DE102017131253A1 - Verfahren zum Erzeugen metallischer Bauteile mit angepassten Bauteileigenschaften - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechbauteils mittels eines Presshärte- oder Formhärteverfahrens, wobei das Stahlblechbauteil dadurch erzeugt wird, dass eine Platine aus zumindest einem Bereich aus einem hoch härtbaren Kohlenstoff-Mangan-Bor-Stahl und zumindest einem Dualphasenstahl kalt umgeformt wird, anschließend erhitzt wird und in einer Abkühlpresse abgeschreckt wird, oder eine Platine aus zumindest einem Bereich aus einem hoch härtbaren Kohlenstoff-Mangan-Bor-Stahl und zumindest einem Bereich aus einem Dualphasenstahl auf einer Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur des hoch härtbaren Stahlwerkstoffs aufgeheizt wird und anschließend in einer Umform- und Abkühlpresse mit einem Hub oder mehreren Hüben zu dem Stahlblechbauteil umgeformt wird, wobei als weicherer Werkstoff und als Partner für den hoch härtbaren Kohlenstoff-Mangan-Bor-Stahl ein Dualphasenstahl verwendet wird, dessen Ac3-Wert so weit angehoben ist, dass es bei den erforderlichen Glühtemperaturen zum Austenitisieren des Kohlenstoff-Mangan-Bor-Stahls nur zu einer Teilaustenitisierung des Dualphasenstahls kommt, so dass beim Einlegen in die Abkühlpresse der Dualphasenstahl eine ferritische Matrix besitzt, neben der Austenit vorhanden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von metallischen Bauteilen mit angepassten Eigenschaften nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Stahlblechen und daraus Stahlbauteilen, wobei die Bleche aus Blechstücken mit unterschiedlichen Eigenschaften zusammengesetzt und insbesondere zusammengeschweißt sind.
  • Im Stand der Technik ist es bekannt, aus Stahlblechen unterschiedlicher Dicke und/oder Stahlblechen mit unterschiedlicher Zusammensetzung geschweißte Platinen herzustellen, die dann einer Weiterverarbeitung, wie einer Umformung oder Wärmebehandlung zugänglich sind. Derartige Bleche werden als Tailored Welded Blanks (TWB) bezeichnet.
  • Der Sinn hierhinter ist, dass durch die unterschiedlichen Zusammensetzungen die Eigenschaften eines fertig umgeformten Bauteils zonal unterschiedlich gestaltet werden können.
  • Insbesondere bei der Herstellung von Kraftfahrzeugkarosserien spielen derartige Tailored Welded Blanks eine große Rolle.
  • In der Vergangenheit hat sich die Notwendigkeit ergeben, aus Gründen der Energieeinsparung Fahrzeuge und insbesondere die Fahrzeugkarosserien leichter auszubilden. Zudem hat sich aber zusätzlich noch die Anforderung ergeben, Fahrzeugkarosserien stabiler zu machen und insbesondere den Innenraum im Falle einer Verunfallung wirksam zu schützen. Dementsprechend hat sich in der Vergangenheit herauskristallisiert, die Karosserie von Fahrzeugen zu mindestens teilweise aus sehr hoch härtbaren Stählen (CMnB-Stählen) auszubilden. Diese hoch härtbaren Stähle werden in Blechform bereitgestellt, anschließend umgeformt und die umgeformten Bauteile anschließend sehr hoch erhitzt, bis sie vollständig austenitisiert sind, dann in eine Kühlpresse überführt und in dieser Kühlpresse durch allseitiges Anliegen von kalten Werkzeugbacken oder -Formen mit einer Geschwindigkeiten über der kritischen Härtegeschwindigkeit abgekühlt, so dass das vollständig austenitisierte Bauteil zumindest überwiegend in der martensitischen Phase vorliegt, welches Härten bis über 1500 MPa ermöglicht. Dieses Verfahren, bei dem zunächst umgeformt und dann gehärtet und durch das Anlegen der Form abgekühlt wird, wird auch als indirektes Verfahren oder Formhärten bezeichnet.
