DE102017208254A1

DE102017208254A1 - Hot forming material, component and use

Info

Publication number: DE102017208254A1
Application number: DE102017208254.2A
Authority: DE
Inventors: Jens-Ulrik Becker; Stefan Myslowicki
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2018-11-22
Also published as: WO2018210779A1; EP3625048A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Warmumformmaterial (1) aus einem fünflagigen Werkstoffverbund umfassend eine Kernlage (1.1) aus einem härtbaren Stahl mit einem Kohlenstoffanteil C von mindestens 0,2 Gew.-%, zwei stoffschlüssig mit der Kernlage (1.1) verbundene Zwischenlagen (1.2) aus einem Stahl mit einem Chromgehalt Cr von mindestens 2 Gew.-%, welche eine kubisch-raumzentrierte oder kubisch-flächenzentrierte Gitterstruktur aufweisen, und auf den Aussenseiten der Zwischenlagen (1.2) jeweils eine stoffschlüssig mit der Zwischenlage (1.2) verbundene Decklage (1.3) aus einem Stahl mit einem Kohlenstoffanteil C von maximal 0,25 Gew.-%. Ferner betrifft die Erfindung ein Bauteil sowie eine entsprechende Verwendung.

The invention relates to a hot - forming material (1) comprising a five - layer material composite comprising a core layer (1.1) of a hardenable steel having a carbon content C of at least 0.2% by weight, two intermediate layers (1.2) connected to the core layer (1.1) in a materially closed manner a steel with a chromium content Cr of at least 2 wt .-%, which have a body-centered cubic or cubic face-centered lattice structure, and on the outer sides of the intermediate layers (1.2) each one cohesively with the intermediate layer (1.2) connected cover layer (1.3) a steel with a carbon content C of not more than 0.25% by weight. Furthermore, the invention relates to a component and a corresponding use.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein Warmumformmaterial aus einem fünflagigen Werkstoffverbund.The invention relates to a hot forming material of a five-layer composite material.

Technischer HintergrundTechnical background

In der Automobilindustrie wird nach neuen Lösungen zur Reduzierung des Fahrzeuggewichts und damit einhergehend zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs gesucht. Leichtbau ist dabei ein wesentlicher Baustein, um das Fahrzeuggewicht senken zu können. Dies kann unter anderem durch den Einsatz von Werkstoffen mit gesteigerter Festigkeit erzielt werden. Mit dem Anstieg der Festigkeit nimmt in der Regel dessen Biegevermögen ab. Um trotz gesteigerter Festigkeit zur Realisierung von Leichtbau auch den bei crashrelevanten Bauteilen erforderlichen Insassenschutz sicherzustellen, ist zu gewährleisten, dass die eingesetzten Werkstoffe die durch einen Crash eingeleitete Energie durch Deformation umwandeln können. Dies bedingt ein hohes Maß an Umformvermögen insbesondere in den crashrelevanten Bauteilen einer Fahrzeugstruktur. Eine Möglichkeit, Gewicht einzusparen, ist beispielsweise die Karosserie und/oder das Fahrwerk eines landgebundenen Fahrzeugs noch leichter, durch innovative Werkstoffe im Vergleich zu den konventionell eingesetzten Werkstoffen zu gestalten bzw. zu bauen. So können beispielsweise bauteilspezifisch konventionelle Werkstoffe durch Werkstoffe mit dünneren Wandstärken mit optimierten Eigenschaften ersetzt werden. Beispielsweise finden immer mehr Hybridwerkstoffe oder Werkstoffverbunde Einzug in der Automobilindustrie, die aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt sind, wobei jedes einzelne Material bestimmte, teils gegensätzliche Eigenschaften aufweist, die im Werkstoffverbund vereint werden, um im Werkstoffverbund im Vergleich zu den einzelnen, monolithischen Materialien verbesserte Eigenschaften zu erzielen. Werkstoffverbunde, insbesondere aus unterschiedlichen Stählen zusammengesetzt sind im Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2008 022 709 A1 oder aus der europäischen Offenlegungsschrift EP 2 886 332 A1 .The automotive industry is looking for new solutions to reduce vehicle weight and thus reduce fuel consumption. Lightweight construction is an essential element in reducing vehicle weight. This can be achieved, inter alia, by the use of materials with increased strength. As the strength increases, its bending capacity tends to decrease. In order to ensure the occupant protection required for crash-relevant components despite increased strength to realize lightweight construction, it must be ensured that the materials used can convert the energy introduced by a crash by deformation. This requires a high degree of formability, especially in the crash-relevant components of a vehicle structure. One way to save weight, for example, the body and / or the chassis of a land-based vehicle even easier to design or build by innovative materials compared to the conventionally used materials. For example, component-specific conventional materials can be replaced by materials with thinner wall thicknesses with optimized properties. For example, more and more hybrid materials or composites find their way into the automotive industry, which are composed of two or more different materials, each individual material has certain, partly opposing properties, which are combined in the composite materials to composite material in comparison to the individual, monolithic materials to achieve improved properties. Composite materials, in particular composed of different steels are known in the art, for example from the German patent application DE 10 2008 022 709 A1 or from the European patent application EP 2 886 332 A1 ,

Ein für die Warmumformung konzipierter Stahl-Werkstoffverbund wird seitens der Anmelderin unter dem Handelsnamen „Tribond®“ 1200 und 1400 vertrieben. Es wird ein höchstfester, härtbarer Stahl als Kernlage und ein duktiler Stahl als Decklagen in unterschiedlichen Materialdicken eingesetzt, um das Ziel aus hoher Festigkeit und Duktilität zu erreichen. Um bei solchen Werkstoffpaarungen ein akzeptables Restumformvermögen im pressgehärteten Zustand zu erreichen, ist eine hohe Materialdicke des duktilen Verbundpartners vorgesehen. A steel composite material designed for hot forming is marketed by the applicant under the trade names "Tribond®" 1200 and 1400. It uses a high-strength, hardenable steel as core layer and a ductile steel as cover layers in different material thicknesses to achieve the goal of high strength and ductility. In order to achieve an acceptable residual deformability in the press-hardened state in such material pairings, a high material thickness of the ductile composite partner is provided.

Dies reduziert die Festigkeit des Werkstoffverbundes auf zwei Arten: erstens ist es der duktile Anteil selbst, der hierzu führt, zweitens wird die Festigkeit des Kerns gesenkt, da im Verlauf der Fertigung (Warmwalzplattieren) und der Verarbeitung (Warmumformung) Diffusionsströme der Legierungselemente zwischen den Verbundpartnern auftreten. Beispielsweise diffundiert Kohlenstoff von der Kernlage in die Decklage, härtet diese auf und senkt dabei gleichzeitig die Festigkeit im Kernbereich. Bei Verwendung von dünnen Decklagen wird zwar eine hohe Gesamtfestigkeit erreicht, durch die Diffusionsprozesse tritt aber eine vergleichsweise starkes Aufhärten des duktilen Verbundpartners auf, so dass die Duktilitätsziele am Ende nicht erreicht werden können.This reduces the strength of the composite material in two ways: firstly, it is the ductile portion itself that leads to it, secondly, the strength of the core is lowered because during production (hot roll plating) and processing (hot working) diffusion flows of the alloying elements between the composite partners occur. For example, carbon diffuses from the core layer into the cover layer, hardens it and simultaneously reduces the strength in the core region. Although the use of thin cover layers achieves a high overall strength, the diffusion processes lead to a comparatively strong hardening of the ductile composite partner, so that the ductility objectives can not be achieved at the end.

Bei der Warmumformung werden die eingangs erwähnten Stahlwerkstoffverbunde zu Platinen zugeschnitten und auf Austenitisierungstemperatur erwärmt, um sie anschließend in einem gekühlten Werkzeug gleichzeitig warm umzuformen und abzukühlen. Durch eine intensive Abkühlung, wobei Abkühlraten von mindestens 27 K/s beim Einsatz eines 22MnB5 als Kernlage erforderlich sind, wandelt das Gefüge von Austenit vollständig in Martensit um und der zum Bauteil verarbeitete Werkstoff erhält im pressgehärteten Zustand seine angestrebte hohe Festigkeit in der Kernlage. Dieses Verfahren ist in den Fachkreisen auch unter der Bezeichnung Presshärten bekannt. Die hierzu eingesetzten Stahlwerkstoffverbunde sind beispielsweise mit einem aluminiumbasierten Überzug, insbesondere einem AlSi-Überzug versehen, um beim Erwärmen der Platine auf Austenitisierungstemperatur eine unerwünschte Zunderbildung zu vermeiden.In hot forming, the abovementioned steel-material composites are cut into blanks and heated to austenitizing temperature, in order to subsequently heat-form and cool them in a cooled mold at the same time. By intensive cooling, cooling rates of at least 27 K / s are required when using a 22MnB5 as a core layer, the structure of austenite completely converts into martensite and the material processed into the component receives its desired high strength in the core layer in the press-hardened state. This process is also known in the art as press hardening. The steel material composites used for this purpose are, for example, provided with an aluminum-based coating, in particular an AlSi coating, in order to avoid unwanted scale formation when the board is heated to austenitizing temperature.

