DE3883990T2 - USE OF TOOL STEEL FOR TOOLS FOR SHAPING THE MOTOR VEHICLE BLADE STEEL. - Google Patents
USE OF TOOL STEEL FOR TOOLS FOR SHAPING THE MOTOR VEHICLE BLADE STEEL.Info
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Werkzeugstahls für Werkzeuge zum Pressen von Karosserieblechen für Kraftfahrzeuge mit einer spezifischen chemischen Zusammensetzung.The invention relates to the use of a tool steel for tools for pressing body panels for motor vehicles with a specific chemical composition.
Für Preßwerkzeuge für Karosseriebleche von Kraftfahrzeugen wird heutzutage eine große Vielfalt von Stahlsorten verwendet, einschließlich hochlegierter Stähle, wie z.B. Stähle der Sorte SIS 2310 mit der nominellen Zusammensetzung 1,55 C, 0,30 Si, 0,25 Mn, 12,0 Cr, 0,80 Mo, 0,80 V, Rest (balance) Eisen, aber auch Stähle mit mittlerem oder verhältnismäßig niedrigem Gehalt von Legierungs- Elementen. Unter den letzteren sei an erster Stelle die Stahlsorte SIS 2260 erwähnt mit der nominellen Zusammensetzung 1,00 C, 0,15 Si, 0,60 Mn, 5,3 Cr, 1,1 Mo, 0,20 V, Rest Eisen und die Stahlsorte, die unter dem Handelsnamen UHB FERMO vertrieben wird und die die nominelle Zusammensetzung 0,48 C, 0,40 Si, 0,90 Mn, 1,50 Cr, Rest Eisen und Verunreinigungen hat. Wenn das Erfordernis einer hohen Verschleißfestigkeit kruzial für die Auswahl der Stahlsorte ist, werden Stähle vom Typ der Sorte SIS 2260, der dem Stahl der vorliegenden Erfindungen am ähnlichsten ist, an erster Stelle verwendet, während UHB FERMO verwendet wird, wenn gute flammhärtende Eigenschaften und eine gute Zähigkeit des Stahls kruziale Faktoren sind. Es ist ein Nachteil, daß nicht ein und diesselbe Stahlsorte die hohen Ansprüche bezüglich Verschleißfestigkeit, flammhärtenden Eigenschaften und Zähigkeit erfüllt, weil die Lagerhaltung einer Mehrzahl von Stahlsorten die Gesamtkosten erhöht.A wide variety of steel grades are used today for pressing tools for automotive body panels, including high-alloy steels, such as SIS 2310 grade steels with the nominal composition 1.55 C, 0.30 Si, 0.25 Mn, 12.0 Cr, 0.80 Mo, 0.80 V, balance iron, but also steels with medium or relatively low content of alloying elements. Among the latter, firstly, mention should be made of the steel grade SIS 2260 with the nominal composition 1.00 C, 0.15 Si, 0.60 Mn, 5.3 Cr, 1.1 Mo, 0.20 V, balance iron, and the steel grade sold under the trade name UHB FERMO with the nominal composition 0.48 C, 0.40 Si, 0.90 Mn, 1.50 Cr, balance iron and impurities. When the requirement of high wear resistance is critical for the selection of the steel grade, steels of the type SIS 2260, which is most similar to the steel of the present inventions, are used first, while UHB FERMO is used when good flame hardening properties and good toughness of the steel are critical factors. It is a disadvantage that not one and the same steel grade meets the high demands regarding wear resistance, flame hardening properties and toughness, because the storage of a number of steel grades increases the overall costs.
In der JP 59-118857 wird eine Stahllegierung als Stützwalzenwerkstoff vorgeschlagen, die im wesentlichen aus 0,50-0,60 C, ≤ 1,0 Si, ≤ 1,0 Mn 4,60- 5,50 Cr, 0,40-0,50 Mo, 0,10-0,30 V und sonstigen Verunreinigungen und Eisen als Rest besteht.In JP 59-118857 a steel alloy is proposed as a backup roll material, which consists essentially of 0.50-0.60 C, ≤ 1.0 Si, ≤ 1.0 Mn 4.60- 5.50 Cr, 0.40-0.50 Mo, 0.10-0.30 V and other impurities and iron as the remainder.
