EP3978634A1 - An at least partially press-hardened steel sheet component and method of producing an at least partially press-hardened steel sheet component - Google Patents
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- EP3978634A1 EP3978634A1 EP21197030.6A EP21197030A EP3978634A1 EP 3978634 A1 EP3978634 A1 EP 3978634A1 EP 21197030 A EP21197030 A EP 21197030A EP 3978634 A1 EP3978634 A1 EP 3978634A1
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Definitions
- an at least partially press-hardened sheet steel component is the subject of the invention.
- sheet steel components by means of hot forming has already become industrially established, in particular for the production of body parts such as for the production of safety-relevant A-pillars, B-pillars or longitudinal and cross members.
- These sheet steel components can be manufactured using both direct and indirect hot forming processes.
- Flat blanks (directly) or already preformed or near-net-shape (cold) formed semi-finished products/parts (indirectly) made from sheet steel, in particular from hardenable sheet steel, are heated to a temperature at which, depending on the composition of the sheet steel used, a structural transformation occurs within of the steel sheet occurs.
- the structural transformation to austenite begins with Ac1 and when Ac3 is reached or above Ac3, an essentially completely austenitic structure is present.
- the hot (austenitized) sheet steel is placed in a forming tool and hot-formed.
- the still hot steel sheet is cooled in such a way, preferably within the forming tool, which is preferably actively cooled, that the structure is converted into a hard structure of martensite and/or bainite, preferably essentially martensite.
- the cooling or quenching of the steel sheet by the action of a (hardening) tool which has the final contour of the sheet metal component to be produced, also called “press hardening”.
- Heating and cooling curves for setting the required microstructure depend on the chemical composition of the hardenable sheet steel used and can be taken or derived from so-called ZTA or ZTU diagrams.
- ZTA or ZTU diagrams By means of hot forming, it is possible to set an essentially martensitic microstructure with high strength.
- a good balance between strength and weight has been found with the partial or partial press hardening of manganese-boron steels in particular for the production of structural components in the vehicle sector.
- press-hardened structural components have the disadvantage that they only exhibit very low elongation behavior due to the hard structure that is set.
- tempering which can improve the elongation at break behavior but also result in a reduction in the strength set by hardening, see for example the published application DE 10 2008 055 514 A1 the applicant.
- the object is therefore to provide a method that allows the production of an at least partially press-hardened sheet steel component in such a way that the resulting sheet steel component has improved properties compared to the prior art and can be produced economically.
- the object is achieved with a method for producing an at least partially press-hardened sheet steel component with the features of claim 1, with an at least partially press-hardened sheet steel component with the features of claim 12 and with a structural component with the features of claim 15.
- the targeted different temperature control or the targeted exposure of the steel sheet to different temperatures during the at least partial austenitization of the steel sheet can have a positive influence on the properties, in particular on the ductility and toughness.
- the austenite grain size has a significant influence on these properties, so that it is desirable to keep the austenite grain size of the steel small by reducing grain growth during austenitization.
- the small austenite grain size can also result in a small grain size of the martensite during the structural transformation during press hardening if the martensite start temperature Ms is undershot, so that particularly fine and short martensite flakes can be produced.
- the steel sheet is at least partially first austenitized or heated at least at a first temperature T1, the first temperature T1 being in particular T1 > Ac3 + 70 K, preferably T1 > Ac3 + 90 K, preferably T1 > Ac3 + 110 K, in order to form the steel sheet to heat more quickly, in particular at a heating rate up to 700° C. of at least 4 K/s, in particular at least 6 K/s, preferably at least 8 K/s, preferably at least 10 K/s, particularly preferably at least 12 K/s.
- the subsequent application of the at least second temperature T2 to the already heated steel sheet should essentially serve to set a homogeneous austenite without causing significant temperature-induced grain growth of the austenite grains in the at least partially austenitized microstructure of the steel sheet.
- a substantially homogeneous and fine martensite can also be achieved after press hardening through a substantially homogeneous and fine austenite.
- Temperature-resistant microstructure components such as carbides in the form of TiC and/or TiN, as well as local segregations that cannot be dissolved during standard austenitization during hot forming, should not be considered and are considered production-related, unavoidable microstructure components (after press hardening). specified.
- the at least partial austenitizing of the steel sheet can be carried out, for example, in a furnace, preferably in a continuous furnace, preferably in a roller hearth furnace, in which case the furnace can be divided into at least two different temperature zones.
- Parameters such as Ac3, Ms etc. depend on the steel composition used and can be derived from so-called ZTU or ZTA diagrams.
- T1 is at least 40 K, in particular at least 70 K, preferably at least 100 K higher than T2 in order, for example, to ensure that the steel sheet is heated up more quickly due to the greater temperature difference between the steel sheet when it is placed in or entered the furnace or furnace chamber .
- the faster heating can lead to a shortening of the process time, since otherwise the temperature of the steel sheet will become slower and slower until it reaches the temperature T2 and will approach T2 asymptotically. This can be avoided accordingly.
- the at least partial austenitizing of the steel sheet is carried out for a total of between 60 and 1200 s.
- the austenitization is carried out in particular for at least 120 s overall, preferably for at least 180 s overall.
- the austenitization is carried out in particular for a maximum of 600 s in total, preferably for a maximum of 360 s in total.
- the thickness of the steel sheet also has an influence on the duration of the austenitization.
- the steel sheet is subjected to several first temperatures T1x with T1x>Ac3+70 and/or several second temperatures T2x between Ac3 and T1x during the at least partial austenitizing.
- the at least partially austenitized steel sheet is fed to at least one press-hardening tool for press-hardening, with the feeding taking place within 3 to 16 seconds.
- the at least partially austenitized steel sheet is fed in in particular within a maximum of 12s, preferably within 10s, preferably within 8s, so that the temperature of the at least partially austenitized steel sheet in the austenitized area does not fall below Ac1 - falls below 100 K.
- alloying elements specified in the present application are based on the weight in % by weight.
- the alloying elements specified as optional can alternatively also be tolerated as impurities in contents below the specified minimum limits, without influencing the properties of the steel, preferably not worsening them.
- the steel sheet can be provided as a preformed part.
- the preformed part can essentially already correspond to the near-net shape geometry and can thus be subjected to press hardening without any significant hot forming (indirect hot forming).
- the steel sheet can be provided as a substantially flat blank, with the at least partially austenitized steel sheet being hot-formed before the at least partial press hardening, in particular in order to obtain the desired final geometry (direct hot-forming).
- the hot forming and at least partially press hardening can be carried out in a hot forming and press hardening tool or, alternatively, the at least partially austenitized steel sheet can first be hot formed in one or more tools and the at least partially austenitized steel sheet can then be press hardened in one or more tools.
- the steel sheet can have a constant thickness of up to 10.0 mm, in particular up to 6.0 mm, preferably up to 3.5 mm, preferably up to 2.0 mm.
- the steel sheet has a thickness of at least 0.5 mm, in particular at least 0.8 mm, preferably at least 1.0 mm.
- the steel sheet can be either hot-rolled or cold-rolled. Alternatively, a flat steel sheet or a preformed steel sheet with varying thickness (tailor rolled blank) can also be provided.
- sheet steel can also be understood to mean a "tailored product” which consists of at least two steel sheets which are connected to one another, in particular in a materially bonded manner, with different thicknesses and/or qualities, as a flat semi-finished product (steel sheet) or as a preformed part (steel sheet), as “patchwork blank” or "tailor welded blank".
- the steel sheet can also be provided with a coating, a metallic coating based on aluminum or zinc preferably being used. This can be applied to the coiled or pre-cut sheet steel using a hot-dip, electrolytic or coil coating process.
- the steel sheet with a coating may already have been subjected to a pre-diffusion process. Alternatively, an uncoated sheet steel can also be used.
- the at least partially press-hardened sheet steel component is painted and subjected to a paint baking step for a duration of between 600 and 1800 s at a temperature TL of between 150 and 220°C.
- an at least partially hot-formed and press-hardened sheet steel component is produced from a flat semi-finished product during direct hot forming.
- the bending angle is determined according to VDA 238-100, with the sample position transverse to the rolling direction and the bending axis along the rolling direction.