Die Auslegung des Stahlwerkstoffverbundes für die Warmumformung erfolgte bisher auf Grundlage der mechanischen Eigenschaften. Nachteilig wirkt sich aufgrund der chemischen Zusammensetzung der Verbundpartner die Aufkohlung der äußeren Lagen während der Fertigung zum Werkstoffverbund und während der Warmumformung aus, die zu einer nicht zufriedenstellenden Festigkeit respektive Duktilität des Werkstoffverbundes führt.The design of the steel material composite for hot forming was previously based on the mechanical properties. A disadvantage is the carburization of the outer layers during manufacture for composite material and during hot forming, which leads to an unsatisfactory strength or ductility of the composite materials due to the chemical composition of the composite partners.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Warmumformmaterial bereitzustellen, welches bei der Fertigung und (Weiter-) Verarbeitung im Wesentlichen keine bis geringe Aufkohlung der äußeren Lagen erfährt.The object of the present invention is to provide a hot-forming material which undergoes essentially no to low carburization of the outer layers during production and (further) processing.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Warmumformmaterial mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This object is achieved by a hot forming material having the features of patent claim 1.

Um das beschriebene Problem bezüglich der Aufkohlung der äußeren Lagen zu umgehen und eine hohe Gesamtfestigkeit eines Werkstoffverbundes bei gleichzeitig hoher Restduktilität zu erreichen, ist es notwendig, den Zutritt von Kohlenstoff aus der Kernlage in die Decklage in geeigneter Form im Wesentlichen zu unterdrücken. Dies kann durch ein erfindungsgemäßes Warmumformmaterial aus einem fünflagigen Werkstoffverbund mit einem Aufbau Decklage-Zwischenlage-Kernlage-Zwischenlage-Decklage erreicht werden. In order to avoid the described problem with respect to the carburization of the outer layers and to achieve a high overall strength of a composite material with simultaneously high residual ductility, it is necessary to substantially suppress the access of carbon from the core layer into the cover layer in a suitable form. This can be achieved by means of a hot-forming material according to the invention made of a five-layered composite material with a cover layer-interlayer-core layer-interlayer cover layer.

Hierbei ist es die Funktion der Kernlage die Festigkeit des Werkstoffverbundes sicherzustellen. Die Zwischenlage dient einerseits als Trennschicht im Wesentlichen zur Unterdrückung des Diffusionsstroms zwischen Kern- und Decklage, andererseits trägt sie zur Sicherstellung einer ausreichenden Duktilität des Warmumformmaterials bei. Die Trennwirkung beruht darauf, dass diffundierender Kohlenstoff aus der Kernlage sich mit entsprechend affinen Legierungselementen der Zwischenlage, wie zum Beispiel Chrom in Form von Chromkarbiden im Wesentlichen grenzflächennah abbindet. Verstärkt werden kann der Trenneffekt der Zwischenlage durch eine umwandlungsfreie, ferritische (kubisch-raumzentrierte) oder austenitische (kubisch-flächenzentrierte) Gitterstruktur mit entsprechender Kohlenstofflöslichkeit. Einen weiteren Beitrag zur Duktilität liefert die verwendete Decklage. Diese hat als zusätzliche Funktion eine Abschirmung der Trennschicht gegenüber der Umgebung, so dass im späteren Einsatz die Kombination eines Bauteils aus einem erfindungsgemäßen Warmumformmaterial mit einem Bauteil, beispielsweise aus einem konventionellen Stahl, nicht zur Ausbildung eines galvanischen Elementes und damit zu einem erhöhten Korrosionsangriff am Bauteil aus konventionellem Stahl führt. Das fünflagige Warmumformmaterial umfasst dazu eine Kernlage aus einem härtbaren Stahl mit einem Kohlenstoffanteil C von mindestens 0,2 Gew.-%, zwei stoffschlüssig mit der Kernlage verbundene Zwischenlagen aus einem Stahl mit einem Chromgehalt Cr von mindestens 2 Gew.-%, welche eine kubisch-raumzentrierte oder kubisch-flächenzentrierte Gitterstruktur aufweisen, und jeweils auf den Aussenseiten der Zwischenlagen eine stoffschlüssig mit der Zwischenlage verbundene Decklage aus einem Stahl mit einem Kohlenstoffanteil C von maximal 0,25 Gew.-%.Here it is the function of the core layer to ensure the strength of the composite material. On the one hand, the intermediate layer serves as a separating layer substantially for suppressing the diffusion flow between the core and cover layers, while on the other hand it contributes to ensuring sufficient ductility of the hot-forming material. The release effect is based on the fact that diffusing carbon from the core layer essentially bonds near the surface with correspondingly affine alloy elements of the intermediate layer, such as, for example, chromium in the form of chromium carbides. The separation effect of the intermediate layer can be enhanced by a conversion-free, ferritic (cubic-body-centered) or austenitic (cubic-face-centered) lattice structure with corresponding carbon solubility. Another contribution to the ductility is provided by the top layer used. This has as an additional function a shielding of the separating layer from the environment, so that in later use, the combination of a component of a hot forming material according to the invention with a component, such as a conventional steel, not to form a galvanic element and thus to an increased corrosion attack on the component made of conventional steel. The five-layer hot forming material comprises a core layer of a hardenable steel having a carbon content C of at least 0.2 wt .-%, two cohesively bonded to the core layer intermediate layers of a steel with a chromium content Cr of at least 2 wt .-%, which is a cubic -spacezentrierte or face-centered cubic lattice structure, and in each case on the outer sides of the intermediate layers a cohesively connected to the intermediate layer cover layer of a steel having a carbon content C of not more than 0.25 wt .-%.

Das Warmumformmaterial kann band-, platten- oder blechförmig ausgeführt sein bzw. den weiteren Prozessschritten bereitgestellt werden. Das Warmumformmaterial kann somit in bestehende Standard-Prozesse der Warmumformung integriert werden, ohne Änderungen in der Prozesskette vornehmen zu müssen.The hot-forming material can be designed as a strip, plate or sheet metal or can be made available to the further process steps. The hot forming material can thus be integrated into existing standard processes of hot forming without having to make any changes in the process chain.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung des Warmumformmaterials besteht der Cr-legierte Stahl der Zwischenlagen neben Fe und herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen in Gew.-% aus
C: bis 0,35%,
Si: bis 2%,
Al: bis 2%,
Mn: bis 2%,
Cr: mindestens 2%,
Ni: bis 26%,
Mo: bis 7%,
P: bis 0,05%,
S: bis 0,05%,
Ti: bis 1%,
Nb: bis 1%,
Zr: bis 1%,
V: bis 1%.According to a first preferred embodiment of the hot-forming material, the Cr-alloyed steel of the intermediate layers is composed of Fe and, in addition to Fe, unavoidable impurities in terms of% by weight
C: up to 0.35%,
Si: up to 2%,
Al: up to 2%,
Mn: up to 2%,
Cr: at least 2%,
Ni: up to 26%,
Mo: up to 7%,
P: up to 0.05%,
S: up to 0.05%,
Ti: up to 1%,
Nb: up to 1%,
Zr: up to 1%,
V: up to 1%.

C liegt mit maximal 0,35 Gew.-%, insbesondere maximal 0,20 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,15 Gew.-%, weiter bevorzugt maximal 0,10 Gew.-% vor.C is present at not more than 0.35% by weight, in particular not more than 0.20% by weight, preferably not more than 0.15% by weight, more preferably not more than 0.10% by weight.

Si und Al liegen jeweils mit maximal 2 Gew.-%, insbesondere maximal 1,5 Gew.-%, bevorzugt maximal 1 Gew.-%, weiter bevorzugt maximal 0,5 Gew.-% vor, um insbesondere die Schweißbarkeit zu begünstigen. Al und/oder Si können auch nur als Verunreinigung und/oder normale Begleiter enthalten sein.Si and Al are each present at a maximum of 2 wt .-%, in particular at most 1.5 wt .-%, preferably at most 1 wt .-%, more preferably at most 0.5 wt .-% before, in particular to promote weldability. Al and / or Si may also be included only as an impurity and / or normal companion.

