DE102019219235B3

DE102019219235B3 - Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils

Info

Publication number: DE102019219235B3
Application number: DE102019219235.1A
Authority: DE
Inventors: Ansgar Hatscher
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2020-12-10
Anticipated expiration: 2039-12-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stahlmaterial, mit einer Stahllegierung, welche mindestens folgende Bestandteile in Gewichtsprozent aufweist:
0,30 bis 0,42 % Kohlenstoff
0,3 bis 2,5 % Mangan
0,8 bis 2,2 % Silizium
bis 0,06 % Aluminium
bis 0,5 % Chrom, Nickel und Molybdän in Summe
bis 0,06 % Niob
bis 0,1 % Vanadium
bis 0,01 % Titan
0,001 bis 0,01 % Bor
bis 0,01 % Stickstoff
bis 0,01 % Schwefel
bis 0,02 % Phosphor
Rest Eisen und Verunreinigungen, wobei ein Gefüge aus im Wesentlichen Bainit, stabilisierter Restaustenit und Martensit besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, 2, 4 oder 5. Das Stahlblechbauteil wird erfindungsgemäß im Fahrzeugbau verwendet.
Ein derartiges Stahlmaterial kann beispielsweise für ein Stahlblechbauteil eingesetzt werden. Bei der Auswahl eines Stahlmaterials für Leichtbauanwendungen im Fahrzeugbau ist unter anderem die Festigkeit des Stahlmaterials ein wesentlicher Faktor. Warmumformstähle, wie zum Beispiel 22MnB5, haben ein nahezu 100 %iges martensitisches Gefüge nach dem Warmumformprozess mit Zugfestigkeiten bis zu 1500 MPa. Die Duktilität, das heißt die Eigenschaft des Materials sich unter Belastung plastisch zu verformen, bevor es versagt, wird oft mit der Bruchdehnung A50 beschrieben. Diese ist bei einem Stahlmaterial aus einer Stahllegierung 22MnB5 relativ gering und liegt in der Regel zwischen 5 und 7 %. Deshalb werden für Karosseriebauteile, die im Crash sehr viel Deformationsenergie absorbieren müssen, Kaltumformgüten bis etwa Rm=800MPa mit Bruchdehnungen A50 = 16% eingesetzt. Wird die Festigkeit dieses sog. AHSS-Stahlmaterials erhöht auf zum Beispiel 1200MPa, um dieses bei Leichtbauanwendungen besser einsetzen zu können, wird das Stahlmaterial ebenfalls empfindlicher bei Belastungen, da es spröder wird. Damit nimmt auch die Duktilität dieses Stahlmaterials ab. Bei dem Stahlmaterial besteht dann die Gefahr eines spröden Versagens, was insbesondere bei einer Verwendung des Stahlmaterials als Fahrzeugkarosseriebauteil im Falle eines Unfalls des Fahrzeuges ungünstig ist.
In einem gattungsgemäßen Verfahren wird in einer zeitlichen Prozessabfolge in einem Austenitisierungsschritt ein Stahlfeinblech für eine Austenitisierungszeit auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur Ac3 gehalten. Anschließend wird das Stahlfeinblech in einem Einlegeschritt mit einer Einlegetemperatur in ein Umformwerkzeug eingelegt. In einem folgenden Presshärteschritt wird das Stahlfeinblech im Umformwerkzeug warmumgeformt und pressgehärtet, und zwar unter Bildung des Stahlblechteils. Das Stahlblechteil wird in einem Entnahmeschritt mit einer Entnahmetemperatur aus dem geöffneten Umformwerkzeug entnommen.
Aus der DE 10 2011 057 007 B4 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftfahrzeugbauteils bekannt.
DE 24 52 486 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes aus gehärtetem Stahl.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils für den Fahrzeugbau bereitzustellen, das bei hoher Festigkeit eine im Vergleich zum Stand der Technik erhöhte Duktilität aufweist, so dass das Stahlblechbauteil in einem Fahrzeug-Crashfall ein gutes Verformungsverhalten aufweist.
Die Aufgabe ist mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1, 2, 4 oder 5.gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Stahlmaterial mit einer Stahllegierung, welches ausgebildet ist zur Verarbeitung in einem Warmumformprozess zur Herstellung eines Stahlblechteils im Fahrzeugbau, vorgesehen, welche mindestens folgende Bestandteile in Gewichtsprozent aufweist:

0,30 bis 0,42 %: Kohlenstoff
0,3 % bis 2,5 %: Mangan
0,8 bis 2,2 %: Silizium
bis 0,06 %: Aluminium
bis 0,5 %: Chrom, Nickel und Molybdän in Summe
bis 0,06 %: Niob
bis 0,1 %: Vanadium
bis 0,05 %: Titan
0,001 bis 0,01 %: Bor
bis 0,01 %: Stickstoff
bis 0,01 %: Schwefel
bis 0,02 %: Phosphor.

Als weitere Bestandteile kann die Stahllegierung beispielsweise Eisen und Verunreinigungen aufweisen, wobei das Gefüge im Wesentlichen aus Bainit, stabilisiertem Restaustenit und Martensit besteht.
Durch den relativ hohen Kohlenstoffgehalt von 0,30 bis 0,42 % kann eine Stabilisierung von Restaustenit des Stahlmaterials verbessert werden. Um zudem auch eine gute Schweißbarkeit des Stahlmaterials erreichen zu können, sollte der Kohlenstoffgehalt 0,42 % nicht übersteigen. Insbesondere durch den Siliziumanteil von 0,8 bis 2,2 % kann das Zwischenstufengefüge und Restaustenit in dem Stahlmaterial stabilisiert werden, wodurch die Duktilität des Stahlmaterials verbessert werden kann. Um die Duktilität des Stahlmaterials weiter zu verbessern, ist zudem der Mangangehalt auf 0,3% bis 2,5%, insbesondere 0,3% bis 1,0% begrenzt, um ein homogenes Gefüge zu erzielen und eine nachteilige Karbidbildung in dem Stahlmaterial zu verhindern. Durch den Zusatz von Niob von bis zu 0,06 % kann eine Kornfeinung erreicht werden, welche ebenfalls zur Verbesserung der Duktilität beitragen kann. Durch den Wegfall beziehungsweise die starke Reduzierung von Titan wird die martensitische Umwandlung im Presshärteschritt verzögert und die Bainitumwandlung im Bainitisierungsschritt unterstützt. Bor dient zur Abbindung von Stickstoff, was ebenfalls die Duktilität verbessert. Mit den erfindungsgemäßen Legierungsbestandteilen kann ein Stahlmaterial zur Verfügung gestellt werden, welches sich durch eine hohe Festigkeit und gleichzeitig eine sehr hohe Duktilität auszeichnet. Das Stahlmaterial kann beispielsweise als Stahlblechbauteil eingesetzt beziehungsweise verwendet werden.