  • Beim sogenannten Presshärten wird die Platine aus dem hoch härtbaren Stahl auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur aufgeheizt und möglichst vollständig austenitisiert. Anschließend wird diese im Austenitzustand vorliegende Platine in ein Umformwerkzeug überführt und mit einem oder mehreren Pressenhub bzw. Pressenhüben sowohl umgeformt als auch durch den großen Wärmeabfluss aus der Platine in das Formwerkzeug gehärtet. Dieses Verfahren wird auch als direktes Verfahren bezeichnet.
  • Durch diese beiden Verfahren war und ist es grundsätzlich möglich, eine Fahrzeugkarosserie mit sehr harten Teilen auszubilden und die übrige Karosserie entsprechend auch abgestuft aus Teilen anderer Duktilitäten und Härten herzustellen.
  • Eine moderne Fahrzeugkarosserie besteht somit aus einer Anzahl von lastleitenden, hochfesten Bauteilen als auch aus weichen, verformungsfähigen Elementen für die Energieabsorption.
  • Durch Tailored Welded Blanks (TWB) wird es ermöglicht, beide Eigenschaften, d.h., die Lastleitung als auch das Verformungsvermögen in einem einzigen Bauteil zu integrieren, was verbesserte Möglichkeiten der Energieabsorption im Crashfall und einem noch mehr verbesserten Insassenschutz bei Kraftfahrzeugen ermöglicht. Diese Tailored Welded Blanks bestehen demnach aus härtbaren Bereichen aus den bereits genannten CMnB-Stählen und angeschweißten Bereichen aus einem weicheren Partnerwerkstoff.
  • Auch derartige Tailored Welded Blanks können mit den beiden genannten Härteverfahren bearbeitet werden. Dementsprechend entsteht während des Presshärtevorganges oder während des Formhärtevorganges, also während des direkten oder indirekten Verfahrens im härtbaren Bereich ein hochfestes, martensitisches Härtegefüge. Der weichere Partnerwerkstoff nimmt am Presshärtevorgang gleichermaßen teil, jedoch ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen Legierungslage deutlich geringere Festigkeitswerte bei höheren Dehnungswerten, was ein hohes Maß an Energieabsorption ermöglicht.
  • Selbstverständlich können auch monolithische, weiche und duktile Bauteile hergestellt werden, welche später in einem Fügeprozess in der Karosserie mit harten Bauteilen verbunden werden.
  • Dementsprechend werden als weicher Partnerwerkstoff üblicherweise Stähle verwendet, welche nach dem Presshärtevorgang ein Gefüge aus Ferrit und Perlit aufweisen.
  • Derartige Tailored Welded Blanks sind bereits aus dem Stand der Technik gut bekannt. Insbesondere sind auch als weiche Partnerwerkstoffe eine Vielzahl von Werkstoffen bereits gut bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei dem in einfacher und kostengünstiger Weise beispielsweise Tailor Welded Blanks geschaffen werden, bei denen der weichere Partner kühlsituationsunabhängig stabile mechanische Kennwerte erreicht.
  • Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Es ist eine weitere Aufgabe, einen Werkstoff zu schaffen, der als weicher Partnerwerkstoff in insbesondere Tailor Welded Blanks geeignet ist und der kühlsituationsunabhängig und unabhängig vom Kühlverlauf stabile mechanische Kennwerte sicherstellt.
  • Die Aufgabe wird mit einem Werkstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Erfindungsgemäß wird der weichere Partnerwerkstoff bei einem Tailored Welded Blank aus einem Stahl mit einem Dualphasengefüge (DP-Stahl) ausgebildet. Das erfindungsgemäße Dualphasengefüge besteht aus einer ferritischen Matrix mit eingelagerten Martensitinklusionen. Dies erlaubt durch das enorme Verfestigungsvermögen bei gleicher Festigkeit eine deutlich bessere Umformbarkeit im Sinne der Bruchdehnung und damit höhere Energieabsorption als ferritisch-perlitische Gefüge, wie sie im Stand der Technik bekannt sind. Daher sind die Stähle mit einem Dualphasengefüge nach der Erfindung als weicher Partnerwerkstoff sehr gut geeignet.
  • Bekannte Dualphasenstähle sind zum Beispiel aus der EP 2 896 715 B1 bekannt, bei denen ein Dualphasenstahl mit Titanausscheidungshärtung beschrieben wird.