Mn ist auf maximal 2 Gew.-%, insbesondere maximal 1,5 Gew.-%, bevorzugt maximal 1 Gew.-%, weiter bevorzugt maximal 0,8 Gew.-% beschränkt und kann mit einem Gehalt von mindestens 0,01 Gew.-% positiv Einfluss nehmen auf die Einstellung der Festigkeit.Mn is limited to not more than 2% by weight, in particular not more than 1.5% by weight, preferably not more than 1% by weight, more preferably not more than 0.8% by weight, and may contain at least 0.01% by weight .-% positively influence the adjustment of the strength.

Cr ist ein Ferritbildner und dient zur Abbindung von eindiffundierendem C aus der Kernlage und liegt mit mindestens 2 Gew.-%, insbesondere mindestens 8 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 10,5 Gew.-% vor und ist auf maximal 30 Gew.-%, insbesondere maximal 27 Gew.-%, vorzugsweise maximal 25 Gew.-% beschränkt.Cr is a ferrite former and serves to bind diffusing C from the core layer and is present in at least 2% by weight, in particular at least 8% by weight, preferably at least 10.5% by weight, and is not more than 30% by weight. %, in particular at most 27 wt .-%, preferably at most 25 wt .-% limited.

Ni ist ein Austenitbildner und kann einen Beitrag zur Steigerung von Festigkeit und Duktilität liefern und kann mit einem Anteil von maximal 26 Gew.-%, insbesondere maximal 18 Gew.-%, vorzugsweise maximal 12 Gew.-% vorliegen. Zur Sicherstellung einer stabilen austenitischen Gitterstruktur (kubisch-flächenzentrierte Gitterstruktur) sollte ein Anteil von mindestens 8,5 Gew.-% nicht unterschritten werden.Ni is an austenite former and may contribute to increasing strength and ductility and may be present at a level of at most 26% by weight, especially at most 18% by weight, preferably at most 12% by weight. To ensure a stable austenitic lattice structure (cubic-face-centered lattice structure), a proportion of at least 8.5% by weight should not be undercut.

Mo ist auf maximal 7 Gew.-% und kann auch weiter insbesondere auf maximal 3 Gew.-%, vorzugsweise maximal 1 Gew.-% beschränkt werden, da in den Zwischenlagen kein Korrosionsschutz erforderlich ist. Mit einem Gehalt von mindestens 0,01 Gew.-% kann Mo positiv Einfluss nehmen auf die Festigkeit.Mo is at a maximum of 7 wt .-% and can be further limited in particular to a maximum of 3 wt .-%, preferably at most 1 wt .-%, since in the intermediate layers no corrosion protection is required. With a content of at least 0.01% by weight, Mo can positively influence the strength.

Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, wenn ein Anteil an Ti, Nb, Zr und/oder V vorhanden ist, der in Summe größer ist als die herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei die Legierungselemente jeweils auf maximal 1 Gew.-% beschränkt sind, und insbesondere im Bereich von 0,1 bis 2,0 Gew.-%, bevorzugt 0,25 bis 1,5 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,3 bis 1,2 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Ti, Nb, Zr und V, liegt. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass der Cr-legierte Stahl alle vier der genannten Legierungselemente enthält, sondern es ist auch möglich, dass sich der Gehalt nur durch eines, zwei oder drei der genannten Legierungselemente ergibt. Die Elemente Ti, Nb, Zr und V sorgen durch ihre gegenüber Cr bevorzugte Bindung an N dafür, dass der ferritbildende freie Cr-Gehalt nicht durch Nitridbildung reduziert wird. In addition, it may be advantageous if a proportion of Ti, Nb, Zr and / or V is present, which is greater in total than the production-unavoidable impurities, the alloying elements are each limited to a maximum of 1 wt .-%, and in particular in the range from 0.1 to 2.0% by weight, preferably 0.25 to 1.5% by weight and particularly preferably 0.3 to 1.2% by weight, based on the total amount of Ti, Nb, Zr and V, lies. In this case, it is not necessary for the Cr-alloyed steel to contain all four of the above-mentioned alloying elements, but it is also possible that the content results only from one, two or three of said alloying elements. The elements Ti, Nb, Zr and V, by virtue of their preferred binding to N over Cr, ensure that the ferrite-forming free Cr content is not reduced by nitride formation.

Beispielhafte Vertreter für Cr-legierte Stähle sind handelsübliche Stähle der Gruppe mit der Bezeichnung 1.4XXX, mit einem umwandlungsfreien, ferritischen (kubisch-raumzentriert) Gefüge, beispielsweise 1.4509, 1.4510, 1.4511 oder 1.4613 oder mit einem umwandlungsfreien, austenitschen (kubisch-flächenzentriert) Gefüge beispielsweise 1.4306, 1.4577 oder 1.4541.Exemplary representatives of Cr-alloyed steels are commercial steels of the group designated 1.4XXX, with a conversion-free, ferritic (body-centered cubic) structure, for example 1.4509, 1.4510, 1.4511 or 1.4613 or with a conversion-free, austenitic (cubic-face centered) structure for example, 1.4306, 1.4577 or 1.4541.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Warmumformmaterials besteht der härtbare Stahl der Kernlage neben Fe und herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen in Gew.-% aus
C: 0,2 - 0,8 %,
Si: bis 0,5 %,
Mn: 0,5 - 2,0 %,
P: bis 0,06 %,
S: bis 0,03 %,
Al: bis 0,2 %,
Cr+Mo: bis 1,0 %,
Cu: bis 0,2%,
N: bis 0,01 %,
Nb+Ti: bis 0,2 %,
Ni: bis 0,4 %,
V: bis 0,2 %,
B: bis 0,01 %,
As: bis 0,02 %,
Ca: bis 0,01 %,
Co: bis 0,02 %,
Sn: bis 0,05 %.According to a further embodiment of the hot-forming material, the hardenable steel of the core layer consists of Fe and production-related unavoidable impurities in% by weight
C: 0.2-0.8%,
Si: up to 0.5%,
Mn: 0.5-2.0%,
P: up to 0.06%,
S: up to 0.03%,
Al: up to 0.2%,
Cr + Mo: up to 1.0%,
Cu: up to 0.2%,
N: up to 0.01%,
Nb + Ti: up to 0.2%,
Ni: up to 0.4%,
V: up to 0.2%,
B: up to 0.01%,
As: to 0.02%,
Ca: up to 0.01%,
Co: up to 0.02%,
Sn: up to 0.05%.

C ist ein festigkeitssteigerndes Legierungselement und trägt mit zunehmendem Gehalt zur Festigkeitssteigerung bei, so dass ein Gehalt von mindestens 0,2 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,28 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,33 Gew.-%, weiter bevorzugt von mindestens 0,37 Gew.-%, besonders bevorzugt von mindestens 0,42 Gew.-% vorhanden ist, um die gewünschte Festigkeit zu erreichen bzw. einzustellen. Mit höherer Festigkeit nimmt auch die Sprödigkeit zu, so dass der Gehalt auf maximal 0,8 Gew.-%, insbesondere maximal 0,75 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0,68 Gew.-%, weiter bevorzugt maximal 0,65 Gew.-%, besonders bevorzugt maximal 0,62 Gew.-% beschränkt ist, um die Werkstoffeigenschaften nicht negativ zu beeinflussen und eine ausreichende Schweißbarkeit sicherzustellen.C is a strength-increasing alloying element and contributes to an increase in strength to increase the strength, so that a content of at least 0.2 wt .-%, in particular of at least 0.28 wt .-%, preferably of at least 0.33 wt .-%, more preferably at least 0.37 wt .-%, particularly preferably at least 0.42 wt .-% is present in order to achieve or set the desired strength. With a higher strength, the brittleness increases, so that the content to a maximum of 0.8 wt .-%, in particular at most 0.75 wt .-%, preferably at most 0.68 wt .-%, more preferably at most 0.65 wt .-%, more preferably not more than 0.62 wt .-% is limited in order not to adversely affect the material properties and to ensure sufficient weldability.

Si ist ein Legierungselement, das zur Mischkristallhärtung beiträgt und wirkt sich je nach Gehalt positiv in einer Festigkeitssteigerung aus, so dass ein Gehalt von mindestens 0,05 Gew.-% vorhanden ist. Das Legierungselement ist auf maximal 0,5 Gew.-%, insbesondere maximal 0,45 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0,4 Gew.-% beschränkt, um eine ausreichende Walzbarkeit sicherzustellen.Si is an alloying element that contributes to solid solution hardening and, depending on the content, has a positive effect on an increase in strength, so that a content of at least 0.05% by weight is present. The alloying element is limited to a maximum of 0.5% by weight, in particular a maximum of 0.45% by weight, preferably a maximum of 0.4% by weight, in order to ensure sufficient rolling capability.

