WO2014001336A1 - Verfahren zum presshärten von stahl - Google Patents

Verfahren zum presshärten von stahl Download PDF

Info

Publication number
WO2014001336A1
WO2014001336A1 PCT/EP2013/063282 EP2013063282W WO2014001336A1 WO 2014001336 A1 WO2014001336 A1 WO 2014001336A1 EP 2013063282 W EP2013063282 W EP 2013063282W WO 2014001336 A1 WO2014001336 A1 WO 2014001336A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
press
hardening
steel
cooling rate
phk
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/063282
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Kurz
Andreas Pichler
Original Assignee
Voestalpine Stahl Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voestalpine Stahl Gmbh filed Critical Voestalpine Stahl Gmbh
Priority to US14/408,712 priority Critical patent/US9982319B2/en
Priority to EP13732131.1A priority patent/EP2864505B1/de
Priority to ES13732131T priority patent/ES2791713T3/es
Priority to CN201380033524.4A priority patent/CN104487599B/zh
Publication of WO2014001336A1 publication Critical patent/WO2014001336A1/de

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • C21D11/005—Process control or regulation for heat treatments for cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • 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
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • 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
    • 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
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • 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
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • 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
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • 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
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • 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
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
    • 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
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite

Definitions

  • the invention relates to a method for press hardening steel according to the preamble of claim 1.
  • Press hardening of steel is a technique known since the 1970's.
  • Ver go ⁇ is increased on with a suitable press hardening alloy composition to a temperature a steel board that specifically preferably enables Austenitization a complete austenitization.
  • a full austenitization is usually carried out above the sogenann ⁇ th AC 3 point location which can be read to stand diagrams from corresponding Mehrstoffzu- and which in particular also depends on the composition.
  • Such a steel is cooled after heating and complete austenitizing at a speed which is above the so-called critical hardening speed. This results in a fully martensitic structure which the steel has a high hardness, in particular up to 1500 MPa and above ver lends ⁇ .
  • the strength of such a press-hardened steel is essentially determined by the carbon content, since this determines the martensite hardness.
  • alloying elements in the composition determine the curability substantially with the carbon to which GeWiS ⁇ se elements, including in particular boron affect the Umwandlungsverhal ⁇ th, and in particular as so-called conversion act retarders. These transient retarders reduce the temperature below which they also cool down above the critical temperature. see curing speed not fully martensitic microstructure more could be achieved, significantly and can therefore teilwei ⁇ se be used to influence certain process parameters favorable.
  • the usual procedure for press hardening is in this case to provide the entspre ⁇ sponding press hardening steel as a metal sheet, cut from this sheet, a board, and either deep-draw this board in a cold state and then heat to insert into a tool and correspondingly cool there by all sides concerns the cooling tool or the To heat board and ⁇ warm in a tool and simultaneously cool at the appropriate speed.
  • the cooling rates are determined by the tool or the contact of the press-hardening steel with the tool.
