw. der daraus hergestellten Fahrzeugkomponente reduziert werden kann. Gleichzeitig jedoch können durch den zweiten Stahlwerkstoff die vorteilhaften Eigenschaften der Fahrzeugkomponente weitestgehend aufrechterhalten werden. Im Ergebnis können somit die Kompromisse, die notwendig wären, wenn beispielsweise die gesamte Fahrzeugkomponente aus dem ersten Stahlwerkstoff bestünde, reduziert oder sogar gänzlich vermieden werden. Insbesondere hat sich gezeigt, dass sich ein derartiger Stahlwerkstoff bzw. eine derartige Kombination von Stahlwerkstoffen für den Einsatz in Halbzeugen zur Herstellung von Fahrzeugkomponenten eignet. Um ein Beispiel anzuführen, hat es sich gezeigt, dass etwa bei der Herstellung einer
Fahrzeugkomponente in Form einer B-Säule bis zu 10% des B-Säulengesamtgewichts eingespart werden können, während die übrigen Eigenschaften weitestgehend beibehalten werden können.
Unter einem ersten Stahlwerkstoff mit einer geringeren Massendichte wird verstanden, dass die Massendichte des ersten Stahlwerkstoffs im Vergleich zur Massendichte des zweiten Stahlwerkstoffs geringer ist. Entsprechend wird unter einem zweiten
Stahlwerkstoff mit einer höheren Massendichte verstanden, dass die Massendichte des zweiten Stahlwerkstoffs im Vergleich zur Massendichte des ersten Stahlwerkstoffs höher ist.
Dass das Verhältnis der geringeren Massendichte des ersten Stahlwerkstoffs zu der höheren Massendichte des zweiten Stahlwerkstoffs höchstens 0,95 beträgt, heißt, dass der erste Stahlwerkstoff 95 % oder weniger der Dichte des zweiten Stahlwerkstoffs aufweist. Der erste Stahlwerkstoff kann insofern als ein dichtereduzierter
Stahlwerkstoff angesehen werden. Besonders bevorzugt beträgt das Verhältnis der geringeren Massendichte des ersten Stahlwerkstoffs zu der höheren Massendichte des zweiten Stahlwerkstoffs höchstens 0,90. Hierdurch kann eine besonders effektive Gewichtsreduktion erreicht werden. Bevorzugt liegt das Verhältnis der Massendichten aber bei mindestens 0,70, bevorzugt 0,80.
Der (mindestens) zweite Stahlwerkstoff ist beispielsweise ein Dualphasenstahl, ein Mehrphasenstahl, ein Complexphasenstahl, ein Restaustenit-Stahl, ein
Martensitphasenstahl, ein höherfester IF-Stahl, ein höherfester Streckziehstahl, ein Tiefziehstahl, ein Bake-Hardening-Stahl, ein phosphorlegierter Stahl, ein mikrolegierter höherfester Stahl, ein Federstahl oder ein Vergütungsstahl, vorzugsweise ein Mangan- Bor-Stahl. Der erste und/oder zweite Stahlwerkstoff kann beispielsweise kalt- oder warmgewalzt sein. Der erste und/oder zweite Stahlwerkstoff kann beispielsweise ein kalt- oder warmumformbarerer Stahl sein.
Bevorzugt ist der (mindestens) zweite Stahlwerkstoff ein Stahl (insbesondere ein Mangan-Bor-Stahl, ein Dualphasenstahl, ein Complexphasenstahl oder ein
Mehrphasenstahl) mit einer Zugfestigkeit Rm von mindestens 400 MPa, bevorzugt mindestens 700 MPa, weiterhin bevorzugt mindestens 900 MPa, besonders bevorzugt mindestens 1000 MPa im Einsatzzustand. Ebenfalls bevorzugt kann der (mindestens) zweite Stahlwerkstoff ein Tiefziehstahl mit geringerer Zugfestigkeit aber dafür hoher Bruchdehnung A80, beispielsweise mindestens 20 %, bevorzugt mindestens 30 % sein.
Das Halbzeug kann zudem eine zumindest teilweise Oberflächenbeschichtung, etwa eine organische oder anorganische Oberflächenbeschichtung aufweisen.
Der erste und der (mindestens) zweite Stahlwerkstoff sind bevorzugt unmittelbar miteinander verbunden. Bei der Verbindung des ersten und des (mindestens) zweiten Stahlwerkstoffs ist insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung bevorzugt. Die stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Walzen, insbesondere
Warmwalzen, Gießen, Schweißen, Löten, Plattieren und/oder Kleben hergestellt werden.
Ebenfalls kann das Halbzeug auch weitere Stahlwerkstoffe oder andere Werkstoffe umfassen. Die weiteren Werkstoffe können dann ebenfalls mit dem ersten und/oder zweiten Stahlwerkstoff verbunden sein, um das Halbzeug zu bilden. Bevorzugt besteht das Halbzeug jedoch ausschließlich aus dem ersten und dem zweiten Stahlwerkstoff.