- the bending angle is in particular ⁇ >55°, preferably ⁇ >60°.
- the mechanical parameters R m , R p0.2 and A80 are determined according to DIN EN ISO 6892 (Table B1, sample form 2), where R m is in particular >1800 MPa, preferably >1860 MPa, with R p0.2 in particular >1300 MPa , preferably > 1410 MPa, A80 being in particular > 5.1%, preferably > 5.6%.
- the former austenite grain size is maximum ASTM 10 or smaller, which corresponds to a grain size of up to 11 ⁇ m, determined by optical image analysis according to ASTM E112.
- the former austenite grain size becomes finer, for example, so that the former austenite grain size is in particular ASTM 11 at most, preferably ASTM 12 at most.
- the former austenite grain size can also be determined using the Vilella/Bain etching method [ Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 1940, handbook of metallographic grinding, polishing and etching processes, Berglund, Torkel, Meyer, Antonie, Nesper, Eugen (ed .)] be determined.
- the ARPGE software can be used and an austenite grain reconstruction based on the EBSD technique can be carried out.
- the method used was first described in the article " Reconstruction of parent grains from EBDS data" by C. Cayron et al. in 2006, see “Materials Characterization 57", pp. 386-401 .
- the retained austenite content is limited to a maximum of 5%, in particular a maximum of 4%, preferably a maximum of 3%.
- Martensite can include both untempered and tempered martensite.
- Bainite when present, may include lower, upper, and acicular bainite.
- Unavoidable structural components can be present in the form of ferrite, pearlite, cementite and/or carbides.
- the unavoidable structural components are in particular ⁇ 4.5%, preferably ⁇ 3.0%, preferably ⁇ 2.0%, more preferably ⁇ 1.0%.
- the specified structural components and microstructure are determined by evaluating light or electron microscopic examinations and are therefore to be understood as surface percentages. An exception to this is the structural component/microstructure austenite or residual austenite, which is given as a volume percentage in vol.
- the sheet steel component has a maximum force absorption F max of at least 40 kN and/or an energy absorption E of at least 4000 J in the press-hardened area, each determined by a quasi-static 3-point bending test.
- the quasi-static 3-point bending test is carried out on a hat-shaped profile on a test bench using a 3-point bend, with the profile being placed on two rollers, each with a roller diameter of 50 mm and a distance of 300 mm, a stamp with a punch radius of 25 mm between the two rollers with a travel speed of 20 mm/s and a maximum travel of 135 mm by acting on the profile.
- the punching force required during the deformation of the profile is measured.
- the absorbed energy E can also be derived from the punch force, which can be determined as an integral over the force-displacement curve or the area below the force-displacement curve.
- the maximum force absorption can in particular be at least 50 kN, preferably at least 60 kN.
- the absorbed energy E can in particular correspond to at least 5000 J, preferably at least 6000 J.
- a locking plate can also be connected to the flanges of the hat-shaped profile on the rear side by means of resistance spot welding, which plate can have a tensile strength of between 300 and 400 MPa, for example.
- the sheet steel component is completely press-hardened.
- the entire cross-section of a fully press-hardened sheet steel component has a hardened structure which has a microstructure of martensite and/or tempered martensite and/or Bainite with at least 95% and unavoidable microstructural components of up to 4.5% and additionally a retained austenite content of at least 0.5% to a maximum of 5%.
- a third teaching of the invention relates to a structural component, in particular for a motor vehicle, produced from a sheet steel component according to the invention, which is produced in particular using a method according to the invention, the structural component being painted.
- the differences are listed in Table 1.
- a uniform temperature prevailed in the steel sheets 1, 2, indicated by T2 for a residence time of t2.
- the continuous furnace was divided into two temperature zones, with a first temperature T1 being set in the first zone and a second temperature T2 with T2 ⁇ T1 being set in the second zone downstream in the flow, and the steel sheets being subjected to the temperatures listed in Table 1 were, where the duration or the residence time in the oven is indicated by t.
- the heating curves of the individual steel sheets 1, 2 and 3 is in the single figure 1 is shown, the residence time of the steel sheet in the furnace being plotted on the abscissa and the temperature TB of the steel sheet being plotted on the ordinate.
- the steel sheet 3 is at 70 s Recognize the transition of the austenitized steel sheet from the first temperature T1 to the second temperature T2 by a jump in the heating curve.
- feeding means the transport time, which refers to the time between the complete removal of the austenitized steel sheet from the furnace and the moment when the tool comes into contact with the austenitized steel sheet for the first time when the press is closed . Since the steel sheets were provided as essentially flat blanks, they had to be hot-formed before press-hardening in order to produce the desired geometry, in this case a hat-shaped profile.
- the press hardening tool was designed as a combination tool, which means that the hot forming and press hardening were carried out in a hot forming and press hardening tool. After reaching the bottom dead center, the press hardening took place under pressure and, in particular, through active cooling of the hot forming and press hardening tool, cooling and thus the transformation of the austenitic structure into a hardened structure could take place quickly, with the tool being kept in the closed state (bottom dead center) until until the press-hardened sheet steel component has been cooled to a temperature TB below Ms, in particular below 300°C, preferably below 200°C, preferably below 150°C.
- the press-hardened sheet steel components 1', 2', 3' were all then painted in such a way that they were subjected to a KTL treatment with baking at a temperature of 170° C. for 1200 s, see Table 1.
- At least 3 mechanical parameters were determined for each parameter and the mean value was determined from them, which in Table 2 are each representative of the tensile strength R m , 0.2% yield point R P0.2 and elongation at break A 80 in the tensile test according to DIN EN ISO 6982, for the plate bending test to determine the bending angle ⁇ according to VDA 238-100 and for the maximum force absorption F max and the absorbed energy E according to the three-point bending test on the profile, in particular before the three-point bending test striker plate was resistance spot welded to the flanges of the profile.
- etchings were carried out on cross-sections using the Vilella/Bain principle so that images could be created using a light microscope so that the former austenite grains could be estimated, which are related to the mechanical properties.
- the grain size KG is given in ASTM and was determined according to ASTM E112.
- sheet steel components can also be produced which are only partially austenitized and only partially press-hardened.
- sheet steel components with a particularly high resistance to plastic deformation and, in the case of plastic deformation, with ductile behavior during plastic deformation can be produced, in particular body parts, preferably for a motor vehicle, such as A-pillars, B-pillars or longitudinal and cross members , but also combinations thereof, for example a door ring.
- the inventive The method is applicable not only to monolithic steel sheets of constant thickness, but also to monolithic steel sheets of varying thickness (tailor rolled blanks).
- the method according to the invention can also be applied generally to tailored products, for example at least two steel sheets connected to one another in the form of "patched blanks" or "tailor welded blanks" with different thicknesses and/or quality.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise vergüteten Stahlblechbauteils, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Stahlblechs, zumindest teilweises Austenitisieren des Stahlblechs bei einer Temperatur von mindestens Ac1, zumindest teilweises Härten des zumindest teilweise austenitisierten Stahlblechs zu einem zumindest teilweise gehärteten Stahlblechbauteil, wobei das zumindest teilweise austenitisierte Stahlblech auf eine Temperatur unterhalb Ms abgekühlt wird, zumindest teilweises Anlassen des zumindest teilweise gehärteten Stahlblechbauteils bei einer Temperatur von weniger als Ac1 zur Herstellung eines zumindest teilweise vergüteten Stahlblechbauteils. Weiterhin ist ein zumindest teilweise vergütetes Stahlblechbauteil Gegenstand der Erfindung.The invention relates to a method for producing an at least partially tempered sheet steel component, the method comprising the following steps: providing a sheet steel, at least partially austenitizing the steel sheet at a temperature of at least Ac1, at least partially hardening the at least partially austenitized sheet steel to form an at least partially hardened sheet steel component wherein the at least partially austenitized sheet steel is cooled to a temperature below Ms, at least partially tempering the at least partially hardened sheet steel component at a temperature below Ac1 to produce an at least partially quenched and tempered sheet steel component. Furthermore, an at least partially tempered sheet steel component is the subject of the invention.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise vergüteten Stahlblechbauteils, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Bereitstellen eines Stahlblechs,
- zumindest teilweises Austenitisieren des Stahlblechs bei einer Temperatur von mindestens Ac3,
- zumindest teilweises Presshärten des zumindest teilweise austenitisierten Stahlblechs zu einem zumindest teilweise pressgehärteten Stahlblechbauteil, wobei das zumindest teilweise austenitisierte Stahlblech auf eine Temperatur unterhalb von Ms abgekühlt wird.
