WO2007062702A1 - Alloy structural steel - Google Patents

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WO2007062702A1
WO2007062702A1 PCT/EP2006/008384 EP2006008384W WO2007062702A1 WO 2007062702 A1 WO2007062702 A1 WO 2007062702A1 EP 2006008384 W EP2006008384 W EP 2006008384W WO 2007062702 A1 WO2007062702 A1 WO 2007062702A1
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WO
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weight
triplex
strength
lightweight steel
steel
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/008384
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German (de)
French (fr)
Inventor
Jürgen Kiese
Martin Glatzer
Udo BRÜX
Original Assignee
Volkswagen Aktiengesellschaft
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Publication date
Application filed by Volkswagen Aktiengesellschaft filed Critical Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium

Definitions

  • the present invention relates to a high-strength ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight steel and its use.
  • the present invention relates to a method for producing a high-strength ⁇ / ⁇ / ⁇ -triplex-l-lightweight steel.
  • DE 1 262 613 B1 discloses the use of a lightweight steel with high strength, wear resistance and relatively low weight as a material for aircraft components.
  • the lightweight steel known from this publication has high proportions of light alloy components with 4 to 20 wt.% Al, 18 to 40 wt.% Mn and 0.15 to 2 wt.
  • this lightweight steel can also have 0 to 4% by weight of Nb and 0 to 3% by weight of Si.
  • the lightweight steel can also contain up to 2% by weight of boron, up to 2% by weight of cerium and up to 10% by weight of cobalt, nickel, molybdenum, tungsten, vanadium, copper, tantalum, titanium, zirconium and bis contain 5 wt .-% chromium.
  • a disadvantage of this lightweight steel is that the proportion is relatively heavier, so that this steel has a comparatively high specific density.
  • the lightweight steel also has relatively high proportions of very expensive microalloying elements (in particular Nb). Furthermore, relatively high proportions of microalloying elements can possibly have a negative impact on the theological properties of lightweight steel.
  • ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight steel is known.
  • This lightweight steel is a three-phase structure, which is formed from ⁇ -ferrite, y-austenite and a martensitic ⁇ phase. Because of these three phases, this lightweight steel is also called ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight steel.
  • the ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight structural steel known from this publication has the following composition (in% by weight):
  • Further alloying elements can be Ti (0.03-2% by weight), N ( ⁇ 0.3% by weight), Nb ( ⁇ 0.5% by weight) and V ( ⁇ 0.5% by weight) ) be.
  • a disadvantage of this ⁇ / ⁇ / ⁇ lightweight steel consists in the comparatively high proportions of Si and / or Mg and / or Ga and / or Be, which can have a disadvantageous effect on its rheological properties.
  • a disadvantage of the lightweight steels known from the prior art is that their rheological properties are not balanced for numerous areas of application.
  • the known steels often have too little elongation for a given tensile strength or an insufficient tensile strength for a given elongation.
  • the present invention is based on the object of providing a high-strength ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight structural steel which has more balanced rheological properties, in particular a higher strength with a higher elongation at a low specific weight.
  • Ti, Nb, Cr, V, N, B with a content of less than 1% by weight in total and individually less than 0.5% by weight
  • the ⁇ / ⁇ / ⁇ -triplex lightweight steel which comprises an ⁇ -ferrite phase, a ⁇ -austenite phase and a ⁇ -carbide phase, is characterized in particular by the fact that the microalloying elements Ti, Nb, Cr, V, N, B are only present with a content of less than 1% by weight in total.
  • a further characteristic of the ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight structural steel is that the microalloying elements Ti, Nb, Cr, V 1 N, B are individually present with a content of less than 0.5% by weight.
  • the low content of the microalloying elements Ti, Nb 1 Cr, V, N, B has a positive effect on the theological properties of the ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight structural steel.
  • the ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight structural steel has a greater elongation for a given tensile strength or a greater tensile strength for a given elongation than the lightweight steels known from the prior art.
  • the ⁇ / y / ⁇ triplex lightweight structural steel has a specific density of 6.5-7.2 g / cm 3 .
  • the ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight structural steel has a lower density than the steels used for motor vehicle components, which usually have a specific density of approximately 7.3-7.8 g / cm 3 .
  • the high-strength ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight steel has 25-35% by weight Mn.
  • the ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight structural steel has 8 to 12% by weight, in particular approximately 10% by weight, of aluminum.
  • the ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight steel has 1 to 1.3% by weight of C.
  • the ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight steel has an Nb content of less than 0.5% by weight, in particular less than 0.3% by weight. -%, preferably less than 0.1 wt .-%.
  • the 0.2% proof stress R p0 , 2 is the stress at which the material sample has a permanent elongation of 0.2% after the relief.
  • a 80 denotes the elongation at break standardized to a sample length of 80 mm.
  • the inventive method for producing a high strength ⁇ / ⁇ / ⁇ -triplex lightweight structural steel is characterized according to claim 8 characterized in that the ⁇ / ⁇ / ⁇ -triplex lightweight structural steel at a temperature of about 300 0 C to about 700 0 C, preferably is stored at a temperature of about 550 0 C.
  • Investigations have shown that the rheological properties of the ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight steel can be adapted to the respective requirements by aging in the temperature range between approximately 300 ° C. to 700 ° C. It has also been shown that the rheological properties of the ⁇ / v / K triplex lightweight steel can be adjusted by different aging times.