Dass das Halbzeug ein Halbzeug zur Herstellung Fahrzeugkomponente ist, bedingt insbesondere, dass das Halbzeug so ausgebildet ist, dass auch die Dimensionen, wie etwa die Dicke oder die Größe des Halbzeugs entsprechend ausgelegt sind, um daraus eine Fahrzeugkomponente herstellen zu können.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs ist das Halbzeug auf die herzustellende Fahrzeugkomponente maßgeschneidert. Hierdurch können optimale Ergebnisse in Bezug auf ein geringes Gewicht bei gleichzeitigem Erhalt der gewohnten Eigenschaften einer aus einem gewöhnlichen Halbzeug aus Stahl hergestellten
Fahrzeugkomponente erreicht werden. Beispielsweise wird die Anordnung des ersten Stahlwerkstoffs und des (mindestens) zweiten Stahlwerkstoffs gezielt gewählt, um die bei der daraus hergestellten Fahrzeugkomponente gewünschten Eigenschaften herzustellen. So kann beispielsweise der erste Stahlwerkstoff in Bereichen vorgesehen werden, in denen die Eigenschaften des ersten Stahlwerkstoffs bei der
Fahrzeugkomponente erwünscht sind oder die Eigenschaften des (mindestens) zweiten Stahlwerkstoffs nicht benötigt werden. Andersherum kann der (mindestens) zweite Stahlwerkstoff in den Bereichen vorgesehen werden, in denen die Eigenschaften des zweiten Stahlwerkstoffs bei der Fahrzeugkomponente erwünscht sind.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs ist die geringere Massendichte des ersten Stahlwerkstoffs kleiner 7,5 g/cm3, insbesondere kleiner 7,25 g/cm3, vorzugsweise kleiner 7,0 g/cm3. Wird die Massendichte des ersten Stahlwerkstoffs auf unter 7,5 g/cm3, insbesondere unter 7,25 g/cm3, vorzugsweise unter 7,0 g/cm3 verringert, kann im Bereich des ersten Stahlwerkstoffs und damit auch insgesamt ein geringes Gewicht des Fahrzeugkomponente erreicht werden. Es hat sich insbesondere gezeigt, das sich selbst Stahlwerkstoffe mit derartigen geringen Dichten für Fahrzeugkomponenten einsetzten lassen, ohne die Funktionalität der
entsprechenden Komponente zu beeinträchtigen.
Bevorzugt ist die höhere Massendichte des (mindestens) zweiten Stahlwerkstoffs größer als 7,0 g/cm3, insbesondere größer als 7,5 g/cm3. Mit einer vergleichsweise hohen Massendichte des (mindestens) zweiten Stahlwerkstoffs kann flexibel ein Stahlwerkstoff gewählt werden, um gewünschte Eigenschaften, wie etwa eine hohe Festigkeit, Steifigkeit und/oder Duktilität bei der Fahrzeugkomponente bereitzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs ist der erste Stahlwerkstoff ein dichtereduzierter Stahl auf Basis einer Eisen-Aluminium-Basis- Legierung und die Eisen-Aluminium-Basis-Legierung weist, insbesondere weniger als 40 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 30 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 20 Gew.-% Aluminium auf. Durch eine Eisen-Aluminium-Basis-Legierung kann die Dichte des ersten Stahlwerkstoffs reduziert werden. Dies kann dabei wirtschaftlich durch ein Zulegieren des Aluminiums bei der Herstellung des ersten Stahlwerkstoffs erreicht werden. Wird die Menge an Aluminium auf weniger als 20 Gew.-%, besonders bevorzugt auf weniger als 18 Gew.-% begrenzt, kann ein übermäßiger Festigkeitsverlust und Duktilitätsverlust des ersten Stahlwerkstoffs vermieden werden.
Beispielsweise wird für den ersten Stahlwerkstoff eine Eisen-Aluminium-Basis- Legierung verwendet, die neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.- %) enthält:
C < 0,15
3 < AI < 20
REM < 0,2
P < 0,1
S < 0,03
N < 0,1.
