(19) |
|
|
(11) |
EP 1 881 083 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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30.12.2009 Patentblatt 2009/53 |
(22) |
Anmeldetag: 19.07.2007 |
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(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC):
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(54) |
Werkstück aus einer hochfesten Stahllegierung und dessen Verwendung
Workpiece made of a high-strength steel alloy and its use
Pièce en acier à haute résistance mécanique et sa utilisation
|
(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
|
AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO
SE SI SK TR |
(30) |
Priorität: |
19.07.2006 DE 102006033813
|
(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
|
23.01.2008 Patentblatt 2008/04 |
(73) |
Patentinhaber: |
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- BENTELER STAHL/ROHR GMBH
33104 Paderborn (DE)
- Benteler Automobiltechnik GmbH
33102 Paderborn (DE)
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(72) |
Erfinder: |
|
- Diekmann, Uwe
33102 Paderborn (DE)
- Säuberlich, Thomas
33332 Gütersloh (DE)
- Frehn, Andreas
33129 Delbrück (DE)
- Bake, Karsten
33129 Delbrück (DE)
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(74) |
Vertreter: Griepenstroh, Jörg |
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Bockermann Ksoll Griepenstroh
Patentanwälte
Bergstrasse 159 44791 Bochum 44791 Bochum (DE) |
(56) |
Entgegenhaltungen: :
EP-A1- 0 576 107 DE-A1-102004 053 620 JP-A- 7 331 381
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EP-B1- 1 565 588 JP-A- 5 302 119
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- KATSUMATA M ET AL: "DEVELOPMENT OF HIGH STRENGTH AND HIGH TOUGHNESS LOW CARBON - LOW
ALLOY STEEL FOR HOT FORGED PARTS" KOBELCO TECHNOLOGY REVIEW, KOBE STEEL, KOBE, JP,
Nr. 11, Juni 1991 (1991-06), Seiten 29-32, XP001038795 ISSN: 0913-4794
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Werkstück aus einer hochfesten Stahllegierung sowie dessen
Herstellung und Verwendung.
[0002] Lufthärtende Stahllegierungen haben den Vorteil, dass sie bereits eine hohe Festigkeit
im normalisierten Zustand aufweisen. Sie sind nur geringen Beeinflussungen der Festigkeit
durch Fügeprozesse wie Schweißen und Löten unterworfen und besitzen zugleich eine
hohe Anlassbeständigkeit bei der Feuerverzinkung, z. B. bei der Hochtemperatur-Verzinkung.
[0003] Es sind bereits eine Reihe von Anwendungen vorgeschlagen worden, bei denen lufthärtende
Stahlwerkstoffe mit guter Zähigkeit zum Einsatz kommen können. In der
DE 102 21 487 84 wird die Verwendung eines lufthärtenden Stahlwerkstoffs für den Stahlleichtbau vorgeschlagen.
Auch die Verwendung für Leitungsrohre von Kraftfahrzeugen ist bereits beschrieben
worden (
EP 1565 589 81). Lufthärtende Stahlwerkstoffe eignen sich auch zur Herstellung dickwandiger Rohrbauteile
(
EP 1 565 588 B1). Das Härten durch Abschrecken einer lufthärtenden Legierung im Werkzeug wird in
der
DE 102 61 21 0 A1 beschrieben. Ein weiteres Legierungskonzept ist Gegenstand der
DE 10 2004 053 620 A1, die einen hochfesten lufthärtenden Stahl mit guten Umformeigenschaften für die Verwendung
im Fahrzeugleichtbau betrifft.
[0004] Durch die
DE 24 52 486 C2 zählt es zum Stand der Technik, ein Stahlblech mit geringer Materialdicke auf eine
Temperatur über Ac3 zu erwärmen, es danach in die endgültige Form zwischen zwei indirekt
gekühlten Werkzeugen unter wesentlicher Formveränderung zu pressen und unter Verbleiben
in der Presse so einer Schnellkühlung zu unterziehen, dass ein martensitisches und/oder
bainitisches feinkörniges Gefüge erzielt wird (Werkzeughärtung). Durch diesen Warmformprozess
verbunden mit einer Werkzeughärtung erhält man ein Produkt mit guter Maßhaltigkeit
und hoher Festigkeit.