Mn ist ein Legierungselement, das zur Härtbarkeit beiträgt und sich positiv auf die Zugfestigkeit auswirkt, insbesondere zum Abbinden von S zu MnS, so dass ein Gehalt von mindestens 0,5 Gew.-% vorhanden ist. Das Legierungselement ist auf maximal 2,0 Gew.-%, insbesondere maximal 1,7 Gew.-%, vorzugsweise maximal 1,5 Gew.-% beschränkt, um eine ausreichende Schweißbarkeit sicherzustellen.Mn is an alloying element which contributes to hardenability and has a positive effect on the tensile strength, in particular for the setting of S to MnS, so that a content of at least 0.5% by weight is present. The alloying element is limited to a maximum of 2.0% by weight, in particular a maximum of 1.7% by weight, preferably a maximum of 1.5% by weight, in order to ensure sufficient weldability.

Al kann als Legierungselement zur Desoxidation beitragen, wobei ein Gehalt mit mindestens 0,01 Gew.-%, insbesondere mit 0,015 Gew.-% vorhanden sein kann. Das Legierungselement ist auf maximal 0,2 Gew.-%, insbesondere maximal 0,15 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0,1 Gew.-% beschränkt, um Ausscheidungen im Werkstoff insbesondere in Form von nichtmetallischen oxidischen Einschlüssen im Wesentlichen zu reduzieren und/oder zu vermeiden, welche negativ die Werkstoffeigenschaften beeinflussen können. Beispielsweise kann der Gehalt zwischen 0,02 und 0,06 Gew.-% eingestellt sein.Al may contribute as an alloying element for deoxidation, wherein a content of at least 0.01 wt .-%, in particular 0.015 wt .-% may be present. The alloying element is limited to not more than 0.2% by weight, in particular not more than 0.15% by weight, preferably not more than 0.1% by weight, in order essentially to reduce precipitations in the material, in particular in the form of non-metallic oxidic inclusions / or to avoid which can adversely affect the material properties. For example, the content can be adjusted between 0.02 and 0.06 wt .-%.

Cr kann als Legierungselement je nach Gehalt auch zur Einstellung der Festigkeit, insbesondere positiv zur Härtbarkeit beitragen, beispielsweise mit einem Gehalt von mindestens 0,05 Gew.-%. Das Legierungselement ist auf maximal 1,0 Gew.-%, insbesondere maximal 0,8 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0,7 Gew.-% beschränkt, um eine ausreichende Schweißbarkeit sicherzustellen.Depending on the content, Cr may also contribute to the setting of the strength, in particular to the hardenability, as an alloying element, for example with a content of at least 0.05% by weight. The alloying element is limited to a maximum of 1.0% by weight, in particular a maximum of 0.8% by weight, preferably a maximum of 0.7% by weight, in order to ensure sufficient weldability.

B kann als Legierungselement zur Härtbarkeit und Festigkeitssteigerung beitragen, insbesondere wenn N abgebunden wird und kann mit einem Gehalt von mindestens 0,0008 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,001 Gew.-% vorhanden sein. Das Legierungselement kann auf maximal 0,01 Gew.-%, insbesondere auf maximal 0,008 Gew.-% beschränkt, da höhere Gehalte sich nachteilig auf die Werkstoffeigenschaften auswirken und eine Reduzierung der Härte und/oder Festigkeit im Werkstoff zur Folge hätte.B can contribute to hardenability and increase in strength as an alloying element, in particular when N is set and can be present at a level of at least 0.0008% by weight, in particular of at least 0.001% by weight. The alloying element can be limited to a maximum of 0.01% by weight, in particular to a maximum of 0.008% by weight, since higher contents have an adverse effect on the material properties and would result in a reduction of hardness and / or strength in the material.

Ti und Nb können als Legierungselemente einzeln oder in Kombination zur Kornfeinung und/oder N-Abbindung zulegiert werden, insbesondere wenn Ti mit einem Gehalt von mindestens 0,005 Gew.-% vorhanden ist. Zur vollständigen Abbindung von N wäre der Gehalt an Ti mit mindestens 3,42*N vorzusehen. Die Legierungselemente sind in Kombination auf maximal 0,2 Gew.-%, insbesondere maximal 0,15 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0,1 Gew.-% beschränkt, da höhere Gehalte sich nachteilig auf die Werkstoffeigenschaften, insbesondere sich negativ auf die Zähigkeit des Werkstoffs auswirken. Ti and Nb may be alloyed as alloying elements singly or in combination for grain refining and / or N-setting, especially when Ti is present at a level of at least 0.005 wt%. For complete setting of N, the content of Ti should be at least 3.42 * N. The alloying elements are limited in combination to a maximum of 0.2 wt .-%, in particular a maximum of 0.15 wt .-%, preferably at most 0.1 wt .-%, since higher contents are disadvantageous to the material properties, in particular negative on the Toughness of the material.

Mo, V, Cu, Ni, Sn, Ca, Co, As, N, P oder S sind Legierungselemente, die einzeln oder in Kombination, wenn sie nicht gezielt zur Einstellung spezieller Eigenschaften zulegiert werden, zu den Verunreinigungen gezählt werden können. Die Gehalte sind beschränkt auf maximal 0,2 Gew.-% Mo, auf maximal 0,2 Gew.-% V, auf maximal 0,2 Gew.-% Cu, auf maximal 0,4 Gew.-% Ni, auf maximal 0,05 Gew.-% Sn, auf maximal 0,01 Gew.-% Ca, auf maximal 0,02 Gew.-% Co, auf maximal 0,02 Gew.-% As, auf maximal 0,01 Gew.-% N, auf maximal 0,06 Gew.-% P, auf maximal 0,03 Gew.-% S.Mo, V, Cu, Ni, Sn, Ca, Co, As, N, P, or S are alloying elements that can be counted as impurities individually or in combination, unless they are specifically added to set specific properties. The contents are limited to a maximum of 0.2% by weight Mo, to a maximum of 0.2% by weight V, to a maximum of 0.2% by weight Cu, to a maximum of 0.4% by weight Ni, to a maximum 0.05% by weight of Sn, to a maximum of 0.01% by weight of Ca, to a maximum of 0.02% by weight of Co, to a maximum of 0.02% by weight of As, to a maximum of 0.01% by weight. % N, to a maximum of 0.06 wt% P, to a maximum of 0.03 wt% S.

Der härtbare Stahl der Kernlage des Warmumformmaterials weist somit im pressgehärteten Zustand eine Zugfestigkeit > 1500 MPa und/oder eine Härte > 465 HV10, insbesondere eine Zugfestigkeit > 1700 MPa und/oder eine Härte > 520 HV10, vorzugsweise eine Zugfestigkeit > 1900 MPa und/oder eine Härte > 575 HV10, weiter bevorzugt eine Zugfestigkeit > 2100 MPa und/oder eine Härte > 630 HV10 auf. Das Gefüge im pressgehärteten Zustand besteht mindestens zu 90%, vorzugsweise mindestens zu 95%, weiter bevorzugt mindestens zu 98% aus Martensit und/oder Martensit-Bainit und kann im Übergangsbereich zur Zwischenlage auch Ferrit enthalten.The hardenable steel of the core layer of the hot-forming material thus has a tensile strength> 1500 MPa and / or a hardness> 465 HV10 in the press-hardened state, in particular a tensile strength> 1700 MPa and / or a hardness> 520 HV10, preferably a tensile strength> 1900 MPa and / or a hardness> 575 HV10, more preferably a tensile strength> 2100 MPa and / or a hardness> 630 HV10. The microstructure in the press-hardened state consists of at least 90%, preferably at least 95%, more preferably at least 98%, of martensite and / or martensite bainite and may also contain ferrite in the transition region to the intermediate layer.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Warmumformmaterials besteht der Stahl der Decklagen neben Fe und herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen in Gew.-% aus
C: bis 0,25 %,
Si: bis 1,0 %,
Mn: bis 3,0 %,
P: bis 0,1 %,
S: bis 0,06 %,
Al: 0,01-1,0 %,
Cr+Mo: bis 1,5 %,
Cu: bis 0,3%,
N: bis 0,01 %,
Ni: bis 0,3 %,
Nb+Ti: bis 0,25 %,
V: bis 0,05 %,
B: bis 0,01 %,
Sn: bis 0,05 %,
Ca: bis 0,01 %,
Co: bis 0,02 %.According to a further embodiment of the hot-forming material, the steel of the cover layers is composed of Fe and production-related unavoidable impurities in% by weight
C: up to 0.25%,
Si: up to 1.0%,
Mn: up to 3.0%,
P: to 0.1%,
S: up to 0.06%,
Al: 0.01-1.0%,
Cr + Mo: up to 1.5%,
Cu: up to 0.3%,
N: up to 0.01%,
Ni: up to 0.3%,
Nb + Ti: up to 0.25%,
V: up to 0.05%,
B: up to 0.01%,
Sn: up to 0.05%,
Ca: up to 0.01%,
Co: up to 0.02%.