- providing a steel sheet,
- at least partial austenitizing of the steel sheet at a temperature of at least Ac3,
- at least partially press hardening the at least partially austenitized steel sheet to form an at least partially press hardened steel sheet component, wherein the at least partially austenitized steel sheet is cooled to a temperature below Ms.
Weiterhin ist ein zumindest teilweise pressgehärtetes Stahlblechbauteil Gegenstand der Erfindung.Furthermore, an at least partially press-hardened sheet steel component is the subject of the invention.
Die Herstellung von Stahlblechbauteilen mittels Warmumformen hat sich bereits industriell etabliert, insbesondere zur Herstellung von Karosserieteilen wie zum Beispiel zur Herstellung von sicherheitsrelevanten A-Säulen, B-Säulen oder Längs- als auch Querträgern. Diese Stahlblechbauteile können im direkten wie auch im indirekten Warmumformverfahren hergestellt werden. Dabei werden ebene Platinen (direkt) oder bereits vorgeformte bzw. endabmessungsnahe (kalt)geformte Halbzeuge/Teile (indirekt) aus einem Stahlblech, insbesondere aus einem härtbaren Stahlblech, auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher abhängig von der Zusammensetzung des verwendeten Stahlblechs eine Gefügeumwandlung innerhalb des Stahlblechs eintritt. Mit Ac1 beginnt die Gefügeumwandlung in Austenit und mit Erreichen von Ac3 bzw. oberhalb von Ac3 liegt ein im Wesentlichen vollständig austenitisches Gefüge vor. Die Erwärmung oberhalb von mindestens Ac1 wird in Fachkreisen auch "Austenitisieren" genannt, insbesondere wenn eine vollständige Umwandlung in Austenit erfolgen soll (>= Ac3). Nach der Erwärmung wird das warme (austenitisierte) Stahlblech in ein Umformwerkzeug eingelegt und warm umgeformt. Dabei wird im Zuge oder nach Beendigung des Warmumformens das noch warme Stahlblech derart gekühlt, vorzugsweise innerhalb des Umformwerkzeugs, welches vorzugsweise aktiv gekühlt wird, so dass das Gefüge in ein hartes Gefüge aus Martensit und/oder Bainit, vorzugsweise im Wesentlichen aus Martensit, umwandelt. In Fachkreisen wird die Abkühlung respektive Abschreckung des Stahlblechs durch Einwirken eines (Härte-)Werkzeugs, welches die Endkontur des herzustellenden Blechbauteils aufweist, auch "Presshärten" genannt. Erwärmungs- und Abkühlkurven zur Einstellung der geforderten Gefügestruktur sind abhängig von der chemischen Zusammensetzung des verwendeten, härtbaren Stahlblechs und lassen sich aus sog. ZTA- bzw. ZTU-Schaubildern entnehmen bzw. ableiten. Mittels Warmumformung ist die Einstellung einer im Wesentlichen martensitischen Gefügestruktur mit hohen Festigkeiten möglich. Mit dem teilweisen bzw. teilbereichsweisen Presshärten von insbesondere Mangan-Bor-Stählen zur Herstellung von Strukturbauteilen im Fahrzeugbereich ist eine gute Balance zwischen Festigkeit und Gewicht gefunden worden.The production of sheet steel components by means of hot forming has already become industrially established, in particular for the production of body parts such as for the production of safety-relevant A-pillars, B-pillars or longitudinal and cross members. These sheet steel components can be manufactured using both direct and indirect hot forming processes. Flat blanks (directly) or already preformed or near-net-shape (cold) formed semi-finished products/parts (indirectly) made from sheet steel, in particular from hardenable sheet steel, are heated to a temperature at which, depending on the composition of the sheet steel used, a structural transformation occurs within of the steel sheet occurs. The structural transformation to austenite begins with Ac1 and when Ac3 is reached or above Ac3, an essentially completely austenitic structure is present. The heating above at least Ac1 is also called "austenitizing" in technical circles, especially if a complete transformation into austenite is to take place (>= Ac3). After heating, the hot (austenitized) sheet steel is placed in a forming tool and hot-formed. In the course of or after completion of the hot forming, the still hot steel sheet is cooled in such a way, preferably within the forming tool, which is preferably actively cooled, that the structure is converted into a hard structure of martensite and/or bainite, preferably essentially martensite. In expert circles, the cooling or quenching of the steel sheet by the action of a (hardening) tool which has the final contour of the sheet metal component to be produced, also called "press hardening". Heating and cooling curves for setting the required microstructure depend on the chemical composition of the hardenable sheet steel used and can be taken or derived from so-called ZTA or ZTU diagrams. By means of hot forming, it is possible to set an essentially martensitic microstructure with high strength. A good balance between strength and weight has been found with the partial or partial press hardening of manganese-boron steels in particular for the production of structural components in the vehicle sector.
Pressgehärtete Strukturbauteile haben jedoch den Nachteil, dass sie aufgrund des eingestellten harten Gefüges nur ein sehr geringes Dehnungsverhalten aufweisen. Um die Bruchdehnung eines Bauteils zu verbessern, ist es bekannt, die gehärteten Bauteile einem Anlassen zu unterziehen, wodurch das Bruchdehnungsverhalten verbessert werden kann, jedoch auch eine Reduzierung der durch das Härten eingestellte Festigkeit zur Folge hat, s. beispielsweise die Offenlegungsschrift
Zusätzliche temperaturbedingte Maßnahmen zur Verbesserung der Eigenschaften an den bereits (press-)gehärteten Stahlblechbauteilen vorzunehmen, wirkt sich nachteilig auf die Prozesslaufzeit und somit auch auf die Kosten aus.Carrying out additional temperature-related measures to improve the properties of the already (press)-hardened sheet steel components has a negative effect on the process runtime and thus also on the costs.
Aufgabe ist daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Herstellung eines zumindest teilweise pressgehärteten Stahlblechbauteils in einer Art und Weise erlaubt, dass das resultierende Stahlblechbauteil eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Eigenschaft aufweist und wirtschaftlich herstellbar ist.The object is therefore to provide a method that allows the production of an at least partially press-hardened sheet steel component in such a way that the resulting sheet steel component has improved properties compared to the prior art and can be produced economically.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise pressgehärteten Stahlblechbauteils mit den Merkmalen des Anspruches 1, mit einem zumindest teilweise pressgehärteten Stahlblechbauteil mit den Merkmalen des Anspruches 12 sowie mit einem Strukturbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.The object is achieved with a method for producing an at least partially press-hardened sheet steel component with the features of
Gemäß einer ersten Lehre der Erfindung zur Herstellung eines zumindest teilweise pressgehärteten Stahlblechbauteils umfasst das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte:
- Bereitstellen eines Stahlblechs;
- zumindest teilweises Austenitisieren des Stahlblechs bei einer Temperatur von mindestens Ac3;
- zumindest teilweises Presshärten des zumindest teilweise austenitisierten Stahlblechs zu einem zumindest teilweise pressgehärteten Stahlblechbauteil, wobei das zumindest teilweise austenitisierte Stahlblech auf eine Temperatur unterhalb Ms abgekühlt wird, wobei das Stahlblech während des zumindest teilweise Austenitisierens zunächst mit mindestens einer ersten Temperatur T1 und anschließend mit mindestens einer zweiten Temperatur T2 mit T1 > T2 ausgesetzt wird, wobei das Stahlblech von der mindestens ersten Temperatur T1 zu der mindestens zweiten Temperatur T2 überführt wird, wenn während des zumindest teilweise Austenitisierens bei der mindestens ersten Temperatur T1 zumindest teilweise die Temperatur TB innerhalb des Stahlblechs T2 - 40 K <= TB <= T2 +40 K erreicht ist.
