WO1998008995A1 - Leichtbaustahl und seine verwendung für fahrzeugteile und fassadenverkleidungen - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a high-strength lightweight steel and its use for vehicle parts and cladding.
  • EP-A-0 495 121 discloses steels with up to 7% Al, more than 0.5% Si, 0.1 to 8% Mn, and less than 0.01% C, N, 0, P for vibration - and noise reduction in machines.
  • EP-A-0 401 098 considers steels with less than 3.3% Si and 1.5 and 8% Al for soft magnetic sheets which have a sharp (100) (001) texture (cube layer). Interstitial contaminants must be below 50 ppm
  • BESI ⁇ GU GSKDPIE lie, C below 30 ppm.
  • the set texture is unsuitable for forming processes such as deep drawing or stretch drawing.
  • DE 43 03 316 A describes steels with 13 to 16% AI and partly. higher levels of other alloying elements (Cr, Nb, Ta, W, Si, B, Ti) for oxidation and corrosion resistant parts.
  • DE 32 01 816 A discloses alloys with 1 to 10% Al for parts which come into contact with liquids which contain hydrocarbons at high temperatures (in the range from 750 to 900 ° C.) so that there is no carbon deposition.
  • the surface the parts can be pre-oxidized.
  • Weight savings can only be achieved by reducing the sheet thickness or by additional measures of a constructive and / or joining technology type
  • the required corrosion protection can be provided solely by the additional measure of surface coatings.
  • the object of the invention is therefore to create a
  • the purely ferritic steel according to the invention is characterized by more than 5 to 9% Al, ⁇ 0.2% Si, 0.03 to 0.2% Mn, the rest iron and melting-related impurities, including up to at most 1% in total Cu + Mo + W + Co + Cr + Ni and max. 0.1% in total Sc + Y + rare earths. It can additionally contain up to 0.1% C to 0.5% in total Ti + Zr + Hf + V + Nb + Ta up to 0.01% B to 0.1% P.
  • the aluminum content is preferably in the range from 7 to 9%.
  • the steel can be alloyed with titanium and / or niobium of at least 0.03%.
  • the steel according to the invention is purely ferritic
  • the steel according to the invention has a low carbon content below 0.1% and no alloy-relevant contents of Cu, Mo, W, Co, Cr, Ni, Se, Y and rare earth metals.
  • the steel according to the invention has an unexpectedly good combination of previously unknown advantageous properties, which can be described as follows:
  • Density is significantly reduced compared to conventional deep-drawing steels
  • the deep- and stretch-drawable steel containing higher aluminum is melted, cast in the strand, rolled in the temperature range above the recrystallization temperature or cast as a strip.
  • the steel is either processed directly as hot strip or cold rolled after hot rolling with a degree of deformation greater than 20%.
  • the cold strip is then annealed to recrystallize.
  • the steel in the form of sheets is particularly suitable for use in traffic engineering and as facade cladding.
  • the starting material was melted in a vacuum induction furnace and poured into molds. Hot rolling takes place in the temperature range between 800 ° C and 1100 ° C to thicknesses of 4 mm. After pickling, sheets between 5 and 92% were cold-rolled and then recrystallized between 700 ° C and 90.0 ° C. Table 1 shows the chemical composition of some investigated steels.
  • Table 2 shows the strength and forming characteristics of some investigated steels after 70% forming in the recrystallized annealed state.
  • Table 4 shows the influence of the cold rolling degree KVG in% on the forming characteristics. It can be seen that the r and n values increase significantly as the degree of cold rolling increases by up to 70%.
  • Table 5 contains the results of Erichsen cuppings in accordance with DIN 50101, which were carried out as practice-relevant determination of the forming properties.
  • Table 6 shows the increase in the aluminum content on the surface of an active (- 0.17 V against NHE), passive (1.1 V against NHE) and transpassive (10.65 V against NHE) by electrolytic aftertreatment at 20 and 60 ° C ) Area superficially with AI-enriched iron alloy with 8.5% AI. There was an increase in the aluminum concentration on the surface of almost 100% compared to the untreated alloy. The same results can also be achieved by electrochemical aftertreatment with AI.