  • a use of a high-strength ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight steel, which is produced according to claim 8, is proposed for a motor vehicle component.
  • the rheological properties of the motor vehicle component can be specifically varied and adapted by aging before or after its manufacture.
  • another parameter to influence the rheological properties of the motor vehicle component is the aging time.
  • the ⁇ / ⁇ / ⁇ -triplex lightweight steel is characterized, among other things, by the fact that the microalloying elements Ti, Nb, Cr, V, N, B are present in total with a content of less than 1% by weight.
  • the ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex preferably has Lightweight steel has a specific density of 6.5 - 7.2 g / cm 3 and therefore has a relatively low specific density compared to conventional steels.
  • a stress-strain diagram of the three-phase high-strength ⁇ / ⁇ / ⁇ lightweight structural steel Fe-26Mn-11AI-1, 1 C is shown.
  • the stress ⁇ (in MPa) is plotted against the relative strain ⁇ (in%) with different aging times. It can be seen that the theological properties of the ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight steel, in particular the 0.2% proof stress R p o, 2 or the tensile strength R m and the elongation at break A 80 can be modified in a targeted manner by the different aging times.
  • the reference value for the elongation at break A 80 is an initial measuring length of 80 mm (tensile test DIN 50125 - H20x80).
  • the elongation at break A 80 is approx. 63%. It can be seen that the elongation at break A 80 with an aging time of 2.1 minutes is in the range of about 66% and is therefore slightly increased compared to the sample that has not been aged.
  • the tensile strength R m that is the maximum tensile stress that occurs in the sample, is essentially identical in both cases at about 900 MPa. A relatively short aging time therefore hardly affects the tensile strength R m and increases the elongation at break A 80 slightly.
  • the elongation at break is already on the order of about 32%. It can be seen that, after a relatively short aging time, the elongation at break A 80 is almost halved compared to the sample that has not been aged.
  • the tensile strength R m is on the order of approximately 990 MPa. It can be seen that the maximum stress (tensile strength R m ) with a lower relative elongation ⁇ ⁇ 2% occurs than in the sample that was not outsourced or only outsourced for a short time. This tendency can also be seen in samples that have been stored for even longer.
  • the elongation at break A 8O is only about 10%.
  • the mechanical stress in the plastic region of the stress-strain curve increases as the aging takes longer.
  • the ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight steel thus becomes harder with increasing aging time.
  • the tensile strength is over 1100 MPa.
  • the elongation at break A 80 is then below 3%.
  • this stress is approximately 800 MPa with an aging time of 4.6 minutes, whereas it exceeds 1000 MPa with aging times of 210 minutes and longer.
  • theological properties of the ⁇ / y / ⁇ triplex lightweight steel can be adjusted both before and after the component is generated by the targeted heating.
  • the swapping may be performed at the production of the ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight structural steel preferably in a temperature range between about 300 ° C to about 700 0 C, with a paging at a temperature in the order of between 500 0 C and 600 0 C particularly is preferred.
  • MN 15-40% by weight
  • AI 5-15% by weight
  • Si 0-3% by weight
  • C 0.5-2% by weight
  • Fe rest.
  • the ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight structural steel comprises the microalloying elements Ti, Nb 1 Cr, V, N, B with proportions, the sum of which is less than 1% by weight, and each individually a proportion of less than 0 , 5% by weight.
  • the lightweight steel preferably has a manganese content of between approximately 25-35% by weight. It is preferred that the aluminum content is about 10% by weight and the carbon content is between 1 and about 1.3% by weight.
  • the ⁇ / ⁇ / ⁇ triplex lightweight structural steel therefore preferably has an Nb content of less than 0.5% by weight, in particular less than 0.3% by weight, preferably less than 0.1% by weight. on.

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Abstract

The invention relates to a high-strength alloy α/η/λ triplex structural steel that has the following composition: 15 to 40 percent by weight of Mn, 5 to 15 percent by weight of Al, 0.5 to 2 percent by weight of C, 0 to 3 percent by weight of Si, less than a total of one percent by weight of Ti, Nb, Cr, V, N, and B, the individual concentration of said elements amounting to less than 0.5 percent by weight, and a remainder, substantially iron.

Description

Beschreibung description
LeichtbaustahlLightweight steel
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen hochfesten α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl und dessen Verwendung. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten α/γ/κ-Triplex-l_eichtbaustahls.The present invention relates to a high-strength α / γ / κ triplex lightweight steel and its use. In addition, the present invention relates to a method for producing a high-strength α / γ / κ-triplex-l-lightweight steel.