  • the object of the invention is to provide a method for press hardening of steels, which facilitates the process control during press hardening, improves and makes more comprehensible.
  • certain plant parameters can be predetermined for an existing desired steel and, in particular, the cooling rate in the tool.
  • system parameters can also be taken into account, depending on the degree of deformation, with the given parameters and their ranges. Basically, high degrees of deformation result in reduced martensite being formed. So in order to achieve a desired martensite content, it can be estimated whether the given hardness is reached at a given degree of deformation.
  • the Committee can be lowered.
  • a press hardness number is created for this purpose.
  • the compression hardness number (PHZ) is a tool which can be estimated from the chemical composition and the cooling rate in the tool simply whether the desired fully martensitic Ge ⁇ paste can be achieved.
  • Vollmartensiticians structure in the sense of this disclosure corresponds to a structural proportion of
  • the invention is exemplified with reference to a drawing erläu ⁇ tert. It shows:
  • Figure 1 a table with several steel compositions from which the respective Presshärteiere results;
  • P, S, N are just as usual unavoidable Verunreini ⁇ conditions contained .V and Ti are not explicitly listed in the table and are in the range of ⁇ 0.5%, especially alloyed to ⁇ 0.2%.
  • the theoretical press-hardening cooling rates may deviate from the measured press-hardening cooling rates, since certain safety factors, for example to compensate for the measurement uncertainties, have been incorporated and meaningful generalization has been undertaken .
  • PHZ press hardness number
  • PHZ> 1 a board can be deformed warm or rising
  • the number of press hardness values can be seen against the critical logarithmic degree of deformation.
  • the hatched area below the straight line from the press hardness number 1 indicates the area in which safe hot forming should be possible.
  • the dashed curves around the straight line indicate possible curves, since this increase does not necessarily have to be linear.
  • the theoretical press cooling rate (PHC) must be determined according to the formula and the cooling rate (PHW) achievable in continuous operation must be determined for the respective forming tool.
  • the Presshärteiere be set and then be determined in a ⁇ way by the conversion of the above formula, the effective cooling rate.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Presshärten von Stahl, wobei ein Stahlblech aus einer härtbaren Stahllegierung auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur aufgeheizt wird und anschließend in einem Werkzeug umgeformt und dabei gleichzeitig mit einer Geschwindigkeit abgekühlt wird, so dass eine Härtung herbeigeführt wird, wobei die Härtung dadurch bewirkt wird, dass das austenitische Gefüge in einem im Wesentlichen martensitisches Gefüge die Presshärtezahl ermittelt wird, wobei die Presshärtezahl (PHZ) sich aus der Gleichung; PHZ (Presshärtezahl) = Kühlrate im Werkzeug (PHW)/theoretischer PH_Kühlrate (PHK) ergibt, wobei die Kühlrate im Werkzeug für eine gewünschte Blechdicke vorbestimmt ist bzw. gemessen wird und sich die theoretische PH_Kühlrate (PHK) für Stahlmaterial, dessen im Ausgangsmaterial gelöster Borgehalt › 5 ppm beträgt, wie folgt ermittelt wird: PHK [K/s] = 1750/(28,5*C% + 3,5*Si% + 2,3*Mn - 2*Al% + 4*Cr% + 3*Ni% + 25*Mo% –20*Nb – 6,3) ^ 2,7 und für im Ausgangsmaterial gelöste Borgehalte ‹ 5 ppm sich wie folgt ergibt: PHK [K/s] = 2750/(28,5*C% + 3,5*Si% + 2,3*Mn – 2*Al% + 4*Cr% + 3*Ni% + 25*Mo% – 20*Nb – 7,0) ^ 1,8, wobei gilt: PHZ < 1: keine vollständige Härtung durch Martensitbildung gewährleistet; PHZ = 1: eine unverformte oder vorgeformte Platine kann gehärtet werden = indirekter Prozess; PHZ > 1: zusätzlich zum indirekten Prozess kann eine Platine warm verformt werden bzw. steigende Sicherheit gegen plastische Umformung beim Härten (Warmumformeignung).