  • Aus der EP 2 290 111 B1 ist ein Dualphasenstahl mit ferritischem Gefüge für Automobile bekannt.
  • Aus der JP 2009/132981 A ist ein ferritischer kaltgewalzter Stahl mit höherer Umformbarkeit bekannt.
  • Aus der WO2017/144419 A1 ist ein pressgehärteter Stahl mit Dualphasengefüge bekannt.
  • Aus der US 2010/0221572 A1 ist ein pressgehärteter Stahl mit einem Gefüge aus Ferrit und Bainit und Martensit bekannt.
  • Aus der DE 10 2014 11 21 26 A1 ist ein mikrolegierter Stahl mit einer gegebenen Kühlratenzahl bekannt.
  • Aus der EP 2 896 715 B1 ist ein Dualphasenstahl mit Titanausscheidungshärtung bekannt.
  • Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass zur Erzielung eines ferritisch-martensitischen Dualphasengefüges beim Presshärten die Perlit- und Bainitbildung derart verzögert werden muss, dass diese Gefügephasen bei den üblichen Kühlraten nicht auftreten. Erfindungsgemäß können, um die Perlit- und Bainitbildung zu verzögern, Mangan, Chrom, Bor und Molybdän zulegiert werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass hierdurch auch die Ferritbildung nach dem vollaustenitischen Glühen im Ofen verzögert wird, was bei kurzen Transferzeiten zwischen Ofen und Presse, hohen Einlegetemperaturen und hohen Kühlraten in der Presse kritisch ist. Hierdurch kann sich ein Gefüge ausbilden, welches aus einer angelassenen-martensitischen Matrix mit wenig Ferrit besteht, welches bei hohen Festigkeiten nur geringe Dehnungen aufweist. Erst bei geringeren Kühlraten in der Presse stellen sich stabile mechanische Kennwerte, unabhängig von der Einlegetemperatur, in der Presse ein.
  • Erfindungsgemäß wird, um eine ausreichende Menge an Ferrit und damit eine ferritische Matrix im Gefüge sicherzustellen, der Werkstoff im Ofen derart geglüht, dass neben Austenit auch Ferrit vorliegt. Somit wird erfindungsgemäß im Ofen interkritisch geglüht. Interkritisch glühen bedeutet, dass der Werkstoff zwischen seiner Ac1 und Ac3 Temperatur geglüht wird.
  • Die nötige Ferritmenge, um eine ferritische Matrix darzustellen, wird während des Kühlens zwischen Ofen und Presse neben der Ferritkeimbildung mit anschließendem Ferritwachstum auch durch das stetige Wachstum des vom interkritischen Glühen vorliegenden Ferrits erzielt.. Erfindungsgemäß muss daher die Ac3-Temperatur für den weichen Partnerwerkstoff hoch gehalten werden, so dass ein interkritisches Glühen überhaupt möglich ist. Erfindungsgemäß wird der Ac3-Wert durch Aluminium erhöht. Erfindungsgemäß wird daher der Dualphasenstahl mit einem erhöhten Aluminiumgehalt ausgebildet. Somit wird ein vollaustenitischer Glühzustand legierungsbedingt verhindert. Die Glühtemperatur wird dabei aufgrund des CMnB-Partnerstahls mit > 800°C festgelegt, so dass dieser Glühwert für das interkritische Glühen als gegeben angenommen werden muss.
  • Üblicherweise beträgt die Ac3-Temperatur von CMnB Stählen in etwa 840 °C.
  • Grundsätzlich besteht somit das Konzept der Erfindung auf einem C-Si-Mn-Cr-Al-Nb/Ti-Legierungskonzept.
  • Der enthaltene Kohlenstoff dient der Anpassung des Festigkeitsniveaus, wobei ein höherer Kohlenstoffgehalt den Ac3-Wert absenkt, die Festigkeit erhöht und die Streckgrenze ebenfalls erhöht. Allerdings nimmt die Dehnung ab, die Ferrit-, Perlit- und Bainitbildung werden verzögert und die Martensitmenge im Gefüge steigt.