REM steht hierbei für Seltenerdmetalle, wobei der erste Stahlwerkstoff dabei eins oder mehrere Elemente der Gruppe der Seltenerdmetalle jeweils im angegebenen Bereich enthalten kann. Optional kann auch eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe Mn, Si, Nb, Ti, Mo, Cr, Zr, V, W, Co, Ni, B, Cu, Ca mit der Maßgabe (in Gew.-%) enthalten sein, Mn: bis zu 6 %, Si: bis zu 2 %, Nb: bis zu 1 %, Ti: bis zu 1 %, Zr: bis zu 1 %, V: bis zu 1 %, W: bis zu 1 %, Mo: bis zu 2 %, Cr: bis zu 11 %, Co: bis zu 1 %, Ni: bis zu 2 %, B: bis zu 0,1 %, Cu: bis zu 3 %, Ca: bis zu 0,015 %. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs ist der erste Stahlwerkstoff ein korrosionsbeständiger Stahl auf FeAlCr-Basis. Hierdurch kann die Korrosionsbeständigkeit des Verbundes insbesondere durch Zulegieren von Cr, beispielsweise in einem Bereich von 2 bis 11 in Gew.-% verbessert werden und wesentlich geringere Werkstoffkosten im Gegensatz zu Rostfreimaterialien
(nichtrostende Stähle, CrNi-Stähle) erzielt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs wird der erste Stahlwerkstoff durch Einbringen und/oder Ausscheiden von Partikeln hergestellt.
Beispielsweise können Partikel aus Keramik, insbesondere Nichtoxidkeramiken, beispielsweise Titancarbid (TiC) oder Titanborid (TiB2) in dem ersten Stahlwerkstoff vorgesehen werden. Hierdurch kann bei der herzustellenden Fahrzeugkomponente nicht nur eine geringe Dichte, sondern zudem ein hoher Elastizitätsmodul erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs ist der erste Stahlwerkstoff ein Metallmatrix- Verbundwerkstoff. Hierbei kann der Stahl keramisches oder organisches Verstärkungsmaterial, etwa in Form von Fasern aufweisen. Durch einen Metallmatrix- Verbundwerkstoff (MMC) kann nicht nur das Gewicht des ersten Stahlwerkstoffs verringert werden, sondern es können zudem auch mechanische Eigenschaften, etwa eine erhöhte Festigkeit oder Steifigkeit, oder thermische
Eigenschaften, etwa eine geringe thermische Dehnung, positiv beeinflusst werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs besitzt der erste Stahlwerkstoff ein Elastizitätsmodul von mehr als 220 GPa. Wie bereits ausgeführt, kann ein hoher Elastizitätsmodul beispielsweise durch das Einbringen von
Keramikpartikeln mit einem hohen Elastizitätsmodul oder durch das Vorsehen eines Metallmatrix- Verbundwerkstoffs erreicht werden. Hierdurch wird eine hohe Steifigkeit erreicht, was bei vielen Fahrzeugkomponenten eine erwünschte Eigenschaft ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs ist das
Halbzeug ein Tailored Blank oder ein Tailored Strip. Unter einem Tailored Blank wird dabei eine Blechplatine verstanden, welche aus dem ersten Stahlwerkstoff und dem (mindestens) zweiten Stahlwerkstoff zusammengesetzt ist. Der erste und der zweite Stahlwerkstoff sind dabei also flächig nebeneinander in verschiedenen Bereichen des Halbzeugs vorgesehen. Der Bereich mit dem ersten und dem (mindestens) zweiten Stahlwerkstoff können dabei auch unterschiedliche Blechdicken aufweisen. Das
Verbinden der Stahlwerkstoffe erfolgt bevorzugt mittels eines Schweißvorgangs, etwa als Stumpfstoß (Tailored Welded Blank). Unter einem Tailored Strip ist zu verstehen, dass das Halbzeug dabei im Unterschied zum Tailored Blank zusätzlich bandförmig vorgesehen ist. Ein als Tailored Blank oder Tailored Strip vorgefertigtes Halbzeug wird anschließend bei Bedarf Beschnitten und zum Beispiel durch Tiefziehen zur
gewünschten Fahrzeugkomponente umgeformt. Der Einsatz derartiger Halbzeuge ist bei der Herstellung von Fahrzeugkomponenten insbesondere bei Strukturkomponenten vorteilhaft, welche häufig bereichsweise unterschiedliche Anforderungen erfüllen müssen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs ist das
Halbzeug ein mehrlagiger Schichtverbund. Im Unterschied zum Tailored Blank oder Tailored Strip sind der erste Stahlwerkstoff und der (mindestens) zweite Stahlwerkstoff hier nicht flächig nebeneinander sondern schichtweise übereinander angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, die vorteilhaften Eigenschaften des ersten Stahlwerkstoffs und des (mindestens) zweiten Stahlwerkstoffs in dem gleichen Bereich miteinander zu kombinieren. Dies ist im Bereich der Fahrzeugkomponenten nicht nur bei
Strukturkomponenten, sondern auch bei Außenhautanwendungen oder
