WO2010149561A1

WO2010149561A1 - Verfahren zum herstellen eines warmpressgehärteten bauteils, verwendung eines stahlprodukts für die herstellung eines warmpressgehärteten bauteils und warmpressgehärtetes bauteil

Info

Publication number: WO2010149561A1
Application number: PCT/EP2010/058527
Authority: WO
Inventors: Evelin Ratte
Original assignee: ThyssenKrupp Nirosta GmbH
Current assignee: Outokumpu Nirosta GmbH
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2011-12-24
Also published as: US9534268B2; KR20120039533A; US20120273092A1; KR101708446B1; MX2011013403A; JP5755644B2; JP2012530847A; EP2446064A1; CN102803519B; EP2446064B1; BRPI1011811A2; BRPI1011811B1; DE102009030489A1; CN102803519A; KR20170010090A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem sich hochfeste, vor korrosiven Angriffen geschützte Bauteile einfach herstellen lassen. Zu diesem Zweck umfasst das Verfahren folgende Arbeitsschritte: a) Bereitstellen eines Stahlproduktes, das mindestens abschnittsweise aus einem nicht rostenden Stahl mit folgender Zusammensetzung erzeugt ist (Angaben in Gew.-%) C: 0,010-1,200 %, P: bis zu 0,1 %, S: bis zu 0,1 %, Si: 0,10-1,5 %, Cr: 10, 5-20,0 % sowie optional eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe "Mn, Mo, Ni, Cu, N, Ti, Nb, B, V, Al, Ca, As, Sn, Sb, Pb, Bi, H" mit der Maßgabe Mn: 0,10-3,0 %, Mo: 0,05-2,50 %, Ni: 0,05-8,50 %, Cu: 0,050-3,00 %, N: 0,01-0,2 %, Ti: bis zu 0,02 %, Nb: bis zu 0,1 %, B: bis zu 0,1 %, V: bis zu 0,2 %, Al: 0,001-1,50 %, Ca: 0,0005-0,003 %, Äs: 0,003-0,015 %, Sn: 0,003-0, 01 %, Sb: 0,002-0,01 %, Pb: bis zu 0,01 %, Bi: bis zu 0,01 %, H: bis zu 0,0025 %, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen; b) Durcherwärmen des Stahlprodukts auf eine oberhalb der Ac3-Temperatur des nicht rostenden Stahls liegenden Austenitisierungstemperatur; c) Warmpresshärten des erwärmten Stahlprodukts zu dem Bauteil in einem Presswerkzeug; und d) Abkühlen mindestens eines Abschnitts des erhaltenen Bauteils mit einer Abkühlgeschwindigkeit, die so hoch ist, dass sich in dem jeweils schnell abgekühlten Abschnitt Härtegefüge bildet.

Description

Verfahren mms, Herstellen eines warmpressgehärteten Bauteils,

Verwendung eines Stahlprodukts für die Herstellung eines warmpressgehärteten Bauteils und warmpressgefaärtetes Bauteil

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines warmpressgehärteten Bauteils, eine Verwendung eines Stahlproduktes zur Herstellung eines warmpressgehärteten Bauteils und ein warmpressgehärtetes Bauteil.

Um die im modernen Karosseriebau bestehende Forderung nach geringem Gewicht bei gleichzeitig maximaler Festigkeit und Schutzwirkung zu erfüllen, werden heutzutage in solchen Bereichen der Karosserie, die im Fall eines Crashs besonders hohen Belastungen ausgesetzt sein können, aus hochfesten Stählen warmpressgeformte Bauteile eingesetzt.

Beim Warmpresshärten werden Stahlplatinen, die von kalt- oder warmgewalztem Stahlband abgeteilt sind, auf eine in der Regel oberhalb der Austenitisierungstemperatur des jeweiligen Stahls liegende Verformungstemperatur erwärmt und im erwärmten Zustand in das Werkzeug einer Umformpresse gelegt. Im Zuge der anschließend durchgeführten Umformung erfährt der Blechzuschnitt bzw. das aus ihm geformte Bauteil durch den Kontakt mit dem kühlen Werkzeug eine schnelle Abkühlung. Die Abkühlraten sind dabei so eingestellt, dass sich im Bauteil Härtegefüge ergibt. Dabei kann es ausreichend sein, wenn das Bauteil ohne aktive Kühlung alleine durch den Kontakt mit dem Werkzeug abkühlt. Unterstützt werden kann eine schnelle Abkühlung jedoch auch dadurch, dass das Werkzeug selbst aktiv gekühlt wird.

Wie im Artikel "Potenziale für den Karosserieleichtbau", erschienen in der Messezeitung der ThyssenKrupp Automotiv AG zur 61. Internationalen Automobilausstellung in Frankfurt, 15. - 25. Sept. 2005, berichtet, wird das Warmpresshärten in der Praxis insbesondere für die Herstellung von hochfesten Karosseriebauteilen aus borlegierten Stählen angewendet. Ein typisches Beispiel für einen solchen Stahl ist unter der Bezeichnung "22MnB5" bekannt und im Stahlschlüssel 2004 unter der Werkstoffnummer 1.5528 zu finden.

Den Vorteilen der bekannten MnB-Stählen steht in der Praxis jedoch der Nachteil gegenüber, dass hochmanganhaltige Stähle zu unbeständig gegen Nasskorrosion und nur schwer zu passivieren sind. Diese im Vergleich zu niedriger legierten Stählen bei Einwirken erhöhter Chloridionen-Konzentrationen große Neigung zu lokal zwar begrenzter, jedoch intensiver Korrosion macht die Verwendung von zur Werkstoffgruppe der hochlegierten Stahlbleche gehörenden Stählen gerade im Karosseriebau schwierig. Zudem neigen hochmanganhaltige Stähle zu Flächenkorrosion, wodurch das Spektrum ihrer Verwendung ebenfalls einschränkt wird.