Die DE 1 262 613 B1 offenbart die Verwendung eines Leichtbaustahls mit hoher Festigkeit, Verschleißfestigkeit und verhältnismäßig geringem Gewicht als Werkstoff für Flugzeugbauteile. Der aus dieser Druckschrift bekannte Leichtbaustahl weist mit 4 bis 20 Gew.-% AI, 18 bis 40 Gew.-% Mn sowie 0,15 bis 2 Gew.-% C hohe Anteile an leichten Legierungsbestandteilen auf. Ferner kann dieser Leichtbaustahl noch 0 bis 4 Gew.-% Nb sowie 0 bis 3 Gew.-% Si aufweisen. Der Leichtbaustahl kann darüber hinaus bis zu 2 Gew.-% Bor, bis zu 2 Gew.-% Cer sowie zusätzlich bis zu 10 Gew.-% Kobalt, Nickel, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Kupfer, Tantal, Titan, Zirkonium und bis zu 5 Gew.-% Chrom enthalten. Ein Nachteil dieses Leichtbaustahls besteht darin, dass der Anteil relativ schwerer, so dass dieser Stahl eine vergleichsweise hohe spezifische Dichte aufweist. Der Leichtbaustahl weist ferner relativ hohe Anteile sehr teurer Mikrolegierungselemente (insbesondere Nb) auf. Ferner können verhältnismäßig hohe Anteile von Mikrolegierungselementen die Theologischen Eigenschaften des Leichtbaustahls unter Umständen negativ beeinflussen.DE 1 262 613 B1 discloses the use of a lightweight steel with high strength, wear resistance and relatively low weight as a material for aircraft components. The lightweight steel known from this publication has high proportions of light alloy components with 4 to 20 wt.% Al, 18 to 40 wt.% Mn and 0.15 to 2 wt. Furthermore, this lightweight steel can also have 0 to 4% by weight of Nb and 0 to 3% by weight of Si. The lightweight steel can also contain up to 2% by weight of boron, up to 2% by weight of cerium and up to 10% by weight of cobalt, nickel, molybdenum, tungsten, vanadium, copper, tantalum, titanium, zirconium and bis contain 5 wt .-% chromium. A disadvantage of this lightweight steel is that the proportion is relatively heavier, so that this steel has a comparatively high specific density. The lightweight steel also has relatively high proportions of very expensive microalloying elements (in particular Nb). Furthermore, relatively high proportions of microalloying elements can possibly have a negative impact on the theological properties of lightweight steel.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 03/029504 A2 ist ein hochfester α/γ/κ-Triplex- Leichtbaustahl bekannt. Dieser Leichtbaustahl ist ein dreiphasiges Gefüge, das aus α-Ferrit, y- Austenit und einer martensitischen κ-Phase gebildet ist. Auf Grund dieser drei Phasen wird dieser Leichtbaustahl auch α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl genannt. Der aus dieser Druckschrift bekannte α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl weist folgende Zusammensetzung (in Gewichts %) auf:From international patent application WO 03/029504 A2 a high-strength α / γ / κ triplex lightweight steel is known. This lightweight steel is a three-phase structure, which is formed from α-ferrite, y-austenite and a martensitic κ phase. Because of these three phases, this lightweight steel is also called α / γ / κ triplex lightweight steel. The α / γ / κ triplex lightweight structural steel known from this publication has the following composition (in% by weight):
18 - 35 % Mn, 8 - 12 % AI, bis zu 6 % Silizium, wobei AI + Si > 12 %, 0,5 - 2 % C, ' höchstens 0,05 % B, l zumindest eines der Elemente Mg, Ga, Be mit einem Gehalt von jeweils bis zu 3 % Rest, im Wesentlichen Eisen, einschließlich üblicher Stahlbegleitelemente.18 - 35% Mn, 8 - 12% AI, up to 6% silicon, where AI + Si> 12%, 0.5 - 2% C, ' at most 0.05% B, l at least one of the elements Mg, Ga, Be, each with a content of up to 3% balance, essentially iron, including conventional steel accompanying elements.
Weitere Legierungselemente können Ti (0,03 - 2 Gew.-%), N (< 0,3 Gew.-%), Nb (< 0,5 Gew.- %) sowie V (< 0,5 Gew.-%) sein. Ein Nachteil dieses α/γ/κ-Leichtbaustahls besteht in den vergleichsweise hohen Anteilen von Si und/oder Mg und/oder Ga und/oder Be, die sich nachteilig auf dessen rheologische Eigenschaften auswirken können.Further alloying elements can be Ti (0.03-2% by weight), N (<0.3% by weight), Nb (<0.5% by weight) and V (<0.5% by weight) ) be. A disadvantage of this α / γ / κ lightweight steel consists in the comparatively high proportions of Si and / or Mg and / or Ga and / or Be, which can have a disadvantageous effect on its rheological properties.
Ein Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Leichtbaustähle besteht darin, dass deren rheologische Eigenschaften für zahlreiche Anwendungsgebiete nicht ausgewogen sind. Häufig weisen die bekannten Stähle bei gegebener Zugfestigkeit eine zu geringe Dehnung beziehungsweise bei einer gegebenen Dehnung eine zu geringe Zugfestigkeit auf.A disadvantage of the lightweight steels known from the prior art is that their rheological properties are not balanced for numerous areas of application. The known steels often have too little elongation for a given tensile strength or an insufficient tensile strength for a given elongation.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an.This is where the present invention comes in.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hochfesten α/γ/κ-Triplex- Leichtbaustahl zur Verfügung zu stellen, der ausgewogenere rheologische Eigenschaften, insbesondere eine höhere Festigkeit bei einer gleichzeitig höheren Dehnung, bei einem geringen spezifischen Gewicht aufweist.The present invention is based on the object of providing a high-strength α / γ / κ triplex lightweight structural steel which has more balanced rheological properties, in particular a higher strength with a higher elongation at a low specific weight.