Fahrwerksanwendungen vorteilhaft. Unter einem mehrlagigen Schichtverbund wird dabei verstanden, dass zumindest zwei Schichten vorgesehen sind. Bevorzugt sind jedoch zumindest oder genau drei Schichten vorgesehen. Der Schichtverbund wird dabei bevorzugt mittels Warmwalzen oder Walzplattieren hergestellt. Eine Herstellung mittels eines Gießverfahrens ist ebenfalls denkbar. Die Ausbildung des Halbzeugs als Tailored Blank oder Strip und die Ausbildung als Schichtverbund schließen sich dabei jedoch nicht aus, sondern sind auch miteinander kombinierbar. So ist es ebenfalls denkbar, ein Tailored Blank oder Strip vorzusehen, welches in einem oder mehreren Bereichen wie der beschriebene Schichtverbund aufgebaut ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs weist der Schichtverbund eine Kernschicht aus dem ersten Stahlwerkstoff und zumindest eine Deckschicht aus dem zweiten Stahlwerkstoff auf. Besonders bevorzugt weist der Schichtverbund dabei beidseitig der Kernschicht aus dem ersten Stahlwerkstoff jeweils eine Deckschicht aus dem zweiten Stahlwerkstoff auf. Durch die leichte Kernschicht und beispielsweise Deckschichten mit hoher Festigkeit kann eine hohe Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht erreicht werden. Die Deckschichten können ebenfalls einen guten Oberflächenschutz bei trotzdem geringem Gewicht ermöglichen. Auch die Verwendung weiterer Schichten ist denkbar und ist nicht auf drei Schichten
eingeschränkt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs weist der Schichtverbund eine Kernschicht aus dem zweiten Stahlwerkstoff und zumindest eine Deckschicht aus dem ersten Stahlwerkstoff auf. Besonders bevorzugt weist der
Schichtverbund dabei beidseitig der Kernschicht aus dem zweiten Stahlwerkstoff jeweils eine Deckschicht aus dem ersten Stahlwerkstoff auf. Hierbei können bei geringem Geweicht beispielsweise eine hohe Duktilität bei moderater Festigkeit erreicht werden. Auch kann auf diese Weise vorteilhaft eine Fahrzeugkomponente mit hoher Festigkeit und gleichzeitig hoher Umformbarkeit erreicht werden. Auch in diesem Fall können die Deckschichten einen guten Oberflächenschutz bei trotzdem geringem Gewicht ermöglichen. Insbesondere wenn die Deckschichten über einen hohen Aluminiumanteil (FeAl- oder FeAlCr-Basis) verfügen, können gute Korrosionseigenschaften in den zu erzeugenden Bauteilen erreicht werden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs ist der
(mindestens) zweite Stahlwerkstoff ein kalt- und/oder warmumformbarer
Stahlwerkstoff. Bei einem kaltumformbaren Stahlwerkstoff kann eine kosteneffiziente Herstellung der Fahrzeugkomponente erfolgen. Wird hingegen ein warmumformbarer Stahlwerkstoff verwendet, können in der Regel komplexere Geometrien bei gleichzeitig hoher Härte durch Warmumformen und/oder Presshärten erreicht werden. Insofern ist es vorteilhaft, wenn das Halbzeug zumindest partiell presshärtbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs ist die
Fahrzeugkomponente
eine Strukturkomponente, beispielswiese eine Säule, insbesondere eine A-, B-, C- oder D-Säule, ein Träger, insbesondere ein Querträger oder ein Längsträger, eine Außenhautkomponente, beispielsweise eine Motorhaube, ein Dach oder eine Tür, oder
eine Fahrwerkskomponente, beispielsweise ein Querlenker oder ein Achsträger, oder ein Teil hiervon.
Es hat sich gezeigt, dass die beschriebenen Halbzeuge insbesondere für
Strukturkomponenten, aber auch für Außenhaut- und Fahrwerkskomponenten vorteilhaft einsetzbar sind und eine Gewichtsreduzierung ermöglichen. Das Halbzeug ist dann in Bezug auf die Geometrie (insbesondere Größe und Dicke) und die Anordnung der Werkstoffe auf die jeweilig herzustellende Fahrzeugkomponente und die
erwünschten Eigenschaften maßgeschneidert.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe auch durch ein gattungsgemäßes Verfahren gelöst, umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines ersten Stahlwerkstoffs und mindestens eines zweiten
Stahlwerkstoffs, wobei der erste Stahlwerkstoff eine geringere Massendichte aufweist und der zweite Stahlwerkstoff eine höhere Massendichte aufweist und das Verhältnis der geringeren Massendichte des ersten Stahlwerkstoffs zu der höheren Massendichte des zweiten Stahlwerkstoffs höchstens 0,95 beträgt, form-, kraft-, und/oder stoffschlüssiges Verbinden der Stahlwerkstoffe miteinander zur Bildung eines Halbzeugs, insbesondere eines
erfindungsgemäßen Halbzeugs, und
Umformen des Halbzeugs zu einer Fahrzeugkomponente.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich somit zunutze, dass durch den ersten Stahlwerkstoff mit der geringeren Massensichte das Gewicht der aus dem Halbzeug hergestellten Fahrzeugkomponente reduziert werden kann. Gleichzeitig jedoch können durch den (mindestens) zweiten Stahlwerkstoff die bekannten vorteilhaften
Eigenschaften der Fahrzeugkomponente weitestgehend aufrechterhalten werden.