- providing a steel sheet;
- at least partially austenitizing the steel sheet at a temperature of at least Ac3;
- at least partial press hardening of the at least partially austenitized sheet steel to form an at least partially press hardened sheet steel component, wherein the at least partially austenitized sheet steel is cooled to a temperature below Ms, wherein the steel sheet is first heated to at least a first temperature T1 and then to at least a second temperature during the at least partially austenitizing Temperature T2 with T1 > T2 is exposed, wherein the steel sheet is transferred from the at least first temperature T1 to the at least second temperature T2 if during the at least partial austenitizing at the at least first temperature T1 at least partly the temperature TB within the steel sheet T2 - 40 K <= TB <= T2 +40 K is reached.
Durch die gezielte unterschiedliche Temperaturführung respektive durch das gezielte Beaufschlagen des Stahlblechs mit unterschiedlichen Temperaturen während des zumindest teilweise Austenitisierens des Stahlblechs kann positiv Einfluss auf die Eigenschaften, insbesondere auf die Duktilität und Zähigkeit genommen werden. Die Austenitkorngröße hat im Wesentlichen Einfluss auf diese genannten Eigenschaften, so dass erstrebenswert ist, während der Austenitisierung die Austenitkorngröße des Stahls durch eine Verringerung des Kornwachstums geringgehalten wird. Aus der geringen Austenitkorngröße kann sich bei der Gefügeumwandlung während des Presshärtens bei Unterschreitung der Martensit-StartTemperatur Ms auch eine geringe Korngröße des Martensits ergeben, so dass besonders feine und kurze Martensitlamellen erzeugt werden können.The targeted different temperature control or the targeted exposure of the steel sheet to different temperatures during the at least partial austenitization of the steel sheet can have a positive influence on the properties, in particular on the ductility and toughness. The austenite grain size has a significant influence on these properties, so that it is desirable to keep the austenite grain size of the steel small by reducing grain growth during austenitization. The small austenite grain size can also result in a small grain size of the martensite during the structural transformation during press hardening if the martensite start temperature Ms is undershot, so that particularly fine and short martensite flakes can be produced.
Da der Austenit abhängig von Zeit und Temperatur seinem Gleichgewichtszustand, d. h. einer Verringerung der Fehler im Kristallgitter durch Verringerung und Auflösung der Korngrenzen durch Kornwachstum, entgegenstrebt, wäre von Vorteil, wenn die Erwärmungsdauer gering und die Temperatur zur Erwärmung so niedrig wie möglich gehalten werden könnte. Dadurch könnten mehr Korngrenzen innerhalb der Mikrostruktur verbleiben und die Korngröße respektive das Kornwachstum des Austenits könnte somit geringgehalten oder sogar verhindert werden. Durch eine geringere Korngröße kann ein Anstieg der Streckgrenze proportional zu (Korngröße)-1/2 erreicht werden, vgl.
Erfindungsgemäß wird das Stahlblech zumindest teilweise zunächst bei mindestens einer ersten Temperatur T1 austenitisiert respektive erwärmt, wobei die erste Temperatur T1 insbesondere T1 > Ac3 + 70 K, vorzugsweise T1 > Ac3 + 90 K, bevorzugt T1 > Ac3 + 110 K ist, um das Stahlblech schneller zu erwärmen insbesondere mit einer Aufheizrate bis 700°C von mindestens 4 K/s, insbesondere von mindestens 6 K/s, vorzugsweise von mindestens 8 K/s, bevorzugt mindestens 10 K/s, besonders bevorzugt mindestens 12 K/s. Eine anschließende (Weiter-) Austenitisierung wird bei mindestens einer zweiten Temperatur T2 zwischen Ac3 und T1 durchgeführt, wobei das Stahlblech von der mindestens ersten Temperatur T1 zu der mindestens zweiten Temperatur T2 überführt wird, wenn während des zumindest teilweise Austenitisierens bei der mindestens ersten Temperatur T1 zumindest teilweise die Temperatur TB innerhalb des Stahlblechs T2 - 40 K <= TB <= T2 +40 K erreicht ist. Die anschließende Beaufschlagung des bereits erwärmten Stahlblechs mit der mindestens zweiten Temperatur T2 soll im Wesentlichen zur Einstellung eines homogenen Austenits dienen, ohne dass es zu einem wesentlichen temperaturinduzierten Kornwachstum der Austenitkörner in der zumindest teilweise austenitisierten Mikrostruktur des Stahlblechs kommt. Durch einen im Wesentlichen homogenen und feinen Austenit kann nach dem Presshärten auch ein im Wesentlicher homogener und feiner Martensit erzielt werden. Temperaturbeständige Gefügebestandteile, wie zum Beispiel Karbide in Form von TiC und/oder TiN, sowie lokale Seigerungen, die nicht bei der standardmäßigen Austenitisierung bei der Warmumformung auflösbar sind, sollen nicht in die Betrachtung eingehen und werden als herstellungsbedingte, unvermeidbare Gefügebestandteile (nach dem Presshärten) angegeben. Die Temperatur TB des Stahlblechs während der zumindest teilweisen Austenitisierung bei der mindestens ersten Temperatur kann insbesondere T2 - 35 K <= TB <= T2 + 20 K, vorzugsweise T2 - 30 K <= TB <= T2 + 5 K, bevorzugt T2 - 30 K <= TB <= T2 entsprechen, um überführt und mit der mindestens zweiten Temperatur T2 beaufschlagt zu werden.According to the invention, the steel sheet is at least partially first austenitized or heated at least at a first temperature T1, the first temperature T1 being in particular T1 > Ac3 + 70 K, preferably T1 > Ac3 + 90 K, preferably T1 > Ac3 + 110 K, in order to form the steel sheet to heat more quickly, in particular at a heating rate up to 700° C. of at least 4 K/s, in particular at least 6 K/s, preferably at least 8 K/s, preferably at least 10 K/s, particularly preferably at least 12 K/s. Subsequent (further) austenitization is carried out at at least a second temperature T2 between Ac3 and T1, with the steel sheet being transferred from the at least first temperature T1 to the at least second temperature T2 if during the at least partial austenitization at the at least first temperature T1 at least partially the temperature TB inside the steel sheet T2 - 40 K <= TB <= T2 +40 K is reached. The subsequent application of the at least second temperature T2 to the already heated steel sheet should essentially serve to set a homogeneous austenite without causing significant temperature-induced grain growth of the austenite grains in the at least partially austenitized microstructure of the steel sheet. A substantially homogeneous and fine martensite can also be achieved after press hardening through a substantially homogeneous and fine austenite. Temperature-resistant microstructure components, such as carbides in the form of TiC and/or TiN, as well as local segregations that cannot be dissolved during standard austenitization during hot forming, should not be considered and are considered production-related, unavoidable microstructure components (after press hardening). specified. The temperature TB of the steel sheet during the at least partial austenitization at the at least first temperature can in particular be T2 - 35 K <= TB <= T2 + 20 K, preferably T2 - 30 K <= TB <= T2 + 5 K, preferably T2 - 30 K <= TB <= T2 in order to be transferred and subjected to the at least second temperature T2.
Das zumindest teilweise Austenitisieren des Stahlblechs kann beispielsweise in einem Ofen, vorzugsweise in einem Durchlaufofen, bevorzugt in einem Rollenherdofen durchgeführt werden, wobei der Ofen in mindestens zwei unterschiedliche Temperaturzonen unterteilt werden kann.The at least partial austenitizing of the steel sheet can be carried out, for example, in a furnace, preferably in a continuous furnace, preferably in a roller hearth furnace, in which case the furnace can be divided into at least two different temperature zones.