[0005] Klassische lufthärtende Stahlwerkstoffe basieren auf dem CrMoV-Konzept mit Mo-Gehalten
zwischen 0,4 % und 0,6 %und V-Gehalten zwischen 0,1 % und 0,2 %. Durch die stark angestiegenen
Rohstoffkosten sind klassische CrMoV-Stähle im Bereich von Massenanwendungen, wie
z.B. in der Automobiltechnik, allgemein nicht mehr wirtschaftlich einsetzbar.
[0006] Ein alternatives Legierungskonzept ist das MnTiB-Konzept, das von wasservergütenden
Stählen bekannt ist. Durch das Zulegieren von Molybdän und Wolfram zum MnTiB-Konzept,
wie in der
DE 10 2004 053 620 A1 vorgeschlagen, werden bei niedrigen C-Gehalten lufthärtende Eigenschaften bei hohen
Bruchdehnungen erreicht. Allerdings sind bei diesen Legierungskonzepten die Rohstoffkosten
für die Legierungselemente sehr hoch. Darüber hinaus ist festzustellen, dass lufthärtende
Werkstoffe mit C-Gehalten zwischen 0,09 % und 0,12 % zwar bei schneller Abkühlung
beachtliche Festigkeiten bis zu 1.200 MPa und eine vergleichsweise hohe Bruchdehnung
bzw. Zähigkeiten durch die niedrigen C-Gehalte erreichen, allerdings im Strangguss
zu überdurchschnittlich hohen Ausfallraten infolge schlechter Oberflächen neigen.
Der Grund ist in der peritektischen Erstarrung zu sehen mit der Folge, dass ein Nacharbeiten
des Werkstoffs notwendig ist.
[0007] Hiervon ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Werkstück unter
Verwendung einer hochfesten, lufthärtenden Stahllegierung mit einem kostengünstigen
Legierungskonzept und dessen Herstellung aufzuzeigen, das sich insbesondere zur Verwendung
im Kraftfahrzeugbau eignet.
[0008] Diese Aufgabe wird durch ein Werkstück entsprechend der Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Stahllegierung wird der C-Gehalt auf 0.11% bis
0,18 % angehoben, um höhere Festigkeiten zu erreichen und darüber hinaus, um die Nachteile
einer peritektischen Erstarrung zu vermeiden. Auf diese Weise lassen sich bessere
Oberflächen erzielen und Nacharbeiten vermeiden. Auch werden die Ausfallraten im Strangguss
reduziert.
[0009] Die Einstellung der Härtbarkeit bei dem Legierungstyp erfolgt primär durch Zugabe
von Mangan und Chrom in Zusammenwirkung mit Titan und Niob. Wesentlich für die Erreichung
einer hohen Bruchdehnung bei gleichzeitig hohen Zugfestigkeiten ist die Zugabe von
Niob und die Einstellung eines geregelten N-Gehalts zusammen mit Titan, Niob und Bor
sowie eine geeignete thermomechanische Behandlung des Werkstoffs. Bei dieser Vorgehensweise
kann auf die kostenintensiven Legierungselemente Molybdän und Vanadium verzichtet
werden.