Vorteilhaft können dabei die Verfahrensschritte, um aus dem Halbzeug die
Fahrzeugkomponente herzustellen, praktisch gleich bleiben, da das Halbzeug wie bisher gehandhabt und umgeformt werden kann. Insbesondere hat sich gezeigt, dass es möglich ist, geometrische Steifigkeitsänderungen, die zu Mehrgewicht führen würden, zu vermeiden. Diese Vorteile machen sich insbesondere bei der Herstellung von
Fahrzeugkomponenten bemerkbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin den Schritt umfassen: Aufhaspeln des Halbzeugs. Insbesondere bei der Herstellung von Tailored Strips oder
Verbundwerkstoffen kann das Halbzeug zunächst aufgehaspelt werden, um
beispielsweise gelagert, transportiert und/oder einer Wärmebehandlung zugeführt zu werden. Anschließend kann das Halbzeug abgehaspelt werden und etwa nach einer Zuschnittoperation dem Umformen unterzogen werden.
Das Umformen umfasst beispielsweise eine Tiefziehoperation. Das Umformen kann insbesondere ein Warmumformen und Presshärten (direkte Warmumformung) oder zunächst ein Kaltumformen mit anschließenden Presshärten (indirekte
Warmumformung) umfassen. Das heißt, das Halbzeug bzw. das endgeometrienahe ausgebildete Bauteil wird auf oder über die Austenitisierungstemperatur erhitzt und anschließend im Umform- und Härtewerkzeug bzw. im Härtewerkzeug (bereichsweise) abgekühlt. Der Schritt des Bereitstellens des ersten und/oder des mindestens zweiten Stahlwerkstoffs kann insbesondere auch den Schritt des Herstellens des Stahlwerkstoffs umfassen. Dabei kann beispielsweise bei der Herstellung des ersten Stahlwerkstoffs wie bereits beschrieben Aluminium und/oder weitere Legierungselemente zulegiert werden oder es können Partikel eingebracht/ausgeschieden werden, um die Reduzierung der Dichte zu erreichen.
Für weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Ausführungen zum beschriebenen Halbzeug verwiesen. Die dort beschriebenen Ausgestaltungen sollen ebenfalls für das Verfahren gelten.
Gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe auch durch eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Halbzeugs zur
Herstellung einer Fahrzeugkomponente gelöst. Es hat sich herausgestellt, dass die beschriebenen Halbzeuge sich besonders gut zur Herstellung von
Fahrzeugkomponenten eignen. Die Halbzeuge ermöglichen die Herstellung von
Fahrzeugkomponenten mit geringem Gewicht bei gleichzeitig für die
Fahrzeugkomponente maßgeschneiderten Eigenschaften, wie beispielsweise eine hohe Festigkeit, eine hohe Steifigkeit, eine hohe Duktilität und/oder ein guter
Oberflächenschutz.
Gemäß einer vierten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe auch durch eine Fahrzeugkomponente hergestellt aus einem
erfindungsgemäßen Halbzeug, insbesondere nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, gelöst. Wie bereits ausgeführt, weisen die erfindungsgemäßen Fahrzeugkomponenten ein geringes Gewicht bei gleichzeitig für die Fahrzeugkomponente maßgeschneiderten Eigenschaften auf. Für weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verwendung und der erfindungsgemäßen Fahrzeugkomponente wird auf die Ausführungen zum Halbzeug bzw. zum Verfahren verwiesen.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand von verschiedenen Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1, 2 Draufsichten eines ersten und eines zweiten Ausführungsbeispiels
erfindungsgemäßer Halbzeuge jeweils in Form eines Tailored Blanks;
Fig. 3 - 6 Querschnittsansichten eines dritten bis sechsten Ausführungsbeispiels erfindungsgemäßer Halbzeuge jeweils in Form eines mehrlagigen Schichtverbunds; und
Fig. 7 eine perspektivische schematische Ansicht einer Fahrzeugkarosserie mit unterschiedlichen Fahrzeugkomponenten.
Fig. 1 zeigt zunächst ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Halbzeugs in Form eines Tailored Blanks la. Das Tailored Blank ist hier zur Herstellung einer Fahrzeugkomponente geeignet. Die Fahrzeugkomponente ist hier eine B-Säule eines Kraftfahrzeugs. Hierzu umfasst das Tailored Blank einen ersten Bereich 2 aus einem ersten Stahlwerkstoff und einen zweiten Bereich 4 aus einem zweiten
Stahlwerkstoff. Die beiden Stahlwerkstoffe sind in diesem Fall stoffschlüssig durch Schweißen (beispielsweise Laserschweißen) miteinander verbunden.