Daher ist vorgeschlagen worden, auch Stahlflachprodukte, die aus hochmanganhaltigen Stählen erzeugt sind, in an sich bekannter Weise mit einem metallischen Überzug zu versehen, der den Stahl vor korrosivem Angriff schützt. Dabei ergab sich allerdings das Problem, dass sich solche Stahlflachprodukte nur schlecht benetzen lassen und infolgedessen die bei einer Kaltverformung von dem Überzug erforderliche Haftung auf dem Stahlsubstrat unzureichend ist.

Es sind eine große Zahl von Vorschlagen gemacht worden, um aus einem hochmanganhaltigen Stahl erzeugte Stahlflachprodukte mit einem vor Korrosion schutzenden Überzug zu versehen, der den m der Praxis gestellten Anforderungen gerecht wird (DE 10 2005 008 410 B3, WO 2006/042931 Al, WO 2006/042930, DE 10 2006 039 307 B3 und viele andere) . Diesen Vorschlagen gemeinsam ist, dass das jeweils zu beschichtende Stahlflachprodukt in einem aufwandigen und aufgrund der zu beachtenden Bedingungen prozesstechnisch schwer zu beherrschenden Gluhschπtt geglüht werden muss, um anschließend in einem geeigneten Beschichtungsverfahren mit dem Korrosionsschutzuberzug versehen zu werden. Des Weiteren wurde aufgezeigt, dass die Beschichtung der Stahlflachprodukte insbesondere an den Rollen der Ofen zu Abrieb fuhrt. In Folge dieses Verschleißes sind ein frühzeitiger Austausch oder andere Instandhaltungsmaßnahmen erforderlich, mit denen lange Stillstandszeiten verbunden sind.

Vor diesem Hintergrund bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zu nennen, mit dem sich hochfeste, vor korrosiven Angriffen geschützte Bauteile einfacher herstellen lassen als mit den voranstehend erwähnten bekannten Verfahren. Darüber hinaus sollte eine Verwendung eines Stahlprodukts genannt werden, welches sich besonders gut für eine vereinfachte Herstellung von hochfesten Bauteilen eignet, die unempfindlich gegen Korrosion sind.

Schließlich sollte ein verfahrenstechnisch vereinfacht herzustellendes Bauteil angegeben werden, das bei hoher Belastbarkeit optimal gegen Korrosion geschützt ist.

In Bezug auf das Verfahren ist diese Aufgabe dadurch gelost worden, dass erfmdungsgemaß bei der Herstellung eines hochfesten Bauteils aus einem Stahlflachprodukt die m Anspruch 1 angegebenen Arbeitsschritte durchlaufen werden.

In Bezug auf die Verwendung besteht die Losung der oben genannten Aufgabe erfmdungsgemaß darin, dass erfmdungsgemaß für die Herstellung eines Bauteils ein

Stahlflachprodukt nach Maßgabe des Anspruchs 12 verwendet wird.

Die erfmdungsgemaße Losung der oben genannten Aufgabe in Bezug auf das Bauten.] besteht darin, dass das Bauteil gemäß Anspruch 14 ausgebildet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhangigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert .

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass sich eine bestimmte Klasse von an sich bekannten nicht ~~ O ^™

rostenden Stählen zum Warmpresshärten eignet. Neben einem optimalen Gebrauchs- und Korrosionsverhalten im praktischen Einsatz hat die erfindungsgemäße Verwendung solcher nicht rostender Stähle für das Warmpresshärten den Vorteil, dass weder während der Warmformgebung noch während des Härtungsvorgangs trotz der dabei gegebenen hohen Temperaturen die Gefahr einer Korrosion besteht. Stattdessen schützen die in dem erfindungsgemäß verwendeten Stahl enthaltenen Legierungsbestandteile das verarbeitete Stahlprodukt auch während dieser Verfahrensschritte vor korrosiven Angriffen. Infolgedessen können bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise und Verwendung hochfeste und optimal vor Korrosion geschützte Bauteile durch Warmpresshärten erzeugt werden, ohne dass dazu die bei niedrig legierten Stählen des bisher für das Warmpresshärten eingesetzten Typs stets erforderlich Schutzmaßnahmen ergriffen werden. So ist es bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise weder erforderlich, das jeweils verarbeitete Stahlprodukt mit einem vor Korrosion schützenden Überzug zu versehen, noch müssen bei der Erwärmung besondere Vorkehrungen zum Schutz des Stahlproduktes vor Korrosion oder zur Herstellung einer bestimmten Oberflächenbeschaffenheit getroffen werden.

Eine erste Gruppe der für das Presshärten geeigneten Stähle sind die unstabilisierten Ferrite, zu denen beispielsweise der unter der Werkstoffnummer 1.4003 genormte Stahl zählt. Ferritische Stähle können beim Abschrecken von Temperaturen oberhalb der Austenitisierungstemperatur vollständig oder teilweise martensitisch umwandeln. Diese Stähle eignen sich vor allem für das direkte Pressharten, können aber auch m indirekten Verfahren umgeformt werden.

Beim direkten, auch "einstufig" genannten Pressharten wird eine aus einem geeigneten Stahlflachprodukt konfektionierte Blechplatme in einem Zug zu dem jeweiligen Bauteil geformt und der zum Einstellen der jeweils gewünschten Harte erforderlichen Wärmebehandlung unterzogen.

Beim indirekten, auch "zweistufig" genannten Pressformharten wird die jeweilige Blechplatme in einem ersten Schritt zu dem jeweiligen Bauteil geformt. Das erhaltene Bauteil wird dann auf Hartetemperatur erwärmt und m einem weiteren Pressformwerkzeug im Zuge einer abschließenden Pressformgebung in der für die Einstellung des jeweils gewünschten Hartegefuges erforderlichen Weise warmebehandelt .