Es ist Gegenstand der Erfindung, die Verwendung eines Werkzeugstahls vorzuschlagen, dessen Merkmale besser auf die Erfordernisse zur Verwendung von Werkzeugstahl für Preßwerkzeuge für Karosseriebleche von Motorfahrzeugen abgestimmt sind als bekannte Stahlsorten, die heutzutage für diesen Zweck verwendet werden. Es ist insbesondere beabsichtigt, die Verwendung eines Werkzeugstahls vorzuschlagen, der für große, gegossene Werkzeuge zum Stanzen von Karosserieblechen in der Kraftfahrzeugindustrie geeignet ist. Ganz besonders ist es beabsichtigt, die Verwendung eines Werkzeugstahls vorzuschlagen, der als universelles Material in diesem technischen Gebiet verwendet werden kann, wobei das Konzept "universelles Material" impliziert, daß der Stahl eine höhere Verschleißfestigkeit kombiniert mit guter Zähigkeit, insbesondere an Schneidkanten, aufweisen soll, dies sind Merkmale, die charakteristische Eigenschaften für die beiden Werkzeugstähle sind, die gegenwärtig die dominierenden Materialien für Preßwerkzeuge für Karosseriebleche von Kraftfahrzeugen sind. Es soll möglich sein, die Werkzeuge in großen Abmessungen zu gießen und es soll möglich sein, sie nach einer geeigneten, flammhärtenden Behandlung, im Gußzustand zu verwenden. Die flammhärtenden Eigenschaften sollen geeignet sein, was eine verhältnismäßig niedrige Flammhärtetemperatur und einen breiten, flammhärtenden Temperaturbereich beinhaltet, der der Oberflächenschicht des Werkzeugs mit hoher Genauigkeit die gewünschte Härte verleiht.It is an object of the invention to propose the use of a tool steel whose characteristics are better adapted to the requirements for the use of tool steel for pressing tools for body panels of motor vehicles than known types of steel used for this purpose today. In particular, it is intended to propose the use of a tool steel suitable for large, cast tools for punching body panels in the motor vehicle industry. More particularly, it is intended to propose the use of a tool steel which can be used as a universal material in this technical field, the concept of "universal material" implying that the steel should have a higher wear resistance combined with good toughness, especially at cutting edges, which are characteristics that are characteristic properties of the two tool steels that are currently the dominant materials for pressing tools for body panels of motor vehicles. It should be possible to cast the tools in large dimensions and it should be possible to use them in the as-cast state after a suitable flame hardening treatment. The flame hardening properties should be suitable, which includes a relatively low flame hardening temperature and a wide flame hardening temperature range, which imparts the desired hardness to the surface layer of the tool with high accuracy.
Weiterhin soll der Stahl gut härtbar sein, d.h., er soll auch in großen Abmessungen Trog-härtbar sein, und die maximale Härtungstemperatur soll geeigneterweise niedriger als 1.020ºC sein. Neben der Flammhärtbarkeit ist es außerdem wünschenswert, daß der Stahl induktionshärtbar und besonders bevorzugt auch CVD-beschichtbar und/oder nitrierhärtbar sein soll. Gute flammhärtende Eigenschaften sind jedoch wichtiger als die Möglichkeit des CVD- Beschichtens des Werkzeugs oder des Nitrierhärtens.Furthermore, the steel should be easy to harden, ie it should be trough hardenable even in large dimensions, and the maximum hardening temperature should suitably be lower than 1,020ºC. In addition to flame hardenability, it is also desirable that the steel be induction hardenable and particularly preferably also CVD-coatable and/or nitridable. However, good flame-hardening properties are more important than the possibility of CVD-coating the tool or nitriding it.
Ein weiteres Objekt ist, daß der Stahl und das Werkzeug, das aus dem Stahl gemacht wird, gute Formbeständigkeit gegenüber Wärme hat, und daß die Abmessungsveränderungen, die während des konventionellen Härtens auftreten können, nicht zu einem Schrumpfen des Werkzeugs führen.Another object is that the steel and the tool made from the steel have good dimensional stability against heat and that the dimensional changes that can occur during conventional hardening do not lead to shrinkage of the tool.
Noch ein weiteres Objekt ist, daß der Stahl gut schweißbar ist, so daß das Werkzeug, das aus diesem Stahl gemacht ist, ohne Vorwärmen durch Schweißen repariert werden kann.Yet another object is that the steel is easily weldable, so that the tool made of this steel can be repaired by welding without preheating.
Abgesehen von den vorstehenden Objekten soll der Stahl, unter anderem aus Kostengründen, nur einen mäßigen Gehalt an Legierungselementen aufweisen.Apart from the above objects, the steel should have only a moderate content of alloying elements, among other things for cost reasons.