In Fig. 1 ist zudem schematisch der Bereich 6 dargestellt aus dem die die B-Säule durch umformen hergestellt wird. Der Bereich 6 wird beispielsweise durch eine
Zuschneideoperation aus dem Tailored Blank ausgeschnitten. Wie zu erkennen ist, liegt der untere Teil der B-Säule im ersten Bereich 2 aus dem ersten Stahlwerkstoff und der obere Teil der B-Säule im zweiten Bereich 4 aus dem zweiten Stahlwerkstoff. Der erste Stahlwerkstoff weist dabei eine im Vergleich zum zweiten Stahlwerkstoff geringere Massendichte auf, während der zweite Stahlwerkstoff eine im Vergleich zum ersten Stahlwerkstoff höhere Massendichte aufweist. Das Verhältnis der geringeren Massendichte des ersten Stahlwerkstoffs zu der höheren Massendichte des zweiten Stahlwerkstoffs beträgt hier höchstens 0,95.
Die geringere Massendichte des ersten Stahlwerkstoffs im ersten Bereich 2 ist dabei dadurch erzeugt, dass dieser ein dichtereduzierter Stahl auf Basis einer Eisen- Aluminium-Basis-Legierung ist. Grundsätzlich ist aber ebenfalls denkbar, dass der erste Stahlwerkstoff durch das Einbringen und/oder Ausscheiden von Partikeln hergestellt wird. Hierzu werden beispielsweise Keramikpartikel eingebracht, wodurch
insbesondere als erster Stahlwerkstoff auch ein Metallmatrix- Verbundwerkstoff gebildet werden kann.
Der zweite Stahlwerkstoff im zweiten Bereich 4 besteht in diesem Fall aus einem Mangan-Bor-Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1500MPa im Einsatzzustand, in diesem Beispiel im gehärteten Zustand. Die Legierungsbestandteile in Gew.-% des zweiten Stahlwerkstoffs sind dabei bevorzugt wie folgt begrenzt: c < 0,5
Si < 0,7
Mn < 2,5
P < 0,025
s < 0,01
AI > 0,015
Ti < 0,05
Cr+Mo < 1,0
B < 0,05
Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen. Im Ergebnis kann eine B-Säule bereitgestellt werden, mit welcher im Vergleich zu B- Säulen aus dem Stand der Technik im Bereich des Säulenfußes, welcher aus dem ersten Bereich 2 mit dem dichtereduzierten Stahlwerkstoff gebildet wird, 10 bis 20 % des Gewicht eingespart werden können, was bis zu 10% des B-Säulengesamtgewichts ausmachen kann. Durch gezielte Prozessführung kann der erste Bereich 2 kalt- oder warmumgeformt werden.
Fig. 2 zeigt nun ein zweites Ausführungsbeispiel eines Halbzeugs lb in Form eines Tailored Blanks. Im Unterschied zu Fig. 1 ist das Halbzeug lb hier zur Herstellung einer Fahrzeugkomponente in Form eines vorderen Längsträgers maßgeschneidert, welcher aus dem Bereich 6 gebildet wird. Das Halbzeug weist wiederum im ersten Bereich 2 einen wie beschriebenen ersten Stahlwerkstoff mit geringerer Dichte als der zweite Stahlwerkstoff im zweiten Bereich 4 auf. Im Unterschied zu Fig. 1 ist der zweite Stahlwerkstoff jedoch ein Dualphasenstahl. Die Legierungsbestandteile in Gew.-% des zweiten Stahlwerkstoffs sind dabei bevorzugt wie folgt begrenzt: c < 0,23
Si < 0,8
Mn < 2,5
P < 0,08
s < 0,015
AI < 2,0
Ti+Nb < 0,15
Cr+Mo < 1,0
B < 0,005
V < 0,2
Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
Bei einem vorderen Längsträger werden sowohl hohe Anforderungen an die Festigkeit und Energieaufnahme gestellt, da dies das Crashverhalten positiv beeinflusst, als auch hohe Anforderungen an die Steifigkeit, da dies beispielsweise eine optimale Anbindung an den Motor ermöglicht. Durch das in Fig. 2 dargestellte Halbzeug lb können diese beiden Anforderungen optimal erfüllt werden und gleichzeitig kann weiteres
Leichtbaupotential erschlossen werden.
Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbzeugs lc in Form eines mehrlagigen Schichtverbunds. Der Schichtverbund ist dreilagig aufgebaut und weist eine Kernschicht 8 und zwei äußere Deckschichten 10, 12 auf. Die Kernschicht besteht aus einem ersten wie beschriebenen dichtereduzierten Stahlwerkstoff. Die Deckschichten 10, 12 bestehen in diesem Fall aus dem zweiten Stahlwerkstoff in Form eines wie beschriebenen Mangan-Bor-Stahls mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1500MPa im Einsatzzustand (gehärteten Zustand). In diesem Fall weisen die
Deckschichten 10, 12 eine höhere Festigkeit auf als die Kernschicht 8. Dieser Aufbau liefert eine hohe Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht. Der Schichtverbund kann insbesondere durch Warmumformung zu einer Fahrzeugkomponente umgeformt werden.
Fig. 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbzeugs ld ebenfalls in Form eines mehrlagigen Schichtverbunds. Der Schichtverbund ist wiederum dreilagig aufgebaut und weist eine Kernschicht 8 und zwei äußere Deckschichten 10, 12 auf. Im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel bestehen in diesem Fall die Deckschichten 10, 12 aus einem ersten wie beschriebenen dichtereduzierten ersten Stahlwerkstoff und die Kernschicht 8 aus einem zweiten Stahlwerkstoff in Form eines wie beschriebenen Mangan-Bor-Stahls mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1500MPa im Einsatzzustand (gehärteten Zustand). In diesem Fall weist die Kernschicht 8 eine höhere Festigkeit auf als die Deckschichten 10, 12. Dieser Aufbau liefert eine hohe Duktilität bei moderater Festigkeit und geringem Gewicht. Zudem dienen die
Deckschichten einem Oberflächenschutz, insbesondere wenn der Aluminiumanteil höher ist (FeAl-, FeAlCr-Basis). Der Schichtverbund kann insbesondere durch
Warmumformung zu einer Fahrzeugkomponente umgeformt werden. Fig. 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbzeugs le ebenfalls in Form eines mehrlagigen Schichtverbunds. Der Schichtverbund ist wiederum dreilagig aufgebaut und weist eine Kernschicht 8 und zwei äußere Deckschichten 10, 12 auf. Ähnlich dem dritten Ausführungsbeispiel besteht hier die Kernschicht 8 aus einem ersten wie beschriebenen dichtereduzierten Stahlwerkstoff. Die Deckschichten 10, 12 bestehen in diesem Fall aus dem zweiten Stahlwerkstoff, welcher hier ein sehr duktiler Tiefziehstahl mit einer Zugfestigkeit von etwa 270 bis 350 MPa und einer
Bruchdehnung A80 von mindestens 38% ist. Die Legierungsbestandteile in Gew.-% des zweiten Stahlwerkstoffs sind dabei bevorzugt wie folgt begrenzt:
C < 0,08
Mn < 0,4
P < 0,030
S < 0,030
Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
Ein Halbzeug aus einem derartigen Schichtverbund ist insbesondere für
Fahrzeugkomponenten im Bereich der Außenhautanwendungen geeignet (etwa
Motorhauben, Dächer oder Türen), da dieser ein geringes Gewicht bei hoher
Umformbarkeit mit einem guten Oberflächenschutz kombiniert. Der Schichtverbund kann dabei durch Kaltumformung zu einer Fahrzeugkomponente umgeformt werden.
Fig. 6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbzeugs lf ebenfalls in Form eines mehrlagigen Schichtverbunds. Der Schichtverbund ist wiederum dreilagig aufgebaut und weist eine Kernschicht 8 und zwei äußere Deckschichten 10, 12 auf. Ähnlich dem vierten Ausführungsbeispiel bestehen hier die Deckschichten 10, 12 aus einem ersten wie beschriebenen dichtereduzierten Stahlwerkstoff, vorzugsweise auf FeAl- oder FeAlCr-Basis. Die Kernschicht 8 besteht aus dem zweiten Stahlwerkstoff, welcher in diesem Beispiel aber ein Complexphasenstahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 750 MPa ist. Die Legierungsbestandteile in Gew.-% des zweiten
Stahlwerkstoffs sind dabei bevorzugt wie folgt begrenzt: C <0,23
Si <0,8
Mn <2,20
P <0,080
S <0,015
AI <2,00
Ti+Nb < 0,15
Cr+Mo<l,20
B <0,005
V <0,2
Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
Ein Halbzeug aus einem derartigen Schichtverbund ist insbesondere zur Herstellung von Fahrzeugkomponenten im Bereich der Fahrwerksanwendungen geeignet (etwa für Querlenker oder Achsträger), da dieser eine hohe Festigkeit und Umformbarkeit mit einem verbesserten Oberflächenschutz kombiniert. Der Schichtverbund kann dabei insbesondere durch Kaltumformung zu einer Fahrzeugkomponente umgeformt werden.