Eine weitere Gruppe der für das Pressharten geeigneten nicht rostenden Stahle sind Martensite. Diese Stahle weisen oberhalb von 900 bis 1000 ⁰C ein austenitisches Gefuge mit einer hohen Loslichkeit für Kohlenstoff auf. Wahrend ihrer Abkühlung entsteht Martensit. Als typische Vertreter dieser Stahlsorte sind die unter den Werkstoffnummern 1.4021 und 1.4034 bekannten Stahle zu nennen.

Auch martensα tisch-ferrntische Stahle, bei denen das Gefuge neben Martensit höhere Anteile an Ferrit enthalt, können pressformgehartet werden. Zu dieser Gruppe von Stahlen zahlt beispielsweise der unter der Werkstoffnummer 1.4006 genormte Stahl.

Typische martensitische Stahle weisen Kohlenstoffgehalte von 0,08 - 1 Gew.-% auf. Sie werden an Luft gehartet. Ihre mechanische Festigkeit kann aber durch Abschrecken mit höheren Abkuhlraten weiter erhöht werden.

Martensitische Stahle mit geringen C-Gehalten bis max. 0,06 % werden teilweise mit bis zu 6 % Nickel legiert. Diese Zusammensetzung bewirkt, dass nach dem Verguten teilweise Austemt entsteht. Stahle dieser Art werden als "nickelmartensitisch" oder auch "supermartensitisch" bezeichnet. Solche Stahle eignen sich vor allem für das direkte Pressharten, können aber auch in indirekten Verfahren umgeformt werden.

Bei ausscheidungshartenden Stahlen, wie beispielsweise dem unter der Werkstoffnummer 1.4568 geführten Stahl, fuhrt nach dem Losungsgluhen und Abschrecken die Ausscheidung intermetallischer Verbindungen sowie von Carbiden, Nitriden und Kupferphasen aus dem martensitischen Gefuge zu einer erhöhten Festigkeit. Im direkten Pressharten können auf diesem Wege Festigkeiten bis etwa 1000 MPa erreicht werden. Nach einer anschließenden Anlassbehandlung kann die Festigkeit um bis zu 500 MPa angehoben werden. Durch die gute Kaltumformbarkeit sind diese Stahle auch für indirekte Verfahren gut geeignet. Ebenfalls besteht durch Einbringen einer gleichmaßigen Kaltverformung (Nachwalzen) vor dem Umformen ein weiteres Hartungspotenzial . Im Ergebnis erlaubt die erfa ndungsgemaße Verwendung von einem nicht rostenden Stahlprodukt für die Herstellung von warmpressgeharteten Bauteilen und die sich daraus ergebende Verfahrensweise eine gegenüber dem Stand der Technik des Warmpresshartens deutlich vereinfachte Herstellung von Bauteilen, die hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften und ihres Korrosionsschutzes optimal für anspruchsvolle Anwendungen, wie beispielsweise den Bau von Automobilkarosserien, geeignet sind.

Ein erflndungsgemaß warmpressgehartetes Bauteil wird aus einem Stahlprodukt erzeugt, das aus einem nicht rostenden Stahl besteht, der als Pflichtbestandteile (m Gew.-%) C: 0,010 - 1,200 %, P: bis zu 0,1 %, S: bis zu 0,1 %, Si: 0,10 - 1,5 %, Cr: 10,5 - 20,0 % und als Rest Eisen und unvermeidoare Verunreinigungen enthalt.

Durch die in einem erflndungsgemaß verwendeten Stahl enthaltene, im Bereich von 0,01 - 1,2 Gew.-% liegende

Menge an Kohlenstoff lasst sich die Martensitharte des

Stahls steuern. Optimale Eigenschaften des erflndungsgemaß durch Warmpressharten erzeugten Bauteils ergeben sich in dieser Hinsicht dann, wenn der erflndungsgemaß verwendete Stahl 0,01 - 1,0 Gew.-% C, insbesondere 0,01 - 0,5 Gew.-%, enthalt.

Gehalte von 0,1 - 1,5 Gew.-% Si wirken als Antioxidant und erhohen die Festigkeit des Stahls.

Der hohe Cr-Anteil erflndungsgemaß verwendeter Stahle tragt insbesondere im Hochtemperatureinsatz wesentlich zur Korrosionsbeständigkeit bei. Er fuhrt bei Raumtemperatur wie auch bei hohen Temperaturen zur Bildung einer Cr-Oxidschicht auf der Oberflache, so dass das erfmdungsgemaß verarbeitete Stahlprodukt weder wahrend der Wärmebehandlung noch im spateren praktischen Einsatz einen zusätzlichen Korrosionsschutz benotigt. Der Cr~Anteil im Werkstoff ist bei hohen Temperaturen, wie sie bei der erfmdungsgemaßen Erwärmung auf die jeweilige Austemtisierungstemperatur TA vorliegen, formstabiler als bei den konventionell für das Warmpressharten verwendeten, korrosionsempfindlichen MnB-Guten. Dementsprechend einfacher ist es, erfmdungsgemaß verwendete Stahlprodukte bei hohen Temperaturen zu verarbeiten. Insbesondere kann auch der Transport von der Erwarmungsemnchtung bis zum Einlegen in das jeweilige Presswerkzeug ohne die Gefahr einer das Verarbeitungsergebnis beeinträchtigenden Oxidation der Oberflache an Umgebungsluft erfolgen. Ein optimal ausgewogenes Verhältnis an Legierungskosten und positiven Wirkungen des Cr-Anteils eines erfmdungsgemaß verwendeten Stahls ergibt sich dann, wenn sein Cr-Gehalt zwischen 11 αnd 19 Gew.-%, insbesondere 11 - 15 Gew.-%, liegt .