[0010] Das Mikrolegierungskonzept ermöglicht bei einer angestrebten Zielfestigkeit von 1.300
MPa beispielsweise eine Steigerung der Bruchdehnung A5 von 10 % auf 16 % und zwar
durch eine gezielte thermomechanische Behandlung während der Herstellung des Warmbands
und auch während der Herstellung nahtloser Rohre. Die thermomechanische Behandlung
sieht eine Steuerung der Walztemperaturen, Stichabnahmen und eine Steuerung der Abkühlung
nach dem Walzen vor. Dadurch kann ein bainitisches Gefüge mit Bainitgehalten größer
80 % mit Korngrößen unter 10 µm und insbesondere unter 5 µm eingestellt werden, so
dass sich hohe Bruchdehnungswerte ergeben. Die hohe Festigkeit kann allerdings nicht
nur durch die thermomechanische Behandlung eingestellt werden, sondern auch durch
eine zusätzliche Wärmebehandlung, insbesondere durch Härten und Anlassen.
[0011] Bei der Herstellung des Werkstücks kann ein Halbzeug der erfindungsgemäßen Legierung
aus Blech oder Rohr zunächst im weichen, ferritisch-perlitischen Zustand eingesetzt
werden. Dieser Zustand kann durch eine Glühbehandlung oder durch das Einstellen von
geeigneten Haspeltemperaturen bei der Bandherstellung erreicht werden. Der weiche
ferritisch-perlitische Zustand ist gekennzeichnet durch eine Streckgrenze Rp 0,2 von
500 MPa und eine hohe Bruchdehnung A5 von über 25 % und ermöglicht eine sehr gute
Kaltumformung der Halbzeuge. In einer anschließenden Wärmebehandlung durch Austenitisieren
oberhalb Ac3 und Abkühlen an Luft werden hohe Festigkeiten erreicht In Abhängigkeit
von der Werkstückgeometrie und der daraus resultierenden Abkühlbedingungen werden
Festigkeiten Rm im Bereich 1.100 MPa bis 1.400 MPa bei Streckgrenzen im Bereich 850
MPa bis 1.050 MPa und Dehnungen A5 im Bereich 10 % - 16 % erreicht. Durch eine anschließende
Anlassbehandlung können jeweils gewünschte Festigkeits-/Dehnungsverhältnisse eingestellt
werden. So wird beispielsweise durch eine nachgeschaltete Anlassbehandlung bei 600
°C die Festigkeit auf 880 MPa bei einer Dehnung A5 von 16 % gesenkt.
[0012] Die erhöhte Prozesssicherheit bei der Warmformung bzw. beim Härten im Umformwerkzeug
ist ein wesentlicher Vorteil bei der Herstellung der Werkstücke aus der erfindungsgemäßen
Stahllegierung. Hierbei kann das Problem auftreten, dass zwischen dem kalten Werkzeug
und dem abzuschreckenden Strukturbauteil geometrieabhängig Luftspalte entstehen, die
sich zwangsläufig nachteilig auf die Homogenität der angestrebten hohen Abkühlgeschwindigkeit
im Umformwerkzeug auswirken.
[0013] Ein erfindungsgemäßes Werkstück aus dem lufthärtenden Stahlwerkstoffs kann demgegenüber
durch Warmformen mit einer erhöhten Prozesssicherheit hergestellt werden. Werkstücke
aus üblichen wasservergüteten Werkstoffen zeigen in Bereichen, die auf Grund von Fehlern
in der Werkzeuggeometrie zu ungleichmäßigen Abkühlbedingungen geführt haben, zum Teil
lokale Zugfestigkeiten Rm von unter 850 MPa. Der erfindungsgemäße Werkstoff zeigt
im werkzeugvergüteten Zustand demgegenüber eine homogene Zugfestigkeit von mehr als
1.300 MPa auch bei signifikanten Unregelmäßigkeiten im Prozess.
[0014] Darüber hinaus besitzen erfindungsgemäße Werkstücke Vorteile hinsichtlich der Schweißbarkeit
und hinsichtlich des Anlassverhaltens. Übliche Stähle für die Werkzeugvergütung, z.B.
ein 25MnB5-Stahl, zeigen nachteilig im Bereich des Schweißgutes Härtespitzen und im
Bereich der Wärmeeinflusszone einen Härteabfall, so dass die Bauteileigenschaften
in geschweißten Bereichen deutlich verschlechtert sind, So ist z.B. bei Werkstücken
aus einem 25MnB5 ein Härteabfall auf deutlich unter 300 HV zu beobachten. Schweißversuche
an erfindungsgemäßen Werkstücken haben gezeigt, dass im Bereich der Schweißzone und
der Wärmeeinflusszone der luftgehärteten oder werkzeugvergüteten Bauteile keine nennenswerte
Aufhärtung und auch kein nennenswerter Härteabfall zu beobachten sind.