Description

Verfahren zum Presshärten von Stahl
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Presshärten von Stahl nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Das Presshärten von Stahl ist eine Technik, die seit den 70- iger Jahren des 20. Jahrhunderts bekannt ist. Bei diesem Ver¬ fahren wird eine Stahlplatine mit einer auf das Presshärten abgestimmten Legierungszusammensetzung auf eine Temperatur erhöht, die eine Austenitisierung und zwar vorzugsweise eine vollständige Austenitisierung ermöglicht. Eine vollständige Austenitisierung erfolgt üblicherweise oberhalb des sogenann¬ ten AC3-Punktes, welche sich aus entsprechenden Mehrstoffzu- standsdiagrammen ablesen lässt und welche insbesondere auch von der Zusammensetzung abhängt.
Ein solcher Stahl wird nach dem Aufheizen und vollständigem Austenitisieren mit einer Geschwindigkeit abgekühlt, die über der sogenannten kritischen Härtegeschwindigkeit liegt. Dabei ergibt sich ein vollmartensitisches Gefüge, welches dem Stahl eine hohe Härte, insbesondere bis 1500 MPa und darüber ver¬ leiht .
Die Festigkeit eines solchen pressgehärteten Stahls bestimmt sich im Wesentlichen durch den Kohlenstoffgehalt , da dieser die Martensithärte bestimmt.
Andere Legierungselemente in der Zusammensetzung bestimmen im Wesentlichen mit dem Kohlenstoff die Härtbarkeit, wobei gewis¬ se Elemente, darunter insbesondere Bor das Umwandlungsverhal¬ ten beeinflussen und insbesondere als sogenannte Umwandlungs- verzögerer wirken. Diese Umwandlungsverzögerer senken die Temperatur, unterhalb derer auch mit dem Abkühlen über der kriti- sehen Härtegeschwindigkeit kein vollmartensitisches Gefüge mehr erreichbar wäre, signifikant ab und können daher teilwei¬ se eingesetzt werden, um bestimmte Prozessparameter günstig zu beeinflussen .
Das übliche Vorgehen beim Presshärten ist hierbei den entspre¬ chenden presshärtenden Stahl als Blech vorzusehen, aus diesem Blech eine Platine auszuschneiden und entweder diese Platine in kaltem Zustand tiefzuziehen und dann aufzuheizen, in ein Werkzeug einzulegen und dort durch allseitiges Anliegen des Kühlwerkzeuges entsprechend abzukühlen oder die Platine aufzu¬ heizen und in einem Werkzeug warm umzuformen und gleichzeitig mit der entsprechenden Geschwindigkeit abzukühlen.
Bei diesem an sich bekannten Verfahren werden die Abkühlraten durch das Werkzeug bzw. den Kontakt des presshärtenden Stahls mit dem Werkzeug bestimmt. Hierbei können eine geringe Wärme¬ leitfähigkeit, eine geringe Wärmekapazität, der Wärmeübergang, der Anpressdruck und die prozentuale Anpressfläche aber auch die Vorlaufstemperatur eines Kühlmediums wie Wasser, die erreichbaren Abkühlraten beeinflussen und insbesondere reduzieren .
Zudem hat sich in der Praxis gezeigt, dass bei den Presshärte¬ verfahren durch den Transfer des heißen Blechs aus dem Ofen zur Presse und insbesondere auf hohe Emissivitäten (hohes Wär¬ meabstrahlverhalten) des Bleches bzw. der Blechplatine unerwünschte diffusionsgesteuerte Umwandlungen bei hohen Tempera¬ turen (Ferrit) stattfinden können.
Ferner konnte festgestellt werden, dass das Tiefziehen dieser Bleche im warmen Zustand die Umwandlung beschleunigt, so dass in diesem Fall vor der Martensitbildung eher Ferrit und Bainit gebildet werden. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Presshärten von Stählen zu schaffen, welches die Prozesssteuerung beim Presshärten erleichtert, verbessert und nachvollziehbarer macht .
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet .
Während insbesondere in der Anfangszeit des Presshärtens nur relativ wenig Stähle zur Verfügung standen und somit die Anlagengeometrie auf diese Stähle abgestimmt wurde, sind viele An¬ lagen zum Presshärten von Stahl mittlerweile im Einsatz. Derartige bestehende Anlagen haben Eigenschaften, die bestimmte Prozessparameter wie Temperatur, Handlingszeit, etc bestimmen. Erfindungsgemäß kann nun mittels Kennzahlen eine einfache Klassifizierung des presshärtenden Stahls vorgenommen werden, so dass mit Hilfe der Klassifizierung abgeschätzt werden kann, ob dieser Stahl in einer bestehenden Anlage oder bei bestehenden vorgegebenen Prozessparametern für das Presshärten geeignet ist oder nicht.
Umgekehrt können für einen bestehenden gewünschten Stahl bestimmte Anlagenparameter vorbestimmt werden und insbesondere die Kühlrate im Werkzeug.
Hierbei können mit den vorgegebenen Kennzahlen und deren reichen die Anlagenparameter auch abhängig vom Umformgrad rücksichtigt werden. Grundsätzlich führen hohe Umformgrade dazu, dass in verringertem Maße Martensit gebildet wird. Um also einen gewünschten Martensitgehalt zu erreichen, kann abgeschätzt werden, ob bei vorgegebenem Umformgrad noch die entsprechende Härte erreicht wird .
Insbesondere kann z.B. abgeschätzt werden, ob bei gegebenen Abkühlraten der verwendete Stahl für das indirekte Presshärte¬ verfahren oder auch für das direkte Presshärteverfahren geeignet ist. Beim indirekten Presshärteverfahren wird der Stahl vor dem Presshärten umgeformt, so dass beim Presshärten selbst im erhitzten Zustand keinerlei Umformung stattfindet. Ein sol¬ cher Prozess bedingt daher eine geringere Presshärtezahl als z.B. ein direkter Presshärteprozess , bei dem im heißen Zustand auch noch eine Umformung durchgeführt wird.
Hiermit kann die Anzahl der Versuche bis zur Lauffähigkeit der Anlage mit dem speziellen Stahl verringert und insbesondere auch der Ausschuss abgesenkt werden. Insbesondere kann man er¬ kennen, ob ein Stahl bei den gegebenen Prozessparametern in einem Grenzbereich pressgehärtet wird, bei dem nicht jedes Bauteil zuverlässig die geforderten Eigenschaften erzielt, so dass von vorne herein hierdurch in günstiger Weise eine Vielzahl von möglichen Fehlerquellen ausgeschlossen werden kann.
Erfindungsgemäß wird hierfür eine Presshärtezahl geschaffen. Die Presshärtezahl (PHZ) ist ein Werkzeug mit dem man einfach aus der chemischen Zusammensetzung und der Abkühlrate im Werkzeug abschätzen kann, ob das gewünschte vollmartensitische Ge¬ füge erreicht werden kann. Vollmartensitisches Gefüge im Sinne dieser Offenbarung entspricht einem Gefügeanteil von
> 90 Vol.- %, insbesondere > 95 Vol.-% Martensit und Restaus- tenit, Rest Ferrit und/oder Bainit . Durch die Presshärtezahl kann mit abgeschätzt werden, ob die vorhandene Werkzeugtechnologie im Zusammenhang mit der Blech¬ dicke (= Kühlrate) ausreicht, um ein vollständiges martensiti- sches Gefüge zu erhalten. So kann beispielsweise ermittelt werden, ob in einem Werkzeug eine Legierung A Martensit erzeugt, jedoch die Legierung B zu Ferrit und Martensit führt.
Zudem kann durch die Presshärtezahl abgeschätzt werden, welche Legierung notwendig ist, um bei einem gegebenen Umformgrad noch vollmartensitisch zu werden.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand einer Zeichnung erläu¬ tert. Es zeigen dabei:
Figur 1: eine Tabelle mit mehreren Stahlzusammensetzungen aus denen sich die jeweilige Presshärtezahl ergibt;
Figur 2: qualitativ die Abhängigkeit der Martensitbildung vom
Umformgrad;
Figur 3: der kritische Umformgrad in Abhängigkeit der Press¬ härtezahl .
Aus der Figur 1 ergeben sich für die unterschiedlichsten
Stahlsorten die zunächst gemessenen Presshärtekühlraten.
Hierbei sind P,S, N nur als übliche unvermeidbare Verunreini¬ gungen enthalten .V und Ti sind nicht extra in der Tabelle aufgeführt und sind im Bereich von < 0,5%, insbesondere < 0,2 % zulegiert .