Kenngrößen wie Ac3, Ms etc. sind abhängig von der verwendeten Stahlzusammensetzung und lassen sich aus sogenannten ZTU- bzw. ZTA-Diagrammen ableiten.Parameters such as Ac3, Ms etc. depend on the steel composition used and can be derived from so-called ZTU or ZTA diagrams.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus den Ansprüchen, der Beschreibung wie auch der Zeichnung können mit einem oder mehreren anderen Merkmalen daraus zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Es können auch ein oder mehrere Merkmale aus den unabhängigen Ansprüchen durch ein oder mehrere andere Merkmale verknüpft werden.Further advantageous configurations and developments emerge from the following description. One or more features from the claims, the description and the drawing can be combined with one or more other features from them to further refine the invention. One or more features from the independent claims can also be linked by one or more other features.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist T1 mindestens 40 K, insbesondere mindestens 70 K, vorzugsweise mindestens 100 K höher als T2, um beispielsweise eine entsprechend schnellere Aufheizung des Stahlblechs durch den höheren Temperaturunterschied zwischen Stahlblech beim Einlegen bzw. Einfahrt in den Ofen respektive Ofenkammer sicherzustellen. Die schnellere Aufheizung kann zu einer Verkürzung der Prozesszeit führen, da ansonsten die Temperatur des Stahlblechs bis zum Erreichen der Temperatur T2 immer langsamer wird und sich asymptotisch T2 annähert. Dies kann entsprechend vermieden werden.According to one embodiment of the method according to the invention, T1 is at least 40 K, in particular at least 70 K, preferably at least 100 K higher than T2 in order, for example, to ensure that the steel sheet is heated up more quickly due to the greater temperature difference between the steel sheet when it is placed in or entered the furnace or furnace chamber . The faster heating can lead to a shortening of the process time, since otherwise the temperature of the steel sheet will become slower and slower until it reaches the temperature T2 and will approach T2 asymptotically. This can be avoided accordingly.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zumindest teilweise Austenitisieren des Stahlblechs insgesamt für eine Dauer zwischen 60 und 1200s durchgeführt. Um sicherzustellen, dass eine vollständige Umwandlung in dem zumindest teilweise austenitisierten Bereich des Stahlblechs vorliegt, wird die Austenitisierung insbesondere insgesamt für mindestens 120s, vorzugsweise insgesamt für mindestens 180s durchgeführt. Um eine Vergrößerung der Austenitkörner im Wesentlichen zu verhindern, wird die Austenitisierung insbesondere insgesamt bis maximal 600s, vorzugsweise insgesamt bis maximal 360s durchgeführt. Insbesondere hat die Dicke des Stahlblechs auch einen Einfluss auf die Dauer der Austenitisierung.According to one embodiment of the method according to the invention, the at least partial austenitizing of the steel sheet is carried out for a total of between 60 and 1200 s. In order to ensure that there is complete transformation in the at least partially austenitized area of the steel sheet, the austenitization is carried out in particular for at least 120 s overall, preferably for at least 180 s overall. In order to essentially prevent enlargement of the austenite grains, the austenitization is carried out in particular for a maximum of 600 s in total, preferably for a maximum of 360 s in total. In particular, the thickness of the steel sheet also has an influence on the duration of the austenitization.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Stahlblech während des zumindest teilweise Austenitisierens mit mehreren ersten Temperaturen T1x mit T1x > Ac3 + 70 und/oder mit mehreren zweiten Temperaturen T2x zwischen Ac3 und T1x beaufschlagt. Unter mehrere erste Temperaturen T1x ist gemeint, dass das zumindest teilweise Austenitisieren des Stahlblechs mit unterschiedlichen Temperaturen beaufschlagt wird, wobei x = 1...n der Anzahl n der Temperaturbereiche entspricht, welche jeweils höher sind als Ac3 + 70 K. Unter mehrere zweite Temperaturen T2x ist gemeint, dass das zumindest teilweise (Weiter-) Austenitisieren des Stahlblechs mit unterschiedlichen Temperaturen beaufschlagt wird, wobei x = 1...m der Anzahl m der Temperaturbereiche entspricht, welche jeweils zwischen Ac3 und T1x liegen.According to one embodiment of the method according to the invention, the steel sheet is subjected to several first temperatures T1x with T1x>Ac3+70 and/or several second temperatures T2x between Ac3 and T1x during the at least partial austenitizing. Several first temperatures T1x mean that the at least partial austenitizing of the steel sheet is subjected to different temperatures, where x=1 . . . n corresponds to the number n of temperature ranges, which are each higher than Ac3+ 70 K. Several second temperatures T2x mean that the at least partial (further) austenitizing of the steel sheet is subjected to different temperatures, where x = 1...m corresponds to the number m of temperature ranges, which are between Ac3 and T1x .
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zumindest teilweise austenitisierte Stahlblech zum Presshärten zumindest einem Presshärtewerkzeug zugeführt, wobei die Zuführung innerhalb von 3 bis 16s erfolgt. Um sicherzustellen, dass das zumindest teilweise austenitisierte Stahlblech nicht zu stark abkühlt, erfolgt die Zuführung insbesondere innerhalb von maximal 12s, vorzugsweise innerhalb von 10s, bevorzugt innerhalb von 8s, so dass die Temperatur des zumindest teilweise austenitisierten Stahlblechs im austenitisierten Bereich beim Einlegen nicht Ac1 - 100 K unterschreitet.According to one embodiment of the method according to the invention, the at least partially austenitized steel sheet is fed to at least one press-hardening tool for press-hardening, with the feeding taking place within 3 to 16 seconds. In order to ensure that the at least partially austenitized steel sheet does not cool down too much, it is fed in in particular within a maximum of 12s, preferably within 10s, preferably within 8s, so that the temperature of the at least partially austenitized steel sheet in the austenitized area does not fall below Ac1 - falls below 100 K.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Stahlblech mit folgender chemischer Zusammensetzung in Gew.-% bereitgestellt:
Alle Angaben zu Gehalten der in der vorliegenden Anmeldung angegebenen Legierungselemente sind auf das Gewicht bezogen in Gew.-%. Die als optional angegebenen Legierungselemente können alternativ auch als Verunreinigungen in Gehalten unterhalb der angegebenen Mindestgrenzen toleriert werden, ohne die Eigenschaften des Stahls zu beeinflussen, vorzugsweise nicht zu verschlechtern.All information on the contents of the alloying elements specified in the present application are based on the weight in % by weight. The alloying elements specified as optional can alternatively also be tolerated as impurities in contents below the specified minimum limits, without influencing the properties of the steel, preferably not worsening them.
Das Stahlblech kann gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens als vorgeformtes Teil bereitgestellt werden. Das vorgeformte Teil kann im Wesentlichen bereits der endabmessungsnahen Geometrie entsprechen und somit einem Presshärten ohne wesentliches Warmumformen zugeführt werden (indirekte Warmumformung). Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Stahlblech als im Wesentlichen ebene Platine bereitgestellt werden, wobei vor dem zumindest teilweisen Presshärten das zumindest teilweise austenitisierte Stahlblech warm umgeformt wird, insbesondere um die gewünschte Endgeometrie zu erhalten (direkte Warmumformung). Dabei kann das Warmumformen und zumindest teilweise Presshärten in einem Warmumform- und Presshärtewerkzeug durchgeführt werden oder alternativ zunächst in einem oder mehreren Werkzeugen das zumindest teilweise austenitisierte Stahlblech warm umgeformt werden und anschließend in einem oder mehreren Werkzeugen das zumindest teilweise austenitisierte Stahlblech pressgehärtet werden.According to one embodiment of the method according to the invention, the steel sheet can be provided as a preformed part. The preformed part can essentially already correspond to the near-net shape geometry and can thus be subjected to press hardening without any significant hot forming (indirect hot forming). According to an alternative embodiment of the method according to the invention, the steel sheet can be provided as a substantially flat blank, with the at least partially austenitized steel sheet being hot-formed before the at least partial press hardening, in particular in order to obtain the desired final geometry (direct hot-forming). The hot forming and at least partially press hardening can be carried out in a hot forming and press hardening tool or, alternatively, the at least partially austenitized steel sheet can first be hot formed in one or more tools and the at least partially austenitized steel sheet can then be press hardened in one or more tools.