  • Die Aufgabe des Mangans ist die Anpassung des Festigkeitsniveaus. Mehr Mangan senkt den Ac3-Wert, zudem erhöht es die Festigkeit und die Streckgrenze. Bei einem höheren Mangangehalt nimmt die Dehnung ab und die Ferrit-, Perlit- und Bainitbildung wird verzögert und die Martensitmenge im Gefüge steigt.
  • Wie bereits ausgeführt, wird bei dem erfindungsgemäßen Konzept Aluminium verwendet, denn mehr Aluminium erhöht den Ac3-Wert, wodurch die Empfindlichkeit auf die Einlegetemperatur in die Presse sinkt. Zudem werden Verbesserungen der Dehnung erzielt, die Martensitmenge im Gefüge sinkt und die Ferritmenge steigt.
  • Silizium hebt bei der erfindungsgemäßen Legierung das Festigkeitsniveau, steigert den Ac3-Wert und verzögert die Perlit- und Bainitbildung.
  • Typische Werte von Ae1-Temperaturen bzw. Ae3-Temperaturen für erfindungsgemäße DP Stähle als auch nicht erfindungsgemäße Legierungen sind in Tabelle 1 angeführt. Diese gerechneten Werte entsprechen im Wesentlichen der Ac1-Temperaturen bzw. Ac3-Temperaturen.
  • Bei den nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird entweder eine zu niedrige Ae1-Temperatur bzw Ae3-Temperatur durch die jeweils gewählte Legierungszusammensetzung erzielt und/oder die gewünschten mechanischen Kennwerte (bsp. durch zu niedrige Siliziumanteile) nicht erreicht.
  • Durch Chrom werden vor allem die Perlit- und Bainitbildung verzögert und die Martensitbildung sichergestellt, so dass Chrom einen großen Einfluss darauf hat, den Dualphasencharakter sicherzustellen.
  • Niob und Titan forcieren die Ferritbildung und haben einen kornfeinernden Einfluss.
  • Somit gelingt es erfindungsgemäß, einen Werkstoff als weicheren Partnerwerkstoff in Form eines Dualphasenstahls zur Verfügung zu stellen, der unabhängig von der Kühlsituation stabile mechanische Kennwerte liefert und somit zu zuverlässig erzeugten und ausgestalteten Tailored Welded Blanks im Presshärte- oder Formhärteverfahren führt.
  • Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen dabei:
    • 1: die Dehnung und die Festigkeit von Dualphasengefügen und ferritisch-perlitischen Gefügen nach dem Stand der Technik;
    • 2: das Verhalten vollaustenitisch geglühter Dualphasenstähle bei hohen Kühlraten in der Presse, zeigend einmal die Festigkeit, abhängig von der Einlegetemperatur und die Dehnung, abhängig von der Einlegetemperatur, sowie das erzielbare Gefüge;
    • 3: das Verhalten vollaustenitisch geglühter Dualphasenstähle bei hohen und geringen Kühlraten in der Presse;
    • 4: den Einfluss des Kohlenstoffs auf die mechanischen Kennwerte, abhängig von der Einlegetemperatur;
    • 5: Gefügeaufnahmen von Dualphasenstählen mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt;
    • 6: den Einfluss des Mangans auf die mechanischen Kennwerte;
    • 7: die Gefügebilder bei unterschiedlichen Mangangehalten;
    • 8: den Einfluss des Aluminiums auf die mechanischen Kennwerte;
    • 9: die Gefügeaufnahmen bei unterschiedlichen Aluminiumgehalten;
    • 10: Einfluss des interkritisch geglühten Aluminium-legierten erfindungsgemäßen Dualphasenstahlkonzeptes im Vergleich zu vollaustenitisch geglühten Kohlenstoff-Mangan-Legierungen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, als Tailored Welded Blank (TWB) zumindest ein üblicherweise ebenes Blechteil aus einem hoch härtbaren Stahlmaterial, wie einem Bor-Mangan-Stahl und insbesondere einem Stahl aus der Familie der 22MnB5 oder 20MnB8 und der gleichen Stähle mit zumindest einem üblicherweise ebenen Blechteil aus einem Dualphasenstahl zu kombinieren.
  • Ein solches kombiniertes Tailored Welded Blank kann dann anschließend im direkten oder indirekten Verfahren ausreichend erhitzt und dann umgeformt werden, oder umgeformt, dann erhitzt und abgeschreckt werden.