Zur Erhöhung der Festigkeit im oberflächennahen Bereich respektive in den Decklagen mit einer gleichzeitig moderaten Restduktilität liegt C als Legierungselement mit maximal 0,25 Gew.-% vor. Der C-Gehalt liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,003 - 0,19 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,01 - 0,17 Gew.-% vor.To increase the strength in the near-surface region or in the cover layers with a moderate residual ductility at the same time, C is present as an alloying element with a maximum of 0.25% by weight. The C content is for example in the range between 0.003 to 0.19 wt .-%, in particular between 0.01 to 0.17 wt .-% before.

Si ist ein Legierungselement, das zur Mischkristallhärtung beitragen kann und sich positiv in einer Festigkeitssteigerung aus, so dass ein Gehalt von mindestens 0,01 Gew.-% vorhanden sein kann. Das Legierungselement ist auf maximal 1,0 Gew.-%, insbesondere maximal 0,9 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0,8 Gew.-% beschränkt, um eine ausreichende Walzbarkeit und/oder Oberflächenqualität sicherzustellen.Si is an alloying element capable of contributing to solid solution hardening and positively increasing in strength so that a content of at least 0.01% by weight may be present. The alloying element is limited to not more than 1.0% by weight, in particular not more than 0.9% by weight, preferably not more than 0.8% by weight, in order to ensure adequate rolling and / or surface quality.

Mn ist ein Legierungselement, das zur Härtbarkeit beiträgt und kann sich positiv auf die Zugfestigkeit auswirken, insbesondere zum Abbinden von S zu MnS, so dass ein Gehalt von mindestens 0,05 Gew.-% vorhanden sein kann. Das Legierungselement ist auf maximal 3,0 Gew.-%, insbesondere maximal 2,8 Gew.-%, vorzugsweise maximal 2,6 Gew.-% beschränkt, um eine ausreichende Schweißbarkeit sicherzustellen.Mn is an alloying element that contributes to hardenability and can have a positive effect on the tensile strength, in particular for setting S to MnS, so that a content of at least 0.05% by weight may be present. The alloying element is limited to a maximum of 3.0% by weight, in particular a maximum of 2.8% by weight, preferably a maximum of 2.6% by weight, in order to ensure sufficient weldability.

Al trägt als Legierungselement zur Desoxidation bei, wobei ein Gehalt mit mindestens 0,01 Gew.-%, insbesondere mit 0,015 Gew.-% vorhanden ist. Al ist auf maximal 1,0 Gew.-%, insbesondere maximal 0,9 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0,8 Gew.-%, beschränkt ist, um Ausscheidungen im Werkstoff insbesondere in Form von nichtmetallischen oxidischen Einschlüssen im Wesentlichen zu reduzieren und/oder zu vermeiden, welche negativ die Werkstoffeigenschaften beeinflussen können.Al contributes as an alloying element to the deoxidation, wherein a content of at least 0.01 wt .-%, in particular 0.015 wt .-% is present. Al is limited to a maximum of 1.0% by weight, in particular a maximum of 0.9% by weight, preferably a maximum of 0.8% by weight, in order essentially to reduce precipitations in the material, in particular in the form of non-metallic oxidic inclusions and / or to avoid which can adversely affect the material properties.

Cr kann als Legierungselement je nach Gehalt auch zur Einstellung der Festigkeit beitragen und kann mit einem Gehalt insbesondere von mindestens 0,05 Gew.-% vorliegen und auf maximal 1,0 Gew.-%, insbesondere maximal 0,9 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0,8 Gew.-% beschränkt sein, um eine im Wesentlichen vollständige Beschichtbarkeit der Oberfläche gewährleisten zu können.Depending on the content, Cr may also contribute to the adjustment of the strength as an alloying element and may be present in a content of in particular of at least 0.05% by weight and to a maximum of 1.0% by weight, in particular not more than 0.9% by weight. preferably be limited to a maximum of 0.8 wt .-% in order to ensure a substantially complete coatability of the surface can.

B kann als Legierungselement zur Härtbarkeit und Festigkeitssteigerung beitragen, insbesondere wenn N abgebunden wird und kann mit einem Gehalt von mindestens 0,0008 Gew.-% vorliegen. Das Legierungselement kann auf maximal 0,01 Gew.-%, insbesondere auf maximal 0,005 Gew.-% beschränkt, da höhere Gehalte sich nachteilig auf die Werkstoffeigenschaften auswirken und eine Reduzierung der Härte und/oder Festigkeit im Werkstoff zur Folge hätte.B may contribute to hardenability and strength enhancement as an alloying element, especially when N is set and may be present at a level of at least 0.0008% by weight. The alloying element can be limited to a maximum of 0.01% by weight, in particular to a maximum of 0.005% by weight, since higher contents have an adverse effect on the material properties and would result in a reduction of the hardness and / or strength in the material.

Ti und Nb können als Legierungselemente einzeln oder in Kombination zur Kornfeinung und/oder N-Abbindung zulegiert werden, mit Gehalten insbesondere von mindestens 0,001 Gew.-% Ti und/oder von mindestens 0,001 Gew.-% Nb. Zur vollständigen Abbindung von N wäre der Gehalt an Ti mit mindestens 3,42*N vorzusehen. Die Legierungselemente sind in Kombination auf maximal 0,25 Gew.-%, insbesondere maximal 0,2 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0,15 Gew.-% beschränkt, da höhere Gehalte sich nachteilig auf die Werkstoffeigenschaften, insbesondere sich negativ auf die Zähigkeit des Werkstoffs auswirken. Ti and Nb can be alloyed as alloying elements individually or in combination for grain refining and / or N-setting, with contents in particular of at least 0.001% by weight of Ti and / or of at least 0.001% by weight of Nb. For complete setting of N, the content of Ti should be at least 3.42 * N. The alloying elements in combination are limited to a maximum of 0.25% by weight, in particular not more than 0.2% by weight, preferably not more than 0.15% by weight, since higher contents have a disadvantageous effect on the material properties, in particular adversely on the Toughness of the material.

Mo, V, Cu, Ni, Sn, Ca, Co, N, P oder S sind Legierungselemente, die einzeln oder in Kombination, wenn sie nicht gezielt zur Einstellung spezieller Eigenschaften zulegiert werden, zu den Verunreinigungen und/oder normale Begleiter gezählt werden können. Die Gehalte sind beschränkt auf maximal 0,15 Gew.-% Mo, auf maximal 0,05 Gew.-% V, auf maximal 0,3 Gew.-% Cu, auf maximal 0,3 Gew.-% Ni, auf maximal 0,05 Gew.-% Sn, auf maximal 0,01 Gew.-% Ca, auf maximal 0,02 Gew.-% Co, auf maximal 0,01 Gew.-% N, auf maximal 0,1 Gew.-% P, auf maximal 0,06 Gew.-% S.Mo, V, Cu, Ni, Sn, Ca, Co, N, P, or S are alloying elements that can be counted, individually or in combination, as impurities and / or normal companions unless specifically added to set specific properties , The contents are limited to a maximum of 0.15% by weight Mo, to a maximum of 0.05% by weight V, to a maximum of 0.3% by weight Cu, to a maximum of 0.3% by weight Ni, to a maximum 0.05 wt .-% Sn, to a maximum of 0.01 wt .-% Ca, to a maximum of 0.02 wt .-% Co, to a maximum of 0.01 wt .-% N, to a maximum of 0.1 wt. % P, to a maximum of 0.06% by weight S.

Beispielsweise kann der Stahl der Decklagen ebenfalls aus einem härtbaren Stahl bestehen.For example, the steel of the cover layers may also consist of a hardenable steel.