Das Stahlblech kann eine konstante Dicke bis zu 10,0 mm, insbesondere bis 6,0 mm, vorzugsweise bis zu 3,5 mm, bevorzugt bis zu 2,0 mm aufweisen. Das Stahlblech weist eine Dicke von mindestens 0,5 mm, insbesondere von mindestens 0,8 mm, vorzugsweise von mindestens 1,0 mm auf. Das Stahlblech kann sowohl warmgewalzt, als auch kaltgewalzt sein. Alternativ kann auch ein ebenes Stahlblech oder ein vorgeformtes Stahlblech mit variierender Dicke (tailor rolled blank) bereitgestellt werden. Des Weiteren kann unter Stahlblech auch ein "tailored product" verstanden werden, welches aus mindestens zwei, insbesondere stoffschlüssig, miteinander verbundenen Stahlblechen mit unterschiedlicher Dicke und/oder Güte, als ebenes Halbzeug (Stahlblech) oder als vorgeformtes Teil (Stahlblech), als "patchwork blank" oder "tailor welded blank" besteht. Darüber hinaus kann das Stahlblech auch mit einer Beschichtung versehen sein, wobei vorzugsweise eine metallische Beschichtung auf der Basis von Aluminium oder Zink zum Einsatz kommt. Diese kann über einen Schmelztauch-, elektrolytischen oder coil coating Prozess auf das aufgewickelte oder bereits vorgeschnittene Stahlblech aufgebracht werden. Zusätzlich kann das Stahlblech mit einer Beschichtung bereits einem Vordiffusionsvorgang unterzogen worden sein. Alternativ kann auch ein unbeschichtetes Stahlblech zur Anwendung kommen.The steel sheet can have a constant thickness of up to 10.0 mm, in particular up to 6.0 mm, preferably up to 3.5 mm, preferably up to 2.0 mm. The steel sheet has a thickness of at least 0.5 mm, in particular at least 0.8 mm, preferably at least 1.0 mm. The steel sheet can be either hot-rolled or cold-rolled. Alternatively, a flat steel sheet or a preformed steel sheet with varying thickness (tailor rolled blank) can also be provided. Furthermore, sheet steel can also be understood to mean a "tailored product" which consists of at least two steel sheets which are connected to one another, in particular in a materially bonded manner, with different thicknesses and/or qualities, as a flat semi-finished product (steel sheet) or as a preformed part (steel sheet), as "patchwork blank" or "tailor welded blank". In addition, the steel sheet can also be provided with a coating, a metallic coating based on aluminum or zinc preferably being used. This can be applied to the coiled or pre-cut sheet steel using a hot-dip, electrolytic or coil coating process. In addition, the steel sheet with a coating may already have been subjected to a pre-diffusion process. Alternatively, an uncoated sheet steel can also be used.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zumindest teilweise pressgehärtete Stahlblechbauteil lackiert und einem Lackeinbrennschritt für eine Dauer zwischen 600 bis 1800s bei einer Temperatur TL zwischen 150 und 220°C zugeführt.According to one embodiment of the method according to the invention, the at least partially press-hardened sheet steel component is painted and subjected to a paint baking step for a duration of between 600 and 1800 s at a temperature TL of between 150 and 220°C.
Gemäß einer zweiten Lehre betrifft die Erfindung ein zumindest teilweise pressgehärtetes Stahlblechbauteil, insbesondere hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei das Stahlblechbauteil in dem zumindest teilweise pressgehärteten Bereich eine Mikrostruktur aus Martensit und/oder Bainit mit mindestens 95% und unvermeidbaren Gefügebestandteilen von bis zu 2% und eine Zugfestigkeit Rm >= 1650 MPa, eine Dehngrenze RP0,2 >= 1200 MPa, eine Bruchdehnung A80 > 4,5% und einen Biegewinkel α > 50° nach VDA 238-100 aufweist, wobei die Mikrostruktur in dem zumindest teilweise pressgehärteten Bereich des Stahlblechbauteils zusätzlich einen Restaustenitgehalt von mindestens 0,5% aufweist, wobei die ehemalige Austenitkorngröße maximal ASTM 10 entspricht.According to a second teaching, the invention relates to an at least partially press-hardened sheet steel component, in particular produced using the method according to the invention, the sheet steel component in the at least partially press-hardened area having a microstructure of martensite and/or bainite with at least 95% and unavoidable structural components of up to 2% and a tensile strength R m >= 1650 MPa, a yield point R P0.2 >= 1200 MPa, an elongation at break A80 > 4.5% and a bending angle α > 50° according to VDA 238-100, the microstructure in the at least partially press-hardened Area of the sheet steel component also has a retained austenite content of at least 0.5%, with the former austenite grain size corresponding to a maximum of ASTM 10.
Je nachdem, ob das Stahlblechbauteil einer direkten oder indirekten Warmumformung unterzogen wird, wird bei der direkten Warmumformung aus einem ebenen Halbzeug ein zumindest teilweise warmumgeformtes und pressgehärtetes Stahlblechbauteil erzeugt.Depending on whether the sheet steel component is subjected to direct or indirect hot forming, an at least partially hot-formed and press-hardened sheet steel component is produced from a flat semi-finished product during direct hot forming.
Der Biegewinkel wird nach VDA 238-100 ermittelt, mit der Probenlage quer zur Walzrichtung und der Biegeachse längs zur Walzrichtung. Der Biegewinkel beträgt insbesondere α > 55°, vorzugsweise α > 60°. Die mechanischen Kenngrößen Rm, Rp0,2 und A80 werden nach DIN EN ISO 6892 (Tabelle B1, Probenform 2) ermittelt, wobei Rm insbesondere > 1800 MPa, vorzugsweise > 1860 MPa ist, wobei Rp0,2 insbesondere > 1300 MPa, vorzugsweise > 1410 MPa ist, wobei A80 insbesondere > 5,1 %, vorzugsweise > 5,6 % ist.The bending angle is determined according to VDA 238-100, with the sample position transverse to the rolling direction and the bending axis along the rolling direction. The bending angle is in particular α>55°, preferably α>60°. The mechanical parameters R m , R p0.2 and A80 are determined according to DIN EN ISO 6892 (Table B1, sample form 2), where R m is in particular >1800 MPa, preferably >1860 MPa, with R p0.2 in particular >1300 MPa , preferably > 1410 MPa, A80 being in particular > 5.1%, preferably > 5.6%.
Die ehemalige Austenitkorngröße beträgt maximal ASTM 10 oder kleiner, was einer Korngröße von bis zu 11 µm entspricht, bestimmt durch eine optische Bildauswertung nach ASTM E112. Die ehemalige Austenitkorngröße wird beispielsweise feiner, so dass die ehemalige Austenitkorngröße insbesondere maximal ASTM 11, vorzugsweise maximal ASTM 12 beträgt. Die ehemalige Austenitkorngröße kann auch nach der Ätzmethode nach Vilella/Bain [
Der Restaustenitgehalt ist auf maximal 5 %, insbesondere auf maximal 4 %, vorzugsweise auf maximal 3 % beschränkt.The retained austenite content is limited to a maximum of 5%, in particular a maximum of 4%, preferably a maximum of 3%.
Martensit kann sowohl nicht angelassenen, als auch angelassenen Martensit umfassen. Bainit, falls vorhanden, kann sowohl unteren, als auch oberen, als auch acicular ausgeprägten Bainit umfassen.Martensite can include both untempered and tempered martensite. Bainite, when present, may include lower, upper, and acicular bainite.