  • Erfindungsgemäß wird ein Dualphasenstahl verwendet, der einen vergleichsweise hohen Aluminiumgehalt besitzt. Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, dass Aluminium die Empfindlichkeit der mechanischen Kennwerte auf die Einlegetemperatur senkt und stark die Empfindlichkeit auf die Kühlrate in der Presse senkt.
  • Einfache Kohlenstoff-Mangan-Legierungen, welche im Ofen vollaustenitisch geglüht werden, weisen bei hohen Kühlraten in der Presse eine starke Abhängigkeit von der Einlegetemperatur auf.
  • Eine erfindungsgemäße Zusammensetzung des Dualphasenstahls lautet wie folgt, wobei alle Prozentangaben in Masse-Prozent angegeben sind:
    C 0,02 - 0,12 %, bevorzugt 0,04 - 0,10 %
    Si 0,05 - 2,0 %, bevorzugt 0,20 - 1,60 % besonders bevorzugt 0,50 - 1,50 %
    Mn n 0,5 - 2,0 %, bevorzugt 0,6 - 1,50 %
    Cr 0,3 - 1,0 %, bevorzugt 0,45 - 0,80 %
    Al 0,4 - 1,5 %, bevorzugt 0,50 - 1,30 % besonders bevorzugt 0,60 - 1,20 %
    Nb < 0,20 %, bevorzugt 0,01 - 0,10 %
    Ti < 0,20 %, bevorzugt 0,01 - 0,10 %
    Rest Eisen und unvermeidliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
  • Bei einer Haltezeit im Ofen bis 600 Sekunden, insbesondere bis 300 Sekunden wird bezüglich des Dualphasenstahls lediglich eine Teilaustenitisierung erzielt, bei der für die Austenitisierung des hoch härtbaren Partnermaterials typischen Glühtemperaturen von um 840°C.
  • Der Austenitisierungsgrad, der sich im Dualphasenstahl einstellt, beträgt zwischen 50 und 90 Vol-%, wobei das Zielgefüge ein feiner Dualphasenstahl mit ferritischer Matrix und 5 bis 20 Vol-% Martensit und gegebenenfalls etwas Bainit ist.
  • Das Zielgefüge stellt sich ein, wenn der nachfolgende Kühlverlauf eingehalten wird und dementsprechend bei der Manipulation des Bauteils oder der Platine in die Kühlpresse, also während des Handlings, eine Kühlrate von 5 bis 500 Kelvin/sec eingehalten wird und die Einlegetemperatur in die Kühlpresse 400 bis 800°C bevorzugt 450 bis 750°C beträgt. Die Kühlrate in der Presse sollte ≥ 10 Kelvin/sec betragen.
  • Es kann hierfür eine Luftkühlung (etwa 5 Kelvin/sec bis 70 Kelvin/sec Abkühlrate) oder beispielsweise eine Plattenkühlung vorgenommen werden (Abkühlraten von mehr als 80 Kelvin/sec problemlos erzielbar).
  • Die sich ergebenden mechanischen Eigenschaften liegen erfindungsgemäß bei:
    Rp0,2 250 bis 500 MPa
    Rm 400 bis 900 MPa
    A ≥ 10 %.
  • In 1 erkennt man die Unterschiede bezüglich des Verhaltens der Dehnung zur Zugfestigkeit Rm bei einem ferritisch-perlitischen Gefüge (grau) und einem Dualphasengefüge (schwarz). Man erkennt, dass ein Dualphasengefüge für die erfindungsgemäßen Zwecke eine sehr gute Eignung aufweist.
  • Bei der Legierungsanpassung kommt es aber nach dem Stand der Technik zu den folgenden Problemen:
  • Vollaustenitisch geglühte Dualphasenstähle weisen bei hohen Kühlraten in der Kühlpresse ungünstige Eigenschaften auf. Man erkennt in 2, dass bei zwei unterschiedlichen Stählen, nämlich einmal einem Stahl mit 0,06 % Kohlenstoff und 1,2 % Mangan und einem anderen Dualphasenstahl mit 0,08 % Kohlenstoff und 1,6 % Mangan, abhängig von der Einlegetemperatur, eine sehr große Spannweite bezüglich der Zugfestigkeit Rm besteht, die bei dem Stahl mit weniger Kohlenstoff und weniger Mangan von ca. 550 MPa bis 880 MPa reicht.