Der Stahl der Decklagen des Warmumformmaterials weist somit im pressgehärteten Zustand eine Zugfestigkeit < 1520 MPa und/oder eine Härte < 470 HV10, insbesondere eine Zugfestigkeit < 1200 MPa und/oder eine Härte < 370 HV10, vorzugsweise eine Zugfestigkeit < 1000 MPa und/oder eine Härte < 310 HV10, bevorzugt Zugfestigkeit < 800 MPa und/oder eine Härte < 250, besonders bevorzugt eine Zugfestigkeit < 600 MPa und/oder eine Härte < 190 HV10. HV entspricht der Vickershärte und wird nach DIN EN ISO 6507-1:2005 bis -4: 2005 ermittelt.The steel of the cover layers of the hot-forming material thus has a tensile strength <1520 MPa and / or a hardness <470 HV10 in the press-hardened state, in particular a tensile strength <1200 MPa and / or a hardness <370 HV10, preferably a tensile strength <1000 MPa and / or a Hardness <310 HV10, preferably tensile strength <800 MPa and / or a hardness <250, more preferably a tensile strength <600 MPa and / or a hardness <190 HV10. HV corresponds to the Vickers hardness and is determined according to DIN EN ISO 6507-1: 2005 to -4: 2005.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Warmumformmaterials weisen die Decklagen jeweils eine Materialdicke < 32 %, insbesondere < 22 %, vorzugsweise < 15 % bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Warmumformmaterials und die Zwischenlagen jeweils eine Materialdicke < 11 %, insbesondere < 7 %, vorzugsweise < 4 % bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Warmumformmaterials auf. Die Decklagen weisen eine Materialdicke von jeweils mindestens 5 %, insbesondere von mindestens 8 % pro Seite bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Warmumformmaterials auf. Die Zwischenlagen weisen eine Materialdicke von jeweils mindestens 0,5 %, insbesondere von mindestens 1 % pro Seite bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Warmumformmaterials auf. Das Warmumformmaterial respektive der fünflagige Werkstoffverbund weist eine Gesamtmaterialdicke zwischen 0,5 und 8,0 mm, insbesondere zwischen 1,2 und 5,0 mm und vorzugsweise zwischen 1,5 und 4,0 mm auf.According to a further embodiment of the hot-forming material, the cover layers each have a material thickness <32%, in particular <22%, preferably <15% based on the total material thickness of the hot-forming material and the intermediate layers each have a material thickness <11%, in particular <7%, preferably <4%. based on the total material thickness of the hot-forming material. The cover layers have a material thickness of at least 5%, in particular of at least 8%, per side, based on the total material thickness of the hot-forming material. The intermediate layers have a material thickness of at least 0.5%, in particular of at least 1% per side, based on the total material thickness of the hot-forming material. The hot-forming material or the five-layer composite material has a total material thickness between 0.5 and 8.0 mm, in particular between 1.2 and 5.0 mm and preferably between 1.5 and 4.0 mm.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Warmumformmaterials ist der Werkstoffverbund mittels Plattieren, insbesondere Walzplattieren, vorzugsweise Warmwalzplattieren oder mittels Gießen hergestellt. Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Warmumformmaterial mittels Warmwalzplattieren, wie es beispielsweise in der deutschen Patentschrift DE 10 2005 006 606 B3 offenbart ist, hergestellt. Es wird Bezug auf diese Patentschrift genommen, deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird. Alternativ kann das erfindungsgemäße Warmumformmaterial mittels Gießen hergestellt werden, wobei eine Möglichkeit zu seiner Herstellung in der japanischen Offenlegungsschrift JP-A 03 133 630 offenbart ist. Die metallische Werkstoffverbundherstellung ist allgemein aus dem Stand der Technik bekannt.According to a further embodiment of the hot-forming material, the material composite is produced by means of plating, in particular roll-cladding, preferably hot-rolled cladding or by casting. The hot-forming material according to the invention is preferably by means of hot-roll cladding, as described, for example, in German Pat DE 10 2005 006 606 B3 is disclosed. Reference is made to this patent, the contents of which are hereby incorporated by reference. Alternatively, the hot-working material of the present invention may be produced by casting, with a possibility of its production being disclosed in Japanese Laid-Open Publication JP-A 03 133 630 is disclosed. Metallic composite fabrication is generally known in the art.

Um das Leichtbaupotenzial höchstfester Warmumformmaterialien nutzen zu können, insbesondere ohne auf spätere Zusatzmaßnahmen, wie ein Strahlen zur Zunderentfernung, zurückgreifen zu müssen und eine gewisse Barrierewirkung bezüglich Korrosion anbieten zu können, ist das Warmumformmaterial gemäß einer weiteren Ausgestaltung ein- oder beidseitig mit einem Korrosionsschutzüberzug, insbesondere mit einem zinkbasierten oder aluminiumbasierten Überzug, vorzugsweise mit einem AlSi-Überzug versehen, so dass die aus dem Warmumformmaterial hergestellten Bauteile zum späteren Einbau ohne weiteren Aufwand in eine Fahrzeugstruktur beispielsweise widerstandspunktverschweißt werden können und eine ausreichende Lackhaftung besitzen.In order to use the lightweight construction potential of high-strength hot-forming materials, in particular without having to fall back on subsequent additional measures, such as blasting for scale removal and to offer a certain barrier effect with respect to corrosion, the hot-forming material according to a further embodiment on one or both sides with a corrosion protection coating, in particular with a zinc-based or aluminum-based coating, preferably provided with an AlSi coating, so that the components produced from the hot forming material for later installation without further effort in a vehicle structure, for example, can be resistance point welded and have sufficient paint adhesion.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Bauteil hergestellt aus einem erfindungsgemäßen Warmumformmaterial mittels Presshärten, insbesondere zur Herstellung einer Komponente für den Automobilbau, Eisenbahn-, Schiffbau oder Luft- und Raumfahrt. Das pressgehärtete Warmumformmaterial weist nur geringe Veränderungen in den Eigenschaften der einzelnen Lagen (Verbundpartner) im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Werkstoffverbunden bei gleichzeitig hoher Festigkeit und Duktilität im oberflächennahen Bereich respektive in den Decklagen auf.According to a second aspect, the invention relates to a component made from a hot-forming material according to the invention by means of press hardening, in particular for the production of a component for the automotive, railway, shipbuilding or aerospace industry. The press-hardened hot-forming material has only slight changes in the properties of the individual layers (composite partners) in comparison to the known from the prior art material composites with high strength and ductility in the near-surface region and in the cover layers.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Bauteils hergestellt aus dem erfindungsgemäßen Warmumformmaterial in einer Karosserie oder im Fahrwerk eines landgebundenen Fahrzeugs. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um Personenkraftwagen, Nutzfahrzeuge oder Busse, sei es mit Verbrennungsmotor, rein elektrisch betriebene oder hybridbetriebene Fahrzeuge. Die Bauteile können als Längs- oder Querträger oder Säulen im landgebundenen Fahrzeug verwendet werden, beispielsweise sind sie als Profile ausgebildet, insbesondere als Crashprofil im Stoßfänger, Schweller, Seitenaufprallträger oder in Bereichen, in denen keine bis geringe Deformationen/Intrusionen im Crashfall gefordert werden.According to a third aspect, the invention relates to a use of a component produced from the hot-forming material according to the invention in a body or in the chassis of a land-bound vehicle. These are preferably passenger cars, commercial vehicles or buses, be it with an internal combustion engine, purely electrically powered or hybrid-powered vehicles. The components can be used as longitudinal or transverse beams or columns in the land-bound vehicle used, for example, they are designed as profiles, in particular as a crash profile in the bumper, sills, side impact beams or in areas where no to small deformations / intrusions in the event of a crash are required.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand einer Figur und Beispielen näher erläutert. Es zeigt:

1) einen schematischen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Warmumformmaterial.

The present invention will be explained in more detail below with reference to a figure and examples. It shows:

1 ) A schematic section through an inventive hot-forming material.

Beschreibung der bevorzugten AusführungsformDescription of the preferred embodiment