Diese Aufgabe wird durch einen hochfesten α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl mit folgender Zusammensetzung gelöst:This task is solved by a high-strength α / γ / κ triplex lightweight steel with the following composition:
15 - 40 Gew.-% Mn,15-40% by weight Mn,
5 - 15 Gew.-% AI,5 - 15% by weight of AI,
0,5 - 2 Gew.-% C,0.5-2% by weight of C,
0 - 3 Gew.-% Si,0-3% by weight Si,
Ti, Nb, Cr, V, N, B mit einem Gehalt von weniger als 1 Gew.-% in der Summe und einzeln von jeweils weniger als 0,5 Gew.-%,Ti, Nb, Cr, V, N, B with a content of less than 1% by weight in total and individually less than 0.5% by weight,
Rest, im Wesentlichen Eisen.Rest, essentially iron.
Es hat sich gezeigt, dass durch eine Variation der chemischen Zusammensetzung in den genannten Grenzen die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Festigkeit und die Verformbarkeit (Dehnung) in weiten Grenzen variiert werden können. Der erfindungsgemäße α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl, der eine α-Ferrit-Phase, eine γ-Austenit-Phase und eine κ-Karbid- Phase umfasst, zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Mikrolegierungselemente Ti, Nb, Cr, V, N, B nur mit einem Gehalt von weniger als 1 Gew.-% in der Summe vorhanden sind. Ein weiteres Charakteristikum des erfindungsgemäßen α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahls ist, dass die Mikrolegierungselemente Ti, Nb, Cr, V1 N, B einzeln mit einem Gehalt von jeweils weniger als 0,5 Gew.-% vorhanden sind. Überraschend hat es sich gezeigt, dass sich der geringe Gehalt der Mikrolegierungselemente Ti, Nb1 Cr, V, N, B positiv auf die Theologischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl auswirkt. Insbesondere weist der erfindungsgemäße α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl bei einer gegebenen Zugfestigkeit eine größere Dehnung beziehungsweise bei einer gegebenen Dehnung eine größere Zugfestigkeit als die aus dem Stand der Technik bekannten Leichtbaustähle auf.It has been shown that the mechanical properties, in particular the strength and the deformability (elongation), can be varied within wide limits by varying the chemical composition within the limits mentioned. The α / γ / κ-triplex lightweight steel, which comprises an α-ferrite phase, a γ-austenite phase and a κ-carbide phase, is characterized in particular by the fact that the microalloying elements Ti, Nb, Cr, V, N, B are only present with a content of less than 1% by weight in total. A further characteristic of the α / γ / κ triplex lightweight structural steel is that the microalloying elements Ti, Nb, Cr, V 1 N, B are individually present with a content of less than 0.5% by weight. Surprisingly, it has been shown that the low content of the microalloying elements Ti, Nb 1 Cr, V, N, B has a positive effect on the theological properties of the α / γ / κ triplex lightweight structural steel. In particular, the α / γ / κ triplex lightweight structural steel has a greater elongation for a given tensile strength or a greater tensile strength for a given elongation than the lightweight steels known from the prior art.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der α/y/κ-Triplex-Leichtbaustahl eine spezifische Dichte von 6,5 - 7,2 g/cm3 auf. Dadurch besitzt der α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl eine geringere Dichte als die für Kraftfahrzeugbauteile eingesetzten Stähle, die üblicherweise eine spezifische Dichte von etwa 7,3 - 7,8 g/cm3 aufweisen.In a particularly advantageous embodiment, the α / y / κ triplex lightweight structural steel has a specific density of 6.5-7.2 g / cm 3 . As a result, the α / γ / κ triplex lightweight structural steel has a lower density than the steels used for motor vehicle components, which usually have a specific density of approximately 7.3-7.8 g / cm 3 .
Ein einer bevorzugten Ausführungsform weist der hochfeste α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl 25 - 35 Gew.-% Mn auf.In a preferred embodiment, the high-strength α / γ / κ triplex lightweight steel has 25-35% by weight Mn.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der α/γ/κ-Triplex- Leichtbaustahl 8 bis 12 Gew.-%, insbesondere etwa 10 Gew.-% Aluminium aufweist.In a particularly advantageous embodiment it is provided that the α / γ / κ triplex lightweight structural steel has 8 to 12% by weight, in particular approximately 10% by weight, of aluminum.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl 1 bis 1 ,3 Gew.-% C auf.According to a particularly preferred embodiment, the α / γ / κ triplex lightweight steel has 1 to 1.3% by weight of C.
Da die Kosten für Nb relativ hoch sind, ist es vorteilhaft, den Nb-Anteil innerhalb des α/γ/κ- Triplex-Leichtbaustahl möglichst gering zu halten. Um die Herstellungskosten zu verringern, wird daher in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgeschlagen, dass der α/γ/κ- Triplex-Leichtbaustahl einen Nb-Gehalt von weniger als 0,5 Gew.-%, insbesondere von weniger als 0,3 Gew.-%, vorzugsweise von weniger als 0,1 Gew.-% aufweist.Since the costs for Nb are relatively high, it is advantageous to keep the Nb portion within the α / γ / κ triplex lightweight steel as low as possible. In order to reduce the manufacturing costs, it is therefore proposed in a particularly advantageous embodiment that the α / γ / κ triplex lightweight steel has an Nb content of less than 0.5% by weight, in particular less than 0.3% by weight. -%, preferably less than 0.1 wt .-%.
Vorzugsweise weist der α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl eine Dehngrenze Rp0,2 zwischen Rp0,2 = 600 MPa bei A80 = 80 % bis Rp0,2 = 1.300 MPa bei A80 = 10 %auf. Die 0,2%-Dehngrenze Rp0,2 ist dabei die Spannung, bei der die Materialprobe nach der Entlastung eine bleibende Dehnung von 0,2% aufweist. A80 bezeichnet die auf eine Probenlänge von 80 mm normierte Bruchdehnung. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines hochfesten α/γ/κ-Triplex- Leichtbaustahls zeichnet sich gemäß Anspruch 8 dadurch aus, dass der α/γ/κ-Triplex- Leichtbaustahl bei einer Temperatur von etwa 300 0C bis etwa 700 0C, vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 550 0C ausgelagert wird. Untersuchungen haben gezeigt, dass die rheologischen Eigenschaften des α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahls durch eine Auslagerung im Temperaturbereich zwischen etwa 300 0C bis 700 0C gezielt an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden können. Ferner hat es sich gezeigt, dass die rheologischen Eigenschaften des α/v/K-Triplex-Leichtbaustahls durch unterschiedliche Auslagerungszeiten angepasst werden können.The α / γ / κ triplex lightweight structural steel preferably has an elastic limit R p0 , 2 between R p0 , 2 = 600 MPa at A 80 = 80% to R p0 , 2 = 1,300 MPa at A 80 = 10%. The 0.2% proof stress R p0 , 2 is the stress at which the material sample has a permanent elongation of 0.2% after the relief. A 80 denotes the elongation at break standardized to a sample length of 80 mm. The inventive method for producing a high strength α / γ / κ-triplex lightweight structural steel is characterized according to claim 8 characterized in that the α / γ / κ-triplex lightweight structural steel at a temperature of about 300 0 C to about 700 0 C, preferably is stored at a temperature of about 550 0 C. Investigations have shown that the rheological properties of the α / γ / κ triplex lightweight steel can be adapted to the respective requirements by aging in the temperature range between approximately 300 ° C. to 700 ° C. It has also been shown that the rheological properties of the α / v / K triplex lightweight steel can be adjusted by different aging times.
Gemäß Anspruch 9 wird eine Verwendung eines hochfesten α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahls nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für ein Kraftfahrzeugbauteil vorgeschlagen. Während bisher zur Herstellung bestimmter Kraftfahrzeugbauteile deren einzelne Stahlkomponenten durch Fügen miteinander verbunden werden mussten, ermöglicht der hier offenbarte hochfeste α/γ/κ-Triplex- Leichtbaustahl eine Teileintegration. Dadurch können die Kosten für die Herstellung der Kraftfahrzeugbauteile verringert werden.According to claim 9, use of a high-strength α / γ / κ triplex lightweight steel according to one of claims 1 to 7 is proposed for a motor vehicle component. While previously individual steel components had to be connected by joining to produce certain motor vehicle components, the high-strength α / γ / κ triplex lightweight structural steel disclosed here enables partial integration. As a result, the costs for producing the motor vehicle components can be reduced.
Gemäß Anspruch 10 wird eine Verwendung eines hochfesten α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahls, der nach Anspruch 8 hergestellt ist, für ein Kraftfahrzeugbauteil vorgeschlagen. Dadurch können die rheologischen Eigenschaften des Kraftfahrzeugbauteils durch Auslagerung vor oder auch nach dessen Herstellung eines gezielt variiert und angepasst werden. Neben der Auslagerungstemperatur ist ein weiterer Parameter, um die rheologischen Eigenschaften des Kraftfahrzeugbauteils zu beeinflussen, die Auslagerungszeit.According to claim 10, a use of a high-strength α / γ / κ triplex lightweight steel, which is produced according to claim 8, is proposed for a motor vehicle component. As a result, the rheological properties of the motor vehicle component can be specifically varied and adapted by aging before or after its manufacture. In addition to the aging temperature, another parameter to influence the rheological properties of the motor vehicle component is the aging time.
Anhand des nachfolgenden Beispiels soll der Einfluss der Temperatur, bei der der α/γ/κ-Triplex- Leichtbaustahl ausgelagert wurde, auf die rheologischen Eigenschaften des Leichtbaustahls näher erläutert werden.Using the following example, the influence of the temperature at which the α / γ / κ-triplex lightweight steel was outsourced will be explained in more detail on the rheological properties of the lightweight steel.
Um den Einfluss der Auslagerung auf die mechanischen Eigenschaften des α/γ/κ-Triplex- Leichtbaustahls zu überprüfen, wurden mehrere Fe-26Mn-11AI-1,1C-Triplex- Leichtbaustahlproben erzeugt und bei einer Temperatur T = 55O0C unterschiedlich lange ausgelagert. Anschließend wurden Zugversuche durchgeführt, deren Ergebnisse in der anliegenden Figur dargestellt sind. Der α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl zeichnet unter sich unter anderem dadurch aus, dass die Mikrolegierungselemente Ti, Nb, Cr, V, N, B mit einem Gehalt von weniger als 1 Gew.-% in der Summe vorhanden sind. Vorzugsweise weist der α/γ/κ-Triplex- Leichtbaustahl eine spezifische Dichte von 6,5 - 7, 2 g/cm3 auf und besitzt daher im Vergleich zu herkömmlichen Stählen eine relativ geringe spezifische Dichte.In order to check the influence of the aging on the mechanical properties of the α / γ / κ-triplex lightweight steel, several Fe-26Mn-11AI-1.1C triplex lightweight steel samples were generated and aged at a temperature T = 55O 0 C for different lengths of time . Then tensile tests were carried out, the results of which are shown in the attached figure. The α / γ / κ-triplex lightweight steel is characterized, among other things, by the fact that the microalloying elements Ti, Nb, Cr, V, N, B are present in total with a content of less than 1% by weight. The α / γ / κ triplex preferably has Lightweight steel has a specific density of 6.5 - 7.2 g / cm 3 and therefore has a relatively low specific density compared to conventional steels.