  • Auch bei dem Stahl mit höherem Kohlenstoff- und höherem Mangangehalt beträgt die erzielbare Zugfestigkeit etwa 660 MPa bis etwa 920 MPa. Dies bedeutet aber auch, dass bei den variablen Einlegetemperaturen und bei den prozessüblichen Schwankungen bei der Einlegetemperatur mit den bekannten Dualphasenstählen reproduzierbare Festigkeitswerte innerhalb der gewünschten Toleranzen schwierig zu produzieren sind. In gleicher Weise verhält es sich mit dem Rp0,2-Wert, der in vergleichbarer Weise schwankt, so dass diese beiden wichtigen Kennwerte weit davon entfernt sind, im üblichen Prozessfenster sicher in einem überschaubaren Bereich eingehalten werden zu können.
  • Betrachtet man die Dehnung, verhält es sich bei beiden Stählen ähnlich, dass die Dehnungswerte, abhängig von der Einlegetemperatur, so stark schwanken, dass herkömmliche Dualphasenstähle bei den bekannten Prozessfenstern und den bekannten Einlegetemperaturschwankungen als Partner für einen hoch härtbaren Stahl überhaupt nicht infrage kommen. Das Gefüge des niedriger legierten Stahles aus den beiden Grafiken ist dargestellt bei 750° Einlegetemperatur und einer Abkühlrate, die durch Wasserkühlung erzielt wurde.
  • In 3 erkennt man zudem, dass die gezeigten Kennwerte insbesondere beim Abkühlen mit Wasser stark von der Einlegetemperatur und der Kühlrate in der Presse abhängen, wobei auch das Gefüge sich deutlich vom Gefüge nach 2 unterscheidet, da in 2 eine deutliche höhere Kühlrate vorliegt.
  • In 4 erkennt man bei gleichen Mangangehalten und gleichen Aluminiumgehalten den Einfluss des Kohlenstoffs auf die vorgenannten Kennwerte, abhängig von der Einlegetemperatur. Man erkennt, dass mit steigendem Kohlenstoffgehalt die Festigkeit und die Streckgrenze erhöht werden. In 5 erkennt man, dass die Ferritmenge im angegebenen Stahl abhängig von dem Kohlenstoffgehalt bei steigendem Kohlenstoffgehalt sinkt.
  • Bei gleichen Kohlenstoffgehalten und gleichen Aluminiumgehalten erkennt man in 6 und in 8 den Einfluss des Mangans. Bei steigendem Mangangehalt steigen ebenfalls die Festigkeit und die Streckgrenze, während, wie in 7 deutlich sichtbar, die Martensitmenge im Gefüge steigt und die Ferritmenge sinkt.
  • Entscheidend für die Erfindung ist, dass ein steigender Aluminiumgehalt (8, 9) die Empfindlichkeit auf die Einlegetemperatur in der Presse absinken lässt. Man erkennt sehr deutlich in 8, dass die Zugfestigkeit von der Einlegetemperatur bei einem höheren Aluminiumgehalt wenig abhängig ist, als bei 0,5 % Aluminium. Noch stärker zeigt sich dieser Effekt bei dem Rp0,2-Wert.
  • Auch, was die Dehnung betrifft, kann hier eine Vergleichmäßigung erzielt werden.. In der Ausschnittsvergrößerung betreffend die Festigkeit, abhängig von der Einlegetemperatur, erkennt man noch einmal sehr deutlich, dass der steigende Aluminiumgehalt zu einer deutlichen Vergleichsmäßigung führt.
  • In 9 erkennt man, dass durch den steigenden Aluminiumgehalt die Ferritmenge deutlich ansteigt. In 10 erkennt man, dass bei voll austenitisch geglühten Kohlenstoff-Mangan-Legierungen die Festigkeit bei hohen Einlegetemperaturen massiv von der Kühlrate in der Presse abhängt, wobei bei interkritisch geglühten aluminiumlegierten Dualphasenkonzepten die Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften von der Einlegetemperatur als auch von der Kühlrate der Presse deutlich reduziert ist, wie man dies in den beiden Diagrammen der 10 sieht, wobei links ein nicht-aluminiumlegierter Stahl verwendet wird und rechts ein aluminiumlegierter Dualphasenstahl.