Hierbei dient Ti nur zur Abbindung des N wobei Werte von Ti / N ( in at%) von ca. 3,4 ausreichend sein sollten. Alle weite¬ ren Angaben sind in Masse-%. Von den gemessenen Presshärtekühlraten (PHM) aus sind erfindungsgemäß zwei unterschiedlichen Formeln zur Ermittlung der theoretischen Presshärtekühlrate (PHK) notwendig. Hierbei muss unterschieden werden, für Stahlmaterialien, deren gelöster Borgehalt im Ausgangsmaterial ^ 5 ppm ist und der theoreti¬ schen Presshärtekühlrate (PHK) für Stahlmaterialien deren gelöster Borgehalt im Ausgangsmaterial < 5 ppm beträgt.
Die Formel für die theoretische Presshärtekühlraten für Mate¬ rial dessen Borgehalt gelöst im Ausgangsmaterial ^ 5 ppm be¬ trägt ist:
PHK [K/s]= 1750 / (28,5*C% + 3,5*Si% + 2 , 3 *Mn-2 *A1%+ 4*Cr% + 3*Ni% + 25*Mo% - 20*Nb - 6,3) Λ 2,7
Für Borgehalte, die im Ausgangsmaterial gelöst sind < 5 ppm ergibt sich die nachfolgende Formel für die theoretische
Presshärtekühlrate :
PHK [K/s]= 2750 / (28,5*C% + 3,5*Si% + 2,3*Mn - 2*A1% + 4*Cr% + 3*Ni% + 25*Mo% - 20*Nb - 7,0) Λ 1,8.
Alle Prozent zahlen sind generell Masseprozent.
Die theoretischen Presshärtekühlraten können von den gemessenen Presshärtekühlraten abweichen, da hier gewisse Sicherheitsfaktoren, beispielsweise zum Ausgleich der Messunsicherheiten eingebaut sind und eine sinnvolle Generalisierung vor¬ genommen wurde .
Die Presshärtezahl (PHZ) ergibt sich aus diesen ermittelten Formeln bzw. Formelwerte wie folgt: PHZ = Kühlrate im Werkzeug (PHW) / theoretische PH_Kühlrate
(PHK) .
Hierbei ergibt sich erfindungsgemäß die folgende Gesetzmäßig¬ keit :
PHZ < 1: keine vollständige Härtung durch Martensit gewähr¬ leistet
PHZ= 1: eine unverformte oder vorgeformte Platine kann gehär¬ tet werden = indirekter Prozess
PHZ > 1: eine Platine kann warm verformt werden bzw. steigende
Sicherheit gegen plastische Umformung beim Härten (Warmumformeignung)
Aus Figur 2 ergibt sich hierbei qualitativ der Zusammenhang zwischen dem kritischen logarithmischen Umformgrad und der Härte, unabhängig davon ob diese im % Martensit oder Härte HV gemessen wird.
Der kritische logarithmische Umformgrad für den eindimensiona¬ len Fall ergibt sich dabei wie folgt:
«) = Loa arithmi scher Umformqrad
Figure imgf000009_0001
Aus Figur 3 ersieht man hierbei die Presshärtezahl gegen den kritischen logarithmischen Umformgrad. Hierbei zeigt der schraffierte Bereich unter der Geraden ab der Presshärtezahl 1 den Bereich an, in dem eine sichere Warmumformung möglich sein sollte. Die gestrichelten Kurven um die Gerade herum geben mögliche Kurvenverläufe an, da diese Anstieg nicht zwingend linear erfolgen muss. Durch die Presshärtezahl bzw. die theoretische Presshärtekühlrate lässt sich somit für eine bestehende Anlage ein Stahlma¬ terial ermitteln, welches mit hinreichender Sicherheit entwe¬ der im indirekten Verfahren gehärtet wird oder sogar eine so hohe Presshärtezahl besitzt, dass eine effektive direkte
Presshärtung, d.h. Umformung im warmen Zustand möglich ist.
Hierzu muss die theoretische Presskühlrate (PHK) entsprechend der Formel ermittelt werden und für das jeweilige Umformwerk- zeug die im Dauerbetrieb erzielbare Abkühlrate (PHW) ermittelt werden .
Umgekehrt kann bei einem gegebenen gewünschten Stahlmaterial und dem gegebenen gewünschten Prozess, also im direkten oder indirekten Verfahren sowie einen gewünschten Sicherheitsfaktor die Presshärtezahl festgelegt werden und anschließend in ein¬ facher Weise durch die Umstellung der oben angegebenen Formel die effektive Kühlrate ermittelt werden.