In der anliegenden Figur ist ein Spannungs-Dehnungsdiagramm des dreiphasigen hochfesten α/γ/κ-Leichtbaustahls Fe-26Mn-11AI-1 ,1 C gezeigt. Im Spannungs-Dehnungsdiagramm ist die Spannung σ (in MPa) gegenüber der relativen Dehnung ε (in %) bei unterschiedlichen Auslagerungszeiten aufgetragen. Man erkennt, dass durch die unterschiedlichen Auslagerungszeiten die Theologischen Eigenschaften des α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahls, insbesondere die 0,2 % - Dehngrenze Rpo,2 beziehungsweise die Zugfestigkeit Rm sowie die Bruchdehnung A80 gezielt modifiziert werden können. Bezugsgröße der Bruchdehnung A80 ist eine Anfangsmesslänge von 80 mm (Zugprobe DIN 50125 - H20x80).In the attached figure, a stress-strain diagram of the three-phase high-strength α / γ / κ lightweight structural steel Fe-26Mn-11AI-1, 1 C is shown. In the stress-strain diagram, the stress σ (in MPa) is plotted against the relative strain ε (in%) with different aging times. It can be seen that the theological properties of the α / γ / κ triplex lightweight steel, in particular the 0.2% proof stress R p o, 2 or the tensile strength R m and the elongation at break A 80 can be modified in a targeted manner by the different aging times. The reference value for the elongation at break A 80 is an initial measuring length of 80 mm (tensile test DIN 50125 - H20x80).
Die Untersuchungen haben gezeigt, dass bei dem α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl die grundlegende Tendenz besteht, dass bei längeren Auslagerungszeiten bei einer Temperatur T = 5500C die Bruchdehnung A80 erheblich reduziert wird.The investigations have shown that with the α / γ / κ-triplex lightweight steel there is a fundamental tendency that the elongation at break A 80 is considerably reduced with longer aging times at a temperature T = 550 ° C.
Wird die Messprobe nicht ausgelagert (T = 0 min.) ergibt sich für die Bruchdehnung A80 ein Wert von ca. 63 %. Man erkennt, dass die Bruchdehnung A80 bei einer Auslagerungszeit von 2,1 Minuten im Bereich von etwa 66 % liegt und damit gegenüber der nicht ausgelagerten Probe geringfügig vergrößert ist. Die Zugfestigkeit Rm, also die maximale Zugspannung, die in der Probe auftritt, ist mit etwa 900 MPa in beiden Fällen im Wesentlichen identisch. Eine relativ kurze Auslagerungszeit wirkt sich somit kaum auf die Zugfestigkeit Rmaus und erhöht die Bruchdehnung A80 geringfügig .If the test sample is not outsourced (T = 0 min.), The elongation at break A 80 is approx. 63%. It can be seen that the elongation at break A 80 with an aging time of 2.1 minutes is in the range of about 66% and is therefore slightly increased compared to the sample that has not been aged. The tensile strength R m , that is the maximum tensile stress that occurs in the sample, is essentially identical in both cases at about 900 MPa. A relatively short aging time therefore hardly affects the tensile strength R m and increases the elongation at break A 80 slightly.
Man erkennt anhand der Darstellung in der Figur, dass die grundlegende Tendenz besteht, dass mit zunehmender Auslagerungszeit die Zugfestigkeit Rm ansteigt. Bei einer Auslagerungszeit von t = 4,6 min ergibt sich für die Zugfestigkeit Rm ein Wert von ca. 940 MPa. Die Bruchdehnung A80 beträgt nur noch etwa 46 % und ist somit gegenüber der nicht ausgelagerten beziehungsweise der nur für 2,1 Minuten ausgelagerten Probe bereits deutlich reduziert.It can be seen from the illustration in the figure that there is a fundamental tendency that the tensile strength R m increases with increasing aging time. With an aging time of t = 4.6 min, the tensile strength R m is approx. 940 MPa. The elongation at break A 80 is only about 46% and is therefore already significantly reduced compared to the sample that has not been aged or only exposed for 2.1 minutes.
Bei einer Auslagerungszeit von T = 10 min. liegt die Bruchdehnung bereits in einer Größenordnung von etwa 32 %. Man erkennt, dass bereits nach einer relativ kurzen Auslagerungszeit die Bruchdehnung A80 gegenüber der nicht ausgelagerten Probe nahezu halbiert ist. Die Zugfestigkeit Rm liegt in einer Größenordnung von etwa 990 MPa. Man erkennt, dass die maximale Spannung (Zugfestigkeit Rm) bei einer geringeren relativen Dehnung ε < 2% auftritt als bei der nicht ausgelagerten beziehungsweise nur kurzzeitig ausgelagerten Probe. Diese Tendenz lässt sich auch bei noch länger ausgelagerten Proben erkennen.With an aging time of T = 10 min. the elongation at break is already on the order of about 32%. It can be seen that, after a relatively short aging time, the elongation at break A 80 is almost halved compared to the sample that has not been aged. The tensile strength R m is on the order of approximately 990 MPa. It can be seen that the maximum stress (tensile strength R m ) with a lower relative elongation ε <2% occurs than in the sample that was not outsourced or only outsourced for a short time. This tendency can also be seen in samples that have been stored for even longer.