Die Stahllegierung weist vorzugsweise Gehalte an Chrom, Nickel und/oder Molybdän auf, wobei die Summe an Chrom, Nickel und/oder Molybdän vorzugsweise weniger als 0,5 %, bevorzugt weniger als 0,35 % aufweist. Die Stahllegierung weist damit vorzugsweise nur einen sehr geringen Anteil an Chrom, Nickel und Molybdän auf, wodurch die Menge an teureren Legierungselementen in der Stahllegierung verringert werden kann.
Das Stahlmaterial weist nach der Warmumformung bevorzugt eine Streckgrenze Re > 600 MPa auf. Die Streckgrenze kennzeichnet bei einem Material die Spannung, bis zu der bei momentenfreier und einachsicher Zugbelastung das Material nahezu keine bleibenden plastischen Verformungen aufweist. Das bedeutet, dass sich das Material zwar verformt, doch nach dem Zurücknehmen der Belastung wieder in die ursprüngliche Form zurückkehrt. Die Verformung bleibt reversibel beziehungsweise elastisch.
Der Biegewinkel des Stahlmaterials ist nach der Warmumformung vorzugsweise gleich oder größer als 80°. Die Bruchdehnung A50 des Stahlmaterials ist vorzugsweise gleich oder größer als 16 %. Durch diesen hohen Biegewinkel und/oder die hohe Bruchdehnung kann das Stahlmaterial eine besonders hohe Duktilität aufweisen.
Weiter zeichnet sich das Stahlmaterial nach der Warmumformung durch eine hohe Festigkeit aus, wobei das Stahlmaterial vorzugsweise eine Zugfestigkeit Rm > 900 MPa aufweist. Die Zugfestigkeit bestimmt die maximale mechanische Zugspannung die das Stahlmaterial aushält. Das Stahlmaterial weist damit eine höhere Duktilität und Zugfestigkeit auf als die üblicherweise verwendeten Kaltumformgüten, wie beispielsweise DP780 oder DP980 auf.
In einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß dem Anspruch 1 erfolgen zeitlich zwischen dem Austenitisierungsschritt und dem Presshärteschritt ein Abschreckprozessschritt und ein nachgeschalteter Bainitisierungsschritt. Im Abschreckprozessschritt wird das Stahlfeinblech in einer Abschreckzeit auf eine Bainitisierungstemperatur abgekühlt, die kleiner als eine Bainit-Start-Temperatur und größer als eine Bainit-Finish-Temperatur ist. Im nachgeschalteten Bainitisierungsschritt werden zumindest zwei Blechabschnitte des Stahlfeinblechs über eine Bainitisierungszeit bei unterschiedlichen Bainitisierungstemperaturen gehalten, so dass nach der Gefügeumwandlung die beiden Blechabschnitte des Stahlfeinblechs unterschiedliche Gefügeeigenschaften aufweisen. Alternativ und/oder zusätzlich können den beiden Blechabschnitte des Stahlfeinblechs auch unterschiedliche Bainitisierungszeiten zugeordnet sein.
Das erste Ausführungsbeispiel zeichnet sich also durch ein Verfahren zur Herstellung eines, wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildeten Stahlmaterials aus, bei welchem in einem ersten Schritt (das heißt Austenitisierungsschritt) ein Vormaterial einen ersten Wärmebehandlungsprozess durchläuft, in einem zweiten Schritt das Vormaterial einem Abschreckprozessschritt unterzogen wird und in einem dritten Schritt (Bainitisierungsschritt) das Vormaterial einen zweiten Wärmebehandlungsprozess durchläuft und in einem vierten Schritt (Presshärteschritt) das Material pressgehärtet wird sowie in einem fünften Behandlungsschritt das Karosseriebauteil einem dritten Wärmebehandlungsschritt (das heißt Partitioning-Wärmebehandlungsschritt) unterzogen wird.
Aufgrund der sehr hohen Verformbarkeit kann das Stahlblechteil nach dem oben beschriebenen Warmumformprozess anschließend in einem weiteren Prozessschritt einem Formgebungsprozess, insbesondere Kaltumformprozess, unterzogen werden. Dadurch lassen sich komplexere Bauteile, Hohlprofilteile fertigen und/oder zusätzlich verfestigte Bereiche durch Kaltverfestigung im Bauteil einstellen.
Das Vormaterial (das heißt das Stahlfeinblech) ist vorzugsweise aus einer Stahllegierung, wie sie zuvor beschrieben worden ist, ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße Behandlung des Vormaterials und damit der Stahllegierung kann ein Stahlmaterial ausgebildet werden, welches ein Gefüge im Wesentlichen aus Bainit, stabilisiertem Restaustenit und Martensit aufweist. Die aufeinander folgenden Prozessschritte erster Wärmebehandlungsprozess (Austenitisierungsschritt), Abschreckprozessschritt, zweiter Wärmebehandlungsprozess (Bainitisierungsschritt), zweiter Abschreckprozess (Presshärteschritt) und dritter Wärmebehandlungsprozess (Partitioning-Wärmebehandlungsschritt) tragen zusammen mit der speziellen Stahllegierung dazu bei, dass ein entsprechendes Gefüge ausgebildet werden kann, wodurch das Stahlmaterial eine hohe Festigkeit bei deutlich gesteigerter Duktilität aufweisen kann. Bei dem ersten Wärmebehandlungsprozess erfolgt vorzugsweise eine Austenitisierung des Vormaterials. Bei dem ersten Wärmebehandlungsprozess wird das Vormaterial vorzugsweise über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur Ac3, beispielsweise auf etwa 900 °C erwärmt. Der Abschreckprozess kann beispielsweise durch Formhärten oder Presshärten des Vormaterials erfolgen.
Der Abschreckprozess wird vorzugsweise bei einer Abkühlrate von mehr als 27 °C/s durchgeführt, so dass ein schnelles Abkühlen des Vormaterials erfolgen kann, bevor der zweite Wärmebehandlungsprozess startet.
Der zweite Wärmebehandlungsprozess (Bainitisierungsschritt) startet vorzugsweise, wenn das Vormaterial eine Temperatur kleiner Bainit-Start-Temperatur und größer Bainit-Finish-Temperatur aufweist. Die Bainit-Start-Temperatur ist die Temperatur, bei welcher ein Ausbilden von Bainit in dem Gefüge beginnt. Die Bainit-Finish-Temperatur ist die Temperatur, bei welcher die Ausbildung von Bainit in dem Gefüge stoppt. Die Bainit-Finish-Temperatur ist üblicherweise niedriger als die Bainit-Start-Temperatur. Der zweite Wärmebehandlungsprozess startet vorzugsweise unmittelbar nach dem Abschreckprozess. Durch das Starten des zweiten Wärmebehandlungsprozesses bei einer Temperatur des Vormaterials, welche kleiner einer Bainit-Start-Temperatur und größer einer Bainit-Finish-Temperatur ist, kann die Bildung von Bainit in dem Gefüge erreicht werden. Durch ein abruptes Verzögern des Umwandlungsprozesses von Austenit in Bainit durch Starten des Wärmebehandlungsprozesses unterhalb der Bainit-Start-Temperatur und oberhalb der Bainit-Finish-Temperatur kann ein hoher Anteil an Bainit und stabilisiertem Restaustenit im Gefüge des Vormaterials eingestellt werden. Die Haltephase während des zweiten Wärmebehandlungsschrittes ist dabei so ausgelegt, dass im Stahlfeinblech eine Gefügeumwandlung im Wesentlichen zu Bainit und Restaustenit erfolgt. Die Haltephase im zweiten Wärmebehandlungsschritt kann hierfür in einem Bereich zwischen 30 Sekunden und 30 Minuten liegen, bevorzugt zwischen 1 Minute und 6 Minuten.