Die Gehalte an P und S sind jeweils auf 0,1 Gew.-% beschrankt, um negativen Auswirkungen dieser Elemente auf die mechanischen Eigenschaften des erfmdungsgemaß verarbeiteten Stahls vorzubeugen.

Neben den voranstehend genannten Pflichtbestandteilen kann der erfmdungsgemaß verwendete Stahl optional eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe "Mn, Mo, Ni, Cu, N, Ti, Nb, B, V, Al, Ca, As, Sn, Sb, Pb, Bi, H" mit der Maßgabe enthalten, dass die betreffenden Elemente - sofern anwesend - jeweils m folgenden Gehalten vorhanden sind

(Angaben in Gew.-I) Mn: 0,10 - 3,0 %, Mo: 0,05 - 2,50 %,

Ni: 0,05 - 8,50 %, Cu: 0,050 - 3,00 %, N: 0,01 - 0,2 %, Ti: bis zu 0,02 %, Nb: bis zu 0,1 %, B: bis zu 0,1 %, V: bis zu

0,2 %, Al: 0,001 - 1,5 %, Ca: 0,0005 - 0,003 %,

As: 0,003 - 0,015 %, Sn: 0,003 - 0,01 %, Sb: 0,002 -

0,01 %, Pb: bis zu 0,01 %, Bi: bis zu 0,01 % und H: bis zu

0,0025 %.

Die Anwesenheit von Mn m Gehalten von 0,10 - 3,0 Gew.~% unterstutzt die gewünschte Austemtbildung bei hohen Temperaturen, so dass das etfmdungsgemaß angestrebte Hartegefuge gebildet wird.

Molybdän in Gehalten von 0,05 - 2,50 Gew.-% tragt zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit bei.

Nickel kann in einem erfmdungsgemaß verwendeten nicht rostenden Stahl m Gehalten von 0,05 - 8,50 Gew.-%, insbesondere 0,05 - 7,0 Gew.-%, vorhanden sein, um ebenfalls die Korrosionsbeständigkeit zu erhohen und die Austemtbildung bei hohen Temperaturen, wie sie bei erfmdungsgemaßer Vorgehensweise wahrend der dem Pressformen vorangehenden Wärmebehandlung erreicht werden, zu unterstutzen. Diese Wirkung tritt bereits bei Gehalten von bis zu 1,5 Gew.-% Nickel mit ausreichender Effektivität ein, so dass bei einer praxisgerechten Ausgestaltung der Erfindung die Obergrenze des Ni-Gehaltsbereichs auf diesen Wert beschrankt sein kann. Cu kann einem erfindungsgemaß verwendeten Stahl ebenfalls zur Unterstützung der für die Entstehung des Hartegefuges gewünschten Austenitbildung in Gehalten von 0,050 - 3,00 Gew.-% zugegeben werden.

Über Stickstoff-Gehalte von 0,01 - 0,2 Gew.-%, insbesondere 0,01 - 0,02 Gew.-%, lasst sich ebenfalls die Martensitharte des erfindungsgemaß verwendeten Stahls steuern.

Ti in Gehalten von bis zu 0,02 Gew.-% minimiert die Gefahr von Rissbildung wahrend des im Zuge der Herstellung eines erfindungsgemaß verarbeiteten Stahlprodukts erforderlichen Vergießens des nicht rostenden Stahls.

Auch Gehalte bis zu 0,1 Gew.-% an Niob tragen zur Verbesserung der Umformbarkeit des Stahles wahrend der Herstellung des erfmdungsgemaß verwendeten Stahlproduktes bei .

B in Gehalten von bis zu 0,1 Gew.-%, insbesondere 0,05 Gew.-%, wirkt sich ebenfalls positiv auf die Vermeidung von Rissen beim Bandguss eines erfindungsgemaß verarbeiteten Stahls aus und vermindert beim konventionellen Strangguss die Gefahr von Oberflachenaufreißern. Zudem lasst sich durch Zugabe von Bor auch die Martensitharte des erfindungsgemaß verarbeiteten Stahls steuern.

V in Gehalten von bis zu 0,2 Gew.-%, insbesondere

0,1 Gew.-%, verbessert wie Nb die Umformbarkeit wahrend des

Vergießens des erfindungsgemaß verwendeten Stahls. Al in Gehalten von 0,001 - 1,50 Gew.~%, insbesondere 0,001 - 0,03 Gew.-%, und Ca in Gehalten von 0,0005 - 0,003 Gew.-% tragen zur Optimierung des Reinheitsgrades eines erfindungsgemäß verwendeten Stahls während seines Vergießens im Band- oder Strangguss bei.

As in Gehalten von 0,003 - 0,015 Gew.-%, Sn in Gehalten von 0,003 - 0,01 Gew.-%, Sb in Gehalten von 0,002 - 0,01 Gew.- %, Pb in Gehalten von bis zu 0,01 Gew.-% und Bi in Gehalten von bis zu 0,01 Gew.-% werden erfindungsgemäßem Stahl zugegeben, um beim Bandguss Rissbildung zu vermeiden oder um beim Warmwalzen von stranggegossenem erfindungsgemäß verwendetem Stahl Oberflächenfehler zu vermeiden.

Die Gehalte an H werden bei einem erfindungsgemäß verarbeiteten Stahl schließlich auf bis zu 0,0025 Gew.-% begrenzt, um die Entstehung von so genanntem "Delayed Cracking", d.h. einer verzögerten, Wasserstoffinduzierten Rissbildung unter den im praktischen Gebrauch herrschenden Bedingungen, zu vermeiden.