  • Dense A.1-0 layers can be formed by a suitable thermal aftertreatment at elevated temperature (600 to 1200 ° C).

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  • Materials Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen höherfesten Leichtbaustahl und seine Verwendung für Fahrzeugteile und Fassadenverkleidungen. Kennzeichen der Erfindung ist ein rein ferritischer Stahl mit > 5 bis 9 % Al, < 0,2 % Si und 0,03 bis 0,2 % Mn.

Description

Leichtbaustahl und seine Verwendung für Fahrzeugteile und Fassadenverkleidungen
Die Erfindung betrifft einen höherfesten Leichtbaustahl und seine Verwendung für Fahrzeugteile und Fassadenverkleidungen .
Alle nachfolgenden Gehaltsangaben sind Masse-%.
Höherfeste Stähle wurden für die Fahrzeugindustrie mit unterschiedlichen Eigenscha ten entwickelt und werden bereits in nennenswertem Maße in der Produktion eingesetzt. Über eine Verminderung der Blechdicke infolge höherer Festigkeiten lassen sich im Vergleich zu herkömmlichem weichen Stahl Gewichtsreduzierungen erzielen. Zur Gewährleistung ausreichender Korrosionsbeständigkeit wurden verschiedene Oberflächenbeschichtungsverfahren entwickelt (Stahl- Eisen-Werkstoffblatt SEW 094 und SEW 093; Stahl und Eisen 106 (1986), Nr. 12, S. 21-38 und 114 (1994), Nr. 7, S. 47-53) .
Stähle mit höheren Aluminiumgehalten sind bekannt. So offenbart die EP-A-0 495 121 Stähle mit bis zu 7 % AI , mehr als 0,5 % Si, 0,1 bis 8 % Mn, und weniger als 0,01 % C, N, 0, P zur Ξchwingungs- und Geräuschdämpfung in Maschinen.
EP-A-0 401 098 berücksichtigt Stähle mit weniger als 3,3 % Si und 1,5 und 8 % AI für weichmagnetische Bleche, die eine scharfe (100) (001) Textur (Würfellage) besitzen. Interstitielle Verunreinigungen müssen unter 50 ppm
BESIÄΠGU GSKDPIE liegen, C unter 30 ppm. Die eingestellte Textur ist für Umformverfahren, wie das Tief- bzw. Streckziehen ungeeignet .
DE 43 03 316 A beschreibt Stähle mit 13 bis 16 % AI und z.T. höheren Gehalten weiterer Legierungselemente (Cr, Nb, Ta, W, Si, B, Ti) für oxidations- und korrosionsbeständige Teile.
DE 32 01 816 A gibt Legierungen mit 1 bis 10 % AI bekannt für Teile, die bei hohen Temperaturen (im Bereich von 750 bis 900 °C in Kontakt mit Flüssigkeiten kommen, die Kohlenwasserstoffe enthalten, so daß es zu keiner Kohlenstoffablagerung kommt. Die Oberfläche der Teile kann voroxidiert werden.
Der geschilderte Stand der Technik ist mit folgenden Nachteilen behaftet:
Gewichtseinsparungen lassen sich nur über eine Reduzierung der Blechdicke erreichen oder durch zusätzliche Maßnahmen konstruktiver und/oder fügetechnischer Art;
der erforderliche Korrosionsschutz kann allein durch die Zusatzmaßnahme von Oberflächenbeschich-tungen erbracht werden.
Gut umformbare oder tief- und streckziehfähige, kalt- walzbare und rekristallisierend geglühte höheraluminium- haltige Tiefziehstähle, wie sie für die Anwendung in der Verkehrstechnik oder als Fassadenverkleidungen gebraucht werden, gehören nicht zum Stand der Technik. Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines
Stahls mit einer Dichte deutlich unter 7,6 g/cm3, hoher Festigkeit bei guter Kaltumformbarkeit und gleichzeitig verbessertem Widerstand gegen atmosphärische Korrosion, als es konventionelle Tiefziehstähle besitzen.