Wird die Auslagerungszeit weiter erhöht, beispielsweise auf 210 Minuten, liegt die Bruchdehnung A8O nur noch in einer Größenordnung von etwa 10 %. Gleichzeitig kann man erkennen, dass mit zunehmender Auslagerungsdauer die mechanische Spannung im plastischen Bereich der Spannungs-Dehnungskurve durch das Auslagern erhöht wird. Der α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl wird also mit zunehmender Auslagerungszeit härter. Bei einer Auslagerungszeit von 460 Minuten beträgt die Zugfestigkeit über 1100 MPa. Die Bruchdehnung A80 liegt dann unterhalb von 3 %.If the aging time is increased further, for example to 210 minutes, the elongation at break A 8O is only about 10%. At the same time, it can be seen that the mechanical stress in the plastic region of the stress-strain curve increases as the aging takes longer. The α / γ / κ triplex lightweight steel thus becomes harder with increasing aging time. With an aging time of 460 minutes, the tensile strength is over 1100 MPa. The elongation at break A 80 is then below 3%.
Man erkennt ferner, dass die Spannung am Bruchpunkt durch eine längere Auslagerung bei T = 5500C ebenfalls erhöht werden kann. Beispielsweise liegt diese Spannung bei einer Auslagerungszeit von 4,6 Minuten bei ca. 800 MPa, wohingegen sie bei Auslagerungszeiten von 210 Minuten und länger 1.000 MPa übersteigt.It can also be seen that the stress at the breaking point can also be increased by prolonged aging at T = 550 ° C. For example, this stress is approximately 800 MPa with an aging time of 4.6 minutes, whereas it exceeds 1000 MPa with aging times of 210 minutes and longer.
Anhand der hier beispielhaft gezeigten Spannungs-Dehnungskurve eines α/γ/κ-Triplex- Leichtbaustahls, der gemäß der vorliegenden Erfindung zusammengesetzt ist, kann man erkennen, dass durch eine gezielte Wärmebehandlung mit den Parametern Temperatur und Zeit die Theologischen Eigenschaften des Materials in weiten Grenzen gezielt variiert und angepasst werden können.On the basis of the stress-strain curve of an α / γ / κ-triplex lightweight structural steel shown here as an example, which is composed according to the present invention, it can be seen that the theological properties of the material are within wide limits through targeted heat treatment with the parameters of temperature and time can be specifically varied and adapted.
Insbesondere lassen sich die Theologischen Eigenschaften des α/y/κ-Triplex-Leichtbaustahls sowohl vor als auch nach der Bauteilerzeugung durch die gezielte Erwärmung anpassen. Das Auslagern kann bei der Herstellung des α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahls vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen etwa 300°C bis etwa 7000C erfolgen, wobei eine Auslagerung bei einer Temperatur in einer Größenordnung zwischen 5000C und 600 0C besonders bevorzugt ist.In particular, the theological properties of the α / y / κ triplex lightweight steel can be adjusted both before and after the component is generated by the targeted heating. The swapping may be performed at the production of the α / γ / κ triplex lightweight structural steel preferably in a temperature range between about 300 ° C to about 700 0 C, with a paging at a temperature in the order of between 500 0 C and 600 0 C particularly is preferred.
Eine weitere Möglichkeit, die mechanischen Eigenschaften des hier gezeigten α/γ/κ-Triplex- Leichtbaustahl zusätzlich zu verändern, ist die Variation der chemischen Zusammensetzung in folgenden Grenzen:Another possibility to change the mechanical properties of the α / γ / κ-triplex lightweight steel shown here is to vary the chemical composition within the following limits:
MN: 15 - 40 Gew.-%, AI: 5 - 15 Gew.-%, Si: 0 - 3 Gew.-%, C: 0,5 - 2 Gew.-%, Fe: Rest.MN: 15-40% by weight, AI: 5-15% by weight, Si: 0-3% by weight, C: 0.5-2% by weight, Fe: rest.
Darüber hinaus umfasst der α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl die Mikrolegierungselemente Ti, Nb1 Cr, V, N, B mit Anteilen, deren Summe kleiner als 1 Gew.-% ist, und die einzeln jeweils einen Anteil von weniger als 0,5 Gew.-% haben.In addition, the α / γ / κ triplex lightweight structural steel comprises the microalloying elements Ti, Nb 1 Cr, V, N, B with proportions, the sum of which is less than 1% by weight, and each individually a proportion of less than 0 , 5% by weight.
Vorzugsweise weist der Leichtbaustahl einen Mangananteil zwischen etwa 25 - 35 Gew.-% auf. Es ist bevorzugt, dass der Aluminiumanteil etwa 10 Gew.-% sowie der Kohlenstoffanteil zwischen 1 und etwa 1 ,3 Gew.-% liegt.The lightweight steel preferably has a manganese content of between approximately 25-35% by weight. It is preferred that the aluminum content is about 10% by weight and the carbon content is between 1 and about 1.3% by weight.