[0015] Erfindungsgemäße warmgeformte oder luftgehärtete Werkstücke können auch Vorteile
im Hinblick auf den Korrosionsschutz bieten, obwohl es im Allgemeinen schwierig ist,
höchste Korrosionsschutzanforderungen bei warmgeformten Bauteilen zu realisieren.
Höchste Korrosionsschutzanforderungen können durch Zinkbeschichtungen erreicht werden.
Ein konventionelles elektrochemlsches Verzinken von hochfesten warmgeformten Werkstücken
ist nicht möglich, da es zu einer Versprödung bzw. Rissbildung durch den Wasserstoffeinfluss
kommt. Eine nachgeschaltete thermische Verzinkung in einer Zinkschmelze ("Feuerverzinken")
führt bei den bisher üblichen Werkstücken aus wasservergütbaren Stählen nachteilig
zu einem hohen Festigkeitsabfall, der den Vergütungseffekt der Warmumformung fast
vollständig aufhebt Der Einsatz feueralumlnierter Bleche hat nachteilig den deutlich
schlechteren Korrosionsschutz von Aluminium gegenüber Zink, Schwierigkeiten in der
Verarbeitung, beispielweise durch Entstehung von Anhaftungen an den Umformwerkzeugen,
sowie hohe Kosten.
[0016] Die erfindungsgemäßen Werkstücke aus der erfindungsgemäßen Stahllegierung ermöglichen
demgegenüber vorteilhaft eine thermische Verzinkung ohne wesentlichen Festigkeitsabfall.
Es konnte sogar gezeigt werden, dass nach dem Feuerverzinken in einer Zink-Aluminium
Schmelze bei einer Prozesstemperatur von 400 - 450 °C die Streckgrenze der warmgeformten
Bauteile von 1.000 MPa auf über 1.100 MPa anstieg. Damit können vorteilhaft gleichzeitig
hochfeste und hochkorrosionsbeständige Werkstücke hergestellt werden.
[0017] . Erfindungsgemäße Werkstücke zeigen weiterhin den Vorteil einer verzunderungsarmen
Wärmebehandlung. Durch Lufthärtung kann die Oberfläche insgesamt besser vor Verzunderungen
geschützt werden, was sich vorteilhaft auf nachfolgende Verarbeitungs- und Beschichtungsprozesse
auswirkt.
[0018] Erfindungsgemäß hergestellte Werkstücke eignen sich bevorzugt für nahtlose oder geschweißte
Stahlrohre. Insbesondere können Werkstücke als dickwandige, Drehmoment übertragenden
Bauteilen in Form von Antriebswellen, Getriebeweilen oder Nockenwellen für Kraftfahrzeuge
eingesetzt werden.
[0019] Auf Grund der guten Schweißeigenschaften und geringem FestigkeRsabfall in der Schweißzone
können erfindungsgemäße Werkstücke für den Aufbau von geschweißten oder gelöteten
Baugruppen, insbesondere zur Herstellung von stoffschlüssig verbundenen Rahmenstrukturen
für Kraftfahrzeuge, wie z.B. Gitterrohrrahmen, bei denen hohe Festigkeitsanforderungen
auch im Bereich der Fügezone bestehen, eingesetzt werden. Ebenso können die Werkstücke
vorteilhaft als Achsbauteilen für Kraftfahrzeuge verwendet werden.