Die formelmäßigen Zusammenhänge in der theoretischen Presshärtekühlrate sind dabei so gewählt, dass sie übliche kleinere Einflussfaktoren, wie z.B. unterschiedliche Vorlauftemperatur des Kühlwassers für das Werkzeug abhängig von der Jahreszeit noch mit umfasst sind.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Presshärten von Stahl, wobei ein Stahlblech aus einer härtbaren Stahllegierung entweder kalt vorgeformt, anschließend in ein Werkzeug überführt wird, wel¬ ches die Kontur des vorgeformten Bauteils im Wesentlichen besitzt und dort nach einem vorangegangenen Aufheizschritt, der eine vollständige Austenitisierung bewirkt, mit einer Geschwindigkeit abgekühlt wird, die über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegt, so dass eine Ab¬ schreckhärtung des vorgeformten Bauteils erzielt wird oder eine Platine eines Stahls mit einer Zusammensetzung, die eine Presshärtung erlaubt, auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur aufgeheizt wird und anschließend in einem Werkzeug warm umgeformt und dabei gleichzeitig mit einer Geschwindigkeit abgekühlt wird, die über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegt, so dass eine Härtung herbeigeführt wird, wobei die Härtung dadurch bewirkt wird, dass das austenitische Gefüge in einem im Wesentlichen martensitisches Gefüge gegebenenfalls mit Restaustenit überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abstimmung der geeigneten Stahllegierung auf eine vorhandene Anlagengeometrie und die im Betrieb erreichbare Abkühlrate im Werkzeug oder die Abstimmung eines gewünsch¬ ten Werkzeuges auf eine gegebene Stahlsorte die Presshär¬ tezahl ermittelt wird, wobei die Presshärtezahl (PHZ) sich aus der Gleichung
PHZ (Presshärtezahl) = Kühlrate im Werkzeug (PHW) / theoretischer PH_Kühlrate (PHK) ermittelt wird, wobei die Kühlrate im Werkzeug für eine ge¬ wünschte Blechdicke vorbestimmt ist bzw. gemessen wird und sich die theoretische PH_Kühlrate (PHK) für Stahlmaterial, dessen im Ausgangsmaterial gelöster Borgehalt > 5 ppm be¬ trägt, wie folgt ermittelt wird:
PHK [K/s]= 1750 / (28,5*C% + 3,5*Si% + 2 , 3 *Mn-2 *A1%+
+ 3*Ni% + 25*Mo% - 20*Nb - 6,3) Λ 2,7 und für im Ausgangsmaterial gelöste Borgehalte < 5 ppm sich wie folgt ergibt:
PHK [K/s]= 2750 / (28,5*C% + 3,5*Si% + 2,3*Mn - 2*A1% + 4*Cr% + 3*Ni% + 25*Mo% - 20*Nb - 7,0) Λ 1,8, wobei gilt: keine vollständige Härtung durch Martensitbil- dung gewährleistet eine unverformte oder vorgeformte Platine kann gehärtet werden = indirekter Prozess
PHZ > 1: zusätzlich zum indirekten Prozess kann eine
Platine warm verformt werden bzw. steigende Si¬ cherheit gegen plastische Umformung beim Härten (Warmumformeignung) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer gewünschten Stahlzusammensetzung und einer gewünschten Blechdicke für diese Blechdicke die zuverlässig erreichbare Abkühlrate im Werkzeug (PHW) gemessen wird und hieraus aus der theoretischen Presshärtekühlrate (PHK) die Presshärtezahl (PHZ) ermittelt wird, wobei bei einer Presshärtezahl von 1 die gewünschte Stahlzusammensetzung und die gegebene Anlage für ein indirektes Press¬ härteverfahren geeignet ist und bei einer Presshärtezahl > 1 die Warmumformung bei steigender Presshärtezahl bei größerer Sicherheit durchgeführt werden kann.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer bekannten Abkühlrate im Werkzeug (PHW) eine ge¬ eignete Stahllegierung über die Presshärtezahl ausgesucht wird, wobei hierfür ein Stahl verwendet wird, dessen PH_Kühlrate (PHK) so bemessen ist, dass für ein indirektes Presshärteverfahren zumindest eine Presshärtezahl von 1 erreicht wird und für ein Warmumformverfahren eine Presshärtezahl von > 1, vorzugsweise > 2 erzielt wird.
PCT/EP2013/063282 2012-06-26 2013-06-25 Verfahren zum presshärten von stahl WO2014001336A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/408,712 US9982319B2 (en) 2012-06-26 2013-06-25 Method for press-hardening steel
EP13732131.1A EP2864505B1 (de) 2012-06-26 2013-06-25 Verfahren zum presshärten von stahl
ES13732131T ES2791713T3 (es) 2012-06-26 2013-06-25 Procedimiento para endurecimiento de acero en prensa
CN201380033524.4A CN104487599B (zh) 2012-06-26 2013-06-25 用于加压硬化钢的方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012105580.7 2012-06-26
DE102012105580A DE102012105580B3 (de) 2012-06-26 2012-06-26 Verfahren zum Presshärten von Stahl