In der einzigen Figur ist eine schematische Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Warmumformmaterial (1) gezeigt. Das erfindungsgemäße Warmumformmaterial (1) umfasst eine Kenlage (1.1) aus einem härtbaren Stahl mit einem Kohlenstoffanteil C von mindestens 0,2 Gew.-%, welche im pressgehärteten Zustand eine Zugfestigkeit > 1500 MPa und/oder eine Härte > 465 HV10, insbesondere eine Zugfestigkeit > 1700 MPa und/oder eine Härte > 520 HV10, vorzugsweise eine Zugfestigkeit > 1900 MPa und/oder eine Härte > 575 HV10, weiter bevorzugt eine Zugfestigkeit > 2100 MPa und/oder eine Härte > 630 HV10 aufweist, zwei stoffschlüssig mit der Kernlage (1.1) verbundene Zwischenlagen (1.2) aus einem Stahl mit einem Chromgehalt Cr von mindestens 2 Gew.-%, welche eine kubisch-raumzentrierte (austenische) oder kubisch-flächenzentrierte (ferritische) Gitterstruktur aufweisen, und auf den Aussenseiten der Zwischenlagen (1.2) jeweils eine stoffschlüssig mit der Zwischenlage (1.2) verbundene Decklage (1.3) aus einem Stahl mit einem Kohlenstoffanteil C von maximal 0,25 Gew.-%, welche im pressgehärteten Zustand eine Zugfestigkeit < 1520 MPa und/oder eine Härte < 470 HV10, insbesondere eine Zugfestigkeit < 1200 MPa und/oder eine Härte < 370 HV10, vorzugsweise eine Zugfestigkeit < 1000 MPa und/oder eine Härte < 310 HV10, bevorzugt Zugfestigkeit < 800 MPa und/oder eine Härte < 250, besonders bevorzugt eine Zugfestigkeit < 600 MPa und/oder eine Härte < 190 HV10 aufweist. Zur Bereitstellung eines Zunderschutzes/Korrosionsschutzes sind die freien Oberflächen der Decklagen (1.3) des Warmumformmaterials (1) mit einem Korrosionsschutzüberzug (1.4), insbesondere mit einem zinkbasierten oder aluminiumbasierten Überzug, vorzugsweise mit einem AlSi-Überzug versehen. Die Materialdicke der Decklagen (1.3) beträgt pro Seite mindestens 5 % und maximal 30 %, vorzugsweise mindestens 7,5 % und maximal 15 % bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Warmumformmaterials (1) und die Materialdicke der Zwischenlagen (1.2) beträgt pro Seite mindestens 0,5 % und maximal 11 %, vorzugsweise mindestens 1 % und maximal 7 % bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Warmumformmaterials (1), wobei das Warmumformmaterial (1) beispielsweise eine Gesamtmaterialdicke zwischen 0,5 und 8 mm aufweisen kann.In the single figure is a schematic sectional view through an inventive hot-forming material ( 1 ). The hot-forming material according to the invention ( 1 ) includes a Kenlage ( 1.1 ) of a hardenable steel having a carbon content C of at least 0.2 wt .-%, which in the press-hardened state, a tensile strength> 1500 MPa and / or a hardness> 465 HV10, in particular a tensile strength> 1700 MPa and / or a hardness> 520 HV10, preferably a tensile strength> 1900 MPa and / or a hardness> 575 HV10, more preferably a tensile strength> 2100 MPa and / or a hardness> 630 HV10, two cohesively with the core layer ( 1.1 ) intermediate layers ( 1.2 ) of a steel having a chromium content Cr of at least 2% by weight, which have a cubic-body-centered (austenic) or cubic-face-centered (ferritic) lattice structure, and on the outside of the intermediate layers ( 1.2 ) one cohesively with the intermediate layer ( 1.2 ) connected cover layer ( 1.3 ) of a steel with a carbon content C of not more than 0.25 wt .-%, which in the press-hardened state, a tensile strength <1520 MPa and / or a hardness <470 HV10, in particular a tensile strength <1200 MPa and / or a hardness <370 HV10 , preferably a tensile strength <1000 MPa and / or a hardness <310 HV10, preferably tensile strength <800 MPa and / or a hardness <250, more preferably a tensile strength <600 MPa and / or a hardness <190 HV10. To provide a scale protection / corrosion protection, the free surfaces of the cover layers ( 1.3 ) of the hot-forming material ( 1 ) with a corrosion protection coating ( 1.4 ), in particular with a zinc-based or aluminum-based coating, preferably provided with an AlSi coating. The material thickness of the cover layers ( 1.3 ) amounts to at least 5% and a maximum of 30%, preferably at least 7.5% and a maximum of 15%, based on the total material thickness of the hot-forming material ( 1 ) and the material thickness of the intermediate layers ( 1.2 ) amounts to at least 0.5% and a maximum of 11%, preferably at least 1% and a maximum of 7%, based on the total material thickness of the hot-forming material ( 1 ), the hot-forming material ( 1 ), for example, may have a total material thickness between 0.5 and 8 mm.

Aus handelsüblichen Stahlflachprodukten wurde mittels Warmwalzplattieren ein Warmumformmaterial erzeugt, das einen fünflagigen Werkstoffverbund aufwies. Als Decklagen wurde ein Stahl der Bezeichnung HX340LAD, als Zwischenlagen wurde ein Cr-legierter Stahl der Bezeichnung 1.4510 und als Kernlage wurde ein härtbarer Stahl der Bezeichnung 37MnB5 verwendet.From commercially available flat steel products, a hot-forming material was produced by means of hot-rolling plating, which had a five-layer composite material. The cover layers were a steel of the designation HX340LAD, as interlayers was a Cr-alloyed steel of the designation 1.4510 and as core layer a hardenable steel of the designation 37MnB5 was used.

Dabei wurden jeweils Blechzuschnitte mit zwei Decklagen, zwei Zwischenlagen und einer zwischen den Zwischenlagen angeordneten Kernlage aufeinander gestapelt, welche zumindest bereichsweise entlang ihrer Kanten stoffschlüssig, vorzugsweise mittels Schweißen zu einem Vorverbund miteinander verbunden wurden. Der Vorverbund wurde auf Temperatur > 1200°C gebracht und in mehreren Schritten zu einem Werkstoffverbund mit einer Gesamtdicke von 3 mm warmgewalzt und zu einem Kaltband mit 1,5 mm weiterverarbeitet. Der Werkstoffverbund respektive das Warmumformmaterial wurde beidseitig mit einem aluminiumbasierten Überzug, einem AlSi-Überzug mit jeweils einer Schichtdicke von 15 µm beschichtet. Die Schichtdicken können zwischen 5 und 30 µm betragen.Sheet metal blanks with two cover layers, two intermediate layers and a core layer arranged between the intermediate layers were stacked on top of each other, which were at least partially joined along their edges cohesively, preferably by welding to a pre-bond. The precoat was brought to a temperature> 1200 ° C and hot rolled in several steps to a composite material with a total thickness of 3 mm and further processed into a cold strip of 1.5 mm. The composite material and the hot-forming material were coated on both sides with an aluminum-based coating, an AlSi coating, each having a layer thickness of 15 microns. The layer thicknesses can be between 5 and 30 μm.

Aus dem hergestellten Warmumformmaterial wurden Platinen abgeteilt. Die Platinen wurden auf Austenitisierungstemperatur, insbesondere oberhalb von A_c3 (bezogen auf die Kernlage) in einem Ofen für jeweils ca. 6 min erwärmt bzw. durchwärmt und anschließend in einem gekühlten Werkzeug zu Bauteilen warm umgeformt und abgekühlt. Die Abkühlraten lagen bei > 30 K/s. Die Kernlagen waren über die Dicke im Wesentlichen vollständig aus Martensit, am Übergang zu der Zwischenlage kann das Gefüge zusätzlich Anteile an Bainit und/oder Ferrit enthalten. In den Decklagen hatte sich ein Gefüge mit mindestens einem Anteilen aus Ferrit, Bainit, Martensit eingestellt. Die Zwischenlage behielt ihr Ausgangsgefüge, das sie zum Zeitpunkt der Bereitstellung vor der Fertigung des Werkstoffverbundes und der Weiterverarbeitung zu einem Bauteil hatte, im Wesentlichen bei. Die Materialdicke der Decklagen betrug pro Seite 6% und die der Zwischenlagen pro Seite 2% bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Warmumformmaterials, so dass die Kernlage eine Materialdicke von 84% bezogen auf die Gesamtmaterialdicke aufwies. Mittels EDX-Analyse im Rasterelektronenmikroskop wurden die erzeugten Bauteile näher untersucht und es konnte im Wesentlichen keine Aufhärtung, sprich keine Erhöhung der Konzentration des Kohlenstoffs in den Zwischenlagen und Decklagen festgestellt werden. Über den Querschnitt der Kernlage hatte sich ein Kohlenstoffprofil mit einer im Wesentlichen höheren Konzentration des Kohlenstoffs im Randbereich (grenzflächennah) als in der Mitte der Kernlage ausgebildet. Durch die aus einer umwandlungsfreien, ferritischen (kubisch-raumzentriert) Gitterstruktur mit entsprechender Kohlenstofflöslichkeit bestehenden Zwischenlagen als Trennschicht konnte ein Eindiffundieren des Kohlenstoffs aus der Kernlage durch das freie Chrom der Zwischenlagen in Form von Chromkarbiden im Wesentlichen grenzflächennah abgebunden wurden. Im Mittel gesehen kam es über den Querschnitt der Kernlage nur zu einer geringen Reduktion des Kohlenstoffgehaltes.From the produced hot forming material boards were divided. The blanks were heated to austenitizing temperature, in particular above A _c3 (based on the core layer) in an oven for about 6 minutes or heated and then hot formed into components in a cooled tool and cooled. The cooling rates were> 30 K / s. The core layers were essentially completely made of martensite over the thickness, at the transition to the intermediate layer, the structure may additionally contain proportions of bainite and / or ferrite. In the cover layers, a structure with at least a portion of ferrite, bainite, martensite had set. The intermediate layer essentially retained its original structure, which it had at the time of providing it before producing the material composite and further processing into a component. The material thickness of the cover layers per side was 6% and that of the intermediate layers per side 2% based on the total material thickness of the hot-forming material, so that the core layer had a material thickness of 84% based on the total material thickness. By means of EDX analysis in the scanning electron microscope, the components produced were examined more closely and essentially no hardening, that is to say no increase in the concentration of carbon in the intermediate layers and cover layers, could be ascertained. The cross section of the core layer had a carbon profile with a substantially higher concentration of carbon in the edge region (near the interface) than in the middle of the surface Core situation trained. By using a conversion-free, ferritic (body-centered cubic) lattice structure with appropriate carbon solubility intermediate layers as a separation layer, a diffusion of carbon from the core layer by the free chromium of the intermediate layers in the form of chromium carbides were essentially tied off near the surface. On average, there was only a small reduction in the carbon content across the cross-section of the core layer.