Der erfindungsgemäße rein ferritische Stahl ist gekennzeichnet durch mehr als 5 bis 9 % AI , < 0,2 % Si, 0,03 bis 0,2 % Mn, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, einschließlich bis höchstens 1 % in Summe Cu + Mo + W + Co + Cr + Ni und max. 0,1 % in Summe Sc + Y + Seltene Erden. Er kann zusätzlich bis 0,1 % C bis 0,5 % in Summe Ti + Zr + Hf + V + Nb + Ta bis 0,01 % B bis 0,1 % P enthalten.
Bevorzugt liegt der Aluminiumgehalt im Bereich von 7 bis 9 %. Weiterhin kann der Stahl mit Titan und/oder Niob von mindestens 0,03 % legiert sein.
Besondere Kennzeichen der Stahlzusammensetzung sind:
der erfindungsgemäße Stahl ist rein ferritisch;
er ist im Si-Gehalt auf max. 0,2 % begrenzt und
weist einen geringen Kohlenstoffgehalt unter 0,1 % und keine legierungsrelevanten Gehalte an Cu, Mo, W, Co, Cr, Ni, Se, Y und Seltenen Erdmetallen auf. Der erfindungsgemäße Stahl hat eine unerwartet gute Kombination bisher nicht bekannter vorteilhafter Eigenschaf en, die sich wie folgt beschreiben lassen:
Festigkeitskennwerte sind gegenüber herkömmlichem weichen Tiefziehstahl deutlich erhöht;
Verformbarkeit ist, gemessen an der Festigkeit, vergleichsweise gut;
Dichte ist gegenüber herkömmlichen Tiefziehstählen deutlich verringert;
Korrosionsbeständigkeit ist erheblich verbessert.
Der tief- und streckziehfähige höheräluminiumhaltige Stahl wird erschmolzen, im Strang vergossen, abgewalzt im Temperaturbereich oberhalb der Rekristallisierungstem- peratur oder als Band abgegossen. Der Stahl wird entweder als Warmband direkt verarbeitet oder nach dem Warmwalzen kaltgewalzt mit einem Umformgrad von größer 20 %. Das Kaltband wird anschließend rekristallisierend geglüht.
Aufgrund seiner guten Kaltumformbarkeit und geringen Dichte deutlich unter 7,6 g/cm3 eignet sich der Stahl in Form von Blechen besonders für die Anwendung in der Verkehrstechnik und als Fassadenverkleidung.
Beispiele
Das Ausgangsmaterial wurde in einem Vakuuminduktionsofen erschmolzen und in Kokillen vergossen. Das Warmwalzen erfolgt im Temperaturbereich zwischen 800 °C und 1100 °C auf Dicken von 4 mm. Nach dem Beizen wurden Tafeln zwischen 5 und 92 % kaltgewalzt und im Anschluß daran zwischen 700 °C und 90.0 °C rekristallisierend geglüht. Tabelle 1 gibt die chemische Zusammensetzung einiger untersuchter Stähle wieder.
Tabelle 2 zeigt die Festigkeits- und Umformkennwerte einiger untersuchter Stähle nach 70 %iger Umformung im rekristallisierend geglühten Zustand. Darin bedeuten:
Rp - Streckgrenze
R-, - Zugfestigkeit
A80 - Dehnung, Stablänge 1 = 80 mm
E - Elastizitätsmodul rL - r-Wert (Anisotropiewert) in Längsrichtung n - n-Wert (Verfestigungsexponent)
Tabelle 3 weist für Proben im kaltgewalzten und geglühten Zustand sowie die warmgewalzten Proben gute Festigkeitsund Umformkennwerte aus, darunter A5 - Bruchdehnung bei 1 = 5 d.