[0020] Erfindungsgemäße Werkstücke können für den Einsatz als Kraftfahrzeugbautelle bevorzugt
in einem Umformwerkzeug zur Herstellung gehärtet werden, da sich gerade in diesem
Bereich wesentliche Prozessschritte optimieren lassen.
[0021] Die Kraftfahrzeugbauteile im gehärteten Zustand können Zugfestigkeiten Rm in einem
Bereich von 1.200 MPa bis 1.500 MPa bei einer Streckgrenze Rp 0,2 > 900 MPa und bei
einer Bruchdehnung A5 in einem Bereich von 8 % - 16 % besitzen. Für Formbauteile im
Stahlleichtbau ergeben sich im luftharten Zustand Zugfestigkeiten Rm von > 1.000 MPa
bei einer Streckgrenze Rp 0,2 > 750 MPa und bei einer Bruchdehnung A5 > 14 %.
1. Werkstück aus einer hochfesten Stahllegierung, die in Massenanteilen aus
Kohlenstoff (C) |
0,11 |
- |
0,18 |
Silizium (Si) |
0,10 |
- |
0,30 |
Mangan (Mn) |
1,60 |
- |
2,20 |
Phosphor(P) |
|
< |
0,0015 |
Schwefel (S) |
|
< |
0,010 |
Chrom (Cr) |
1,00 |
- |
2,00 |
Stickstoff (N) |
|
< |
0,020 |
Niob (Nb) |
0,020 |
- |
0,060 |
Bor (B) |
0,001 |
- |
0,004 |
Titan (Ti) |
0.001 |
- |
0,050 |
und Eisen sowie erschmelzungsbedingter Verunreinigungen als Rest besteht, wobei ein
umformtechnischer Herstellungsschritt ausgehend von einem Halbzeug in Form eines Blechs
oder Rohrs mit einem duktilen ferritisch-perlitischen Gefüge und wobei anschliessend
eine Wärmebehandlung durch Austenitisieren oberhalb von Ac3 erfolgt, gefolgt von einer
Abkühlung an Luft, gefolgt von einer optionalen Anlassbehandung, wobei das auf diese
Weise hergestellte Werkstück eine Zugfestigkeit Rm > 1.200 MPa bei einer Bruchdehnung
A5 > 12 % aufweist.
2. Werkstück aus einer hochfesten Stahllegierung, mit der chemischen Zusammensetzung
gemäß Patentanspruch 1, wobei ein umformtechnischer Herstellungsschritt ausgehend
von einem Halbzeug in Form eines Blechs oder Rohrs mit einem duktilen ferritisch-perlitischen
Gefüge mit einer Bruchdehnung A5 > 25 % bei einer Umformtemperatur unter 400 °C erfolgt
und wobei anschliessend eine Wärmebehandlung durch Austenitisieren oberhalb von Ac3
erfolgt, gefolgt von einer Abkühlung an Luft mit Abkühlraten zwischen 0,5 bis 5 °C/sec,
gefolgt von einer optionalen Anlassbehandung, wobei das auf diese Weise hergestellte
Werkstück eine Zugfestigkeit Rm > 1.200 MPa bei einer Bruchdehnung A5 > 12 % aufweist.
3. Werkstück nach Anspruch 1 aus einer hochfesten Stahllegierung, die in Massenanteilen
aus
Kohlenstoff (C) |
0,13 |
- |
0,17 |
Silizium (Si) |
0,10 |
- |
0,30 |
Mangan (Mn) |
1,80 |
- |
2,10 |
Phosphor (P) |
|
< |
0,0015 |
Schwefel (S) |
|
< |
0,010 |
Chrom (Cr) |
1,25 |
- |
1,60 |
Stickstoff (N) |
|
< |
0,020 |
Niob (Nb) |
0,020 |
- |
0,040 |
Bor (B) |
0,001 |
- |
0,004 |
Titan (Ti) |
0,002 |
- |
0,050 |
und Eisen sowie erschmelzungsbedingter Verunreinigungen als Rest besteht, wobei der
umformtechnische Herstellungsschritt ausgehend von einem Halbzeug mit einer Bruchdehnung
A5 > 25 % bei einer Umformtemperatur unter 400 °C erfolgt, wobei die Abkühlung an
Luft mit Abkühlraten zwischen 0,5 bis 5 °C/sec erfolgt.
4. Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbzeug nahtlose oder geschweißte Rohre verwendet werden.
5. Werkstück aus einer Stahllegierung entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass nach Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb Ac3 eine Warmumformung und Härtung in
einem gekühlten Umformwerkzeug bei Abkühlraten > 10 °C/sec erfolgt, zur Herstellung
eines Kraftfahrzeugbauteils.
6. Werkstück nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeugbauteil im gehärteten Zustand eine Zugfestigkeit Rm in einem Bereich
von 1.200 MPa bis 1.500 MPa, eine Streckgrenze Rp0,2 von mehr als 900 MPa und eine
Bruchdehnung A5 in einem Bereich von 8 % bis 16 % aufweist.
7. Werkstück nach Anspruch 1, 2, 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass es durch eine sich an die Umformung anschließende Schmelztauchverzinkung mit einer
Zink-Basis-Beschichtung beschichtet ist, wobei die bei der Schmelztauchverzinkung
verwendete Schmelze einen Zink-Anteil von mehr als 50 % enthält, dass eine Schmelzbadtemperatur
von größer 380 °C eingestellt ist und, dass das verzinkte Werkstück eine Zugfestigkeit
Rm in einem Bereich von 1.000 MPa bis 1.400 MPa, eine Streckgrenze Rp02 von mehr als
900 MPa und eine Bruchdehnung A5 in einem Bereich von 8 % bis 16 % aufweist.
8. Verwendung des Werkstücks nach Anspruch 4 für Drehmoment übertragende Bauteile in
Form von Antriebswellen, Getriebewellen oder Nockenwellen für Kraftfahrzeuge.
9. Verwendung des Werkstücks nach Anspruch 4 für stoffschlüssig verbundene Rahmenstrukturen
für Kraftfahrzeuge.
10. Verwendung des Werkstücks nach Anspruch 4 als Achsbauteil von Kraftfahrzeugen.
11. Verwendung des nach einem der Patentansprüche 1 bis 3 hergestellten Werkstücks im
Stahlleichtbau, wobei das Werkstück eine Streckgrenze Rp 0,2 > 750 MPa und eine Bruchdehnung
A5 > 14 % aufweist.
1. Workpiece made from a high-strength steel alloy which consists of the following in
proportions by weight
carbon (C) |
0.11 |
- |
0.18 |
silicon (Si) |
0.10 |
- |
0.30 |
manganese (Mn) |
1.60 |
- |
2.20 |
phosphorus (P) |
|
< |
0.0015 |
sulphur (S) |
|
< |
0.010 |
chromium (Cr) |
1.00 |
- |
2.00 |
nitrogen (N) |
|
< |
0.020 |
niobium (Nb) |
0.020 |
- |
0.060 |
boron (B) |
0.001 |
- |
0.004 |
titanium (Ti) |
0.001 |
- |
0.050 |
and iron and impurities caused by melting as the balance, wherein a forming production
step takes place starting from a semi-finished product in the form of a sheet or tube
with a ductile ferritic-perlitic structure, and wherein subsequently a heat treatment
takes place by austenizing above Ac3, followed by a cooling in air, followed by an
optional tempering treatment, wherein the workpiece produced in this way has a tensile
strength Rm > 1200 MPa with an elongation at break A5 > 12%.