Bei dem erfindungsgemäß verwendeten, in der voranstehend erläuterten Weise zusammengesetzten Stahlprodukt kann es sich um ein durch Warm- oder Kaltwalzen erzeugtes Stahlflachprodukt, also beispielsweise einen aus einem warm- oder kaltgewalzten nicht rostenden Stahlblech oder -band gewonnenen Zuschnitt handeln. Ebenso ist es aber auch möglich, als Stahlprodukt ein Halbzeug zu verarbeiten, das aus einem entsprechenden Stahlflachprodukt vorgeformt worden ist, bevor es in erfindungemäßer Weise verarbeitet wird. Des Weiteren kann das erfmdungsgemaß verwendete Stahlprodukt als so genanntes "Tailored Blank" aus mindestens zwei miteinander verbundenen Stahlflachproduktzuschnitten gebildet sein, die sich hinsichtlich ihrer Dicke oder physikalischen Eigenschaften voneinander unterscheiden. Auf diese Weise lassen sich in der Praxis unterschiedlich belasteten Abschnitten des erfmdungsgemaß erzeugten und beschaffenen Bauteils den jeweils auftretenden Belastungen optimal angepasste Materialien zuweisen. So ist es ebenfalls möglich, dass nur ein Teilabschnitt des erfmdungsgemaß verwendeten Stahlflachproduktes aus einem nicht rostenden Stahl der erfmdungsgemaß vorgegebenen Zusammensetzung besteht, wahrend ein anderer Abschnitt aus einem konventionellen niedrig legierten und rostempfindlichen Stahl erzeugt ist, wenn dies unter Berücksichtigung der jeweils örtlichen Gegebenheiten und Belastungen angezeigt ist, unter denen das erfmdungsgemaß erzeugte Bauteil in der Praxis eingesetzt ist.

Das entsprechend ausgebildete Stahlprodukt durchlauft erfmdungsgemaß folgende für das Warmpressharten typische Arbeitsschritte :

a) Bereitstellen eines m der voranstehend erläuterten Weise beschaffenen Stahlproduktes;

b) Durcherwarmen des Stahlprodukts auf eine oberhalb der Ac3-Temperatur des nicht rostenden Stahls liegenden Austenitisierungstemperatur;

c) Warmpressharten des erwärmten Stahlprodukts zu dem Bauteil m einem Presswerkzeug; d) Abkühlen mindestens eines Abschnitts des erhaltenen Bauteils mit einer

Abkuhlgeschwmdigkeit , die so hoch ist, dass sich in dem jeweils schnell abgekühlten Abschnitt Hartegefuge bildet.

Durch die Hohe der jeweils erreichten

Austenitisierungstemperatur lasst sich die Ausbildung des Hartegefuges im nach dem Warmpressharten erfmdungsgemaß erhaltenen Bauteils steuern. Um maximale Festigkeitswerte eines erfmdungsgemaß erzeugten Bauteils zu erreichen, wird das erfmdungsgemaß verarbeitete Stahlprodukt im Zuge des Arbeitsschritts b) auf eine

Austenitisierungstemperatur erwärmt werden, die oberhalb der Ac3-Temperatur des nicht rostenden Stahls liegt (Ac3-Temperatur: Temperatur, bei der die Umwandlung in Austenit abgeschlossen ist). Das in diesem Fall vollständig austemtisierte Gefuge wandelt beim anschließenden Abkühlen vollständig m Martensit um, so das eine hohe Gefugeharte und damit einhergehend maximale Zugfestigkeiten erreicht werden.

Die zur Ausbildung des Hartegefuges erforderliche schnelle Abkühlung des erfmdungsgemaß warmpressgeharteten Bauteils kann in an sich bekannter Weise im Presswerkzeug selbst erfolgen, das dazu mit einer geeigneten Kuhleinrichtung versehen ist. Alternativ kann die Abkühlung auch nach der Warmpressformgebung m einem separaten Arbeitsschritt erfolgen, wenn gewährleistet ist, dass das Bauteil nach Beendigung des Warmpressvorgangs noch eine ausreichend hohe Temperatur besitzt . In ebenfalls an sich bekannter Weise kann sowohl die Erwärmung des Stahlproduktes vor der Warmpressformgebung als auch die Abkühlung nach der Warmpressformgebung auf bestimmte Abschnitte des Stahlproduktes beschrankt werden, wenn am fertigen Bauteil Zonen mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften erzeugt werden sollen.

Die Erwärmung des Stahlflachproduktes erfolgt bevorzugt in einem geschlossenen Ofen. Denkbar ist aber auch eine Erwärmung durch Induktion oder Konduktion.

Ein an jeder Stelle hoch belastbares Bauteil lasst sich demgegenüber in erfindungsgemaßer Weise dadurch erzeugen, dass das Stahlformteil so erwärmt und abgekühlt wird, dass sich über sein gesamtes Volumen Hartegefuge bildet.

Um die Entstehung von Hartegefuge (z.B. vollständig martensitisch) sicher zu gewahrleisten, sind bei erfindungsgemaßer Vorgehensweise Abkühlgeschwindigkeiten ausreichend, die maximal 25 K/s, insbesondere maximal 20 K/s, betragen, wobei sich besonders gute Arbeitsergebnisse einstellen, wenn die

Abkuhlgeschwindigkeit auf maximal 15 K/s beschrankt ist. Um die Entstehung einer ausreichenden Harte zu gewahrleisten, sollte die Abkuhlrate jedoch mindestens 0,1 K/s, insbesondere mindestens 0,2 - 1,3 K/s betragen. Abkuhlraten oberhalb von 25 K/s haben gezeigt, dass es zu einer ungewollt schnellen Αufhartung kommt, die zu einer eingeschränkten Umformbarkeit fuhrt. Bevorzugt werden Abkuhlraten zwischen 5 und 20 K/s eingestellt, wobei mit ansteigender Abkuhlrate höhere Festigkeiten im Bauteil erzielt werden können.

Die Ausbildung der einzelnen Zonen unterschiedlicher Beschaffenheit kann auch dadurch beemflusst werden, dass bestimmte Zonen der mit dem Stahlprodukt in Berührung kommenden Flachen des Pressformwerkzeugs erwärmt sind, so dass dort eine zu Hartegefuge fuhrende Abkühlung des Stahlprodukts beispielsweise sicher vermieden wird.