Fig. 7 zeigt schließlich eine perspektivische schematische Ansicht einer
Fahrzeugkarosserie 14 mit unterschiedlichen Fahrzeugkomponenten, welche
beispielhaft mit dem beschriebenen Halbzeug und Verfahren hergestellt werden können. So zeigt Fig. 7 exemplarisch A-Säulen 16, B-Säulen 18, C-Säulen 20, vordere Längsträger mit Crashboxen 22, einen Dachrahmen 24, Schweller 26 und Kotflügel 28 als Fahrzeugkomponenten.
Die erfindungsgemäßen Fahrzeugkomponenten sind nicht auf personenbefördernde Kraftfahrzeuge beschränkt, sondern auf alle motorangetriebene Fahrzeuge, wie beispielsweise Nutzfahrzeuge aber auch für motorlose Fahrzeuge, wie beispielsweise Anhänger die von Sattelschlepper gezogen werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1) Halbzeug (1) zur Herstellung einer Fahrzeugkomponente umfassend
einen ersten Stahlwerkstoff und
mindestens einen zweiten Stahlwerkstoff,
wobei die Stahlwerkstoffe form-, kraft-, und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Stahlwerkstoff eine geringere Massendichte aufweist und der zweite Stahlwerkstoff eine höhere Massendichte aufweist und
das Verhältnis der geringeren Massendichte des ersten Stahlwerkstoffs zu der höheren Massendichte des zweiten Stahlwerkstoffs höchstens 0,95 beträgt.
2) Halbzeug nach Anspruch 1,
wobei das Halbzeug (1) auf die herzustellende Fahrzeugkomponente
maßgeschneidert ist.
3. Halbzeug nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die geringere Massendichte des ersten Stahlwerkstoffs kleiner 7,5 g/cm3, insbesondere kleiner 7,0 g/cm3 ist.
4. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei der erste Stahlwerkstoff ein dichtereduzierter Stahl auf Basis einer Eisen- Aluminium-Basis-Legierung ist und wobei die Eisen-Aluminium-Basis-Legierung vorzugsweise weniger als 30 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 20 Gew.- % Aluminium aufweist.
5. Halbzeug nach Anspruch 4, wobei der erste Stahlwerkstoff ein korrosionsbeständiger Stahl auf FeAlCr-Basis ist.
6. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei der erste Stahlwerkstoff durch Einbringen und/oder Ausscheiden von Partikeln hergestellt wird.
7. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei der erste Stahlwerkstoff ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff ist.
8. Halbzeug nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
wobei der erste Stahlwerkstoff ein Elastizitätsmodul von mehr als 220 GPa besitzt.
9. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei das Halbzeug (1) ein Tailored Blank oder ein Tailored Strip ist.
10. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei das Halbzeug (1) ein mehrlagiger Schichtverbund ist.
11. Halbzeug nach Anspruch 10,
wobei der Schichtverbund eine Kernschicht (8) aus dem ersten Stahlwerkstoff und zumindest eine Deckschicht (10, 12) aus dem zweiten Stahlwerkstoff aufweist.
12. Halbzeug nach Anspruch 10,
wobei der Schichtverbund eine Kernschicht (8) aus dem zweiten Stahlwerkstoff und zumindest eine Deckschicht (10, 12) aus dem ersten Stahlwerkstoff aufweist.
13. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
wobei der zweite Stahlwerkstoff ein kalt- und/oder warmumformbarer
Stahlwerkstoff ist.
14. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
wobei die Fahrzeugkomponente
eine Strukturkomponente, beispielswiese eine Säule, insbesondere eine A-, B-, C- oder D-Säule, ein Träger, insbesondere ein Querträger oder ein Längsträger,
eine Außenhautkomponente, beispielsweise eine Motorhaube, ein Dach oder eine Tür, oder
eine Fahrwerkskomponente, beispielsweise ein Querlenker oder ein Achsträger,
oder ein Teil hiervon ist.
15. Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugkomponente umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines ersten Stahlwerkstoffs und mindestens eines zweiten Stahlwerkstoffs, wobei der erste Stahlwerkstoff eine geringere Massendichte aufweist und der zweite Stahlwerkstoff eine höhere
Massendichte aufweist und das Verhältnis der geringeren Massendichte des ersten Stahlwerkstoffs zu der höheren Massendichte des zweiten Stahlwerkstoffs höchstens 0,95 beträgt,
form-, kraft-, und/oder stoffschlüssiges Verbinden der Stahlwerkstoffe miteinander zur Bildung eines Halbzeugs (1), insbesondere eines
Halbzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 13, und
Umformen des Halbzeugs (1) zu einer Fahrzeugkomponente.
16. Verwendung eines Halbzeugs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur
Herstellung einer Fahrzeugkomponente. Fahrzeugkomponente hergestellt aus einem Halbzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, insbesondere nach einem Verfahren nach Anspruch 15.
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