Tabelle 4 zeigt den Einfluß des Kaltwalzgrades KVG in % auf die Umformkennwerte. Es ist ersichtlich, daß mit bis zu 70 % steigendem Kaltwalzgrad die r- und n-Werte deutlich zunehmen.
Tabelle 5 enthält die Ergebnisse von Erichsen-Tiefungen nach DIN 50101, die als praxisrelevante Umformeigenschaftser ittlung durchgeführt wurden.
Figure imgf000008_0001
Tabelle 6 zeigt die Zunahme des Aluminiumgehalts an der Oberfläche einer durch elektrolytische Nachbehandlung bei 20 und 60 °C im aktiven (- 0,17 V gegen NHE), passiven (1,1 V gegen NHE) und transpassiven (10,65 V gegen NHE) Bereich oberflächlich mit AI angereicherten Eisenlegierung mit 8,5 % AI. Es ergab sich im Vergleich zu der unbehandelten Legierung eine Steigerung der Aluminiumkonzentration an der Oberfläche um fast 100 %. Gleiche Ergebnisse können auch durch elektrochemische Nachbehandlung mit AI erreicht werden.
Durch eine geeignete thermische Nachbehandlung bei erhöhter Temperatur (600 bis 1200 °C) können dichte A.1-0, -Schichten gebildet werden.
Tabelle 1 : Chemische Zusammensetzung in Gew.-%, C, N, O in ppm
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000011_0001
Tabelle 3: Festigkeits- und Umformkennwerte in Querrichtung
Figure imgf000012_0001
3) m O r m t Tabelle 4: r- und n-Wert des rekristallisierend geglühten Stahls 4 in Abhängigkeit des Kaltwalzgrades KVG in %
Figure imgf000012_0002
Tabelle 5: Erichsen-Tiefung (Stempeldurchmesser = 20 mm) der rekristallisierend geglühten Stähle
Figure imgf000013_0001
0
Tabelle 6: Durch elektrolytische Nachbehandlung hergestellte, an
Al-angereicherte Oberflächenschicht auf einer Fe AI 8,5 -Legierung
Polarisation AI/(AI + Fe) in At. % Zunahme von AI an der Oberfläche in %
20 °C 60 °C 20 °C 60 °C aktiv 21 .1 19.3 28.7 1 7.7 passiv 1 8.9 29.4 1 5.2 79.3
Figure imgf000013_0002
transpassiv, 10.65 V (NHE) 29.9 32.3 82.3 96.3 polierte Probe 1 6.4 -

Claims

Patentansprüche
1. Höherfester Leichtbaustahl, bestehend aus, (in Masse-%) : mehr als 5 bis 9"% AI < 0,2 % Si 0, 03 bis 0,2 % Mn Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, einschließlich höchstens 1 % in Summe Cu + Mo + W + Co + Cr + Ni und bis 0,1 % in Summe Sc + Y + Seltenen Erden.
2. Leichtbaustahl nach Anspruch J. , der zusätzlich legiert ist mit (in Masse-%) bis 0,1 % C bis 0,5 % in Summe Ti + Zr + Hf + V + Nb + Ta bis 0,01 % B bis 0,1 % P.
3. Leichtbaustahl nach Anspruch 1, jedoch mit 7 bis 9 % AI .
4. Leichtbaustahl nach Anspruch 2, jedoch mit Titarund/oder Niob von mindestens 0,03 %.
5. Leichtbaustahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die aus ihm erzeugten Bänder mit einer chemischen, elektrochemischen, organischen nicht-metallischen oder metallischen Beschichtung versehen sind.
6. Leichtbaustahl nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bandoberfläche mit Aluminium angereichert und/oder beschichtet ist.
7. Verwendung eines Leichtbaustahls nach einem der Ansprüche 1 bis 6, als Werkstoff für Fahrzeugteile oder Fassadenverkleidunσen .
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