Erfindungsgemaß erzeugte Bauteile weisen in den Bereichen, in denen sie Hartegefuge besitzen, regelmäßig eine mindestens 900 MPa betragende Zugfestigkeit auf und besitzen dort eine Dehnung A80 von mindestens 2 %.

Aufgrund ihrer praxisgerechten Kombination aus optimierten mechanischen Eigenschaften einerseits und hoher Korrosionsbeständigkeit andererseits eignen sich erfindungsgemaß durch Warmpressharten eines aus einem nicht rostenden Stahl erzeugten Stahlprodukts hergestellte Bauteile besonders als Teile von Karosserien für Kraftfahrzeuge, Nutzfahrzeuge oder Schienenfahrzeuge, für Flugzeuge oder hochfeste Konstruktionselemente.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Äusfuhrungsbeispielen naher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm, in dem für verschiedene Stahle die Bruchdehnung A80 in % über die Zugfestigkeit Rm in MPa aufgetragen ist. Die Festigkeit der pressgeharteten Bauteile wird über die Harte und die in der DIN 50150 angegebenen Tabellen in eine Zugfestigkeit Rm überfuhrt. Die in der DIN 50150 ausgewiesenen Werte für die Vickersharte HVlO und die Zugfestigkeit sind für unlegierte und niedriglegierte Stahle ermittelt.

Referenzversuche, die für den Werkstoff 4003 und 4034 durchgeführt worden sind, ergeben eine gute Übereinstimmung der Tabellenwerte mit den an geharteten Zugversuchsproben gemessenen HVlO- bzw.

Zugfestigkeitswerten. Die Ergebnisse der Referenzversuche sind in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Unter Verwendung von aus Stahlen Sl - S9 hergestellten Platinen sind verschiedene Versuche durchgeführt worden. In Tabelle 2 sind die Werkstoffnummern ("Sorte") und die die Eigenschaften bestimmenden Legierungsbestandteile der

betreffenden Stahle Sl - S9 eingetragen. Sorte C P S Si Cr Sonstige

Sl 1.4003 o, 011 0,025 0,0015 0 ,32 11,0 Mn: 1,03

S2 1.4006 o, 110 0,0027 0 ,89 13,61

S3 1.4021 o, 265 0,030 0,0021 0 ,27 13,17

S4 1.4028 o, 352 0,021 0,0024 0 ,37 13,17

S5 1.4034 o, 469 0,023 0,0021 0 ,41 15,31

S6 1.4112 o, 930 0, 023 0,0019 0 ,78 18, 81 Mo: 1,3 V : 0,12

S7 1.4418 o, 031 0,027 0,0023 0 ,98 16,29 Mo: 1,5 Ni: 6,0 N : 0,03

S8 1.4568 o, 070 0,021 0,0025 0 ,25 18,0 Ni: 7,75 Al: 1,5

S9 1.4532 o, 080 0, 023 0,0025 0 ,41 15, 7 Ni: 7,75 Mo: 2,49 Al: 1,5

Tabelle 2

In Tabelle 3 sind für aus den Stählen Sl - S7 erzeugte Platinen zusätzlich die jeweils vor dem Presshärten ermittelte Zugfestigkeit und Vickershärte HVlO sowie die jeweilige AcI-, bei der die Umwandlung in Austenit einsetzt, und die Äc3-Temperatur eingetragen, bei der die Umwandlung in Austenit und das Ende der Ferritauflösung abgeschlossen ist.

Um einerseits hohe Umformgrade und andererseits optimale Festigkeiten zu realisieren, wird vorliegend eine auf oberhalb Ac3 liegende Erwärmung vorgenommen, die abhängig vom C- und Cr-Gehalt des nicht rostenden Stahls ist, um zu gewährleisten, dass sich die Ferrite und Karbide gegebenenfalls vollständig auflösen. Karbide können sich bei hohen Umformgraden störend auswirken und beispielsweise zu Rissen im Bauteil führen. - -

Oberhalb von Ac3 kann ein homogener Austenit als auch ein mit zunehmendem C-Gehalt austenitisch-karbidisches Gefuge vorliegen .

Tabelle 3

Aus den aus den Stahlen Sl - S7 erzeugten Platinen sind durch direktes, xn einem Zuge erfolgendes Pressformharten Blechformteile geformt worden. Für die so erhaltenen Blechformteile ist dann die Vickersharte HVlO gemessen und daraus die Zugfestigkeit in der in der DIN 50150 beschriebenen Weise ermittelt worden.

Zwecks Verifizierung der erhaltenen Bauteileigenschaften sind Zugproben aus den Stahlen Sl, S4 und S5 direkt pressgehartet worden. An den geharteten Proben Sl', S4" und S5¹ wurden dann nach DIN 10002 die Zugfestigkeit Rm und die Dehnung A80 ermittelt.

Die in der voranstehend beschriebenen Weise gemessenen und bestimmten Eigenschaften der aus den Stahlen Sl - S7 sind in Tabelle 4 eingetragen.

Tabelle 4

Um den Emfluss der Abkuhlrate auf die bei erfindungsgemaßer Vorgehensweise erzielte Bauteilharte zu ermitteln, sind AbkuhJ versuche durchgeführt worden. Dabei sind in einem zweistufigen Verfahren Platinen, die jeweils aus einem der Stahle S3 - S8 bestanden, zunächst warmpressgeformt , über unterschiedliche Abkuhlzeiten t8/5 von 800 ⁰C auf 500 °C und dann bis auf Raumtemperatur abgekühlt worden. Da im Bereich zwischen 800 ⁰C bis 500 ⁰C die wichtigsten Umwandlungen stattfinden, ist m diesem Bereich das Einhalten der erfmdungsgemaßen Abkuhlrate von besonderer Bedeutung, um gezielt Emfluss auf die Festigkeitswerte nehmen zu können. An den so erhaltenen Bauteilen ist dann jeweils die Vickersharte HVlO gemessen worden. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sowie die im Zuge der Abkühlung erzielten Abkuhlraten sind in Tabelle b eingetragen.