Ein wesentlicher Aspekt des ersten Ausführungsbeispiels nach dem Anspruch 1 betrifft den Sachverhalt, dass der Bainitisierungsschritt nicht bei, für das komplette Stahlfeinblech gleichmäßig verteilter, einheitlicher Bainitisierungstemperatur erfolgt. Vielmehr werden gemäß Anspruch 1 im Bainitisierungsschritt zumindest zwei Blechabschnitten des Stahlfeinblechs unterschiedliche Bainitisierungstemperaturen und/oder Bainitisierungszeiten zugeordnet. D.h., dass im Bainitisierungsschritt ein erster Blechabschnitt bei einer ersten Bainitisierungstemperatur und/oder einer ersten Bainitisierungszeit wärmebehandelt wird, und ein zweiter Blechabschnitt bei einer zweiten Bainitisierungstemperatur und/oder einer zweiten Bainitisierungszeit wärmebehandelt wird.
Der zeitliche Verlauf der ersten und/oder zweiten Bainitisierungstemperatur kann unterschiedlichen Zeit-Temperatur-Profilen folgen. Beispielhaft kann bei der ersten Bainitisierungstemperatur und/oder bei der zweiten Bainitisierungstemperatur jeweils ein isothermer Verlauf eingestellt sein. Alternativ dazu können bei der ersten Bainitisierungstemperatur und/oder bei der zweiten Bainitisierungstemperatur ein rampenförmig oder stufenförmig fallender oder steigender Verlauf einer Stahlfeinblech-Temperatur eingestellt werden. Von Relevanz ist es jedoch, dass mit Abschluss des Wärmebehandlungsschrittes die Temperatur des Stahlfeinbleches um einen ausreichend großen Temperaturversatz oberhalb der Martensit-Start-Temperatur Ms liegt, um im nachfolgenden Presshärteschritt noch eine einwandfreie Warmumformung zu gewährleisten. Der Temperaturversatz ist so zu bemessen, dass auch bei einem transferbedingten Temperaturverlust die Einlegetemperatur beim Start des Presshärteschritts größer als die Martensit-Start-Temperatur Ms ist.
Nach Abschluss des zweiten Wärmebehandlungsschrittes (Bainitisierungsschritt) kann unmittelbar anschließend unverzüglich eine Abschreckhärtung während des Presshärteschrittes erfolgen, in der das gebildete Gefüge aus Bainit und gegebenenfalls Restaustenit im Stahlfeinblech „eingefroren“ wird. Bei unvollständiger Umwandlung das heißt kürzer gewähltem zweitem Wärmebehandlungsschritt kann sich während des Presshärtevorganges zudem ein erhöhter Anteil an Martensit bilden, was die Härte des Stahlmaterials steigern kann.
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Presshärteschritt unmittelbar bei Erreichen der Mf-Temperatur zu stoppen und die weitere Bauteilabkühlung an Luft beziehungsweise mit einer sehr viel geringen Abkühlrate fortzusetzen, damit sich das Stahlfeinblechbauteil entspannen kann. Die Presshärtezeit kann dadurch sehr gering gehalten werden, was die Taktzeit vorteilhaft erhöht.
In einem dritten Wärmebehandlungsschritt (Partitioning-Wärmebehandlungsschritt) wird das eingefrorene im Wesentlichen aus Bainit, stabilisiertem Restaustenit und gegebenenfalls Martensit bestehende Gefüge partitioniert, das heißt stabilisiert durch gleichmäßige Umverteilung des Kohlenstoffes. Hierdurch stellt sich die sehr hohe Duktilität des Stahlblechmateriales ein. Dieser Wärmebehandlungsschritt kann im Temperaturbereich >100-225°C für 30 Sekunden bis 60 Minuten, bevorzugt bei >150-200°C für 5-30 Minuten erfolgen.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß dem Anspruch 2 wird in einer zeitlichen Prozessabfolge in einem ersten Kaltumformschritt das Stahlfeinblech in eine Stahlblechbauteil-Geometrie oder eine Vorformungsstufe umgeformt. In einem folgenden Austenitisierungsschritt wird das Stahlblechbauteil für eine Austenitisierungszeit auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur Ac3 gehalten. In einem anschließenden Einlegeschritt wird das Stahlblechbauteil mit einer Einlegetemperatur in ein Umformwerkzeug eingelegt. Danach wird ein Presshärteschritt durchgeführt, in dem das im Umformwerkzeug eingelegte Stahlfeinblech in einer Abkühlzeit abgekühlt wird, und zwar unter Bildung des Stahlblechteils. In einem Entnahmeschritt wird das Stahlblechbauteil aus dem geöffneten Umformwerkzeug entnommen. Zeitlich zwischen dem Austenitisierungsschritt und dem Presshärteschritt erfolgen ein Abschreckprozessschritt und ein Bainitisierungsschritt. Im Bainitisierungsschritt wird das Stahlfeinblech über eine Bainitisierungszeit auf eine (insbesondere konstante) Bainitisierungstemperatur gehalten, so dass im Stahlfeinblech eine Gefügeumwandlung in Bainit mit stabilisiertem Restaustenit stattfindet.
Ein wesentlicher Aspekt des zweiten Ausführungsbeispiels nach dem Anspruch 2 betrifft den Sachverhalt, dass die Stahlfeinblech-Umformung in zwei Umform-Teilschritten durchgeführt wird: Der erste Umform-Teilschritt ist der Kaltumformschritt, der vor dem Austenitisierungsschritt stattfindet. Der zweite Umform-Teilschritt ist der Presshärteschritt.
In dem Kaltumformschritt (erster Umform-Teilschritt) erfolgt eine relativ rasche Kaltumformung des Stahlblechmaterials in einem Kaltumformwerkzeug. Das bei der Kaltumformung gebildete Kaltumformteil kann bereits nahezu die Bauteilgeometrie des herzustellenden Stahlblechteils aufweisen oder alternativ lediglich bis zu einer Vorformungsstufe umgeformt sein.
In einer weiteren Ausführungsvariante werden für die Abschreckprozesse beziehungsweise Formhärtungsschritte mechanische Pressen anstelle kostenintensiver servohydraulischer Pressen verwendet. Es hat sich gezeigt, dass diese Prozessschritte nur sehr kurze Prozesszeiten erfordern, weil die maßgeblichen Prozesse zur Einstellung des Gefüges erfindungsgemäß in den Wärmebehandlungsschritten erfolgen und ein Bauteilverzug während des Abschreckprozesses somit weitgehend vermieden werden kann.