  • Erfindungsgemäß gelingt es daher, um eine ausreichende Menge an Ferrit und damit eine ferritische Matrix im Dualphasengefüge sicherzustellen, im Ofen interkritisch zu glühen, so dass neben Austenit auch Ferrit vorliegt. Die Ac3-Temperatur muss für den weichen Partnerwerkstoff, also den Dualphasenstrahl, hoch gehalten werden, so dass das interkritische Glühen überhaupt möglich ist. Dieser Ac3-Wert wird durch Aluminium erfindungsgemäß erhöht.
  • Bei der Erfindung ist somit von Vorteil, dass die guten Eigenschaften des Dualphasenstahls auf ein Verfahren zum Press- oder Formhärten insbesondere zur Herstellung eines Tailored Welded Blanks übertragen werden können.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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    • US 2010/0221572 A1 [0024]

Claims (23)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechbauteils mittels eines Presshärte- oder Formhärteverfahrens, wobei das Stahlblechbauteil dadurch erzeugt wird, dass eine Platine aus zumindest einem Bereich aus einem hoch härtbaren Kohlenstoff-Mangan-Bor-Stahl und zumindest einem Dualphasenstahl kalt umgeformt wird, anschließend erhitzt wird und in einer Abkühlpresse abgeschreckt wird, oder eine Platine aus zumindest einem Bereich aus einem hoch härtbaren Kohlenstoff-Mangan-Bor-Stahl und zumindest einem Bereich aus einem Dualphasenstahl auf einer Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur des hoch härtbaren Stahlwerkstoffs aufgeheizt wird und anschließend in einer Umform- und Abkühlpresse mit einem Hub oder mehreren Hüben zu dem Stahlblechbauteil umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als weicherer Werkstoff und als Partner für den hoch härtbaren Kohlenstoff-Mangan-Bor-Stahl ein Dualphasenstahl verwendet wird, dessen Ac3-Wert so weit angehoben ist, dass es bei den erforderlichen Glühtemperaturen zum Austenitisieren des Kohlenstoff-Mangan-Bor-Stahls nur zu einer Teilaustenitisierung des Dualphasenstahls kommt, so dass beim Einlegen in die Abkühlpresse der Dualphasenstahl eine ferritische Matrix besitzt, neben der Austenit vorhanden ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühtemperaturen > 800°C, bevorzugt 840°C, insbesondere > 870°C jedoch kleiner Ac3 des Dualphasenstahls betragen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltezeit im Ofen zwischen 0 und 600 Sekunden, bevorzugt 5 und 300 Sekunden beträgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ac3-Wert des Dualphasenstahls so hoch ist, dass sich der bei der Haltezeit und der Temperatur einstellender Austenitisierungsgrad zwischen 50 Vol.-% und 90Vol.-% liegt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrate beim Überführen des umgeformten Bauteils oder der Platine aus dem Ofen in die Abkühl- und/oder Umformpresse zwischen 5 Kelvin/sec und 500 Kelvin/sec insbesondere 5 Kelvin/sec und 100 Kelvin/sec besonders bevorzugt zwischen 10 Kelvin/sec und 70 Kelvin/sec liegt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlegetemperatur in die Presse zwischen 450 und 750°C liegt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrate in der Presse ≥ 10 Kelvin/sec beträgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als Dualphasenstahl ein Stahl verwendet wird, der 0,5 bis 1,5 % bevorzugt 0,6 bis 1,3 % Aluminium enthält.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühtemperatur so eingestellt ist, dass der Dualphasenstahl interkritisch, also zwischen seiner Ac1 und Ac3 Temperatur geglüht wird.