Tabelle 5

Demnach sind zur Ausbildung des Hartegefuges jeweils Abkuhlraten ausreichend, die deutlich unterhalb der üblicherweise beim Pressformharten angewendeten Abkuhlgeschwmdigkeiten liegen. Die erfmdungsgemaß verarbeiteten Stahle wandeln bei langsamem Abkühlen immer noch martensitisch um. Dies wirkt sich vorteilhaft auf den Fertigungsprozess aus, da insbesondere beim einstufigen, direkt erfolgenden Pressformharten das Umformwerkzeug weniger stark gekühlt werden muss.

Durch direktes Pressformharten erzeugte Bauteile durchlaufen in der Praxis häufig noch eine Wärmebehandlung. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn es sich bei den Pressformteilen um Bauteile für Kraftfahrzeugkarosserien handelt, die im Zuge ihrer Weiterverarbeitung einbrennlackiert werden. Der Emfluss einer solchen oder einer vergleichbaren Anlassbehandlung auf die Festigkeits- und Dehnungswerte der in erfmdungsgemaßer Weise pressformgeharteten Bauteile ist -

anhand von aus jeweils aus einem der Stahle S2, S3 und S7 bestehenden, in erfmdungsgemaßer Weise durch direktes Pressformharten erzeugten Bauteilen überprüft worden, die unter den in Tabelle 6 angegebenen Bedingungen angelassen worden sind und bei denen sich im Zuge der Anlassoehandlung die m Tabelle 6 ebenfalls angegebenen Eigenschaften eingestellt haben.

Tabelle 6

Es zeigt sich, dass ein Anlassen m dem durch die Versuche abgedeckten Temperaturbereich von 170 - 500 ⁰C jeweils allenfalls zu einer sehr geringen Abnahme der Festigkeiten der erfmdungsgemaß erzeugten Bauteile fuhrt.

Um den Prozess des indirekten Presshartens zu erproben, ist eine aus dem Stahl S9 bestehende Platine verarbeitet worden. Nach einem Losungsgluhen wies die Platine eine Zugfestigkeit Rm von 816 MPa auf. Die so beschaffene Platine ist dann zur Simulation des Pressformvorgangs zu einem Bauteil umgeformt und über eine Dauer von 30 mm bei 820 ⁰C gehalten worden, um anschließend im Werkzeug abhangig vom Bauteilbereich bzw. des Kontaktzeitpunkts mit einer Abkuhlrate von ca. 15 K/s abgeschreckt zu werden. Nach dem Abschrecken wies das Bauteil eine Harte HVlO von 340 auf, was einer Zugfestigkeit Rm von ca. 1015 MPa entspricht.

Zum Vergleich ist ein aus demselben Werkstoff S9 bestehendes Blech auf eine Dicke von 1 mm nachgewalzt worden. In Folge der im Zuge des Nachwalzens eingetretenen Verfestigung lag beim nachgewalzten Blech eine Zugfestigkeit von 1500 MPa vor. Das in diesem Zustand nur noch eingeschränkt umformbare nachgewalzte Blech ist anschließend mit einem Biegeradius von 9 mm um 90° abgekantet worden. Das so erhaltene Winkelprofil ist im Ofen bei 550 ⁰C eine Stunde lang angelassen und dann im Werkzeug abgekühlt worden. Die dabei erzielte Abkuhlrate betrug 10 K/s. Das abgekantete und ausgehartete Profil erreicht eine Harte HVlO von 571. Im als Fig. 1 beigefugten Diagramm ist für in erfmdungsgemaßer Weise aus Platinen, die aus den Stahlen Sl, S4, und S5 bestanden, erzeugte Bauteile El, E2, E3 jeweils die Dehnung A80 über die Zugfestigkeit Rm eingetragen. Zum Vergleich sind in Fig. 1 für zwei Bauteile, die durch konventionelles Warmpressformharten aus dem für diesen Zweck üblicherweise verwendeten, C < 0,2 %, Si <0,4 %, Mn < 1,4 %, P < 0,025 %, S < 0,01 %, Cr+Mo < 0,5 %, Ti < 0,05 % und B < 0,005 % (Angaben in Gew.-%) enthaltenden Stahl MBW 1500 erzeugt worden sind, die Dehnwerte A80 über den jeweiligen Zugfestigkeitswert Rm angeben. Es zeigt sich, dass die aus dem ferritischen Stahl Sl und dem martensitischen Stahl S4 erzeugten Bauteile E1,E2 eine den konventionell erzeugten Bauteilen überlegene Kombination aus Dehnwert und Zugfestigkeit besitzen, während das dritte erfindungsgemäß erzeugte Bauteile eine bessere Zugfestigkeit bei immer noch guten Dehnwerten aufweist. Zudem sind erfindungsgemäß erzeugte Bauteile korrosionsbeständiger bzw. benötigen keine zusätzlichen KorrosionsschutzbeSchichtungen.