Die Erfindung ist nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel sowie auf die Ausführungen in der allgemeinen Beschreibung beschränkt. Vielmehr kann das erfindungsgemäße Warmumformmaterial auch Teil eines Tailored Product, beispielsweise Teil eines Tailored Welded Blank und/oder Tailored Rolled Blank sein.The invention is not limited to the embodiment shown in the drawing and to the statements in the general description. On the contrary, the hot-forming material according to the invention can also be part of a tailored product, for example part of a tailored welded blank and / or tailored rolled blank.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008022709 A1 [0002]DE 102008022709 A1 [0002]
EP 2886332 A1 [0002]EP 2886332 A1 [0002]
DE 102005006606 B3 [0043]DE 102005006606 B3 [0043]
JP 03133630 A [0043]JP 03133630 A [0043]

Claims

Warmumformmaterial (1) aus einem fünflagigen Werkstoffverbund, umfassend eine Kernlage (1.1) aus einem härtbaren Stahl mit einem Kohlenstoffanteil C von mindestens 0,2 Gew.-%, zwei stoffschlüssig mit der Kernlage (1.1) verbundene Zwischenlagen (1.2) aus einem Stahl mit einem Chromgehalt Cr von mindestens 2 Gew.-%, welche eine kubisch-raumzentrierte oder kubisch-flächenzentrierte Gitterstruktur aufweisen, und auf den Aussenseiten der Zwischenlagen (1.2) jeweils eine stoffschlüssig mit der Zwischenlage (1.2) verbundene Decklage (1.3) aus einem Stahl mit einem Kohlenstoffanteil C von maximal 0,25 Gew.-%.Hot-forming material (1) made of a five-layer material composite, comprising a core layer (1.1) of a hardenable steel having a carbon content C of at least 0.2 wt .-%, two cohesively with the core layer (1.1) connected intermediate layers (1.2) made of a steel with a chromium content Cr of at least 2 wt .-%, which have a body-centered cubic or cubic face-centered lattice structure, and on the outer sides of the intermediate layers (1.2) each a materially connected to the intermediate layer (1.2) cover layer (1.3) made of a steel with a carbon content C of not more than 0.25% by weight.

Warmumformmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Cr-legierte Stahl der Zwischenlagen (1.2) neben Fe und herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen in Gew.-% aus C: bis 0,35 %, Si: bis 2 %, Al: bis 2 %, Mn: bis 2 %, Cr: mindestens 2 %, Ni: bis 26 %, Mo: bis 7 %, P: bis 0,05 %, S: bis 0,05 %, Ti: bis 1 %, Nb: bis 1 %, Zr: bis 1 %, V: bis 1 % besteht.Hot forming material after Claim 1 , characterized in that the Cr-alloyed steel of the intermediate layers (1.2) in addition to Fe and production-unavoidable impurities in wt .-% of C: to 0.35%, Si: to 2%, Al: to 2%, Mn: to 2%, Cr: at least 2%, Ni: up to 26%, Mo: up to 7%, P: up to 0.05%, S: up to 0.05%, Ti: up to 1%, Nb: up to 1%, Zr : up to 1%, V: up to 1%.

Warmumformmaterial nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der härtbare Stahl der Kernlage (1.1) neben Fe und herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen in Gew.-% aus C: 0,2 - 0,8 %, Si: bis 0,5 %, Mn: 0,4-2%, P: bis 0,06 %, S: bis 0,03 %, Al: bis 0,2 %, Cr+Mo: bis 1 %, Cu: bis 0,2 %, N: bis 0,01 %, Nb+Ti: bis 0,2 %, Ni: bis 0,4 %, V: bis 0,2 %, B: bis 0,01 %, As: bis 0,02 %, Ca: bis 0,01 %, Co: bis 0,02 %, Sn: bis 0,05 % besteht.Hot-forming material according to one of the preceding claims, characterized in that the hardenable steel of the core layer (1.1) in addition to Fe and production-related unavoidable impurities in wt .-% of C: 0.2 - 0.8%, Si: to 0.5%, Mn: 0.4-2%, P: to 0.06%, S: to 0.03%, Al: to 0.2%, Cr + Mo: to 1%, Cu: to 0.2%, N : to 0.01%, Nb + Ti: to 0.2%, Ni: to 0.4%, V: to 0.2%, B: to 0.01%, As: to 0.02%, Ca : to 0.01%, Co: to 0.02%, Sn: to 0.05%.

Warmumformmaterial nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl der Kernlage (1.1) einen C-Gehalt zwischen 0,28 - 0,75 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,33 - 0,68 Gew.-% aufweist.Hot-forming material according to one of the preceding claims, characterized in that the steel of the core layer (1.1) has a C content of between 0.28 and 0.75% by weight, in particular between 0.33 and 0.68% by weight.

Warmumformmaterial nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl der Decklagen (1.3) neben Fe und herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen in Gew.-% aus Gew.-% aus C: bis 0,25 %, Si: bis 1 %, Mn: bis 3 %, P: bis 0,1 %, S: bis 0,06 %, Al: 0,01 - 1 %, Cr+Mo: bis 1,5 %, Cu: bis 0,3%, N: bis 0,01 %, Ni: bis 0,3 %, Nb+Ti: bis 0,25 %, V: bis 0,05 %, B: bis 0,01 %, Sn: bis 0,05 %, Ca: bis 0,01 %, Co: bis 0,02 % besteht.Hot-forming material according to one of the preceding claims, characterized in that the steel of the cover layers (1.3) in addition to Fe and production-unavoidable impurities in wt .-% of wt .-% of C: to 0.25%, Si: to 1%, Mn : to 3%, P: to 0.1%, S: to 0.06%, Al: 0.01 to 1%, Cr + Mo: to 1.5%, Cu: to 0.3%, N: to 0.01%, Ni: to 0.3%, Nb + Ti: to 0.25%, V: to 0.05%, B: to 0.01%, Sn: to 0.05%, Ca: to 0.01%, Co: to 0.02%.

Warmumformmaterial nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl der Decklage (1.3) einen C-Gehalt zwischen 0,003 - 0,19 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,01 - 0,17 Gew.-% aufweist.Hot-forming material according to one of the preceding claims, characterized in that the steel of the cover layer (1.3) has a C content between 0.003 - 0.19 wt .-%, in particular between 0.01 - 0.17 wt .-%.

Warmumformmaterial nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Decklagen (1.3) jeweils eine Materialdicke < 32 %, insbesondere < 22 %, vorzugsweise < 15 % bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Warmumformmaterials (1) und die Zwischenlagen (1.2) jeweils eine Materialdicke < 11 %, insbesondere < 7 %, vorzugsweise < 4 % bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Warmumformmaterials (1) aufweisen.Hot-forming material according to one of the preceding claims, characterized in that the cover layers (1.3) each have a material thickness <32%, in particular <22%, preferably <15% based on the total material thickness of the hot-forming material (1) and the intermediate layers (1.2) each have a material thickness <11%, in particular <7%, preferably <4%, based on the total material thickness of the hot-forming material (1).

Warmumformmaterial nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoffverbund mittels Plattieren oder mittels Gießen hergestellt ist.Hot forming material according to one of the preceding claims, characterized in that the composite material is produced by means of plating or by casting.

Warmumformmaterial nach einem der vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmumformmaterial (1) ein- oder beidseitig mit einem Korrosionsschutzüberzug (1.4), insbesondere mit einem zinkbasierten oder aluminiumbasierten Überzug versehen ist.Hot-forming material according to one of the preceding claims, characterized in that the hot-forming material (1) is provided on one or both sides with a corrosion protection coating (1.4), in particular with a zinc-based or aluminum-based coating.

Warmumformmaterial nach einem der vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmumformmaterial (1) Teil eines Tailored Products, insbesondere Teil eines Tailored Welded Blank und/oder Tailored Rolled Blank, ist.Hot-forming material according to one of the preceding claims, characterized in that the hot-forming material (1) is part of a Tailored Products, in particular part of a Tailored Welded Blank and / or Tailored Rolled Blank, is.

Bauteil, hergestellt aus einem Warmumformmaterial nach einem der vorgenannten Ansprüche mittels Presshärten.Component produced from a hot-forming material according to one of the preceding claims by means of press hardening.

Verwendung des Bauteils nach Anspruch 11 in einer Karosserie oder im Fahrwerk eines landgebundenen Fahrzeugs.Use of the component after Claim 11 in a body or in the chassis of a land vehicle.