2. Workpiece made from a high-strength steel alloy having the chemical composition according
to claim 1, wherein a forming production step takes place starting from a semi-finished
product in the form of a sheet or tube with a ductile ferritic-perlitic structure
with an elongation at break A5 > 25% at a forming temperature below 400°C, and wherein
subsequently a heat treatment takes place by austenizing above Ac3, followed by a
cooling in air at cooling rates between 0.5 and 5°C/sec, followed by an optional tempering
treatment, wherein the workpiece produced in this way has a tensile strength Rm >
1200 MPa with an elongation at break A5 > 12%.
3. Workpiece according to claim 1 made from a high-strength steel alloy which consists
of the following in proportions by weight
carbon (C) |
0.13 |
- |
0.17 |
silicon (Si) |
0.10 |
- |
0.30 |
manganese (Mn) |
1.80 |
- |
2.10 |
phosphorus (P) |
|
< |
0.0015 |
sulphur (S) |
|
< |
0.010 |
chromium (Cr) |
1.25 |
- |
1.60 |
nitrogen (N) |
|
< |
0.020 |
niobium (Nb) |
0.020 |
- |
0.040 |
boron (B) |
0.001 |
- |
0.004 |
titanium (Ti) |
0.002 |
- |
0.050 |
and iron and impurities caused by melting as the balance, wherein the forming production
step takes place starting from a semi-finished product with an elongation at break
A5 > 25% at a forming temperature below 400°C, wherein the cooling in air takes place
at cooling rates between 0.5 and 5°C/sec.
4. Workpiece according to one of claims 1 to 3, characterised in that seamfree or welded tubes are used as the semi-finished product.
5. Workpiece made from a steel alloy according to one of claims 1 to 3, characterised in that, after heating to a temperature above Ac3, a hot forming and hardening takes place
in a cooled forming mould at cooling rates > 10°C/sec, in order to produce a motor
vehicle component.
6. Workpiece according to claim 5, characterised in that the motor vehicle component in the hardened state has a tensile strength Rm in a
range from 1200 MPa to 1500 MPa, a yield strength Rp0.2 of more than 900 MPa and an
elongation at break A5 in a range from 8% to 16%.
7. Workpiece according to claim 1, 2, 3, 5 or 6, characterised in that it is coated with a zinc-based coating by a melt-dip zinc coating step after forming,
wherein the melt used for the melt-dip zinc coating contains a proportion of zinc
of more than 50%, in that a melt bath temperature of more than 380°C is set, and in that the zinc-coated workpiece has a tensile strength Rm in a range from 1000 MPa to 1400
MPa, a yield strength Rp0.2 of more than 900 MPa and an elongation at break A5 in
a range from 8% to 16%.
8. Use of the workpiece according to claim 4 for torque-transmitting components in the
form of drive shafts, gear shafts or cam shafts for motor vehicles.
9. Use of the workpiece according to claim 4 for materially bonded framework structures
for motor vehicles.
10. Use of the workpiece according to claim 4 as an axle component of motor vehicles.
11. Use of the workpiece produced according to one of claims 1 to 3 in light-weight steel
construction, wherein the workpiece has a yield strength Rp0.2 > 750 MPa and an elongation
at break A5 > 14%.
1. Pièce en alliage d'acier à haute résistance, composée des parts massiques suivantes
carbone (C) |
0,11 à 0,18 |
silicium (Si) |
0,10 à 0,30 |
manganèse (Mn) |
1,60 à 2,20 |
phosphore (P) |
< 0,0015 |
soufre (S) |
< 0,010 |
chrome (Cr) |
1,00 à 2,00 |
azote (N) |
< 0,020 |
niobium (Nb) |
0,020 à 0,060 |
bore (B) |
0,001 à 0,004 |
titane (Ti) |
0,001 à 0,050 |
et le restant étant du fer et des impuretés dues au processus de fusion, dans laquelle
a lieu une étape de fabrication par des techniques de mise en forme à partir d'un
demi-produit sous la forme d'une tôle ou d'un tube avec structure ductile ferritique-perlitique
et ensuite un traitement thermique par austénitisation au-dessus de Ac3, suivi d'un
refroidissement à l'air, suivi d'un traitement optionnel de revenu, la pièce fabriquée
de cette façon présentant une résistance à la traction Rm > 1200 MPa avec un allongement
à la rupture A5 > 12 %.