Claims

PA T E N T AN S P RÜ C H E

1. Verfahren zum Herstellen eines warmpressgehärteten Bauteils, umfassend folgende Arbeitsschritte:

a) Bereitstellen eines Stahlproduktes, das mindestens abschnittsweise aus einem nicht rostenden Stahl mit folgender Zusammensetzung erzeugt ist (Angaben in Gew.-%) C: 0,010 - 1,200 %, P: bis zu 0,1 %, S: bis zu 0,1 %, Si: 0, 10 - 1,5 %, Cr: 10,5 - 20, 0 % sowie optional eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe "Mn, Mo, Ni, Cu, N, Ti, Nb, B, V, Al, Ca, As, Sn, Sb, Pb, Bi, H" mit der Maßgabe

Mn: 0,10 - 3,0 %,

Mo: 0,05 ~ 2 , bü -s ,

Ni: 0,05 - 8,50 %,

Cu: 0,050 - 3,00 %,

N: 0,01 - 0,2 %,

Ti: bis zu 0,02 %,

Nb: bis zu 0,1 %,

B: bis zu 0,1 %,

V: bis zu 0,2 %,

Al: 0,001 - 1, 50 %,

Ca: 0, 0005 - 0, 003 %, As: 0,003 - 0,015 %, Sn: 0,003 - 0,01 %, Sb: 0,002 - 0,01 %, Pb: bis zu 0,01 %, Bi: bis zu 0,01 %, H: bis zu 0,0025 %, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen;

b) Durcherwärmen des Stahlprodukts auf eine oberhalb der Ac3-Temperatur des nicht rostenden Stahls liegenden Austenitisierungstemperatur;

c) Warmpresshärten des erwärmten Stahlprodukts zu dem Bauteil in einem Presswerkzeug;

d) Abkühlen mindestens eines Abschnitts des erhaltenen Bauteils mit einer

Abkühlgeschwindigkeit, die so hoch ist, dass sich in dem jeweils schnell abgekühlten Abschnitt Härtegefüge bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Stahlformteil in dem Pressformwerkzeug so abgekühlt wird, dass sich das Härtegefüge bildet.

3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die mit dem Stahlprodukt in Berührung kommenden Flächen des Pressformwerkzeugs abschnittsweise erwärmt sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Stahlformteil so abgekühlt wird, dass sich über sein gesamtes Volumen Härtegefüge bildet.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Abkühlgeschwindigkeit, mit der das Stahlprodukt mindestens abschnittsweise abgekühlt wird, höchstens 25 K/s beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Abkühlgeschwindigkeit, mit der das Stahlprodukt mindestens abschnittsweise gekühlt wird, mindestens 0,1 K/s beträgt.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Stahlprodukt ein Stahlflachprodukt ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Stahlprodukt ein vorgeformtes Halbzeug ist.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Stahlprodukt aus mindestens zwei miteinander verbundenen Stahlflachproduktzuschnitten gebildet ist, die sich hinsichtlich ihrer Dicke oder physikalischen Eigenschaften voneinander unterscheiden .

10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der C-Gehalt des nicht rostenden Stahls auf 0,5 Gew.-% beschränkt ist.

11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Cr-Gehalt des nicht rostenden Stahls 11 - 19 Gew.-% beträgt.

12. Verwendung eines Stahlproduktes, das mindestens abschnittsweise aus einem nicht rostenden Stahl, der (in Gew.-%)

C: 0,010 - 1,200 %,

P: bis zu 0,1 %,

S: bis zu 0,1 %,

Si: 0, 10 - 1,5 %,

Cr: 10,5 - 20,0 % sowie optional eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe "Mn, Mo, Ni, Cu, N, Ti, Nb, B, V, Al,

Ca, As, Sn, Sb, Pb, Bi, H" mit der Maßgabe Mn: 0,10 - 3,0 %,

Mo: 0,05 - 2,50 %,

Cu: 0, 050 - 3,00 %,

Ni: 0, 05 - 8,50 %,

N: 0, 01 - 0,2 %,

Ti: bis zu 0,02 %,

Nb: bis zu O, 1 %,

B: bis zu 0,1 %,

V: bis zu 0,2 %,

Al: 0,001 - 1,50 %,

Ca; 0,0005 - 0,003 %,

As: 0,003 - 0,015 %,

Sn: 0,003 - 0,01 %,

Sb: 0,002 - 0,01 %,

Pb: bis zu 0,01 %,

Bi: bis zu 0,01 %,

H: bis zu 0,0025 %,

Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, enthält, zur Herstellung eines warmpressgehärteten Bauteils, wobei das erhaltene Bauteil in den Bereichen, in denen es Härtegefüge aufweist, eine mindestens 900 MPa betragende Zugfestigkeit und eine Dehnung A80 von mindestens 2 % besitzt.

13. Verwendung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s es sich bei dem Bauteil um ein Teil für eine Fahrzeugkarosserie handelt .

4. Warmpressgehärtetes Bauteil mit einer Zugfestigkeit von mindestens 900 MPa und einer Dehnung A80 von mindestens 2 % hergestellt aus einem nicht rostenden Stahl, der (in Gew.-%)

C: 0, 010 - 1,200 %,

P: bis zu 0,1 %,

S: bis zu 0,1 %,

Si: 0,10 - 1,5 %,

Cr: 10,5 - 20, 0 % sowie optional eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe "Mn, Mo, Ni, Cu, N, Ti, Nb, B, V, Al,

Ca, As, Sn, Sb, Pb, Bi, H" mit der Maßgabe

Mn: 0,10 — 3, 0 %,

Mo: 0,05 - 2, 50 %,

Cu: 0,050 _ 3, 00 %,

Ni: 0,05 - 8, 50 %,

N: 0,01 - o, 02 %,

Ti: bis zu o, 02 %,

Nb: bis zu o, 1 %,

B: bis zu o, 1 %,

V: bis zu 2 %,

Al: 0,001 _ I, 50 %,

Ca: 0,0005 — 0, 003 %

Äs: 0,003 - 0,015 %

Sn: 0,003 - 0, 01 %,

Sb: 0,002 - 0,01 %,

Pb: bis zu 0,01 %,

Bi: bis zu 0,01 %,

H: bis zu 0,0025 %, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, enthält .

15. Warmpressgehärtetes Bauteil nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s es ein Bauteil für eine Fahrzeugkarosserie ist.

16. Warmpressgehärtetes Bauteil nach einem der Ansprüche 14 oder 15, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.