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014001336A1 true WO2014001336A1 (de) 2014-01-03

Family

ID=48051538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/063282 WO2014001336A1 (de) 2012-06-26 2013-06-25 Verfahren zum presshärten von stahl

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9982319B2 (de)
EP (1) EP2864505B1 (de)
CN (1) CN104487599B (de)
DE (1) DE102012105580B3 (de)
ES (1) ES2791713T3 (de)
WO (1) WO2014001336A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013110761B4 (de) 2013-09-27 2016-08-11 Voit Tph Gmbh Verfahren zum Herstellen eines metallischen Verbundbauteils und metallisches Verbundbauteil
EP3532649A1 (de) * 2016-10-03 2019-09-04 Ak Steel Properties, Inc. Hochdehnbarer pressgehärteter stahl und herstellung davon
DE102021110702A1 (de) 2021-04-27 2022-10-27 Voestalpine Metal Forming Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen gehärteter Stahlbauteile mit unterschiedlich duktilen Bereichen

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2550109T5 (es) * 2008-12-19 2018-11-28 Voestalpine Metal Forming Gmbh Procedimiento para la producción de un componente de acero con zonas de distinta dureza o ductilidad
JP4825882B2 (ja) * 2009-02-03 2011-11-30 トヨタ自動車株式会社 高強度焼き入れ成形体及びその製造方法
DE102009030489A1 (de) 2009-06-24 2010-12-30 Thyssenkrupp Nirosta Gmbh Verfahren zum Herstellen eines warmpressgehärteten Bauteils, Verwendung eines Stahlprodukts für die Herstellung eines warmpressgehärteten Bauteils und warmpressgehärtetes Bauteil
DE102010048209C5 (de) * 2010-10-15 2016-05-25 Benteler Automobiltechnik Gmbh Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten pressgehärteten Metallbauteils