2. Pièce en alliage d'acier à haute résistance présentant la composition chimique selon
la revendication 1, dans laquelle a lieu une étape de fabrication par des techniques
de mise en forme à partir d'un demi-produit sous la forme d'une tôle ou d'un tube
avec une structure ductile ferritique-perlitique présentant un allongement à la rupture
A5 > 25 % pour une température de mise en forme au-dessous de 400°C et ensuite un
traitement thermique par austénitisation au-dessus de Ac3, suivi d'un refroidissement
à l'air à des vitesses de refroidissement entre 0,5 et 5 °C/seconde, suivi d'un traitement
optionnel de revenu, la pièce fabriquée de cette façon présentant une résistance à
la traction Rm > 1200 MPa avec un allongement à la rupture A5 > 12 %.
3. Pièce selon la revendication 1 en alliage d'acier à haute résistance, composée des
parts massiques suivantes :
carbone (C) |
0,13 à 0,17 |
silicium (Si) |
0,10 à 0,30 |
manganèse (Mn) |
1,80 à 2,10 |
phosphore (P) |
< 0,0015 |
soufre (S) |
< 0,010 |
chrome (Cr) |
1,25 à 1,60 |
azote (N) |
< 0,020 |
niobium (Nb) |
0,020 à 0,040 |
bore (B) |
0,001 à 0,004 |
titane (Ti) |
0,001 à 0,050 |
et le restant étant du fer et des impuretés dues au processus de fusion, dans laquelle
l'étape de fabrication par des techniques de mise en forme a lieu en partant d'un
demi-produit avec un allongement à la rupture A5 > 25 % pour une température de mise
en forme au-dessous de 400°C, et le refroidissement à l'air a lieu avec des vitesses
de refroidissement entre 0,5 et 5°C/secondc.
4. Pièce selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'on utilise comme demi-produit des tubes sans soudure ou des tubes soudés.
5. Pièce en alliage d'acier selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que, après chauffage à une température au-dessus de Ac3 a lieu une mise en forme à chaud
et un durcissement dans un outil de mise en forme refroidi à des vitesses de refroidissement
> 10°C/seconde, pour la fabrication d'un composant de véhicule automobile.
6. Pièce selon la revendication 5, caractérisée en ce que le composant de véhicule automobile présente dans l'état durci une résistance à la
traction Rm dans une plage de 1200 MPa à 1500 MPa, une limite d'allongement Rp0,2
supérieure à 900 MPa, et un allongement à la rupture A5 dans une plage de 8 % à 16
%.
7. Pièce selon la revendication 1, 2, 3, 5 ou 6, caractérisée en ce qu'elle est revêtue avec un revêtement à base de zinc au moyen d'un zingage au trempé
qui fait suite à la mise en forme, dans laquelle le bain de fusion utilisé pour le
zingage au trempé contient une proportion de zinc supérieure à 50 % et est réglé à
une température de fusion supérieure à 380°C, et la pièce zinguée présente une résistance
à la traction Rm dans une plage de 1000 MPa à 1400 MPa, une limite d'allongement Rp0,2
supérieure à 900 MPa et un allongement à la rupture A5 dans une plage de 8 % à 16
%.
8. Utilisation de la pièce selon la revendication 4 pour des composants qui transmettent
un couple de rotation, sous la forme d'arbres d'entraînement, d'arbres de transmission
ou d'arbres à cames pour véhicules automobiles.
9. Utilisation de la pièce selon la revendication 4 pour des structures de châssis de
véhicules automobiles reliées par coopération de matières.
10. Utilisation de la pièce selon la revendication 4 comme composant d'essieu de véhicule
automobile.
11. Utilisation de la pièce fabriquée selon l'une des revendications 1 à 3 dans la construction
légère en acier, dans laquelle la pièce présente une limite d'allongement Rp0,2 >
750 MPa et un allongement à la rupture A5 > 14 %.
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