Unvermeidbare Gefügebestandteile können in Form von Ferrit, Perlit, Zementit und/oder Karbiden vorhanden sein. Die unvermeidbaren Gefügebestandteile sind insbesondere < 4,5 %, vorzugsweise < 3,0 %, bevorzugt < 2,0 %, weiter bevorzugt < 1,0 %. Die angegebenen Gefügebestandteile respektive Mikrostruktur werden durch Auswertung von licht- oder elektronenmikroskopischen Untersuchungen bestimmt und sind daher als Flächenanteile in Flächen-% zu verstehen. Eine Ausnahme hiervon bildet der Gefügebestandteil/Mikrostruktur Austenit bzw. Restaustenit, welcher als Volumenanteil in Vol.-% angegeben wird, beispielsweise ermittelt mittels EBSD (Elektronenrückstreubeugung), und insbesondere im Schliff als Flächenanteil betrachtet werden kann.Unavoidable structural components can be present in the form of ferrite, pearlite, cementite and/or carbides. The unavoidable structural components are in particular <4.5%, preferably <3.0%, preferably <2.0%, more preferably <1.0%. The specified structural components and microstructure are determined by evaluating light or electron microscopic examinations and are therefore to be understood as surface percentages. An exception to this is the structural component/microstructure austenite or residual austenite, which is given as a volume percentage in vol.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.In order to avoid repetition, reference is made to the explanations of the method according to the invention.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist das Stahlblechbauteil im pressgehärteten Bereich eine maximale Kraftaufnahme Fmax von mindestens 40 kN und/oder eine aufgenommene Energie E von mindestens 4000 J auf, jeweils ermittelt durch einen quasistatischen 3-Punkt-Biegeversuch. Der quasistatische 3-Punkt-Biegversuch wird an einem hutförmig umgeformten Profil auf einem Prüfstand über eine 3-Punkt-Biegung durchgeführt, wobei das Profil auf zwei Rollen mit jeweils einem Rollendurchmesser von 50 mm mit einem Abstand von 300 mm aufgelegt wird, ein Stempel mit einem Stempelradius von 25 mm zwischen die zwei Rollen mit einer Verfahrgeschwindigkeit von 20 mm/s und einem maximalen Verfahrweg von 135 mm durch Einwirken auf das Profil eingefahren wird. Die Stempelkraft, die während der Verformung des Profils notwendig ist, wird gemessen. Daraus ergibt sich die maximale Kraftaufnahme Fmax. Aus der Stempelkraft kann ebenfalls die aufgenommene Energie E abgeleitet werden, welche als Integral über die Kraft-Weg-Kurve respektive der Fläche unterhalb der Kraft-Weg-Kurve bestimmbar ist. Die maximale Kraftaufnahme kann insbesondere mindestens 50 kN, vorzugsweise mindestens 60 kN betragen. Die aufgenommene Energie E kann insbesondere mindestens 5000 J, vorzugsweise mindestens 6000 J entsprechen. Insbesondere kann zusätzlich ein Schließblech durch Widerstands-Punktschweißen auf der Rückseite an den Flanschen des hutförmigen Profils angebunden sein, welches beispielsweise eine Zugfestigkeit zwischen 300 und 400 MPa aufweisen kann.According to one embodiment of the invention, the sheet steel component has a maximum force absorption F max of at least 40 kN and/or an energy absorption E of at least 4000 J in the press-hardened area, each determined by a quasi-static 3-point bending test. The quasi-static 3-point bending test is carried out on a hat-shaped profile on a test bench using a 3-point bend, with the profile being placed on two rollers, each with a roller diameter of 50 mm and a distance of 300 mm, a stamp with a punch radius of 25 mm between the two rollers with a travel speed of 20 mm/s and a maximum travel of 135 mm by acting on the profile. The punching force required during the deformation of the profile is measured. This results in the maximum force absorption F max . The absorbed energy E can also be derived from the punch force, which can be determined as an integral over the force-displacement curve or the area below the force-displacement curve. The maximum force absorption can in particular be at least 50 kN, preferably at least 60 kN. The absorbed energy E can in particular correspond to at least 5000 J, preferably at least 6000 J. In particular, a locking plate can also be connected to the flanges of the hat-shaped profile on the rear side by means of resistance spot welding, which plate can have a tensile strength of between 300 and 400 MPa, for example.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist das Stahlblechbauteil vollständig pressgehärtet. Im Gegensatz zu einem teilweise pressgehärteten Stahlblechbauteil, welches durchaus andersartige Mikrostrukturen aufweisen kann, welche insbesondere weicher sind als die pressgehärteten Bereiche, weist der gesamte Querschnitt bei einem vollständig pressgehärteten Stahlblechbauteil ein Härtegefüge auf, welches eine Mikrostruktur aus Martensit und/oder angelassenem Martensit und/oder Bainit mit mindestens 95 % und unvermeidbaren Gefügebestandteilen von bis zu 4,5 % und zusätzlich einen Restaustenitgehalt von mindestens 0,5 % bis maximal 5 % aufweist.According to an embodiment according to the invention, the sheet steel component is completely press-hardened. In contrast to a partially press-hardened sheet steel component, which can certainly have different types of microstructures, which in particular are softer than the press-hardened areas, the entire cross-section of a fully press-hardened sheet steel component has a hardened structure which has a microstructure of martensite and/or tempered martensite and/or Bainite with at least 95% and unavoidable microstructural components of up to 4.5% and additionally a retained austenite content of at least 0.5% to a maximum of 5%.
Eine dritte Lehre der Erfindung betrifft ein Strukturbauteil, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, hergestellt aus einem erfindungsgemäßen Stahlblechbauteil, welches insbesondere nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, wobei das Strukturbauteil lackiert ist.A third teaching of the invention relates to a structural component, in particular for a motor vehicle, produced from a sheet steel component according to the invention, which is produced in particular using a method according to the invention, the structural component being painted.
Im Folgenden werden konkrete Ausgestaltungen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung im Detail näher erläutert. Die Zeichnung und begleitende Beschreibung der resultierenden Merkmale sind nicht beschränkend auf die jeweiligen Ausgestaltungen zu lesen, dienen jedoch der Illustration beispielhafter Ausgestaltung. Weiterhin können die jeweiligen Merkmale untereinander wie auch mit Merkmalen der obigen Beschreibung genutzt werden für mögliche weitere Entwicklungen und Verbesserungen der Erfindung, speziell bei zusätzlichen Ausgestaltungen, welche nicht dargestellt sind.Specific configurations of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. The drawing and accompanying description of the resulting features are not to be read as limiting to the respective configurations, but serve to illustrate exemplary configurations. Furthermore, the respective features can be used with each other as well as with features of the above description for possible further developments and improvements of the invention, especially in additional configurations that are not shown.
Eine Untersuchung wurde an drei unbeschichteten, kaltgewalzten Stahlblechen 1, 2, 3 mit jeweils einer Dicke von 1,5 mm durchgeführt, welche mit folgender Zusammensetzung in Gew.-% bereitgestellt wurden: C=0,332%, Si=0,24%, Mn=1,22%, Al=0,038%, P=0,008%, S=0,001%, Cr=0,12%, Cu=0,03%, Nb=0,001%, Mo=0,01, N=0,0048%, Ti=0,036%, Ni=0,03%, B=0,002%, Sn=0,001%, As=0,002, Ca=0,0008%, Co=0,005%, W=0,01%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung konnte Ac3 mit ca. 815°C, Ac1 mit ca. 715°C und Ms mit ca. 413°C. Die drei Stahlbleche 1, 2, 3, bereitgestellt jeweils als eine im Wesentlichen ebenen Platine, wurden in einem Durchlaufofen unterschiedlich, zumindest teilweise, in diesem Beispiel vollständig austenitisiert. Die Unterschiede sind in Tabelle 1 aufgeführt. Bei den Stahlblechen 1, 2 herrschte eine einheitliche Temperatur vor, mit T2 für eine Verweildauer von t2 angegeben. Bei Stahlblech 3 wurde der Durchlaufofen in zwei Temperaturzonen unterteilt, wobei in der ersten Zone eine erste Temperatur T1 und in der zweiten, im Durchlauf nachgelagerten Zone eine zweite Temperatur T2 mit T2 < T1 eingestellt wurde und die Stahlbleche mit den in Tabelle 1 aufgeführten Temperaturen beaufschlagt wurden, wobei die Dauer respektive die Verweilzeit im Ofen ist mit t angegeben.