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Underlying metallurgy. Transformation diagrams (CCT & TTT)", 25 July 2000 (2000-07-25), XP002714604, Retrieved from the Internet <URL:http://www.matter.org.uk/steelmatter/metallurgy/7_1_2.html> [retrieved on 20131011] *
NEUGEBAUER ET AL: "Influence of the Alloying Elements on Phase Transitions of High Strength Steels", ADVANCED MATERIALS RESEARCH, TRANS TECH PUBLICATIONS LTD, CH, vol. 337, 28 October 2011 (2011-10-28), pages 358 - 362, XP008165306, ISSN: 1022-6680, [retrieved on 20110901], DOI: 10.4028/WWW.SCIENTIFIC.NET/AMR.337.358 *
SIKORA: "Tailored tempering: Customized material properties for hot-stamped parts", THYSSENKRUPP TECHFORUM, no. 1, 1 January 2012 (2012-01-01), pages 10 - 15, XP055083294, ISSN: 1612-2771, Retrieved from the Internet <URL:https://www.thyssenkrupp.com/documents/Publikationen/Techforum/techforum_1_12_en.pdf> [retrieved on 20131009] *

Also Published As

Publication number Publication date
EP2864505B1 (de) 2020-05-06
CN104487599B (zh) 2016-08-31
ES2791713T3 (es) 2020-11-05
CN104487599A (zh) 2015-04-01
US20150152517A1 (en) 2015-06-04
DE102012105580B3 (de) 2013-04-25
US9982319B2 (en) 2018-05-29
EP2864505A1 (de) 2015-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2655673B1 (de) Verfahren zum erzeugen gehärteter bauteile
DE102005028010B3 (de) Verfahren und Presse zum Warmformen
EP2553133B1 (de) Stahl, stahlflachprodukt, stahlbauteil und verfahren zur herstellung eines stahlbauteils
DE102008051992B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks, Werkstück und Verwendung eines Werkstückes
DE102007008117B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum temperierten Umformen von warmgewalztem Stahlmaterial
DE102011053939B4 (de) Verfahren zum Erzeugen gehärteter Bauteile
DE102009030489A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines warmpressgehärteten Bauteils, Verwendung eines Stahlprodukts für die Herstellung eines warmpressgehärteten Bauteils und warmpressgehärtetes Bauteil
EP2297367A1 (de) Verfahren zum herstellen eines stahlformteils mit einem überwiegend ferritisch-bainitischen gefüge
DE3874100T2 (de) Verfahren zur herstellung von stahl mit niedrigem verhaeltnis der elastizitaetsgrenze zur bruchfestigkeit.
EP2340897A1 (de) Thermomechanisches Behandlungsverfahren für Grobbleche
DE102017110864B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen gehärteter Stahlblechbauteile mit unterschiedlichen Blechdicken
EP3360621A1 (de) Verfahren zur herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten stahlblechbauteils
WO2018210574A1 (de) DREILAGIGER VERSCHLEIßSTAHL ODER SICHERHEITSSTAHL, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER KOMPONENTE UND VERWENDUNG
DE102010056264B4 (de) Verfahren zum Erzeugen gehärteter Bauteile
DE102010035339B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Formbauteilen aus einer Platine aus gehärtetem warm umformbaren Stahlblech
WO2014001336A1 (de) Verfahren zum presshärten von stahl
DE102017113592A1 (de) Verfahren zur Herstellung formgehärteter Fahrzeugbauteile mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften und Temperiervorrichtung
EP3211109A1 (de) Verfahren zur herstellung eines warmformwerkzeuges und warmformwerkzeug hieraus
DE102017110851B3 (de) Verfahren zum Erzeugen von Stahlverbundwerkstoffen
DE102017201674B3 (de) Verfahren zur Herstellung eines pressgehärteten Bauteils sowie Pressform
DE102018133034A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Rohres und Rohrprodukt
WO2015155136A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum kühlen von stahlblechplatinen
DE102016201753B3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerbauteils aus einem austenitischen Stahl
DE69203139T2 (de) Verfahren zum Herstellung von verschliessfestem plattiertem Blech sowie auf diese Weise hergestelltes Blech.
EP1760162B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Welle für Kompressoren

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13732131

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14408712

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013732131

Country of ref document: EP