In einer weiteren Ausführungsvariante kann der Abschreckprozessschritt als Zwischenkühlung in der Transferphase zum zweiten Ofen derart rasch erfolgen, dass weder das Ferrit- noch das Perlitgebiet erreicht werden, und/oder dass eine Zwischenkühlung in einer Kühlphase von weniger als 30 Sekunden erfolgt, insbesondere mittels Luftkühlung oder mittels Kühlplatten oder mittels Walzrollen. Dabei können die Kühlplatten oder Walzrollen aus Stahl sein und temperiert werden, damit die gewünschte Stahlblechtemperatur genauer eingestellt werden kann. Durch ein thermomechanisches Walzen mittels Walzrollen können die Gefügeeigenschaften bezüglich Duktilität und Feinkörnigkeit verbessert werden oder eine gegebenenfalls vorhandene Zunderschicht aufgebrochen werden, damit diese durch zum Beispiel Druckluft leichter entfernt werden kann. Bei einer Zwischenkühlung mit temperierten Kühlplatten können vorhandene Oberflächenbeschichtungen schonender abgekühlt werden und die Gefahr eines Anhaftens an den Kühlplatten verringert werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante erfolgt eine Zwischenkühlung in der Transferphase zum zweiten Ofen derart, dass durch ein thermomechanisches Walzen mittels Walzrollen in einem ersten Formgebungsschritt ein profiliertes Halbzeug hergestellt wird oder mindestens ein Dickenunterschied (Tailored Rolled Blank) in das Stahlfeinblech eingewalzt wird.
In einer weiteren Ausführungsvariante kann im Presshärteschritt ein Warmbeschnitt durchgeführt werden. Alternativ kann der Presshärteschritt auch als eine Profilwalz- und/oder Biegeoperation ausgeführt sein, um profilierte Bauteile herstellen zu können. Somit lassen sich verschiedene Herstellrouten (Ausführungsvarianten) miteinander kombinieren.
Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Stahlmaterials nach dem wie zuvor beschriebenen, aus- und weitergebildeten Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugkarosseriebauteils beziehungsweise Fahrwerksbauteil. Ein aus einem derartigen Stahlmaterial ausgebildetes Fahrzeugkarosseriebauteil weist zum einen ein geringes Gewicht auf, so dass es ein hohes Leichtbaupotenzial hat. Ferner weist ein derartiges Fahrzeugkarosseriebauteil eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig sehr hoher Duktilität auf, so dass das Verhalten des Fahrzeugkarosseriebauteils im Falle eines Unfalls des Fahrzeuges verbessert werden kann.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Es zeigen:

1 eine Anlagenskizze, anhand der die in der 2 angedeutete Prozessabfolge zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils veranschaulicht ist;
2 in einem Blockschaltdiagramm die Prozessabfolge zur Herstellung des Stahlblechbauteils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
3 ein Diagramm, dass den zeitlichen Verlauf der Stahlblechbauteil-Temperatur beim Einlegen in das Umformwerkzeug und beim anschließenden Presshärten zeigt;
4 und 5 jeweils Ansichten entsprechend der 2 und 3 eines zweiten Ausführungsbeispiels.

Im Rahmen der beiden nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele wurde jeweils als Vormaterial ein Stahlfeinblech 6 mit der folgenden besonders bevorzugten Stahllegierung verwendet, welche die folgenden Bestandteile in Gewichtsprozent aufweist:

0,30 bis 0,42 %: Kohlenstoff
0,3 bis 2,5 %: Mangan
0,8 bis 2,2 %: Silizium
bis 0,06 %: Aluminium
bis 0,5 %: Chrom, Nickel und Molybdän in Summe
bis 0,06 %: Niob
bis 0,1 %: Vanadium
bis 0,05 %: Titan
0,001 bis 0,01 %: Bor
bis 0,01 %: Stickstoff
bis 0,01 %: Schwefel
bis 0,02 %: Phosphor
Rest: Eisen und Verunreinigungen, wobei

Aus dieser Stahllegierung wurde zunächst ein Vormaterial erstellt, indem dieses zu Gussblöcken gegossen und anschließend auf die gewünschten Maße geschmiedet worden ist. Anschließend wurde die Oberfläche gefräst. Dann erfolgte ein Warmwalzen, so dass ein plattenförmiges Vormaterial ausgebildet worden ist, welches anschließend 5 Stunden bei 690 °C im Ofen bei Luftatmosphäre wärmebehandelt worden ist. Dieses wärmebehandelte Vormaterial wurde dann an seiner Oberfläche sandgestrahlt, um die bei der Wärmebehandlung entstandene Zunderschicht an der Oberfläche zu entfernen.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Stahlmaterials wurde dann dieses Vormaterial auf eine Dicke von ungefähr 3,5 mm kaltgewalzt. Unmittelbar nachfolgend zu dem Kaltwalzen erfolgte ein Wärmebehandlungsprozess von 1,5 Stunden bei 690 °C in einem Ofen unter Vakuum. Die Abkühlung erfolgte anschließend unter einer Stickstoff-Atmosphäre. Anschließend wurde das Stahlmaterial auf die für das Anwendungsbeispiel benötigten Abmaße mit einer Dicke von 1,5 mm kaltgewalzt.
Nach der anhand der 1 bis 4 veranschaulichten Warmumformung weist das Stahlmaterial die folgenden Kennwerte auf:

Zugfestigkeit: Rm > 900 MPa

Streckgrenze: Rp > 600 MPa

Bruchdehnung: A50 > 16 %
In der 1 ist grob schematisch eine Anlage skizziert, anhand der zunächst die grundsätzliche Prozessabfolge zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils 7 erläutert ist. Die Anlage weist beispielhaft einen Durchlaufofen 1, einen als Batchofen realisierten Wärmebehandlungsofen 2, ein Umformwerkzeug 3 zur Warmumformung und Presshärtung von Stahlblechbauteilen 7 sowie eine Ablagestation 5 auf, in der die hergestellten Stahlblechbauteile 7 gelagert werden. Zunächst wird ein Stahlfeinblech 6 aus einem härtbaren Stahl in den Durchlaufofen 1 transferiert und dort in einem Austenitisierungsschritt Δt_A (3) auf eine Prozesstemperatur T_A (3) oberhalb der werkzeugspezifischen Austenitisierungstemperatur Ac3 des eingesetzten Stahls erwärmt, die beispielhaft bei 930°C liegt.
Das so erwärmte Stahlfeinblech 6 wird in einer Transferphase in den Wärmebehandlungsofen 2 transferiert und dort einem später beschriebenen Bainitisierungsschritt Δt_B (3) unterzogen. Es ist hervorzuheben, dass die Erfindung nicht auf eine Bainitisierung im Wärmebehandlungsofen 2 beschränkt ist. Alternativ dazu kann zumindest eine Teil-Bainitisierung auch an Luft und/oder durch eine Kühlstrecke zwischen einem Austenitisierungsschritt Δt_A und einem Presshärteschritt Δt_H realisiert sein.
Anschließend wird das derart wärmebehandelte Stahlfeinblech 6 in das Umformwerkzeug 3 transferiert und dort in einem Presshärteschritt Δt_H (3) zu dem Stahlblechbauteil 7 warmumgeformt und zugleich bis auf eine Entnahmetemperatur Taus (3) abgeschreckt. In der 1 weist das Umformwerkzeug 3 zudem eine nur angedeutete Temperier-/Kühleinrichtung 9 auf, um das Umformwerkzeug 3 während des Presshärteschrittes Δt_H aktiv zu kühlen beziehungsweise auf einer vordefinierten Werkzeugtemperatur zu halten.
In der Prozessabfolge der 2 ist zeitlich zwischen dem Austenitisierungsschritt Δt_A und dem Bainitisierungsschritt Δt_B ein Abschreckprozessschritt Δt_S (3) zwischengeschaltet, bei dem das Stahlfeinblech 6 in einer Abschreckzeit auf die Bainitisierungstemperatur T_B (3) abgekühlt wird. Diese ist kleiner als eine Bainit-Start-Temperatur Bs und größer als eine Bainit-Finish-Temperatur Bf. Im Bainitisierungsschritt Δt_B wird das Stahlfeinblech 6 über eine vordefinierte Bainitisierungszeit auf der Bainitisierungstemperatur T_B gehalten.
Im Abschreckprozessschritt Δt_S ist die Abkühlrate bevorzugt größer als 27°C/s. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass bei der Abkühlung weder das Ferrit- noch das Perlit-Gebiet P, F erreicht wird. Bevorzugt ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Abschreckprozessschritt Δt_S durch die Transferphase zwischen dem Durchlaufofen 1 und dem Batchofen 2 realisiert.
Nach Abschluss des Bainitisierungsschrittes Δt_B im Batchofen 2 wird das wärmebehandelte Stahlfeinblech 6 in einem Einlegeschritt sowie mit einer Einlegetemperatur T_ein (3) in das Umformwerkzeug 3 eingelegt, woraufhin in einer Werkzeughaltephase der Presshärteschritt Δt_H erfolgt. Wie aus der 3 hervorgeht, ist die Bainitisierungstemperatur T_B um einen Temperaturversatz ΔT größer als eine Martensit-Start-Temperatur Ms.
Alternativ zur 1 kann zumindest eine Teil-Bainitisierung auch an Luft, d.h. ohne Batchofen 2, erfolgen. In diesem Fall müsste eine Abkühlstrategie beim Abschreckprozessschritt Δt_S entsprechend angepasst werden, so dass sowohl der Abschreckprozessschritt Δt_S als auch die Bainitisierung alleine in der Kühlstrecke zwischen dem Austenitisierungsschritt Δt_A und dem Presshärteschritt Δt_H erfolgt.
In der 3 werden im Bainitisierungsschritt Δt_B zumindest zwei Blechabschnitte des Stahlfeinblechs unterschiedliche Bainitisierungstemperaturen T_B1 und T_B2 zugeordnet. D.h., dass im Bainitisierungsschritt Δt_B ein erster Blechabschnitt des Stahlfeinblechs bei der ersten Bainitisierungstemperatur T_B1 wärmebehandelt wird, und ein zweiter Blechabschnitt des Stahlfeinblechs bei einer zweiten Bainitisierungstemperatur T_B2 wärmebehandelt wird. Die zeitlichen Verläufe der ersten und zweiten Bainitisierungstemperatur T_B1 und T_B2 sind jeweils auf einen isothermen Verlauf eingestellt. Zudem sind in der 3 dem ersten Blechabschnitt und dem zweiten Blechabschnitt jeweils identische Bainitisierungszeiten Δt_B zugeordnet. Die beiden Bainitisierungstemperaturen T_B1 und T_B2 können in einem Bereich zwischen Bainit-Start und Bainit-Finish z.B. zwischen 350°C und 450°C liegen.
Der zeitliche Verlauf der ersten und/oder zweiten Bainitisierungstemperatur T_B1 und T_B2 kann unterschiedlichen Zeit-Temperatur-Profilen folgen. Alternativ zum dargestellten isothermen Verlauf können bei der ersten Bainitisierungstemperatur T_B1 und/oder bei der zweiten Bainitisierungstemperatur T_B1 ein rampenförmig oder stufenförmig fallender oder steigender Verlauf eingestellt werden. Entscheidend ist, dass sich im Bainitisierungsschritt Δt_B eine Gefügeumwandlung im Stahlfeinblech 6 im Wesentlichen in ein bainitisches Zwischenstufengefüge ergibt, und zwar ohne Bildung von Ferrit- und/oder Perlitgefüge. Alternativ kann bevorzugt als Sekundärphase zusätzlich Restaustenit und gegebenenfalls Martensit gebildet werden, indem die Bainitisierung vorzeitig beendet wird.
Nach Abschluss des Bainitisierungsschrittes Δt_B erfolgt in den 2 und 3 unverzüglich der Presshärteschritt Δt_H mit einer schlagartigen Abkühlung bis auf die Entnahmetemperatur T_aus , und zwar insbesondere mit einer Abkühlrate, die größer als 27°C/s ist.
In der 3 liegt die Entnahmetemperatur Taus knapp unterhalb der Martensit-Finish-Temperatur Mf. Nach dem Entnahmeschritt erfolgt ein Luftkühlschritt Δt_KL in der Ablagestation 5, bei der das Stahlblechteil 7 an Luft bis auf eine Raumtemperatur abgekühlt wird.
Nach dem Luftkühlschritt Δt_LK wird in der 3 ein Partitioning-Wärmebehandlungsschritt Δt_P durchgeführt, bei dem Stahlblechteil 7 vergütet wird, um die Bauteil-Sprödigkeit zu reduzieren und die Bauteil-Duktilität zu erhöhen. Prozesstechnisch bevorzugt ist es, wenn der Partitioning-Wärmebehandlungsschritt Δt_P als integraler Bestandteil während der prozesstechnisch nachgeschalteten Fahrzeuglackierung stattfindet.
Anhand der 4 und 5 wird nachfolgend ein Verfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben, das eine alternative Prozessabfolge aufweist. Die Prozessabfolge des in den 4 und 5 gezeigten Verfahrens ist grundsätzlich identisch mit dem in den 1 bis 3 gezeigten Verfahren. Von daher wird auf die Vorbeschreibung verwiesen. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird in den 4 und 5 in einer zeitlichen Prozessabfolge zunächst in einem ersten Kaltumformschritt Δt_kalt das Stahlfeinblech 6 zu einem Kaltumform-Bauteil umgeformt.
Das im Kaltumformschritt Δt_kalt gebildete Kaltumform-Bauteil kann bereits nahezu die Bauteilgeometrie des herzustellenden Stahlblechteils 7 aufweisen oder alternativ lediglich bis zu einer Vorformungsstufe umgeformt sein. Nach dem Kaltumformschritt Δt_kalt folgt der Austenitisierungsschritt Δt_A , in dem das Stahlfeinblech für eine Austenitisierungszeit auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur Ac3 gehalten wird. In einem anschließenden Einlegeschritt wird das Stahlfeinblech mit der Einlegetemperatur Tein in das Umformwerkzeug 3 eingelegt. Danach wird der Presshärteschritt Δt_H durchgeführt, in dem das im Umformwerkzeug 3 eingelegte Stahlfeinblech in einer Abkühlzeit abgekühlt wird, und zwar unter Bildung des Stahlblechteils 7. Im Entnahmeschritt wird das Stahlblechbauteil 7 aus dem geöffneten Umformwerkzeug 3 entnommen. Zeitlich zwischen dem Austenitisierungsschritt Δt_A und dem Presshärteschritt Δt_H erfolgt der Abschreckprozessschritt Δt_S und der Bainitisierungsschritt Δt_B . Im Bainitisierungsschritt Δt_B wird das Stahlfeinblech in der 4 oder 5 über eine Bainitisierungszeit auf eine Bainitisierungstemperatur T_B konstant gehalten, so dass im Stahlblechbauteil eine Gefügeumwandlung in Bainit mit stabilisiertem Restaustenit stattfindet.
Ein wesentlicher Aspekt des zweiten Ausführungsbeispiels betrifft den Sachverhalt, dass die Stahlfeinblech-Umformung in zwei Umform-Teilschritten durchgeführt wird. Der erste Umform-Teilschritt ist der Kaltumformschritt Δt_kalt, der vor dem Austenitisierungsschritt Δt_A erfolgt. Der zweite Umform-Teilschritt ist der Presshärteschritt Δt_H . In dem Kaltumformschritt Δt_kalt (erster Umform-Teilschritt) erfolgt eine relativ rasche Kaltumformung des Stahlblechmaterials in einem Kaltumformwerkzeug .
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebene besonders bevorzugte Ausgestaltung. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Durchlaufofen
2: Batchofen
3: Umformwerkzeug
5: Ablagestation
6: Stahlfeinblech
7: Stahlblechbauteil
9: Temperier-/Kühlsystem
T_A: Stahlfeinblech-Temperatur im Durchlaufofen
T_B, T_B1, T_B2: Bainitisierungstemperaturen
T_ein: Einlegetemperatur
T_aus: Entnahmetemperatur
ΔT: Temperaturversatz
F: Ferritgebiet
P: Perlitgebiet
B: Bainitgebiet
Δt_A,: Austenitisierungsschritt
Δt_B: Bainitisierungsschritt
Δt_S: Abschreckprozessschritt
Δt_H: Presshärteschritt
Δt_LK: Luftkühlungsschritt
Δt_P: Partitioning-Wärmebehandlungsschritt
Δt_S: Kaltumformschritt

Claims

Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils (7) mit einem Gefüge aus Bainit, Restaustenit und Martensit für den Fahrzeugbau, bei dem ein Vormaterial in Form eines Stahlfeinblechs (6) bereitgestellt wird, das aus einem Stahl hergestellt ist, der in Gewichtsprozent die folgenden Bestandteile aufweist: 0,30 bis 0,42 % Kohlenstoff 0,3 bis 2,5 % Mangan 0,8 bis 2,2 % Silizium bis 0,06 % Aluminium bis 0,5 % Chrom, Nickel und Molybdän in Summe bis 0,06 % Niob bis 0,1 % Vanadium bis 0,05 % Titan 0,001 bis 0,01 % Bor bis 0,01 % Stickstoff bis 0,01 % Schwefel bis 0,02 % Phosphor Rest Eisen und Verunreinigungen, wobei in dem Verfahren in einer zeitlichen Prozessabfolge in einem Austenitisierungsschritt (Δt_A) das Stahlfeinblech (6) für eine Austenitisierungszeit auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur Ac3 gehalten wird, in einem Einlegeschritt das Stahlfeinblech (6) mit einer Einlegetemperatur (T_ein) in ein Umformwerkzeug (3) eingelegt wird, und in einem Presshärteschritt (Δt_H) das im Umformwerkzeug (3) eingelegte Stahlfeinblech (6) in einer Abkühlzeit abgekühlt wird, und zwar unter Bildung des Stahlblechteils (7), und in einem Entnahmeschritt das Stahlblechteil (7) mit einer Entnahmetemperatur (T_aus) aus dem geöffneten Umformwerkzeug (3) entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich zwischen dem Austenitisierungsschritt (Δt_A) und dem Presshärteschritt (Δt_H) ein Abschreckprozessschritt (Δt_S), bei dem das Stahlfeinblech (6) in einer Abschreckzeit auf eine Bainitisierungstemperatur (T_B) abgekühlt wird, die kleiner als eine Bainit-Start-Temperatur und größer als eine Bainit-Finish-Temperatur ist, und ein Bainitisierungsschritt (Δt_B) erfolgt, bei dem das Stahlfeinblech (6) über zumindest eine Bainitisierungszeit auf wenigstens zwei verschiedenen Bainitisierungstemperaturen (T_B1, T_B2) gehalten wird, so dass für verschiedene Bereiche im Stahlfeinblech eine Gefügeumwandlung in Bainit mit stabilisiertem Restaustenit stattfindet, und zwar mit unterschiedlicher Ausprägung der Bainitisierung.
Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils (7) mit einem Gefüge aus Bainit, Restaustenit und Martensit für den Fahrzeugbau, bei dem ein Vormaterial in Form eines Stahlfeinblechs (6) bereitgestellt wird, das aus einem Stahl hergestellt ist, der in Gewichtsprozent die folgenden Bestandteile aufweist: 0,30 bis 0,42 % Kohlenstoff 0,3 bis 2,5 % Mangan 0,8 bis 2,2 % Silizium bis 0,06 % Aluminium bis 0,5 % Chrom, Nickel und Molybdän in Summe bis 0,06 % Niob bis 0,1 % Vanadium bis 0,05 % Titan 0,001 bis 0,01 % Bor bis 0,01 % Stickstoff bis 0,01 % Schwefel bis 0,02 % Phosphor Rest Eisen und Verunreinigungen, wobei in dem Verfahren in einer zeitlichen Prozessabfolge in einem ersten Kaltumformschritt (Δt_kalt) das Stahlfeinblech in ein Stahlblechbauteil (6) oder eine Vorformungsstufe umgeformt wird und in einem Austenitisierungsschritt (Δt_A) das Stahlblechbauteil (6) für eine Austenitisierungszeit auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur Ac3 gehalten wird, in einem Einlegeschritt das Stahlblechbauteil (6) mit einer Einlegetemperatur (T_ein) in ein Umformwerkzeug (3) eingelegt wird, und in einem Presshärteschritt (Δt_H) das im Umformwerkzeug (3) eingelegte Stahlfeinblech (6) in einer Abkühlzeit abgekühlt wird, und zwar unter Bildung des Stahlblechteils (7), und in einem Entnahmeschritt das Stahlblechbauteil (7) mit einer Entnahmetemperatur (T_aus) aus dem geöffneten Umformwerkzeug (3) entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich zwischen dem Austenitisierungsschritt (Δt_A) und dem Presshärteschritt (Δt_H) ein Abschreckprozessschritt (Δt_S), bei dem das Stahlblechbauteil (6) in einer Abschreckzeit auf eine Bainitisierungstemperatur (T_B) abgekühlt wird, die kleiner als eine Bainit-Start-Temperatur und größer als eine Bainit-Finish-Temperatur ist, und ein Bainitisierungsschritt (Δt_B) erfolgt, bei dem das Stahlblechbauteil (6) über eine Bainitisierungszeit auf eine Bainitisierungstemperatur (T_B) gehalten wird, so dass im Stahlblechbauteil (6) eine Gefügeumwandlung in Bainit mit stabilisiertem Restaustenit stattfindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bevorzugt die Stahllegierung mindestens folgende Bestandteile in Gewichtsprozent aufweisen kann: 0,36 bis 0,42 % Kohlenstoff 0,3 bis 1,0 % Mangan 1,4 bis 2,0 % Silizium 0,01 bis 0,05 % Aluminium 0,30 bis 0,50 % Chrom, Nickel und Molybdän in Summe 0,005 bis 0,05 % Niob bis 0,1 % Vanadium bis 0,005 % Titan 0,0025 bis 0,005% Bor 0,0025 bis 0,01 % Stickstoff bis 0,008 % Schwefel bis 0,015 % Phosphor, wobei auch hier als weitere Bestandteile beispielsweise Eisen und Verunreinigungen vorgesehen sein können, und wobei das Gefüge im Wesentlichen aus Bainit, stabilisiertem Restaustenit und Martensit besteht.
Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils (7) mit einem Gefüge aus Bainit, Restaustenit und Martensit für den Fahrzeugbau, bei dem ein Vormaterial in Form eines Stahlfeinblechs (6) bereitgestellt wird, das aus einem Stahl hergestellt ist, der in Gewichtsprozent die folgenden Bestandteile aufweist: 0,30 bis 0,42 % Kohlenstoff 0,3 bis 2,5 % Mangan 0,8 bis 2,2 % Silizium bis 0,06 % Aluminium bis 0,5 % Chrom, Nickel und Molybdän in Summe bis 0,06 % Niob bis 0,1 % Vanadium bis 0,05 % Titan 0,001 bis 0,01 % Bor bis 0,01 % Stickstoff bis 0,01 % Schwefel bis 0,02 % Phosphor Rest Eisen und Verunreinigungen, wobei in dem Verfahren in einer zeitlichen Prozessabfolge in einem Austenitisierungsschritt (Δt_A) das Stahlfeinblech (6) für eine Austenitisierungszeit auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur Ac3 gehalten wird, in einem Einlegeschritt das Stahlfeinblech (6) mit einer Einlegetemperatur (T_ein) in ein Umformwerkzeug (3) eingelegt wird, und in einem Presshärteschritt (Δt_H) das im Umformwerkzeug (3) eingelegte Stahlfeinblech (6) in einer Abkühlzeit abgekühlt wird, und zwar unter Bildung des Stahlblechteils (7), und in einem Entnahmeschritt das Stahlblechteil (7) mit einer Entnahmetemperatur (T_aus) aus dem geöffneten Umformwerkzeug (3) entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich zwischen dem Austenitisierungsschritt (Δt_A,) und dem Presshärteschritt (Δt_H) ein Abschreckprozessschritt (Δts), bei dem das Stahlfeinblech (6) in einer Abschreckzeit auf eine Bainitisierungstemperatur (T_B) abgekühlt wird, die kleiner als eine Bainit-Start-Temperatur und größer als eine Bainit-Finish-Temperatur ist, und ein Bainitisierungsschritt (Δt_B) erfolgt, bei dem das Stahlfeinblech (6) über eine Bainitisierungszeit derart gehalten wird (10 bis 60 Sekunden), dass eine zumindest teilweise Gefügeumwandlung in Bainit mit stabilisiertem Restaustenit stattfindet, und dass der Bainitisierungsschritt (Δt_B) in einer Wärmebehandlungseinrichtung (2) erfolgt, oder dass der Bainitisierungsschritt (Δt_B) ohne Wärmebehandlungseinrichtung (2) in einer Transferphase und/oder Haltephase zwischen dem Austenitisierungsschritt (Δt_A) und dem Presshärteschritt (Δt_H).
Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils (7) mit einem Gefüge aus Bainit, Restaustenit und Martensit für den Fahrzeugbau, bei dem ein Vormaterial in Form eines Stahlfeinblechs (6) bereitgestellt wird, das aus einem Stahl hergestellt ist, der in Gewichtsprozent die folgenden Bestandteile aufweist: 0,30 bis 0,42 % Kohlenstoff 0,3 bis 2,5 % Mangan 0,8 bis 2,2 % Silizium bis 0,06 % Aluminium bis 0,5 % Chrom, Nickel und Molybdän in Summe bis 0,06 % Niob bis 0,1 % Vanadium bis 0,05 % Titan 0,001 bis 0,01 % Bor bis 0,01 % Stickstoff bis 0,01 % Schwefel bis 0,02 % Phosphor Rest Eisen und Verunreinigungen, wobei in dem Verfahren in einer zeitlichen Prozessabfolge in einem Austenitisierungsschritt (Δt_A) das Stahlfeinblech (6) für eine Austenitisierungszeit auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur Ac3 gehalten wird, in einem Einlegeschritt das Stahlfeinblech (6) mit einer Einlegetemperatur (T_ein) in ein Umformwerkzeug (3) eingelegt wird, und in einem Presshärteschritt (Δt_H) das im Umformwerkzeug (3) eingelegte Stahlfeinblech (6) in einer Abkühlzeit abgekühlt wird, und zwar unter Bildung des Stahlblechteils (7), und in einem Entnahmeschritt das Stahlblechteil (7) mit einer Entnahmetemperatur (T_aus) aus dem geöffneten Umformwerkzeug (3) entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich zwischen dem Austenitisierungsschritt (Δt_A,) und dem Presshärteschritt (Δt_H) ein Abschreckprozessschritt (Δts), bei dem das Stahlfeinblech (6) in einer Abschreckzeit auf eine Bainitisierungstemperatur (T_B) abgekühlt wird, die kleiner als eine Bainit-Start-Temperatur und größer als eine Bainit-Finish-Temperatur ist, und ein Bainitisierungsschritt (Δt_B) erfolgt, derart dass in dem Bainitisierungsschritt (Δt_B) zumindest eine weitere Fertigungsoperation integriert ist wie z.B. Warmbeschnitt, Lochen, Stanzen, Prägen, Vorformen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich nach dem Presshärteschritt (Δt_H), insbesondere nach dem Luftkühlschritt (Δt_L), ein Partitioning-Wärmebehandlungsschritt (Δt_P) erfolgt, bei dem das Stahlblechteil (7) vergütet wird, um die Bauteil-Sprödigkeit zu reduzieren und die Bauteil-Duktilität zu erhöhen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalt- beziehungsweise Warmumformstufen aus wenigstens einer Rollprofilier-Operation ausgeführt sind, um möglichst kostengünstig Stahlblechprofilbauteile herzustellen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschreckprozessschritt (Δts) bei einer Abkühlrate von größer als 27 °C/s durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Entnahmeschritt die Entnahmetemperatur (T_aus) bevorzugt in einem Bereich kleiner oder gleich der Martensit-Finish-Temperatur (Mf) liegt beziehungsweise kleiner oder gleich 200°C, und/oder dass nach dem Presshärteschritt (Δt_H), insbesondere nach dem Entnahmeschritt, ein Luftkühlschritt (Δt_L) erfolgt, bei dem das gebildete Stahlblechteil (7) für eine Luftkühl-Zeit an Luft bis auf eine Raumtemperatur (T_R) abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchdehnung (z.B. A50) des Stahlblechteils (5) durch den nachgelagerten Partitioning-Wärmebehandlungsschritt (Δt_P) (Bainit-Partitioning) bei >100-225°C für 30 Sekunden bis 60 Minuten, bevorzugt bei >150-200°C für 5-30 Minuten von 5 - 7% auf >16 - 40% gesteigert werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Prozessschritt nach dem Partitioning-Wärmebehandlungsschritt (Δt_P) eine weitere (Kalt-)Formgebungsoperation und ggf. eine Fügeoperation erfolgt, um beispielsweise einen geschlossenen Profilquerschnitt durch einen Biegeprozess herzustellen oder mindestens einen Bereich des Bauteils gezielt zu verfestigen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Partitioning-Wärmebehandlungsschritt (Δt_P) auch als integraler Bestandteil während der Fahrzeuglackierung durchführbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahllegierung Gehalte an Chrom, Nickel und/oder Molybdän aufweist, wobei die Summe an Chrom, Nickel und Molybdän weniger als 0,5 %, bevorzugt weniger als 0,35 %, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblechbauteil (7) in wenigstens einem Bereich eine Streckgrenze Re > 600 MPa, eine Zugfestigkeit Rm > 900 MPa und/oder eine Bruchdehnung A50 > 16% aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschreckprozessschritt (Δts) und/oder zumindest ein Teil-Bainitisierungsschritt durch eine Transferphase zwischen dem Austenitisierungsschritt (Δt_A) und dem Presshärteschritt (Δt_H) realisiert ist, und/oder dass der Abschreckprozessschritt (Δts) derart rasch erfolgt, dass weder das Ferrit- noch das Perlitgebiet (P, F) erreicht werden, und/oder dass der Abschreckprozessschritt (Δts) in einer Kühlphase von weniger als 30 Sekunden erfolgt, insbesondere mittels Luftkühlung oder mittels Kühlplatten oder mittels Walzrollen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschreckprozessschritt (Δt_S) und/oder zumindest ein Teil-Bainitisierungsschritt in der Transferphase mit Kühlplatten derart erfolgt, dass eine einfache mechanische Presse verwendet werden kann, die Kühlplatten aus Stahl sind und temperiert werden können, damit die gewünschte Stahlblechtemperatur genauer eingestellt werden kann und ggf. eine Oberflächenschutzschicht geschont werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschreckprozessschritt (Δts) und/oder zumindest ein Teil-Bainitisierungsschritt in der Transferphase derart erfolgt, dass durch Walzen, die temperiert werden können, ein thermomechanisches Walzen durchgeführt wird, um die Gefügeeigenschaften bezüglich Duktilität und Feinkörnigkeit zu verbessern oder um eine ggf. vorhandene Zunderschicht aufzubrechen, damit diese durch z.B. Druckluft leichter entfernt werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschreckprozessschritt (Δts) und/oder zumindest ein Teil-Bainitisierungsschritt in der Transferphase derart erfolgt, das durch ein thermomechanisches Walzen in einem ersten Formgebungsschritt ein profiliertes Halbzeug hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschreckprozessschritt (Δt_S) und/oder zumindest ein Teil-Bainitisierungsschritt in der Transferphase derart erfolgen, dass durch thermomechanisches Walzen mindestens ein Dickenunterschied (Tailored Rolled Blank) in das Stahlfeinblech eingewalzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Abschreckprozessschritt (Δts) in der Transferphase zum Bainitisierungsschritt (Δt_B) eine zusätzlich Korrosionsschutz-Beschichtung auf das Stahlfeinblech (6) aufgebracht wird, vorzugsweise aufgesprüht wird, derart, dass die Temperatur im anschließenden Bainitisierungsschritt (Δt_B) für die Ausbildung eines Schichtverbundes genutzt werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Abschreckprozessschritt (Δts) und/oder zumindest ein Teil-Bainitisierungsschritt in der Transferphase durch eine Kombination aus Abkühlung mittels Luft (zum Beispiel Ventilation oder Druckluft) und/oder thermomechanisches Walzen und/oder Plattenkühlung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bainitisierungsschritt (Δt_B) beliebige, geeignete Zeit-Temperatur-Profile realisierbar sind, beispielhaft kann ein isothermer Verlauf einer Stahlfeinblech-Temperatur eingestellt werden, oder alternativ dazu kann auch ein rampenförmig oder stufenförmig fallender oder steigender Verlauf einer Stahlfeinblech-Temperatur eingestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass im jeweiligen Umform-Teilschritt (Δt_kalt, Δt_H) ein Kaltbeziehungsweise Warmbeschnitt durchführbar ist, oder das Umformwerkzeug (3) zur Durchführung des Presshärteschritts (Δt_H) als Profilwalzen oder als Biegeoperation ausgeführt ist, und/oder dass durch den zweistufigen Umformschritt (Δt_kalt, Δt_H) die Taktzeiten reduziert werden können.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den zweistufigen Umformprozessschritt (Δt_kalt, Δt_H) die Presse der Umformwerkzeuge (3) relativ einfach und damit kostengünstig ausführbar ist, so dass insbesondere für den Formhärtungsschritte mechanische Pressen anstelle von kostenintensiven servohydraulischen Pressen verwendbar sind, und/oder dass in dem Bainitisierungsschritt zumindest eine weitere Fertigungsoperation integriert ist wie zum Beispiel Warmbeschnitt, Lochen, Stanzen, Prägen, Vorformen.
Stahlblechbauteil, das nach einem Verfahren gemäß den vorhergehenden Ansprüchen hergestellt ist, und dass insbesondere das Stahlblechbauteil ein Fahrzeugkarosseriebauteil ist.
Verwendung des Stahlblechbauteils nach Anspruch 25 zur Herstellung eines Fahrzeugfahrwerkbauteils.