  10. Dualphasenstahlwerkstoff als Werkstoff für ein Tailored Welded Blank, bevorzugt zusammen mit einem hoch härtbaren Stahl, insbesondere einem Kohlenstoff-Mangan-Bor-Stahl, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff die folgende Zusammensetzung in Masse-% besitzt: C 0,02 - 0,12 %, Si 0,01 - 2,0 %, Mn 0,5 - 2,0 %, Cr 0,3 - 1,0 %, Al 0,5 - 1,5 %, Nb < 0,10 %,
    Rest Eisen und unvermeidliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
  11. Werkstoff nach Anspruch 10, wobei C= 0,04 - 0,10 Masse-%, insbesondere 0,05 - 0,08 Masse-%.
  12. Werkstoff nach Anspruch 10 oder 11, wobei Si= 0,05 - 1,50 Masse-%, insbesondere 0, 10 - 1,25 Masse-%., besonders bevorzugt 0, 50 - 1,25 Masse-%.
  13. Werkstoff nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei Mn= 0,60 - 1,50 Masse-%, insbesondere 0,70 - 1,25 Masse-%.
  14. Werkstoff nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei Cr= 0,45 - 0,80 Masse-%, insbesondere 0,55 - 0,75 Masse-%.
  15. Werkstoff nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei Al= 0,40 - 1,20 Masse-%, insbesondere 0,50 - 1,00 Masse-%, besonders bevorzugt 0,50 - 0,80 Masse-%.
  16. Werkstoff nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff bei einer Glühtemperatur von 800 bis 950°C und einer Ofenhaltezeit bis 300 Sekunden einen Austenitisierungsgrad von 50 bis 90 % besitzt und nach Abschreckhärtung ein vorhandenes Dualphasengefüge mit ferritischer Matrix und 5 bis 20 % Martensit sowie gegebenenfalls etwas Bainit besitzt.
  17. Geschweißte Platine umfassend mindestens einen Dualphasenstahlwerkstoff und einen hoch härtbaren Stahl, insbesondere einem Kohlenstoff-Mangan-Bor-Stahl, dadurch gekennzeichnet, dass der Dualphasenwerkstoff die folgende Zusammensetzung in Masse-% besitzt: C 0,02 - 0,12 %, Si 0,01 - 2,0 %, Mn 0,5 - 2,0 %, Cr 0,3 - 1,0 %, Al 0,5 - 1,5 %, Nb < 0,10 % Ti < 0,10 %
    Rest Eisen und unvermeidliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
  18. Geschweißte Platine nach Anspruch 17, wobei der Dualphasenwerkstoff C= 0,04 - 0,10 Masse-%, insbesondere 0,05 - 0,08 Masse-% enthält.
  19. Geschweißte Platine nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Dualphasenwerkstoff Si= 0,05 - 1,50 Masse-%, insbesondere 0, 10 - 1,25 Masse-%, besonders bevorzugt 0, 50 - 1,25 Masse-% enthält.
  20. Geschweißte Platine nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei der Dualphasenwerkstoff Mn= 0,60 - 1,50 Masse-%, insbesondere 0,70 bis 1,25 Masse-% enthält.
  21. Geschweißte Platine nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei der Dualphasenwerkstoff Cr= 0,45 - 0,80 Masse-%, insbesondere 0,55 - 0,75 Masse-% enthält.
  22. Geschweißte Platine nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei der Dualphasenwerkstoff Al= 0,40 - 1,20 Masse-%, insbesondere 0,50 - 1,00 Masse-%, besonders bevorzugt 0,50 - 0,80 Masse-% enthält.
  23. Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechbauteils mittels eines Presshärte- oder Formhärteverfahrens, wobei das Stahlblechbauteil dadurch erzeugt wird, dass eine Platine aus einem Dualphasenstahl kalt umgeformt wird, anschließend erhitzt wird und in einer Abkühlpresse abgeschreckt wird, oder eine Platine aus einem Dualphasenstahl auf einer Temperatur aufgeheizt wird und anschließend in einer Umform- und Abkühlpresse mit einem Hub oder mehreren Hüben zu dem Stahlblechbauteil umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dualphasenstahl verwendet wird, dessen Ac3-Wert so weit angehoben ist, dass ein interkritisches Glühen bei einer Temperatur zwischen Ac1 und Ac3 des Dualphasenstahls vorgenommen wird und es so nur zu einer Teilaustenitisierung des Dualphasenstahls kommt, so dass beim Einlegen in die Abkühlpresse der Dualphasenstahl eine ferritische Matrix besitzt, neben der Austenit vorhanden ist.
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