Dadurch kann ein hochfester α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl erhalten werden, der eine Dehngrenze von Rp0,2 = 600 MPa bei A80 = 80 % bis Rp0,2 = 1.300 MPa bei A80 = 10 % aufweisen kann. Die 0,2%-Dehngrenze Rpo,2 ist die Spannung, bei der die Materialprobe nach der Entlastung eine bleibende Dehnung von 0,2% aufweist.This allows a high strength are α / γ / κ triplex lightweight structural steel obtained, which can have a yield strength R p0, 2 = 600 MPa at A 80 = 80% and R p0, 2 = 1,300 MPa at A 80 = 10%. The 0.2% proof stress R p o, 2 is the stress at which the material sample has a permanent elongation of 0.2% after relief.
Es hat sich gezeigt, dass eine Ausführung des α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl ohne oder nur mit einem sehr geringen Niobanteil besonders vorteilhaft ist, da Niob ein relativ teures Metall ist. Vorzugsweise weist der α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl daher einen Nb-Anteil von weniger als 0,5 Gew.-%, insbesondere von weniger als 0,3 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,1 Gew.-% auf. It has been shown that a design of the α / γ / κ triplex lightweight steel without or only with a very low proportion of niobium is particularly advantageous since niobium is a relatively expensive metal. The α / γ / κ triplex lightweight structural steel therefore preferably has an Nb content of less than 0.5% by weight, in particular less than 0.3% by weight, preferably less than 0.1% by weight. on.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Hochfester α/γ/κ-Triplex-l_eichtbaustahl, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:1. High-strength α / γ / κ-triplex-l-lightweight steel, characterized by the following composition:
15 - 40 Gew.-% Mn,15-40% by weight Mn,
5 - 15 Gew.-%, AI,5 - 15% by weight, AI,
0,5 - 2 Gew.-%, C,0.5-2% by weight, C,
0 - 3 Gew.-%, Si,0-3% by weight, Si,
Ti, Nb, Cr, V, N, B mit einem Gehalt von weniger als 1 Gew.-% in der Summe und einzeln von jeweils weniger als 0,5 Gew.-%, Rest, im Wesentlichen Eisen.Ti, Nb, Cr, V, N, B with a content of less than 1% by weight in total and individually less than 0.5% by weight each, the rest, essentially iron.
2. Hochfester α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine spezifische Dichte von 6,5 - 7, 2 g/cm3.2. High-strength α / γ / κ triplex lightweight steel according to claim 1, characterized by a specific density of 6.5 - 7.2 g / cm 3 .
3. Hochfester α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch 25 - 35 Gew.-% Mn.3. High-strength α / γ / κ triplex lightweight steel according to one of claims 1 or 2, characterized by 25 - 35 wt .-% Mn.
4. Hochfester α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch 8 bis 12, insbesondere etwa 10 Gew.-% Aluminium.4. High-strength α / γ / κ triplex lightweight steel one of claims 1 to 3, characterized by 8 to 12, in particular about 10 wt .-% aluminum.
5. Hochfester α/γ/κ-Triplex-l_eichtbaustahl einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch 1 bis 1 ,3 Gew.-% C.5. High-strength α / γ / κ-Triplex-l_eichtbaustahl one of claims 1 to 4, characterized by 1 to 1, 3 wt .-% C.
6. Hochfester α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Nb-Gehalt von weniger als 0,5 Gew.-%, insbesondere von weniger als 0,3 Gew.-%, vorzugsweise von weniger als 0,1 Gew.-%.6. High-strength α / γ / κ triplex lightweight steel one of claims 1 to 5, characterized by an Nb content of less than 0.5 wt .-%, in particular less than 0.3 wt .-%, preferably of less than 0.1% by weight.
7. Hochfester α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Dehngrenze Rp0,2 zwischen Rp0,2 = 600 MPa bei A80 = 80 % bis Rp0,2 = 1.300 MPa bei A80 = 10 %. 7. High-strength α / γ / κ triplex lightweight steel one of claims 1 to 6, characterized by a proof stress R p0 , 2 between R p0 , 2 = 600 MPa at A 80 = 80% to R p0 , 2 = 1,300 MPa A 80 = 10%.
8. Verfahren zur Herstellung eines hochfesten α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahls nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahl bei einer Temperatur von etwa 300 0C bis etwa 700 0C, vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 550 0C ausgelagert wird.8. A method for producing a high-strength α / γ / κ-triplex lightweight steel according to one of claims 1 to 7, characterized in that the α / γ / κ-triplex lightweight steel at a temperature of about 300 0 C to about 700 0 C, preferably at a temperature of about 550 0 C.
9. Verwendung eines hochfesten α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahls nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für ein Kraftfahrzeugbauteil.9. Use of a high-strength α / γ / κ triplex lightweight steel according to one of claims 1 to 7 for a motor vehicle component.
10. Verwendung eines hochfesten α/γ/κ-Triplex-Leichtbaustahls, der nach Anspruch 8 hergestellt ist, für ein Kraftfahrzeugbauteil. 10. Use of a high-strength α / γ / κ triplex lightweight steel, which is produced according to claim 8, for a motor vehicle component.
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