Die Aufheizkurven der einzelnen Stahlbleche 1, 2 und 3 ist in der einzigen
Nach dem Austenitisieren wurden die jeweiligen austenitisierten Stahlbleche 1, 2, 3 aus dem Ofen entnommen und die austenitisierten Stahlbleche zum Presshärten zumindest einem Presshärtewerkzeug zugeführt wurden, wobei die Zuführung innerhalb von maximal 10 s erfolgte. Unter Zuführung ist in diesem Sinne die Transportzeit gemeint, die sich auf den Zeitpunkt zwischen der vollständigen Entnahme des austenitisierten Stahlblechs aus dem Ofen bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Werkzeug beim Zufahren der Presse zum ersten Mal in Kontakt mit dem austenitisierten Stahlblech hat, bezieht. Da die Stahlbleche als im Wesentlichen ebene Platinen bereitgestellt wurden, war es erforderlich diese vor dem Presshärten warm umzuformen, um die gewünschte Geometrie, in diesem Fall ein hutförmiges Profil herzustellen. Das Presshärtewerkzeug war als Kombiwerkzeug ausgebildet, heißt, dass das Warmumformen und Presshärten in einem Warmumform- und Presshärtewerkzeug durchgeführt wurde. Nach Erreichen des unteren Totpunktes erfolgte das Presshärten unter Druck und insbesondere durch eine aktive Kühlung des Warmumform- und Presshärtewerkzeugs konnte schnell eine Abkühlung und somit Umwandlung des austenitischen Gefüges in ein Härtegefüge erfolgen, wobei das Werkzeug solange im geschlossenen Zustand (unterer Totpunkt) gehalten wurde, bis das pressgehärtete Stahlblechbauteil auf eine Temperatur TB unterhalb von Ms, insbesondere unterhalb von 300°C, vorzugsweise unterhalb von 200°C, bevorzugt unterhalb von 150°C abgekühlt wurde. Die pressgehärteten Stahlblechbauteile 1', 2', 3' wurden alle anschließend lackiert, in der Form, dass sie einer KTL-Behandlung mit Einbrennen bei einer Temperatur von 170°C für 1200 s unterzogen wurden, vgl. Tabelle 1.After the austenitizing, the respective
An den flachen Bereichen der hergestellten hutförmigen pressgehärteten und lackierten Stahlblechbauteilen 1', 2', 3' lagen Bereiche mit homogene Blechdicken vor, beispielsweise im Boden oder Flansch des Bauteils, so dass diese Bereiche für weiterführende Untersuchungen besonders geeignet waren, insbesondere um mechanische Kenngrößen zu ermitteln. Es wurden je Kenngröße mindestens 3 mechanische Kennwerte ermittelt und daraus der Mittelwert bestimmt, welcher in der Tabelle 2 jeweils repräsentativ für die Zugfestigkeit Rm, 0,2%-Dehngrenze RP0,2 und Bruchdehnung A80 im Zugversuch nach DIN EN ISO 6982, für den Plättchenbiegeversuch zur Ermittlung des Biegewinkels α nach VDA 238-100 und für die maximale Kraftaufnahme Fmax und die aufgenommene Energie E gemäß Drei-Punkt-Biegeversuch am Profil bestimmt wurde, wobei insbesondere vor dem Drei-Punkt-Biegeversuch ein Schließblech per Widerstandspunktschweißen an den Flanschen des Profils angebunden wurde. Zur Bestimmung der Korngröße wurden an Querschliffen Ätzungen mittels Vilella/Bain-Prinzips durchgeführt, so dass sich mithilfe eines Lichtmikroskops Bilder erstellen ließen, so dass die ehemalige Austenitkörner abgeschätzt werden konnten, welche im Zusammenhang mit den mechanischen Eigenschaften stehen. Die Korngröße KG ist in ASTM angegeben und wurde nach ASTM E112 ermittelt.On the flat areas of the hat-shaped, press-hardened and painted sheet steel components 1', 2', 3' produced, there were areas with homogeneous sheet thicknesses, for example in the base or flange of the component, so that these areas were particularly suitable for further investigations, in particular to determine mechanical parameters determine. At least 3 mechanical parameters were determined for each parameter and the mean value was determined from them, which in Table 2 are each representative of the tensile strength R m , 0.2% yield point R P0.2 and elongation at break A 80 in the tensile test according to DIN EN ISO 6982, for the plate bending test to determine the bending angle α according to VDA 238-100 and for the maximum force absorption F max and the absorbed energy E according to the three-point bending test on the profile, in particular before the three-point bending test striker plate was resistance spot welded to the flanges of the profile. To determine the grain size, etchings were carried out on cross-sections using the Vilella/Bain principle so that images could be created using a light microscope so that the former austenite grains could be estimated, which are related to the mechanical properties. The grain size KG is given in ASTM and was determined according to ASTM E112.
Zusätzlich wurden Messungen mittels EBSD (Elektronenrückstreubeugung) durchgeführt. Die Messung zur Korngrößenbestimmung erfolgte auch mithilfe der ARPGE-Methodik, in diesem Fall Messung einer Fläche von 90 x 90 µm, Schrittweite 100 nm, d. h. 810000 Messpunkten, ließen sich die ehemaligen Austenitkörner anhand der Gesetzmäßigkeiten der Einzelorientierungsmessungen aus der EBSD-Messung bestimmen. Diese ließen sich als Bild darstellen und ebenfalls auswerten. Auch diese Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.In addition, measurements were carried out using EBSD (electron backscatter diffraction). The measurement to determine the grain size was also carried out using the ARPGE methodology, in this case measuring an area of 90 x 90 µm,
Die Mikrostruktur wurde nach einer Ätzung mit HNO3 lichtmikroskopisch untersucht und es wurden die Gefügebestandteile bestimmt, wobei die Mikrostruktur aus Martensit und unvermeidbaren Gefügebestandteilen bestand, bei 1', bei 2' und 3' wurden zusätzliche Gehalte von Restaustenit (RA) mittels EBSD ermittelt, s. Tabelle 2.
Hier nicht dargestellt, können auch Stahlblechbauteile hergestellt werden, welche nur teilweise austenitisiert und nur teilweise pressgehärtet werden.Not shown here, sheet steel components can also be produced which are only partially austenitized and only partially press-hardened.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Stahlblechbauteile mit besonders hohem Widerstand gegen plastische Verformung und im Falle plastischer Verformung mit einem duktilen Verhalten bei plastischer Verformung hergestellt werden, insbesondere Karosserieteile, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug, wie zum Beispiel A-Säulen, B-Säulen oder Längsals auch Querträger, aber auch Kombinationen daraus, zum Beispiel ein Türring. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur auf monolithische dickenkonstante Stahlbleche anwendbar, sondern auch auf monolithische in der Dicke variierende Stahlbleche (tailor rolled blanks). Des Weiteren ist das erfindungsgemäße Verfahren auch allgemein auf tailored products anwendbar, beispielsweise mindestens zwei miteinander verbundene Stahlbleche in Form von "patched blanks" oder "tailor welded blanks" mit unterschiedlicher Dicke und/oder Güte.With the method according to the invention, sheet steel components with a particularly high resistance to plastic deformation and, in the case of plastic deformation, with ductile behavior during plastic deformation can be produced, in particular body parts, preferably for a motor vehicle, such as A-pillars, B-pillars or longitudinal and cross members , but also combinations thereof, for example a door ring. The inventive The method is applicable not only to monolithic steel sheets of constant thickness, but also to monolithic steel sheets of varying thickness (tailor rolled blanks). Furthermore, the method according to the invention can also be applied generally to tailored products, for example at least two steel sheets connected to one another in the form of "patched blanks" or "tailor welded blanks" with different thicknesses and/or quality.
Claims (15)
das Stahlblech während des zumindest teilweise Austenitisierens zunächst mindestens mit einer ersten Temperatur T1 und anschließend mit mindestens einer zweiten Temperatur T2 mitT1 > T2 beaufschlagt wird, wobei das Stahlblech von der mindestens ersten Temperatur T1 zu der mindestens zweiten Temperatur T2 überführt wird, wenn während des zumindest teilweise Austenitisierens bei der mindestens ersten Temperatur T1 zumindest teilweise die Temperatur TB innerhalb des Stahlblechs T2 - 40 K <= TB <= T2 +40 K erreicht ist.Method for producing an at least partially press-hardened sheet steel component, the method comprising the following steps:
the steel sheet is initially subjected to at least a first temperature T1 and then to at least a second temperature T2 with T1 > T2 during the at least partial austenitizing, wherein the steel sheet is transferred from the at least first temperature T1 to the at least second temperature T2 if during the at least partially austenitizing at the at least first temperature T1 at least partially the temperature TB within the steel sheet T2 - 40 K <= TB <= T2 +40 K is reached.
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