Diese und andere Objekte und Vorteile der Erfindung können dadurch erreicht werden, daß die Erfindung durch das gekennzeichnet wird, was in den zugehörigen Patentansprüchen und in der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und in dem nachstehenden Bericht über die erreichten Ergebnisse beschrieben wird.These and other objects and advantages of the invention may be attained by characterizing the invention by what is described in the appended claims and in the following description of a preferred embodiment and in the following report of the results achieved.
Die untersuchten Stähle hatten die folgende nominelle Zusammensetzung (Rest Eisen und Verunreinigungen und Spurenelemente in normalen Mengen): Tabelle 1 Zusammensetzung, Gew.-% Stahl No.The steels examined had the following nominal composition (residual iron and impurities and trace elements in normal amounts): Table 1 Composition, wt.% Steel No.
Aus den Stählen Nr. 1-5 mit den oben genannten nominellen Zusammensetzungen wurden 50 kg Rohblöcke hergestellt, und aus diesen Rohblöcken wurden Testkörper (Teststäbe) gefertigt. Die Teststäbe wurden durch Aufheizen auf verschiedene Temperaturen zwischen 900ºC und 1.050ºC für 30 Minuten und anschließendes Kühlen in Luft gehärtet. Die erreichten Härten sind in dem Diagramm in der Zeichnung graphisch dargestellt. Wegen der geringen Abmessungen der Teststäbe kann das Härtungsverfahren als Maß für die flammhärtenden Eigenschaften angesehen werden, die den Bedingungen des Flammhärte-Verfahrens entsprechen. Die besten Werte diesbezüglich wurden mit dem Stahl Nr. 2 erzielt, der auch den anderen gewünschten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Stahl genügt. Die Zusammensetzung des Stahls Nr. 2 entspricht daher der nominellen Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Stahls. Im Diagramm wurden außerdem korrespondierende Graphen für die im Handel erhältlichen Referenzstähle Nr. 6 und 7 gemacht.From steels No. 1-5 with the above-mentioned nominal compositions, 50 kg ingots were prepared and test specimens (test bars) were made from these ingots. The test bars were hardened by heating to various temperatures between 900ºC and 1,050ºC for 30 minutes and then cooling in air. The hardnesses achieved are graphically shown in the diagram in the drawing. Due to the small dimensions of the test bars, the hardening process can be considered as a measure of the flame hardening properties, which correspond to the conditions of the flame hardening process. The best values in this regard were achieved with steel No. 2, which also satisfies the other desired properties of the steel according to the invention. The composition of steel No. 2 therefore corresponds to the nominal composition of the steel according to the invention. In the diagram, corresponding graphs were also made for the commercially available reference steels No. 6 and 7.
Es ist ein charakteristisches Merkmal des erfindungsgemäßen Stahls, so wie er am besten durch den Stahl Nr. 2 dargestellt wird, daß eine hohe und im wesentlichen konstante Härte innerhalb eines breiten Temperaturbereichs erzielt wird. Insbesondere wird über den gesamten Temperaturbereich von 950-1.050ºC eine Härte zwischen 61 und 63 HRC durch das Härten erreicht. Ohne den Geltungsbereich der Erfindung an irgendeine besondere Theorie zu knüpfen, soweit es die Gründe für die erreichten Ergebnisse betrifft, gibt es eine ausreichende Grundlage für die Annahme, daß die Ergebnisse erreicht wurden durch die Tatsache, daß:It is a characteristic feature of the steel according to the invention, as best represented by steel No. 2, that a high and substantially constant hardness is achieved within a wide temperature range. In particular, a hardness between 61 and 63 HRC is achieved by hardening over the entire temperature range of 950-1,050ºC. Without the Without limiting the scope of the invention to any particular theory, as far as the reasons for the results achieved are concerned, there is a sufficient basis for believing that the results have been achieved by the fact that:
- eine verhältnismäßig niedrige Carbidstabilität (stability) erreicht wurde, die eine schnelle Lösung der Carbide und eine hohe Härte im Falle niedriger Austenitisiertemperaturen ermöglicht;- a relatively low carbide stability has been achieved, which enables rapid dissolution of the carbides and high hardness in the case of low austenitizing temperatures;
- der Gehalt an Carbid-bildenden Elementen niedrig ist und der Kohlenstoff-Gehalt daran angepaßt ist, der zwischen 0,5 und 0,7 %, vorzugsweise zwischen 0,55 und 0,65 % liegen sollte, so daß ein vergleichsweise hoher Kohlenstoff-Gehalt nach dem Härten in fester Lösung vorliegt; wenn der Kohlenstoff-Gehalt zu niedrig ist, wird keine ausreichende Härte erzielt, und wenn der Kohlenstoff-Gehalt zu hoch ist, wird der Stahl zu hart und demzufolge auch zu spröde, wobei gleichzeitig die Härte eng von der Flammhärte-Temperatur abhängt, was bedeutet, daß der Temperaturbereich, innerhalb dessen die gewünschte Härte erreichbar ist, zu eng ist;- the content of carbide-forming elements is low and the carbon content is adapted to this, which should be between 0.5 and 0.7%, preferably between 0.55 and 0.65%, so that a comparatively high carbon content is present after hardening in solid solution; if the carbon content is too low, sufficient hardness is not achieved, and if the carbon content is too high, the steel becomes too hard and consequently too brittle, at the same time the hardness is closely dependent on the flame hardening temperature, which means that the temperature range within which the desired hardness can be achieved is too narrow;
- der Gehalt an stark Ferrit-bildenden Elementen (Si und Mo) niedrig ist und der Gehalt an Austenit-stabilisierenden Elementen (Mn und/oder Mi) verhältnismäßig hoch ist, was in erster Linie zusammen mit Kohlenstoff die A&sub1;-Linie drückt und dadurch den Austenit-Bereich im Vergleich zu den bekannten Stählen Nr. 6 und 7 in Tabelle 1 vergrößert. Andererseits sollte der Si-Gehalt ausreichend hoch, jedoch nicht höher als 1,0 % sein für eine gute Fließfähigkeit während des Gießens. Der Mo-Gehalt sollte nicht höher als 0,8 % sein, während Ni + (Mn/2) zwischen 0,3 und 1,8 % liegen sollte. Der Stahl sollte jedoch mindestens 0,8 % Mn enthalten. Stickstoff ist ein starker Austenit-Bildner, sollte aber nicht in Mengen über 0,1 % vorhanden sein, um den Stahl nicht spröde zu machen.- the content of strong ferrite forming elements (Si and Mo) is low and the content of austenite stabilising elements (Mn and/or Mi) is relatively high, which together with carbon primarily depresses the A₁ line and thereby increases the austenite range compared to the known steels No. 6 and 7 in Table 1. On the other hand, the Si content should be sufficiently high, but not higher than 1.0%, for good fluidity during casting. The Mo content should not be higher than 0.8%, while Ni + (Mn/2) should be between 0.3 and 1.8%. However, the steel should contain at least 0.8% Mn. Nitrogen is a strong austenite former, but should not be present in quantities exceeding 0.1% in order to avoid making the steel brittle.
Der Stahl Nr. 4 hat auch gute flammhärtende Eigenschaften, doch das Härte-Niveau ist nicht so hoch wie beim Stahl Nr. 2. Der Stahl Nr. 3 hat ebenfalls gute flammhärtende Eigenschaften, insofern, daß eine Härte über 60 HRC bereits errreicht wird, wenn bei einer Temperatur von 950-1.000ºC gehärtet wird. Die Härte wird jedoch geringer, wenn bei höheren Temperaturen gehärtet wird, was nachteilig ist. Soweit Stahl Nr. 4 betroffen ist, ist es weiterhin nachteilig, daß die Durchhärtefähigkeit in erster Linie wegen des geringeren Gehalts an Chrom verschlechtert ist. Dies trifft bis zu einem gewissen Grad auch auf Stahl Nr. 3 zu. Stahl Nr. 6, der der Sorte SIS 2260 entspricht, ist sehr hart, hat aber schlechte flammhärtende Eigenschaften, was sich auch in den Graph in der Abbildung zeigt, und Stahl Nr. 7, der der bekannten Stahlsorte UHB FERMO entspricht, hat eine niedrigere Härte aber bessere flammhärtende Eigenschaften, was gleichfalls aus dem Graph hervorgeht.Steel No. 4 also has good flame hardening properties, but the hardness level is not as high as steel No. 2. Steel No. 3 also has good flame hardening properties in that a hardness of over 60 HRC is already achieved when hardening at a temperature of 950-1,000ºC. However, the hardness decreases when hardening at higher temperatures, which is a disadvantage. As far as steel No. 4 is concerned, it is also a disadvantage that the through hardening ability is impaired primarily due to the lower chromium content. This is also true to a certain extent for steel No. 3. Steel No. 6, which corresponds to the grade SIS 2260, is very hard but has poor flame hardening properties, which is also shown in the graph in the figure, and steel No. 7, which corresponds to the well-known steel grade UHB FERMO, has a lower hardness but better flame hardening properties, which is also shown in the graph.
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Legal Events
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| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee | ||
| 8370 | Indication related to discontinuation of the patent is to be deleted | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |