EP3976838B1 - Component from a flat steel product, and method of making a method for such component - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a component which is produced by forming from a sheet steel blank, as well as to a method for producing such a component.
- “Flat steel products” are understood here to mean rolled products whose length and width are each significantly greater than their thickness. These include in particular steel strips, steel sheets and cut pieces obtained from them, such as blanks and the like. Flat steel products of the type in question here are used for cold forming with subsequent tempering treatment to adjust the mechanical properties of the resulting component or for hot forming to form a component in order to adjust the mechanical properties of the resulting component.
- Hot forming is also referred to as “form hardening” or “press hardening”. Strictly speaking, press hardening refers to the hardening of a workpiece or component in a cooled tool, while hot forming also includes the preceding shaping in a heated state. However, the three terms mentioned are often used synonymously.
- Quenching and tempering refers to a treatment known from the state of the art in which heating initially takes place to a temperature at which the steel of the flat steel product (component) being processed has a completely austenitic structure. This heating serves to bring the respective component to a suitable temperature. This heating is carried out as a separate work step on the component that was previously cold-formed from the flat steel product. After heating, the component is cooled at an accelerated rate so that the steel of the flat steel product from which the component is formed forms a hardened structure, with the result that the component has significantly increased strength. After quenching, the component can be subjected to tempering in order to reduce the internal stresses that can arise in the structure of the component as a result of the quenching process. In general, the highest possible temperatures are aimed for during tempering in order to shorten the cycle time and thus the costs.
- %C denotes the respective carbon content, %Si the respective silicon content, %Mn the respective manganese content, %P the respective phosphorus content, %Al the respective aluminium content, %Cr the respective chromium content, %Cu the respective copper content, %Mo the respective molybdenum content, %Ni the respective nickel content and %V the respective vanadium content of the steel composition whose Ac3 temperature is to be determined, and where the contents of the The relevant elements, if present, are inserted into the formula in mass%.
- Ar3 [°C] 910 °C - (203 * square root(%C) + 30 * %Mn - 44.7 * %Si + 11 * %Cr - 31.5 * %Mo + 15.2 * %Ni) * °C/mass%
- %C also denotes the respective carbon content, %Si the respective silicon content, %Mn the respective manganese content, %Cr the respective chromium content, %Mo the respective molybdenum content and %Ni the respective nickel content of the steel composition whose Ar3 temperature is to be determined, and where the contents of the elements in question, if present, are each inserted into the formula in mass %.
- Flat steel products of the type in question here are required in particular for the manufacture of components for passenger or commercial vehicles, the mechanical properties of which have to meet the highest requirements, and of components which are exposed to high abrasive loads in practical use, such as components for machines and vehicles used in agriculture, road construction, mining or the like.
- the sheet metal in question was produced from a steel which consisted of, in mass %, 0.31% C, 1.31% Mn, 0.009% P, 0.004% S, 0.48% Cr, 0.2% Mo, 0.022% Ti, 0.04% Nb, 0.060% Al, 0.0015% B and 0.0042% N, the remainder being iron.
- the invention is based on the object of creating a weight-reduced component which, in the tempered and/or hot-formed state, has an optimal combination of strength and toughness and is, as such, suitable for uses which place the highest demands on the mechanical properties or resistance to abrasive wear.
- the invention should also mention a method for producing such a component.
- a component that solves this problem according to the invention has at least the features specified in claim 1.
- a method that achieves the above-mentioned object according to the invention comprises at least the work steps specified in claim 8. It goes without saying that a person skilled in the art, when carrying out the method according to the invention, will add the work steps not explicitly mentioned here, which he knows from his practical experience are regularly used when carrying out such methods.
- Carbon "C” is contained in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed as a mandatory element in amounts of 0.1 - 0.6% by mass, in particular 0.10 - 0.60% by mass.
- the level of hardening potential is controlled by the presence of C.
- both the martensite content and the hardness of the martensite obtained in the microstructure of a component according to the invention increase, with a single-phase martensite structure representing the target microstructure of the finished processed component.
- the increase in hardness is equivalent to an increase in strength in the tensile test.
- a C content of at least 0.1% by mass, in particular at least 0.10% by mass is required.
- the beneficial effects of the presence of C can be achieved particularly reliably in the flat steel product according to the invention with a C content of at least 0.12% by mass, in particular at least 0.15% by mass.
- Silicon “Si” can optionally be present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, in contents of up to 0.8 mass%. Si hinders the cementite and pearlite transformation and thereby increases the martensite hardenability of the flat steel product. Si reduces the cooling rate that is critical with regard to the desired martensite formation and thus increases the hardening of a flat steel product produced in accordance with the invention. Si also shows an inverse segregation behavior than Mn and thus improves the overall segregation resistance of the steel from which the flat steel product is made from which a component according to the invention is formed. Minimizing segregation across the cross section is of particular importance when a component according to the invention is pipes or the like.
- Si contents of at least 0.1% by mass, in particular at least 0.15% by mass can be provided.
- excessively high Si contents could impair the wetting behavior of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, in particular if flat steel products alloyed according to the invention are to be hot-dip coated.
- Si tends to form external oxides during the annealing of the flat steel product carried out in this case.
- the Si content of a The Si content of the flat steel product used in the component according to the invention is at most 0.8% by mass. Negative effects of the presence of Si can be particularly reliably avoided if the Si content is limited to a maximum of 0.5% by mass.
- the optimal Si content is therefore 0.1 - 0.8% by mass, in particular 0.15 - 0.5% by mass.
- Manganese "Mn" is present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, in contents of 0.1 - 2 mass%, in particular 0.10 - 2.0 mass%. Mn increases the hardenability of the steel by lowering the A3 transformation temperature (i.e. the Ac3 and/or Ar3 temperature) from ferrite to austenite. As a result, during the heat treatment of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, the furnace temperature for complete conversion to austenite can be reduced during heating. In particular, the formation of the diffusion-controlled transformation phases ferrite, pearlite and bainite is shifted towards longer times. Therefore, in this respect, manganese is a similarly effective alloying element as carbon.
- A3 transformation temperature i.e. the Ac3 and/or Ar3 temperature
- manganese Compared to carbon, manganese has the advantage of achieving a higher deformability in the hardened state, which is expressed, for example, in a higher notched impact toughness.
- the reduction in the critical cooling rate with increasing manganese content is also associated with an increase in the hardening capacity. Fluctuations in the cooling conditions or different contact conditions during the cooling of components made from steel material alloyed according to the invention can be better compensated and the property scatter is limited.
- excessively high Mn contents increase the C segregation behavior and can lead to inhomogeneous hardening behavior across the cross-section of the respective product and the formation of hardening cracks.
- Increasing Mn contents also increase the risk of external Mn oxides or Mn-based Form mixed oxides.
- the Mn content of a flat steel product intended for forming a component according to the invention is limited to a maximum of 2% by mass, in particular a maximum of 2.0% by mass, whereby unfavorable effects of the presence of Mn can be particularly reliably avoided if the Mn content is limited to a maximum of 1.5% by mass, in particular 1.50% by mass.
- the positive influences of Mn on the properties of a flat steel product intended for forming a component according to the invention can be used particularly reliably if the Mn content is at least 0.4% by mass, in particular at least 0.40% by mass.
- the Mn content is therefore optimally 0.4 - 1.5% by mass, preferably 0.40 - 1.50% by mass, in particular 0.6 - 1.3% by mass or 0.6 - 1.2% by mass, preferably 0.60 - 1.30% by mass or 0.60 - 1.20% by mass.
- Phosphorus "P” is one of the unavoidable steel components that are part of the manufacturing process. P segregates particularly at the grain boundaries and reduces the grain boundary strength. Higher P contents would therefore contribute to weakening the structure, which in turn would lead to a deterioration in the toughness of the material.
- the P content of a flat steel product intended for forming a component according to the invention is therefore limited to a maximum of 0.03% by mass, whereby the P content should be set as low as possible.
- the P content of the flat steel product is therefore preferably a maximum of 0.025% by mass, in particular a maximum of 0.02% by mass.
- Sulfur "S” is also an accompanying element, the presence of which is fundamentally undesirable in the flat steel product intended for forming a component according to the invention. Due to the Mn contents provided according to the invention, non-metallic MnS precipitates would form at higher S contents, which would be present in an elongated form after rolling the flat steel product due to their low hardness and would have a negative effect on the fracture behavior. During deformation, the first microscopic material separations could form due to crack initiation and crack propagation on elongated MnS, expand and grow together until they worsen the material behavior macroscopically in the form of reduced notched impact toughness and increasing material anisotropy.
- the S content is limited to a maximum of 0.03 mass%, with low S contents of less than 0.006 mass%, in particular less than 0.003 mass%, being particularly favorable.
- Aluminum “Al” is present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed in contents of 0.05 - 0.2 mass%, in particular 0.050 - 0.20 mass%.
- Al is traditionally used as a deoxidizing element, for which purpose it is typically alloyed in practice in contents of 0.02 - 0.05 mass%.
- increased Al contents of 0.050 - 0.20 mass%, in particular 0.050 - 0.20 mass%, in combination with optional, low Ti contents of up to 0.02 mass%, in particular up to 0.020 mass% are provided in the steel alloyed according to the invention.
- the formation of AIN or NbN is promoted in competition with the nitrogen binding by TiN that is traditionally known in tempering steels and, if Ti is present in the steel of a flat steel product intended for forming a component according to the invention, the formation of comparatively coarse TiN is avoided.
- the aim is to prevent the formation of boron nitrides to avoid so that B, as explained below, can exert its beneficial influence on delaying the transformation in dissolved form in the crystal lattice.
- the presence of Al within the content limits specified in the invention results in grain refinement. At Al contents of less than 0.05% by mass, in particular less than 0.050% by mass, the precipitation pressure for the formation of AIN would be too low.
- the Al content can be set to at least 0.06% by mass, in particular at least 0.060% by mass, or at least 0.07% by mass, in particular at least 0.070% by mass.
- contents of more than 0.2% by mass, in particular more than 0.20% by mass Al there is a risk that external Al oxides will form on the surface of a product made from steel material alloyed according to the invention, which would impair the wetting behavior during hot-dip coating.
- non-metallic Al-based inclusions essentially as alumina (Al 2 O 3 ) and aluminum nitride (AIN) also have a high hardness (Mohs hardness 9) and are therefore undesirable with regard to avoiding the risk of crack initiation and propagation during plastic deformation and cyclic stress.
- oxidic Al precipitates can form conglomerates with other types of precipitates such as sulfides and silicates and thus form larger precipitates that can have a higher crack initiation and failure potential. This can prove to be particularly risky in the case of flat steel products made from steel alloyed according to the invention, which can achieve strengths of up to 2500 MPa after tempering or hot forming.
- the Al content of a flat steel product according to the invention is therefore limited to a maximum of 0.2% by mass, in particular a maximum of 0.20% by mass, whereby negative effects of the presence of Al in the flat steel product intended for forming a component according to the invention can be particularly reliably avoided by limiting the Al content to a maximum of 0.15% by mass, in particular a maximum of 0.150% by mass, or a maximum of 0.13% by mass, in particular a maximum of 0.130% by mass.
- the Al content of a flat steel product intended for forming a component according to the invention is therefore optimally 0.06 - 0.15% by mass, in particular 0.07 - 0.13% by mass, whereby Al contents of 0.060 - 0.150% by mass, in particular 0.070 - 0.130% by mass, have proven particularly effective.
- Chromium "Cr” is present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed as a mandatory element in contents of 0.05 - 0.8 mass% in order to increase the hardenability via the transformation-retarding effect. Chromium effectively suppresses the formation of ferrite and pearlite during accelerated cooling of the flat steel product and enables complete martensite formation even at lower cooling rates, thereby increasing the hardenability.
- the presence of Cr in the contents provided for in the invention thus contributes to the hardenability of the flat steel product according to the invention by means of suitable cooling and reduces the scatter of the local product properties. Cr also increases the tensile strength without significantly impairing the elongation.
- chromium carbides which have a strength-increasing effect and can increase the tempering resistance.
- a minimum content of 0.05 mass% Cr is required, whereby this effect is particularly likely to occur at Cr contents of at least 0.15 mass% Cr.
- contents of more than 0.8 mass% Due to the overall alloy layer selected according to the invention, no increase in the positive influence of Cr can be observed, whereby the transformation-retarding effect of Cr can be used particularly effectively at contents of up to 0.55 mass%. Therefore, the Cr contents of a flat steel product intended according to the invention for forming a component according to the invention are optimally 0.15 - 0.55 mass%.
- Nitrogen "N” can be present in the alloy concept according to the invention as a fundamentally undesirable accompanying element in contents of up to 0.01% by mass.
- N contents increased contents of nitride formers such as Ti, Nb, Al are necessary in order to be able to bind N as nitride.
- the risk of the formation of coarser, toughness-impairing TiN precipitates increases in particular if Ti is optionally added to the alloy. In particular, there would then also be a risk that B would no longer be available in dissolved form. BN formation must be avoided, since otherwise the desired transformation-retarding effect of free boron could not be used.
- the N content is limited to a maximum of 0.01% by mass, whereby the negative influence of N on the properties of a flat steel product intended for forming a component according to the invention can be particularly reliably avoided by limiting the N content to a maximum of 0.007% by mass, in particular a maximum of 0.005% by mass.
- Niobium "Nb” is present in contents of 0.01 - 0.06 mass%, in particular 0.010 - 0.060 mass%, as a mandatory element in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed.
- Nb has a strong grain-refining effect because it can hinder grain growth even as a dissolved alloying element in the austenite.
- Nb forms fine carbide or nitride precipitations, which in the case of nitrides are significantly finer than, for example, TiN. Grain refinement and precipitation formation contribute to increasing the strength of the end product made from the steel material alloyed according to the invention and also improve the toughness.
- fine precipitations contribute to prevent cracks.
- fine precipitates are more beneficial than coarse precipitates in terms of preventing crack formation and crack propagation.
- a finer austenite grain size also reduces the martensite package size, which leads to a more homogeneous hardness and strength distribution in the product produced from a steel material alloyed according to the invention.
- the presence of Nb has a positive effect on the segregation behavior, since the finer formation of the grain structure already in the austenite state promotes a refinement of the segregation structure.
- the minimum Nb content of a flat steel product intended for forming a component according to the invention is 0.010 mass%, with Nb contents of at least 0.015 mass% or at least 0.020 mass% having proven to be particularly favorable.
- the upper limit of the Nb content in the flat steel product used according to the invention is 0.060 mass%, since with increasing Nb content a clogging effect can occur when casting the steels alloyed according to the invention that are melted to produce the flat steel product. In addition, especially with higher C contents at the same time, there is a risk that increased Nb contents can no longer be completely dissolved when heating slabs cast from steel material alloyed according to the invention at minimum furnace temperatures of 1100 °C.
- Nb-based precipitates during slab preheating is, however, advantageous in order to be able to make optimal use of grain refinement and to be able to form finely distributed, strength-relevant Nb precipitates during hot rolling or in later process phases (recrystallization annealing, hot forming furnace) of processing steel material alloyed according to the invention. Too high Nb contents can also have a negative effect on the coating behavior in the hot-dip process.
- the advantageous effects of the presence of Nb in the flat steel product intended for forming a component according to the invention can be particularly reliably achieved at contents of up to 0.05 mass% Nb, in particular up to 0.050 mass% Nb, or up to 0.04 mass% Nb, in particular up to 0.040 mass% Nb.
- the optimum Nb content of the flat steel product is therefore 0.015 - 0.05 mass%, in particular 0.015 - 0.050 mass%, with contents of 0.020 - 0.04 mass%, in particular 0.020 - 0.040 mass%, having proven particularly effective.
- Titanium "Ti” can optionally be added to the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, in amounts of up to 0.02% by mass, in particular up to 0.020% by mass, in order to bind the nitrogen that is inevitably present in the steel and to ensure that B is retained in an unbound, interstitially dissolved form.
- the Ti content must be limited so that the formation of coarse TiN precipitations is avoided in order to minimize as far as possible the risk of crack initiation and crack propagation in high-strength products produced from steel material alloyed according to the invention, in particular under cyclic and dynamic stress.
- the favorable influences of Ti on the properties of a flat steel product intended for forming a component according to the invention are certain to occur if the Ti content is at least 0.001% by mass, in particular at least 0.004% by mass or at least 0.010% by mass.
- a Ti concentration of 0.004 mass% or more, in particular of at least 0.005 mass% is to be classified as a deliberately added element.
- Ti contents that are below the minimum limit of 0.004 mass%, in particular 0.005 mass%, specified in the invention for the Ti content are always regarded as unavoidable contamination that is introduced by the starting materials used in the production of the steel.
- negative effects of Ti can be particularly reliably avoided by limiting the Ti content to a maximum of 0.020 mass%.
- the Ti content of the steel from which a component according to the invention is made is therefore ideally 0.004 - 0.016 mass%.
- the respective Ti content %Ti can be adjusted to the respective N content %N of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, so that the ratio %Ti/%N applies: % Ti / % N ⁇ 4 .
- the Ti content %Ti, the N content %N as well as the Al content %AI and the remaining N content %Nrest which is still present after setting of N by Ti to TiN are coordinated with one another in such a way that not only the condition %Ti/%N ⁇ 4 is met, but that the difference between the respective Al content %Al and the respective stoichiometrically determined size 27/14*%Nrest applies: UG Al_Nrest ⁇ % Al ⁇ 27 / 14 * % Nrest ⁇ OG Al_Nrest
- UG Al_Nrest is equal to 0.070 mass%, in particular equal to 0.075 mass%, preferably equal to 0.080 mass%, in particular equal to 0.081 mass%
- OG Al_Nrest is equal to 0.150 mass%, in particular equal to 0.135 mass%, preferably equal to 0.125 mass%, particularly preferably equal to 0.121 mass%. Accordingly, according to a particularly advantageous embodiment of the invention: 0 ,081 Masse ⁇ % ⁇ % Al ⁇ 27 / 14 * % Nrest ⁇ 0 ,121 Masse ⁇ %
- B Boron "B” is present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, in contents of 0.0005 - 0.005 mass% as a mandatory component.
- B is an effective hardening element that can significantly delay transformation even in very low contents and thus significantly increases hardenability.
- B improves grain boundary strength by primarily accumulating at grain boundaries and thus displacing harmful elements, such as P, from there. In this way, In this way, toughness and reduction in area at fracture are improved. Below 0.0005 mass% B, however, the transformation delay is too small.
- the beneficial effect of B in the flat steel product from which a component according to the invention is formed can therefore be used particularly reliably with B contents of at least 0.001 mass%.
- B content of a flat steel product intended for forming a component according to the invention is therefore optimally 0.001 - 0.0035 mass%, in particular 0.001 - 0.003 mass%.
- Molybdenum "Mo" can optionally be present in the steel of the steel product according to the invention in contents of up to 1.5% by mass. Like chromium, Mo suppresses the formation of ferrite and pearlite during cooling and enables increased martensite or bainite formation even at lower cooling rates, thereby increasing hardenability. The hardenability-enhancing effect of Mo is significantly higher than that of Cr. In this respect, Mo can effectively increase strength in large thicknesses and cross-sections where, due to dimensions or design, only relatively low cooling rates are possible. Mo also reduces the tempering embrittlement of tempering steels. Mo is also a strong carbide former and can therefore also contribute to increasing strength through precipitation formation.
- one or more elements from the group "Cu”, “Ni”, “V” and “REM” can be present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, in accordance with the requirements explained below: Copper “Cu” and nickel “Ni” can optionally be provided in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed in order to increase the hardenability. Suitable Cu contents for this purpose are up to 0.5% by mass, with the effect of Cu occurring from an optional content of at least 0.1% by mass. Ni can be provided in contents of up to 1.5% by mass if not only the hardenability but also the toughness of the component made from a steel product alloyed according to the invention is to be improved. For this purpose, optional Ni contents of at least 0.15% by mass are required.
- Vanadium “V” can also optionally be present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed in order to bring about precipitation strengthening. Suitable V contents for this are up to 0.2 mass%, whereby the effect of V can be utilized through optional contents of at least 0.03 mass%.
- Rare earths "REM”, such as cerium and lanthanum, can cause grain refinement in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, and thus increase toughness and strength.
- REM contents of at least 0.02% by mass can optionally be present. This effect can be used particularly effectively with REM contents of up to 0.05% by mass.
- Ca is optionally present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed in amounts of up to 0.005% by mass.
- Ca can be added to the steel to influence the sulfide form. It also forms sulfides, for example, in competition with manganese. Due to the higher hardness of CaS, a round precipitation form is retained in the rolling process and a smaller interface with the substrate is the result. This prevents the development of a preferred direction when cracks are initiated and propagated. In conjunction with a reduction in the sulfur content, this improves the material toughness and isotropy. In order to use this safely, the Ca content can be set to at least 0.001% by mass.
- tin "Sn”, arsenic “As” and cobalt “Co” and all other potential alloying elements not mentioned here are present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, at most as accompanying elements to be attributed to the unavoidable impurities, the contents of which must be set as low as possible, but in any case must be minimized so that they have no influence on the properties of the flat steel product and the products made from it.
- the following upper limits must be observed for the contents of Sn, As and Co: Sn: ⁇ 0.05 mass%, As: ⁇ 0.05 mass%, Co: ⁇ 0.05 mass%.
- B in the steel of a steel flat product intended for forming a component according to the invention makes a decisive contribution to the hardenability by delaying the microstructure transformation during cooling. At the same time, B improves the toughness and fracture reduction of the steel flat product.
- the B in the steel according to the invention The Al and Nb contents provided for in the flat steel product of a component according to the invention ensure that the nitrogen, which is always present in the steel in certain quantities, even if it is undesirable, is bound before boron nitrides can form.
- all optional elements can be present individually or in combination with one another as impurities in the steel of the flat steel product intended for forming a component according to the invention.
- the contents of the elements in question are so low that they are below the minimum limits above which the effect of the respective element can be used according to the above explanations. If the contents of the optionally present alloying elements are below these minimum limits, these elements have no effect on the properties of the flat steel product and can therefore be tolerated in the sense of impurities.
- Endogenous or exogenous inclusions that arise during steel production generally lead to a reduction in the degree of purity, which can lead to premature failure of components. This can be an increasing problem, especially with high-strength components. This is especially true when such components are exposed to cyclic or dynamic loads.
- Exogenous inclusions are usually isolated cases and come from ladle slag or refractory material, for example, but play no role here and are therefore not considered here.
- one of the aims of the inventive adjustment of the alloy of the steel of a component according to the invention was to reduce the proportion of coarse and hard TiN, AIN and oxidic Al-based particles as well as conglomerates of these compounds for reasons of toughness and nevertheless to securely bind the nitrogen present in each case in order to achieve a complete transformation into martensite even at relatively low cooling rates of at least 30 °C/s to a maximum of 120 °C/s via the strong transformation-retarding effect of interstitially dissolved B even at relatively low cooling rates of at least 30 °C/s to a maximum of 120 °C/s. strip thicknesses and component cross-sections.
- Al and the optionally present Ti form hard precipitates which, in components formed from steel flat products alloyed according to the invention, could be the source of cracks and their propagation due to the notch effect and the stress fields surrounding the particles.
- the angular and cube-shaped TiN particles in particular prove to be harmful here simply because of their shape and size.
- the invention has coordinated the contents of the alloying elements and the conditions during the production of flat steel products intended for forming components according to the invention in such a way that in the structure of a flat steel product according to the invention and of a component produced therefrom, a maximum of up to 150 area ppm of hard TiN particles and Al-based oxide particles as well as AIN with an average, circle-equivalent particle size of 0.2 - 10 ⁇ m are present homogeneously distributed over the strip thickness.
- hard particles here essentially includes particles of AIN, Al 2 O 3 and Al 2 O 3 -based spinels as well as TiN particles and conglomerates formed on the basis of the above-mentioned particles.
- Such particles each have a high Mohs hardness of approx. 9. Due to their high hardness, they are hardly deformable in rolling or forming processes and lead to local stress fields in their environment, which can promote premature material failure.
- Conglomerates are particularly referred to here as particle composites in which further particles form through heterogeneous nucleation on already existing particles, e.g. Al 2 O 3 with MnS, where the basis is one of the previously mentioned hard particle types.
- the alloy concept according to the invention has also achieved that the total number of hard TiN-based precipitates and their mixed forms falling within this particle size range in a
- the particle size distribution in the component formed from a flat steel product alloyed according to the invention is reduced to less than 30% of the particles in the size class 0.2 - 10 ⁇ m present in the structure of a component.
- the absolute number of precipitates falling into the relevant particle size range is reduced compared to conventional flat steel products, for example made from a steel with a higher Ti content, as a result of which the average distance between the 0.2 - 10 ⁇ m sized precipitates in the component formed from a flat steel product alloyed according to the invention is significantly increased.
- the moderate increase in the Al mass content does not lead to a significant increase in the proportion of similarly hard, oxidic Al-based precipitates as well as AIN and their conglomerates.
- the risk of premature material failure is reduced in the flat steel products intended for forming a component according to the invention.
- the optimization of toughness achieved by the invention is noticeable in an improvement in the fracture necking on the component according to the invention in the hot-formed, tempered state, in which it is of particular interest to the component manufacturer.
- a structure consisting entirely of martensite in the technical sense is produced by full austenitization with subsequent quenching and optional tempering treatment. According to the understanding of a person skilled in the art, this naturally includes the possibility that up to 5% of other components are present in the structure of a component according to the invention, which, however, are ineffective with regard to the properties of a component according to the invention determined by the martensite content.
- Nb and Al in dissolved and precipitated form reduce austenite grain growth during the production and heat treatment of the flat steel product made from the alloyed steel according to the invention and the component made from it, and reduce the martensite package size after the transformation.
- the steel used to produce the flat steel product from which a component according to the invention is formed has an austenite grain size during austenitization that is up to half an ASTM grain size finer than in conventional steel concepts belonging to the type of steel according to the invention.
- the grain sizes in a flat steel product alloyed and processed according to the invention are in a narrower range, i.e. with a reduced standard deviation.
- there is a reduced variation in the former austenite grain size across the strip thickness This leads to finer martensite packages and a high homogeneity of the martensite structure. which is advantageous for the toughness of components made from such a flat steel product in accordance with the invention in the tempered or press-hardened state. This also leads to better dimensional stability of the component, since strength fluctuations across the strip thickness can be reduced.
- austenite grain size is the grain size of the austenite that is established after the completion of the austenitization process in the furnace as a result of recrystallization and grain growth, i.e., it is the size that prevails in the structure shortly before the start of quenching.
- components according to the invention achieve a tensile strength of at least 1000 MPa at C contents of 0.1% by mass, in particular 0.10% by mass, or tensile strengths of up to 2500 MPa at C contents of 0.6%, in particular 0.60% by mass.
- the area of reduction in area ⁇ (epsilon)3 was investigated here as a measure of toughness, since the investigation of the notched impact strength determined according to DIN EN ISO 148-1 according to Charpy is only limited to thicknesses of 10 mm or so-called undersize specimens (thicknesses of 2.5, 5 and 7.5 mm) and is therefore only suitable for the investigation of correspondingly thick specimens, which were not available here.
- the toughness properties were therefore not determined here according to DIN EN ISO 148-1 according to Charpy.
- the area of reduction in area was evaluated as a measure of toughness or local elongation, since contrary to the requirements of the notched impact test according to DIN EN ISO 148-1, different thicknesses and in particular thicknesses ⁇ 2.5 mm were available, so that no uniform, so-called undersize specimens could be used and the application of this standard was therefore not suitable.
- the local strain from the fracture area correlates with the hole expansion, it represents an extended description of the local deformation behavior.
- components according to the invention are simultaneously characterized by an excellent toughness for this strength class, which also results in a percentage improvement in the tensile strength after a suitable heat treatment explained below.
- the reduction in area at fracture ( ⁇ BE) is expressed by at least 5 to 45% compared to a Ti/B-based tempering concept with increasing tensile strength from 1000 to 2500 MPa.
- the absolute reduction in area at fracture in the thickness direction ⁇ (epsilon)3 for components made of steel concepts according to the invention is 10 - 65%.
- the components formed from flat steel products obtained in accordance with the invention in the manner explained above by processing according to the invention are in particular weight-reduced component applications in the automotive and truck sector, which include longitudinally welded tubes for stabilizers, rotor shafts, camshafts or tubular components that are used in the steering and chassis areas.
- a flat steel product according to the invention can be used by cold forming for a seam-welded steel tube that is suitable for use, for example, as a stabilizer for vehicle suspension, a steering shaft or a drive shaft of motor vehicles.
- a subsequent tempering treatment can achieve a significant increase in the strength of the formed tube.
- the thickness of flat steel products intended according to the invention for forming components according to the invention is typically 1 - 16 mm, whereby sheets with a thickness of 2 - 9 mm, in particular 4 - 7 mm, can be used for automotive applications, whereby thicknesses of up to 5 mm can be of particular importance in practice. If special requirements are placed on the resistance to abrasive wear of such flat steel products, it has proven advantageous, due to the associated high hardness, if the C content of the flat steel products intended according to the invention for forming a component according to the invention is at least 0.5% by mass, in particular 0.50% by mass.
- flat steel products obtained according to the invention can also be used as hot or cold strip for forming components according to the invention
- structural components for automobile bodies can be hot-formed from such hot or cold strip, and their high strength can be retained by subsequent targeted cooling from the forming heat.
- Flat steel products intended according to the invention for forming components according to the invention, which are provided for this processing route, typically have a thickness of 0.5 - 3.5 mm, in particular 0.5 - 3 mm, 1 - 3 mm or 1.2 - 2.5 mm.
- components according to the invention that can be formed from flat steel products made according to the invention are supports of automobile structures subject to bending, such as the B-pillars or seat cross members of passenger vehicles, as well as longitudinal and cross members of passenger or commercial vehicle chassis, and generally body structure parts.
- the flat steel product according to the invention is also particularly suitable for processing into components that move during use, such as parts of shock absorbers, camshafts or parts thereof, piston rods or shafts, in particular shafts of an electric motor. It is therefore possible to obtain a high-strength component for an automobile body by hot forming or press hardening.
- metallic protective layer based on zinc or aluminum, such as AlSi coatings, which can be applied in the conventional way by hot-dip coating, are particularly suitable for this purpose. Electrolytic coatings are also conceivable.
- the chemical composition of the steel of a component according to the invention, as specified in accordance with the invention, and a coordinated process control during steel production make it possible to influence the type, size and distribution of the endogenous inclusions. In addition to solidification, the influence extends in particular to the production stage of hot rolling, as explained below.
- a melt is produced in step a) which is composed in accordance with the above explanations for alloying the steel of a flat steel product intended for forming a component according to the invention.
- step a) which is composed in accordance with the above explanations for alloying the steel of a flat steel product intended for forming a component according to the invention.
- the information given above on advantageous designs of the steel of a flat steel product intended for forming a component according to the invention applies to the alloying of this melt in the same way for the melt produced and processed in the course of the method according to the invention.
- the melt produced in step a) is cast in the conventional way into slabs, thin slabs or strip (step b)).
- the slabs typically have thicknesses of 180 mm to 260 mm.
- Thin slabs are typically available in thicknesses of 40 to 60 mm, and cast strip in thicknesses of 2 to 5 mm.
- step c) the precursors are heated through for the subsequent hot rolling (step d).
- This heating is typically carried out in pusher or walking beam furnaces available for this purpose in the state of the art.
- the conditions set during the preheating of the slabs, thin slabs or strips cast from a steel melt alloyed according to the invention are of particular importance for the characteristics of a flat steel product composed and produced according to the invention. It has been shown that as a result of the inventive addition of at most a small amount of titanium to the steel processed according to the invention, relatively low furnace temperatures are also process-safe in order to produce no or little nucleation effects on coarse particles such as TiN, since these particles are much less common in the steel concepts according to the invention. occur.
- Nucleation is understood here as the formation of precipitations on previously formed precipitations based on heterogeneous nucleation, as opposed to homogeneous precipitation formation without foreign nucleation sites.
- the nucleation of TiC, NbN, NbC, AIN on TiN would reduce the probability of these precipitations forming at lower formation temperatures, thus impairing their effectiveness with regard to the refinement of the microstructure sought by the invention.
- austenite grain size refinement can be achieved even at the intended, comparatively low Nb contents.
- the preheating temperatures used according to the invention are 1100 - 1350 °C and preferably 1150 - 1280 °C. Below 1100 °C, coarsening and nucleation effects of the particles in the preheating must be expected. Temperatures above 1350 °C should be avoided in order to limit coarsening of the austenite grain, reduce material loss due to scaling, or from an economic point of view, reduce energy costs.
- the total holding time for slabs provided for in the invention is 150 - 400 minutes, whereby the total holding time includes the time required for heating to the respective target pre-heating temperature and for heating the preliminary products through. With total holding times of less than 150 minutes, there is a risk that the relevant microalloy precipitate types will not dissolve completely. Holding times of However, more than 400 minutes should also be avoided in order to limit austenite grain coarsening. Thin slabs are preheated in a soaking furnace for significantly shorter times of 10 - 90 minutes.
- Strips produced by strip casting are generally not preheated, but are hot rolled directly to final hot strip thicknesses of 1 - 4 mm in one or more hot strip stands.
- the slabs or thin slabs heated in accordance with the invention can be hot rolled in a conventional manner in an equally conventional hot rolling mill or casting rolling mill to form a so-called "hot strip".
- the hot rolling can include pre-rolling, in which the slabs are rolled in a so-called “roughing stand", typically in reverse, to an intermediate thickness of approx. 35 to 60 mm.
- the pre-rolled slab then runs into a multi-stand finishing hot rolling mill, in which it is gradually hot rolled in a continuous run to form a hot strip.
- pre-rolling is not necessary. It can be fed into the finishing hot rolling mill directly after preheating (if necessary).
- hot rolling in step d) is terminated at hot rolling end temperatures that are at least 50 °C higher than the Ar3 temperature of the steel, but no more than 150 °C above this temperature. Hot rolling is thus terminated at a hot rolling end temperature at which the hot strip obtained still has a completely austenitic structure.
- Such a rolling strategy is referred to as "normalizing rolling”.
- the hot rolling end temperature is selected according to the invention such that the tendency of Nb and Al to form deformation-induced precipitations is reduced and a larger proportion of Precipitation potential is available for inhibiting grain growth during austenitization in the tempering process carried out later or during hot forming.
- suitable rolling end temperatures for the alloy concept according to the invention are above 830 °C.
- the rolling end temperature is preferably at least 60 °C and at most 130 °C higher than the Ar3 temperature, with hot rolling end temperatures that are at most 110 °C above the Ar3 temperature having proven to be particularly practical for limiting austenite grain growth. Normalizing rolling is preferred here because the hot rolling forces are comparatively low and the precipitation of deformation-induced, relatively coarse precipitations is avoided. The precipitation potential for reducing the former austenite grain size can thus be maximized in later austenitization stages of tempering and hot forming. This has a positive effect on toughness.
- step e) In order to preserve the precipitation potential of Al and Nb in the hot strip obtained after hot rolling for later process steps, it is necessary in step e) to cool the hot strip after hot rolling in the temperature range from 800 °C to 650 °C with a cooling rate of more than 20 °C/s to the coiling temperature.
- the actual coiling temperature achieved is determined by the cooling in the cooling section. According to the invention, it is well below the A1 temperature of the steel from which the flat steel product according to the invention is produced in order to avoid relatively coarse pearlite precipitation in the hot strip.
- the temperature "A1" is the temperature at which austenite decomposes into pearlite from high temperatures.
- A1 is 723 °C, whereby this conversion takes place at carbon contents > 0.02 mass%, which is the case with the steel concepts according to the invention.
- the A1 temperature is based on empirical formulas that describe the influence of alloying elements on A1 reproduce (see for example Hougardy, HP “Material Science Steel Volume 1: Basics", Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf, 1984, p. 229 ), at 722 - 727 °C and thus in a narrow range.
- coiling temperatures of ⁇ 720 °C are used in particular.
- the solution state and the precipitation form of the carbon are influenced in such a way that a finely distributed C precipitation is achieved for subsequent quenching and tempering or hot forming treatments in order to accelerate the C dissolution for the hardening process.
- the rapid cooling of the hot strip obtained in accordance with the invention in the temperature range of 800 - 650 °C thus suppresses the precipitation of Nb and Al. This can be ensured in particular by ensuring that the cooling rate is at least 20 °C/s. It should be noted that during cooling after hot rolling, reheating of up to 30 °C can occur due to the phase transformation.
- the strip can be sprayed with water for the cooling controlled according to the invention after the hot rolling mill in which the hot rolling takes place. Cooling sections known in the prior art are particularly suitable for this, in which laminar and spray cooling devices are combined with one another. These should be able to achieve cooling rates of preferably more than 20 °C/s, in particular at least 50 °C/s, and a maximum of 200 °C/s, especially in the temperature range of 800 - 650 °C.
- the coiling temperature to which the hot strip is cooled after hot rolling and at which the hot strip is coiled into a coil in step f) is 450 - 720 °C.
- the upper limit of 720 °C is advantageous, in order to be able to set a sufficiently low tensile strength for subsequent cold forming at C contents ⁇ 0.4%.
- the coiling temperature is particularly preferably lower than 650 °C in order to further suppress the precipitation of Nb and Al and to achieve a C dissolution state that is as finely distributed as possible.
- An upper coiling temperature of 650 °C proves to be particularly advantageous because coarse-structured pearlite formation can then be largely avoided.
- the flat steel product obtained according to the invention after coiling, in the form of a hot strip typically has a tensile strength of less than 700 MPa. Only through the subsequent tempering treatment or through the processing carried out during hot forming are the largely fully martensitic structure according to the invention and, with it, the optimized mechanical properties of a component according to the invention achieved.
- step g the hot strip can be subjected to pickling for further processing in order to remove any scale adhering to it.
- pickling for further processing in order to remove any scale adhering to it.
- Such a processing step is advantageous if the hot strip is formed in a cold forming tool and contamination or damage to the tool can be avoided by abrasion of the scale.
- pickling There are no special requirements for pickling. It can be carried out in any way known for this purpose.
- the resulting hot strip has a microstructure consisting of pearlite with small amounts of ferrite ( ⁇ 5%).
- the ferrite can be in a linear or network-like form.
- the hot strip can also optionally be subjected to a bell annealing process in step h) in order to reduce the strength of the steel for subsequent cold forming.
- the core temperatures of the coiled steel flat product set during bell annealing are 500 - 720 °C.
- a core temperature of at least 500 °C is required so that a sufficient reduction in strength can occur.
- Annealing temperatures of more than 720 °C would, however, mean that the formation of new pearlite by exceeding the A1 temperature in all parts of the coil can be safely avoided during bell annealing.
- a bell annealing time at core temperature level of at least 5 h is required in order to also significantly reduce the strength level, i.e. ⁇ 700 MPa tensile strength.
- bell annealing should not last longer than 50 h, as the deformation and coagulation of the pearlite through the ongoing diffusion processes would then lead to coarse pearlite particles.
- the annealing conditions for bell annealing are selected so that only partial deformation of the cementite takes place with a degree of deformation ⁇ 85%.
- the optional bell annealing according to the invention can be carried out at core temperatures of max. 720 °C under a protective gas atmosphere.
- the protective gas atmosphere can consist of a pure hydrogen atmosphere (H2) or a mixture of N2 and up to 12 vol.% H2 ("HNX"). Mixtures of 95% N2 and 5% H2 are typical here.
- HNX annealing results in longer total annealing times of up to 50 hours, since the heat transfer is slower than with a pure H2 atmosphere.
- the core temperature of the bell annealing should be below 720 °C, in particular around 680 °C, but in any case below the A1 temperature of the steel from which the flat steel product is made. This restriction prevents new pearlite from being formed during the annealing process. Instead, cementite particles (carbide particles) are partially formed from the hot strip structure present at the beginning of annealing, in particular through carbon diffusion and carbon redistribution. At the same time, the structure can become coarser as a result of coagulation.
- cementite is thus formed in a partially formed, globulitic form, which is largely homogeneous and randomly distributed in a ferritic matrix, with the degree of formation being ⁇ 85% according to the invention.
- the restriction of the bell annealing temperature and holding time serves to limit the degree of formation.
- a limited degree of formation reduces the time for complete C dissolution during austenitization.
- the structure in the hot strip bell annealed state therefore consists predominantly of partially formed cementite, pearlite in a proportion of up to 90% and a proportion of non-polygonal ferrite of up to 10%.
- the production of the cold strip can be completed in the usual way by a skin pass with usual degrees of deformation of 0.5 - 1.5%, whereby no special requirements are imposed here either.
- the respective component (tempering) or flat steel product (hot forming or press hardening) is first heated to a suitably high austenitizing temperature ("austenitizing").
- austenitizing a suitably high austenitizing temperature
- this can be done, for example, in a manner known per se, first in a furnace in which the respective flat steel product (work step 1.1) of the first alternative) or the component (work step m.2) of the second alternative) is heated to the respective austenitizing temperature over a sufficient total time, in particular (including the heating time).
- the blank is heated in step I.1 and in the second alternative, the component is heated in step m.2 to an austenitizing temperature that is no more than 100 °C below the Ac3 temperature of the steel from which the hot or cold strip is produced and from which the blank or component is made (austenitizing temperature ⁇ (Ac3 - 100 °C)).
- Austenitizing temperatures that are no more than 75 °C lower than the Ac3 temperature (austenitizing temperature ⁇ (Ac3 - 75 °C)), in particular no more than 50 °C lower than the Ac3 temperature of the steel of the hot- or cold-rolled sheet from which the blank or component is made (austenitizing temperature ⁇ (Ac3 - 50 °C)), lead in practice to the desired result in a particularly reliable manner.
- Austenitizing temperatures that are at least equal to the Ac3 temperature of the steel from which the respective blank or component is made are particularly suitable. The austenitizing temperature is limited to a maximum of 950 °C.
- the austenitizing temperature maintained in work steps I.1 and m.2 is accordingly in a range from (Ac3 - 100 °C) to 950 °C, in particular (Ac3 - 75 °C) to 950 °C or, particularly advantageously, from (Ac3 - 100 °C) to 950 °C, with austenitizing temperatures of Ac3 - 950 °C being particularly practical.
- a total time of typically 1 second to 20 minutes is required for heating the board or component, although in practice total times of at least 10 seconds, in particular at least 1 minute, are suitable to achieve reliable heating.
- the total heating time includes the time required to heat up to the austenitizing temperature.
- step I.1 total times (including heating time) of 1 - 20 minutes are particularly suitable.
- the component is heated piece by piece to the Austenitizing temperature typically provides total times of 1 - 20 min or 2 - 10 min, in particular 5 - 10 min.
- Inductive continuous flow heating devices available on the market can be used to heat the component more quickly.
- the component to be heated passes through these devices in a continuous flow, so that the section of the component that is in the effective range of an electromagnetic field induced by the heating device is heated within a short time. In this way, the component is gradually heated to the austenitizing temperature along its length.
- Continuous flow heating devices of this type are particularly suitable for the continuous heating of components such as pipes or profiles that require a high degree of dimensional accuracy.
- the respective flat steel product is placed after austenitizing within a transfer time of 1 - 20 seconds into a hot forming device known for this purpose from the state of the art, in which it is then press-hardened into a component in an equally known manner, the average cooling rate to room temperature being 30 - 120 °C/s.
- the component heated to the austenitizing temperature is also quenched to room temperature after austenitizing at an average cooling rate of 30 - 120 °C/s.
- the component can be immersed in a suitable quenching medium in a manner known per se or can be exposed to the quenching medium using equally known devices such as nozzles or jet devices. If a continuous heating device of the type described above, particularly an inductive one, is used to heat the component, the section of the component heated to the austenitizing temperature can be The blank must also be cooled in the process by means of a suitable quenching device as it exits the heating device in question.
- Quenching takes place within 1 - 20 seconds after removal from the device used to heat to the austenitizing temperature (quenching and tempering) or through contact with the tool at the end of the press hardening process (hot forming).
- an oil bath can be used for quenching during tempering, in which the respective component is quenched to room temperature within 1 - 30 seconds while moving.
- Typical transfer times between the furnace in which heating to the austenitizing temperature takes place and the oil bath are 1 - 20 seconds.
- the components according to the invention are tubular components, in the production of which blanks of hot or cold strip produced according to the invention are formed into a tubular body and then welded longitudinally.
- the structure of the flat steel products in question here and the components according to the invention made from them was investigated as follows: The proportions of hard oxide and nitride particles in the microstructure of a flat steel product are given in area ppm, unless otherwise stated. The exact procedure for determining them is described below. According to ASTM E2142 from 2008, the area proportion of inclusions can be equated to the volume proportion. Likewise, the phase proportions of the structure given in this text refer to the evaluated ground surface and are therefore given in area %.
- the inclusions were examined on longitudinal sections across the strip thickness using a scanning electron microscope (SEM) from Zeiss (model GeminiSEM 500), equipped with the EDX system "Oxford Xmax" from the manufacturer "Oxford instr.” for energy-dispersive element analysis.
- SEM scanning electron microscope
- the data was evaluated using the software "Aztec 3.3 SPI, Feature Analysis” from “Oxford instr.” Inclusions with a size of approx. 0.2 ⁇ m or larger were recorded.
- the element content in the precipitates was determined using calibration samples.
- the inclusions were classified based on the stoichiometry of the known precipitates, with a division into oxides, sulfides and TiN. The measured elements were quantified and standardized without Fe, C and Ag.
- the recorded elements were converted into oxides (without S, P, Cl, F) and normalized to 100%.
- the subsystem ⁇ Al 2 O 3 -SiO 2 -CaO> was calculated and normalized to 100%.
- Computer-aided classification tables of the analyzed inclusions were then created from the raw data obtained in this way. Inclusions that could not be clearly classified were listed separately. These inclusions were checked individually.
- the particle size was idealized as a circle-equivalent diameter, regardless of the particle shape.
- the homogeneity of the microstructure of the former austenite and the distribution of the components contained in it was determined using electron backscatter diffraction (EBSD) in the fully martensitic state after tempering or press hardening on longitudinal sections across the strip thickness.
- the samples were polished using the polishing agent "OP-S Suspension" from the manufacturer "Struers". For this purpose, a measuring field with the dimensions 140 ⁇ m x 140 ⁇ m was positioned in different layers across the strip thickness and scanned with a step size of 0.15 ⁇ m.
- tf is the thickness of the thinnest points in the area of the necking strain of the fracture cross-section determined from four measurements across the sample width.
- the "absolute strain in the thickness direction" or "necking at fracture” was measured on tensile specimens according to the Tempering treatment was measured using an optical system (microscope). To do this, the thickness tf was determined in the fracture cross-section at four points across the width (1 mm to the right of the left edge, middle, minimum, 1 mm to the left of the right edge).
- Three parallel tensile specimens were tested in each case in order to obtain a representative statement for the condition examined. In total, six fracture cross-sections were measured. The average value for a specimen was calculated from the six measured values.
- the tensile specimens were oriented lengthways to the rolling direction.
- Steels 1 - 6 were each melted and cast into slabs. The slabs were then heated to a preheating temperature and then hot rolled into a hot strip. The hot strips obtained during hot rolling were cooled to a coiling temperature at which they were coiled into a coil. The coil was then cooled to room temperature.
- the flat steel product thus produced as unpickled hot strip from steel 2 was made available for further processing without any further treatment.
- the hot strips produced from steels 1 and 3 - 6 were subjected to a pickling treatment in order to remove any scale adhering to them.
- the hot strips produced from steels 1 and 4 were then cold rolled into cold strips without intermediate annealing.
- the cold strips obtained in this way were each subjected to continuous annealing, given an AISi coating by hot dip coating and finally skin pass rolled.
- the flat steel products available as cold strips with an AlSi coating were made available for further processing into components.
- the hot strips produced from steels 3, 3a and 6 were subjected to batch annealing and were made available in this condition as flat steel products for further processing.
- the flat steel product produced from steel 5 as hot-rolled strip was made available for further processing after pickling.
- Table 1 lists the chemical compositions of steels 1 - 6.
- the final thickness D of the flat steel products produced from steels 1 - 6 is given in Table 2. This means that for the steel strips produced from steels 1 and 4, the thickness D is given in the finished cold-rolled state with the AISi coating, and for the hot-rolled steel strips produced from steels 2, 3, 3a, 5 and 6, the thickness is given after coiling (hot strip produced from steel 2) or after descaling (hot strip produced from steels 3, 3a, 5 and 6).
- Table 2 shows for steels 1 - 6 the result of the equation %Ti-48/14*%N, the ratio %Ti/%N, the content %Nrest of the nitrogen not bound by Ti, the result of the equation %Al-27/14*%Nrest, the ratio %Al/%N and the result of the equation (%Al / %N) * 14/27, where %Ti is the Ti content, %N is the N content and %Al is the Al content of the respective steel.
- Each of the steels was alloyed with B, with the B contents being at least 0.001 mass%.
- the steels 1 - 3a according to the invention each have Ti contents that are not sufficient, or at best only just sufficient, to bind the N content present in the respective steel.
- the ratio %Ti/%N is significantly below this value.
- the ratio %Ti/%N is still below the stoichiometric ratio. of 3.43.
- the %Ti/%N ratio of the steels according to the invention was less than 4.
- all comparison steels 4 - 6 had a %Ti/%N ratio > 5.
- the Al content of the steels 1 - 3a according to the invention has been increased in order to achieve AlN precipitation through the higher Al contents, i.e. through a higher precipitation pressure, and to avoid BN formation.
- the melts composed according to the invention were cast in a conventional continuous casting plant to form slabs which, after being heated to a preheating temperature "VWT" over a holding time "LIZ", were first pre-rolled in a conventional hot strip mill to form a pre-strip with a thickness "VBD".
- the pre-strips leaving the roughing stand at a temperature "VBT” were then hot-rolled in a continuous, conventional hot-rolling process to form hot strips with a hot strip thickness "WBD”.
- the hot-rolled hot strips leaving the hot rolling mill were cooled to a coiling temperature HT of less than 650 °C, with a cooling rate "ABK" of at least 50 °C/s being set in the temperature range of 800 - 650 °C.
- the hot strips produced from the steel 1 according to the invention and the comparative steel 4 were rolled to their final thickness "D" in cold rolling mills.
- the degree of cold rolling achieved by cold rolling is not a decisive factor here. It is determined solely by the given hot strip thickness and the respective required cold strip thickness, so that cold rolling can be carried out according to the usual procedure in the state of the art. Cold rolling causes the strip to undergo plastic deformation, which results in strong hardening in terms of the material and results in a reduction in further deformability. Therefore, after cold rolling, recrystallizing annealing is also carried out in a conventional manner, which softens the respective strip and makes it suitable for forming into a component again.
- the annealing can be integrated in a similarly known manner into the hot-dip coating process that is usually carried out in a continuous process.
- bell annealing can also be used.
- electrolytic coating can be used instead of hot-dip coating.
- samples of the flat steel products in question were subjected to a simulation of a conventional tempering or hot forming process.
- the samples were each heated to an austenitizing temperature "T_aust" which was approximately 60 °C higher than the Ac3 temperature of the respective steel 1 - 6.
- the austenitizing time required for heating and heating through at the austenitizing temperature T_aust was 7-10 min. including heating time in a salt bath furnace.
- the samples were quenched in oil at an average cooling rate of 70 - 120 °C/s to room temperature.
- the samples were tempered at 170 - 200 °C for a period of 20 minutes.
- This tempering corresponds to both a heat treatment typically carried out at the end of tempering and the conditions that prevail during cathodic dip painting in the typical automotive painting process.
- Temperatures of 150 - 700 °C in combination with holding times of 5 - 60 minutes are also common in industrial practice for tempering a component.
- the KG quality is obtained by multiplying the mean former austenite grain size by the standard deviation of the diameter of the former austenite grain size.
- the smaller the KG grade the more favorable the effects on toughness and local elongation are. It is known that toughness improves with decreasing grain size.
- a smaller dispersion of grain size ensures increased homogeneity of the deformation behavior and thus a delayed onset of instability due to fracture reduction, since there are fewer local differences.
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Description
Die Erfindung betrifft ein Bauteil, das durch Umformen aus einer Stahlblechplatine hergestellt ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils.The invention relates to a component which is produced by forming from a sheet steel blank, as well as to a method for producing such a component.
Im vorliegenden Text sind, soweit nicht explizit etwas anderes vermerkt ist, Angaben zu Legierungsbestandteilen stets in Masse-% gemacht.In this text, unless explicitly stated otherwise, information on alloy components is always given in mass %.
Als "Stahlflachprodukte" werden hier Walzprodukte verstanden, deren Länge und Breite jeweils wesentlich größer sind als ihre Dicke. Hierzu zählen insbesondere Stahlbänder, Stahlbleche und daraus gewonnene Zuschnitte, wie Platinen und desgleichen. Stahlflachprodukte der hier in Rede stehenden Art werden für eine Kaltumformung mit anschließender Vergütungsbehandlung zur Einstellung der mechanischen Eigenschaften des erhaltenen Bauteils oder für eine Warmumformung zu einem Bauteil eingesetzt, um so die mechanischen Eigenschaften des erhaltenen Bauteils einzustellen."Flat steel products" are understood here to mean rolled products whose length and width are each significantly greater than their thickness. These include in particular steel strips, steel sheets and cut pieces obtained from them, such as blanks and the like. Flat steel products of the type in question here are used for cold forming with subsequent tempering treatment to adjust the mechanical properties of the resulting component or for hot forming to form a component in order to adjust the mechanical properties of the resulting component.
Die "Warmumformung" wird auch als "Formhärten" oder "Presshärten" bezeichnet. Genau genommen bezeichnet das Presshärten das Härten eines Werkstückes oder Bauteiles in einem gekühlten Werkzeug, während die Warmumformung zusätzlich die vorgeschaltete Formgebung im erwärmten Zustand umfasst. Die drei genannten Begriffe werden jedoch häufig synonym verwendet."Hot forming" is also referred to as "form hardening" or "press hardening". Strictly speaking, press hardening refers to the hardening of a workpiece or component in a cooled tool, while hot forming also includes the preceding shaping in a heated state. However, the three terms mentioned are often used synonymously.
Als "Vergütung" wird hier eine aus dem Stand der Technik an sich bekannte Behandlung bezeichnet, bei der zunächst eine Erwärmung auf eine Temperatur stattfindet, bei der der Stahl des jeweils verarbeiteten Stahlflachprodukts (Bauteil) ein vollständig austenitisches Gefüge besitzt. Diese Erwärmung dient dazu, das jeweilige Bauteil auf geeignete Temperatur zu bringen. Diese Erwärmung wird als separater Arbeitsschritt am zuvor aus dem Stahlflachprodukt kaltumgeformten Bauteil vorgenommen. Nach der Erwärmung wird das Bauteil beschleunigt abgekühlt, so dass der Stahl des Stahlflachprodukts, aus dem das Bauteil geformt ist, Härtegefüge bildet mit dem Ergebnis, dass das Bauteil eine deutlich erhöhte Festigkeit erhält. Nach dem Abschrecken kann das Bauteil einem Anlassen unterzogen werden, um die inneren Spannungen zu reduzieren, die durch den Abschreckvorgang im Gefüge des Bauteils entstehen können. Allgemein werden bei der Vergütung für eine Verkürzung der Taktzeit und damit der Kosten möglichst hohe Temperaturen angestrebt."Quenching and tempering" refers to a treatment known from the state of the art in which heating initially takes place to a temperature at which the steel of the flat steel product (component) being processed has a completely austenitic structure. This heating serves to bring the respective component to a suitable temperature. This heating is carried out as a separate work step on the component that was previously cold-formed from the flat steel product. After heating, the component is cooled at an accelerated rate so that the steel of the flat steel product from which the component is formed forms a hardened structure, with the result that the component has significantly increased strength. After quenching, the component can be subjected to tempering in order to reduce the internal stresses that can arise in the structure of the component as a result of the quenching process. In general, the highest possible temperatures are aimed for during tempering in order to shorten the cycle time and thus the costs.
Die im vorliegenden Text angegebenen Ac3-Temperaturen, also die Temperatur, bei deren Überschreitung bei einer Erwärmung die Umwandlung des Stahlgefüges in den austenitischen Zustand abgeschlossen ist, wurden nach folgender Formel abgeschätzt:
Die im vorliegenden Text angegebenen Ar3-Temperaturen, also die Temperatur, bei der nach einer Abkühlung die Umwandlung des zuvor austenitischen Gefüges des Stahls einsetzt, wurden nach folgender Formel abgeschätzt:
Stahlflachprodukte der hier in Rede stehenden Art werden insbesondere zur Herstellung von Bauteilen für Personen- oder Nutzfahrzeuge, an deren mechanische Eigenschaften höchste Anforderungen gestellt werden, und von Bauteilen benötigt, die im praktischen Gebrauch hohen abrasiven Belastungen ausgesetzt sind, wie beispielsweise Bauteile für Maschinen und Fahrzeuge, die in der Landwirtschaft, im Straßenbau, im Bergbau oder desgleichen eingesetzt werden.Flat steel products of the type in question here are required in particular for the manufacture of components for passenger or commercial vehicles, the mechanical properties of which have to meet the highest requirements, and of components which are exposed to high abrasive loads in practical use, such as components for machines and vehicles used in agriculture, road construction, mining or the like.
Seit Anfang der 1980er Jahre besteht unter Umweltgesichtspunkten eine kontinuierlich steigende Nachfrage nach Gewichtsreduktion insbesondere bei Automobilkarosserien. Die Reduzierung des Fahrzeuggewichts soll die bewegten Massen reduzieren, so dass weniger Treibstoff für den Antrieb des Fahrzeugs benötigt wird und damit einhergehend weniger klimaschädliche Gase emittiert werden.Since the beginning of the 1980s, there has been a continuously increasing demand for weight reduction from an environmental point of view, particularly in automobile bodies. Reducing the weight of the vehicle is intended to reduce the moving masses, so that less fuel is required to drive the vehicle. vehicle is required and therefore fewer climate-damaging gases are emitted.
In der stahlverarbeitenden Industrie hat sich hier der Trend etabliert, durch Verwendung von Stahlgüten mit immer weiter erhöhten Festigkeiten eine Blechdickenreduzierung und damit die angestrebte Gewichtsreduzierung zu erreichen, ohne dass dadurch die Leistungsfähigkeit der betreffenden Stahlflachprodukte vermindert wird. Einerseits ist dies durch Einsatz höherfester Stähle möglich, die sich auch noch im kalten Zustand umformen lassen. Andererseits haben sich Stahlkonzepte durchgesetzt, die durch eine Wärmebehandlung, bei der sie eine Austenitisierung und eine daran anschließende gesteuerte Abkühlung durchlaufen, gehärtet werden können, wobei sich die Festigkeit derart verarbeiteter Stähle durch Martensitumwandlung weiter steigern lässt, wobei optional durch eine auf die Härtung folgende Anlassbehandlung eine Reduzierung innerer Spannungen erfolgen kann.In the steel processing industry, the trend has become established to use steel grades with ever increasing strengths to achieve a reduction in sheet thickness and thus the desired weight reduction without reducing the performance of the flat steel products in question. On the one hand, this is possible by using high-strength steels that can also be formed when cold. On the other hand, steel concepts have become established that can be hardened by heat treatment in which they undergo austenitization and subsequent controlled cooling. The strength of steels processed in this way can be further increased by martensite transformation, and internal stresses can optionally be reduced by tempering following hardening.
Neben dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ist aus der
Die Erfindung beruht hier auf der Aufgabe, ein gewichtsreduziertes Bauteil zu schaffen, das im vergüteten und/oder warmumgeformten Zustand eine optimale Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit aufweist und sich als solches für Verwendungen eignet, bei denen höchste Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften oder die Widerstandsfähigkeit gegen abrasiven Verschleiß gestellt werden.The invention is based on the object of creating a weight-reduced component which, in the tempered and/or hot-formed state, has an optimal combination of strength and toughness and is, as such, suitable for uses which place the highest demands on the mechanical properties or resistance to abrasive wear.
Zudem sollte die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils nennen.In addition, the invention should also mention a method for producing such a component.
Ein diese Aufgabe erfindungsgemäß lösendes Bauteil weist mindestens die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf.A component that solves this problem according to the invention has at least the features specified in claim 1.
Ein die voranstehend genannte Aufgabe erfindungsgemäß lösendes Verfahren umfasst mindestens die in Anspruch 8 angegebenen Arbeitsschritte. Es versteht sich dabei von selbst, dass ein Fachmann bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die hier nicht explizit erwähnten Arbeitsschritte ergänzt, von denen er aufgrund seiner praktischen Erfahrung weiß, dass sie bei der Durchführung solcher Verfahren regelmäßig angewendet werden.A method that achieves the above-mentioned object according to the invention comprises at least the work steps specified in claim 8. It goes without saying that a person skilled in the art, when carrying out the method according to the invention, will add the work steps not explicitly mentioned here, which he knows from his practical experience are regularly used when carrying out such methods.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend im Einzelnen erläutert.Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims and are explained in detail below.
Kohlenstoff "C" ist im Stahl des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, als Pflichtelement in Gehalten von 0,1 - 0,6 Masse-%, insbesondere 0,10 - 0,60 Masse-%, enthalten. Durch die Anwesenheit von C wird die Höhe des Härtungspotentials gesteuert. Mit steigendem C-Gehalt steigt nach Austenitisierung und beschleunigtem Abkühlen sowohl der Martensitanteil als auch die Härte des dabei im Gefüge eines erfindungsgemäßen Bauteils erhaltenen Martensits, wobei eine einphasige Martensitstruktur die Zielmikrostruktur des fertig prozessierten Bauteils darstellt. Die Härtesteigerung ist dabei gleichbedeutend mit einer Festigkeitssteigerung im Zugversuch. Hierdurch wird eine Blechdickenreduzierung und damit eine Gewichtsreduzierung in kraftübertragenden Bauteilquerschnitten ermöglicht, wie sie im modernen Automobilstrukturbau hinsichtlich eines ressourcenschonenden Karosserieleichtbaus angestrebt wird. Um hier die Bauteilhärte und Festigkeit effizient zu steigern, ist ein C-Gehalt von mindestens 0,1 Masse-%, insbesondere mindestens 0,10 Masse-%, erforderlich. Die günstigen Wirkungen der Anwesenheit von C können im erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt bei einem C-Gehalt von mindestens 0,12 Masse-%, insbesondere mindestens 0,15 Masse-%, besonders sicher erzielt werden. Bei C-Gehalten von mehr als 0,60 Masse-% wäre die Härte bzw. Festigkeit nach beschleunigtem Abschrecken allerdings so hoch, dass die sich in der Bruchdehnung oder Brucheinschnürung niederschlagende Zähigkeit des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, deutlich reduziert wäre. Gleichzeitig würde die Neigung zu Rissbildung ansteigen und die Verschweißbarkeit verschlechtert. Negative Auswirkungen der Anwesenheit von C können dadurch besonders sicher verhindert werden, dass der C-Gehalt auf höchstens 0,55 Masse-%, insbesondere höchstens 0,50 Masse-%, beschränkt wird. Optimalerweise beträgt daher der C-Gehalt 0,12 - 0,55 Masse-%, insbesondere 0,15 - 0,50 Masse-%. Allerdings kann es für bestimmte Anwendungen, insbesondere solche Anwendungen, bei denen es zu hohen abrasiven Belastungen kommt und bei denen die eventuell negativen Auswirkungen höherer C-Gehalte nur eine untergeordnete Rolle spielen, auch sinnvoll sein, wegen der damit einhergehend hohen Härte C-Gehalte von mindestens 0,5 Masse-% vorzusehen.Carbon "C" is contained in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed as a mandatory element in amounts of 0.1 - 0.6% by mass, in particular 0.10 - 0.60% by mass. The level of hardening potential is controlled by the presence of C. As the C content increases, after austenitization and accelerated cooling, both the martensite content and the hardness of the martensite obtained in the microstructure of a component according to the invention increase, with a single-phase martensite structure representing the target microstructure of the finished processed component. The increase in hardness is equivalent to an increase in strength in the tensile test. This enables a reduction in sheet thickness and thus a reduction in weight in force-transmitting component cross-sections, as is the aim in modern automotive structural engineering with regard to resource-saving lightweight body construction. In order to efficiently increase the component hardness and strength, a C content of at least 0.1% by mass, in particular at least 0.10% by mass, is required. The beneficial effects of the presence of C can be achieved particularly reliably in the flat steel product according to the invention with a C content of at least 0.12% by mass, in particular at least 0.15% by mass. With C contents of more than 0.60% by mass, the hardness or strength after accelerated quenching would be so high that the toughness of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, which is reflected in the elongation at break or the reduction in area at break, would be significantly reduced. At the same time, the tendency to crack formation would increase and weldability would deteriorate. Negative effects of the presence of C can be particularly reliably prevented by limiting the C content to a maximum of 0.55% by mass. % by mass, in particular a maximum of 0.50 % by mass. The optimal C content is therefore 0.12 - 0.55 % by mass, in particular 0.15 - 0.50 % by mass. However, for certain applications, in particular those applications in which high abrasive loads occur and in which the potentially negative effects of higher C contents play only a minor role, it may also be sensible to provide C contents of at least 0.5 % by mass due to the associated high hardness.
Silizium "Si" kann optional im Stahl des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, in Gehalten von bis zu 0,8 Masse-% vorhanden sein. Si behindert die Zementit- und Perlitumwandlung und erhöht dadurch die Martensithärtbarkeit des Stahlflachprodukts. Dabei vermindert Si die hinsichtlich der angestrebten Martensitbildung kritische Abkühlgeschwindigkeit und erhöht so die Einhärtung eines in erfindungsgemäßer Weise erzeugten Stahlflachprodukts. Si zeigt zudem ein umgekehrtes Seigerungsverhalten als Mn und verbessert dadurch insgesamt das Seigerungshalten des Stahls, aus dem das Stahlflachprodukt besteht, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist. Eine Minimierung von Seigerungen über den Querschnitt ist von besonderer Bedeutung, wenn es sich bei einem erfindungsgemäßen Bauteil um Rohre oder desgleichen handelt. Durch eine reduzierte Seigerungsempfindlichkeit können insbesondere bei höheren C-Gehalten Risse bei längsnahtgeschweißten Rohren vermieden werden. Um die positiven Effekte der Anwesenheit von Si nutzen zu können, können Si-Gehalte von mindestens 0,1 Masse-%, insbesondere mindestens 0,15 Masse-%, vorgesehen werden. Zu hohe Si-Gehalte könnten allerdings das Benetzungsverhalten des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, insbesondere dann verschlechtern, wenn erfindungsgemäß legierte Stahlflachprodukte schmelztauchbeschichtet werden sollen. Si neigt bei dem in diesem Fall durchgeführten Glühen des Stahlflachprodukts zur externen Oxidbildung. Um dies zu verhindern, beträgt der Si-Gehalt eines für ein erfindungsgemäßes Bauteil verwendeten Stahlflachprodukts höchstens 0,8 Masse-%. Negative Auswirkungen der Anwesenheit von Si können dabei besonders sicher vermieden werden, wenn der Si-Gehalt auf höchstens 0,5 Masse-% beschränkt ist. Optimalerweise beträgt daher der Si-Gehalt 0,1 - 0,8 Masse-%, insbesondere 0,15 - 0,5 Masse-%.Silicon "Si" can optionally be present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, in contents of up to 0.8 mass%. Si hinders the cementite and pearlite transformation and thereby increases the martensite hardenability of the flat steel product. Si reduces the cooling rate that is critical with regard to the desired martensite formation and thus increases the hardening of a flat steel product produced in accordance with the invention. Si also shows an inverse segregation behavior than Mn and thus improves the overall segregation resistance of the steel from which the flat steel product is made from which a component according to the invention is formed. Minimizing segregation across the cross section is of particular importance when a component according to the invention is pipes or the like. Reduced segregation sensitivity can prevent cracks in longitudinally welded pipes, particularly at higher C contents. In order to be able to use the positive effects of the presence of Si, Si contents of at least 0.1% by mass, in particular at least 0.15% by mass, can be provided. However, excessively high Si contents could impair the wetting behavior of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, in particular if flat steel products alloyed according to the invention are to be hot-dip coated. Si tends to form external oxides during the annealing of the flat steel product carried out in this case. To prevent this, the Si content of a The Si content of the flat steel product used in the component according to the invention is at most 0.8% by mass. Negative effects of the presence of Si can be particularly reliably avoided if the Si content is limited to a maximum of 0.5% by mass. The optimal Si content is therefore 0.1 - 0.8% by mass, in particular 0.15 - 0.5% by mass.
Mangan "Mn" ist im Stahl des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, in Gehalten von 0,1 - 2 Masse-%, insbesondere von 0,10 - 2,0 Masse-%, vorhanden. Mn erhöht die Härtbarkeit des Stahles durch Absenkung der A3-Umwandlungstemperatur (also der Ac3 und/oder Ar3 Temperatur) von Ferrit zu Austenit. Hierdurch kann bei der Wärmebehandlung des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, die Ofentemperatur zur vollständigen Umwandlung in Austenit beim Erwärmen reduziert werden. Insbesondere die Bildung der diffusionsgesteuerten Umwandlungsphasen Ferrit, Perlit und Bainit wird hin zu längeren Zeiten verschoben. Daher ist Mangan in dieser Hinsicht ein ähnlich wirkungsvolles Legierungselement wie Kohlenstoff. Gegenüber Kohlenstoff besitzt Mangan dabei den Vorteil, ein höheres Verformungsvermögen im gehärteten Zustand zu erreichen, das sich beispielsweise in einer höheren Kerbschlagzähigkeit äußert. Mit der Herabsetzung der kritischen Abkühlgeschwindigkeit bei zunehmendem Mangangehalt ist zudem eine Erhöhung des Einhärtungsvermögens verbunden. Schwankungen in den Abkühlbedingungen oder unterschiedliche Kontaktbedingungen beim Abkühlen von aus erfindungsgemäß legiertem Stahlwerkstoff gefertigten Bauteilen können besser ausgeglichen werden und die Eigenschaftsstreuung wird eingegrenzt. Allerdings wird durch zu hohe Mn-Gehalte das C-Seigerungsverhalten erhöht und es kann zu inhomogenem Härtungsverhalten über dem Querschnitt des jeweiligen Produkts und zur Entstehung von Härtungsrissen kommen. Durch steigende Mn-Gehalte steigt darüber hinaus das Risiko, dass sich an der Oberfläche des aus erfindungsgemäß legiertem Stahlwerkstoff erzeugten Produkts externe Mn-Oxide oder Mn-basierte Mischoxide bilden. Dies würde wie im Fall von übermäßigen Gehalten an Si die Gefahr einer Verschlechterung des Benetzungsverhaltens eines aus erfindungsgemäß legiertem Stahlwerkstoff gefertigten Stahlflachprodukts beim Schmelztauchbeschichteten auslösen. Im Fall von Haubenglühprozessen würden zu hohe Mn-Gehalte an der Warm- oder Kaltbandoberfläche ebenfalls durch Bildung von Manganoxiden zu unerwünschten Verfärbungen oder so genannten "Manganschleiern" führen. Um diese negativen Auswirkungen zu vermeiden, ist der Mn-Gehalt eines zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukts auf höchstens 2 Masse-%, insbesondere höchstens 2,0 Masse-%, beschränkt, wobei ungünstige Effekte der Anwesenheit von Mn bei einer Beschränkung des Mn-Gehalts auf höchstens 1,5 Masse-%, insbesondere 1,50 Masse-%, besonders sicher vermieden werden können. Dagegen können die positiven Einflüsse von Mn auf die Eigenschaften eines zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukts dann besonders sicher genutzt werden, wenn der Mn-Gehalt mindestens 0,4 Masse-%, insbesondere mindestens 0,40 Masse-%, beträgt. Optimalerweise beträgt daher der Mn-Gehalt 0,4 - 1,5 Masse-%, bevorzugt 0,40 - 1,50 Masse-%, insbesondere 0,6 - 1,3 Masse-% oder 0,6 - 1,2 Masse-%, bevorzugt 0,60 - 1,30 Masse-% oder 0,60 - 1,20 Masse-%.Manganese "Mn" is present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, in contents of 0.1 - 2 mass%, in particular 0.10 - 2.0 mass%. Mn increases the hardenability of the steel by lowering the A3 transformation temperature (i.e. the Ac3 and/or Ar3 temperature) from ferrite to austenite. As a result, during the heat treatment of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, the furnace temperature for complete conversion to austenite can be reduced during heating. In particular, the formation of the diffusion-controlled transformation phases ferrite, pearlite and bainite is shifted towards longer times. Therefore, in this respect, manganese is a similarly effective alloying element as carbon. Compared to carbon, manganese has the advantage of achieving a higher deformability in the hardened state, which is expressed, for example, in a higher notched impact toughness. The reduction in the critical cooling rate with increasing manganese content is also associated with an increase in the hardening capacity. Fluctuations in the cooling conditions or different contact conditions during the cooling of components made from steel material alloyed according to the invention can be better compensated and the property scatter is limited. However, excessively high Mn contents increase the C segregation behavior and can lead to inhomogeneous hardening behavior across the cross-section of the respective product and the formation of hardening cracks. Increasing Mn contents also increase the risk of external Mn oxides or Mn-based Form mixed oxides. As in the case of excessive Si contents, this would trigger the risk of a deterioration in the wetting behavior of a flat steel product made from a steel material alloyed according to the invention when hot-dip coated. In the case of bell annealing processes, excessive Mn contents on the hot or cold strip surface would also lead to undesirable discoloration or so-called "manganese haze" due to the formation of manganese oxides. In order to avoid these negative effects, the Mn content of a flat steel product intended for forming a component according to the invention is limited to a maximum of 2% by mass, in particular a maximum of 2.0% by mass, whereby unfavorable effects of the presence of Mn can be particularly reliably avoided if the Mn content is limited to a maximum of 1.5% by mass, in particular 1.50% by mass. In contrast, the positive influences of Mn on the properties of a flat steel product intended for forming a component according to the invention can be used particularly reliably if the Mn content is at least 0.4% by mass, in particular at least 0.40% by mass. The Mn content is therefore optimally 0.4 - 1.5% by mass, preferably 0.40 - 1.50% by mass, in particular 0.6 - 1.3% by mass or 0.6 - 1.2% by mass, preferably 0.60 - 1.30% by mass or 0.60 - 1.20% by mass.
Phosphor "P" zählt zu den herstellungsbedingt unvermeidbaren Stahlbegleitern. P seigert insbesondere an den Korngrenzen und vermindert die Korngrenzenfestigkeit. Höhere P-Gehalte würden daher zur Schwächung des Gefüges beitragen, die wiederum eine Verschlechterung der Zähigkeit des Werkstoffes bedingen würde. Der Gehalt an P eines zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukts ist daher auf höchstens 0,03 Masse-% beschränkt, wobei der Gehalt an P so gering wie möglich eingestellt werden sollte. Bevorzugt beträgt deshalb der P-Gehalt des Stahlflachprodukts höchstens 0,025 Masse-%, insbesondere höchstens 0,02 Masse-%.Phosphorus "P" is one of the unavoidable steel components that are part of the manufacturing process. P segregates particularly at the grain boundaries and reduces the grain boundary strength. Higher P contents would therefore contribute to weakening the structure, which in turn would lead to a deterioration in the toughness of the material. The P content of a flat steel product intended for forming a component according to the invention is therefore limited to a maximum of 0.03% by mass, whereby the P content should be set as low as possible. The P content of the flat steel product is therefore preferably a maximum of 0.025% by mass, in particular a maximum of 0.02% by mass.
Schwefel "S" ist ebenfalls ein Begleitelement, dessen Anwesenheit im zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukt grundsätzlich unerwünscht ist. Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Mn-Gehalte würden sich bei höheren S-Gehalten nichtmetallische MnS-Ausscheidungen bilden, die nach dem Walzen des Stahlflachprodukts infolge ihrer niedrigen Härte in langgestreckter Form vorliegen würden und das Bruchverhalten negativ beeinflussen würden. Bei Verformung könnten sich erste mikroskopische Werkstofftrennungen durch Risseinleitung und Rissfortschritt an langgestreckten MnS bilden, ausdehnen und zusammenwachsen, bis sie das Werkstoffverhalten makroskopisch in Form von reduzierter Kerbschlagzähigkeit und steigender Werkstoffanisotropie verschlechtern. Um die negativen Auswirkungen der Anwesenheit von S im erfindungsgemäß legierten Stahl auszuschließen, ist der S-Gehalt auf höchstens 0,03 Masse-% beschränkt, wobei niedrige S-Gehalte von weniger als 0,006 Masse-%, insbesondere weniger als 0,003 Masse-%, besonders günstig sind.Sulfur "S" is also an accompanying element, the presence of which is fundamentally undesirable in the flat steel product intended for forming a component according to the invention. Due to the Mn contents provided according to the invention, non-metallic MnS precipitates would form at higher S contents, which would be present in an elongated form after rolling the flat steel product due to their low hardness and would have a negative effect on the fracture behavior. During deformation, the first microscopic material separations could form due to crack initiation and crack propagation on elongated MnS, expand and grow together until they worsen the material behavior macroscopically in the form of reduced notched impact toughness and increasing material anisotropy. In order to exclude the negative effects of the presence of S in the steel alloyed according to the invention, the S content is limited to a maximum of 0.03 mass%, with low S contents of less than 0.006 mass%, in particular less than 0.003 mass%, being particularly favorable.
Aluminium "Al" ist im Stahl des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, in Gehalten von 0,05 - 0,2 Masse-%, insbesondere 0,050 - 0,20 Masse-%, vorhanden. Al dient klassischerweise als Desoxidationselement, wozu es in der Praxis typischerweise in Gehalten von 0,02 - 0,05 Masse-% zulegiert wird. Gemäß der Erfindung werden demgegenüber erhöhte Gehalte an Al von 0,050 - 0,20 Masse-%, insbesondere 0,050 - 0,20 Masse-%, in Kombination mit optionalen, niedrigen Ti-Gehalten von bis zu 0,02 Masse-%, insbesondere bis zu 0,020 Masse-%, im erfindungsgemäß legierten Stahl vorgesehen. Auf diese Weise wird die Bildung von AIN oder NbN in Konkurrenz zur klassischerweise bei Vergütungsstählen bekannten Stickstoffabbindung durch TiN gefördert und, soweit Ti im Stahl eines zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukts vorhanden ist, die Entstehung von vergleichsweise grob auftretenden TiN vermieden. Ziel ist es dabei, die Entstehung von Bornitriden zu vermeiden, damit B, wie nachfolgend erläutert, seinen günstigen Einfluss auf die Verzögerung der Umwandlung in im Kristallgitter gelöster Form entfalten kann. Darüber hinaus wird durch die Anwesenheit von Al in den erfindungsgemäß vorgegebenen Gehaltsgrenzen eine Kornfeinung erreicht. Bei Al-Gehalten von weniger als 0,05 Masse-%, insbesondere weniger als 0,050 Masse-%, wäre der Ausscheidungsdruck zur Bildung von AIN zu gering. Um die positiven Effekte von Al im erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt sicher nutzen zu können, kann der Al-Gehalt auf mindestens 0,06 Masse-%, insbesondere mindestens 0,060 Masse-%, oder mindestens 0,07 Masse-%, insbesondere mindestens 0,070 Masse-%, eingestellt werden. Bei Gehalten von mehr als 0,2 Masse-%, insbesondere mehr als 0,20 Masse-%, Al bestünde allerdings die Gefahr, dass sich an der Oberfläche eines aus erfindungsgemäß legiertem Stahlwerkstoff gefertigten Produkts externe Al-Oxide einstellen, die das Benetzungsverhalten beim Schmelztauchbeschichten verschlechtern würden. Zudem würde bei höheren Al-Gehalten die Bildung von nichtmetallischen Albasierten Einschlüssen begünstigt, die im Wesentlichen als Tonerde (Al2O3) und Aluminiumnitrid (AIN) zudem eine hohe Härte (Mohs-Härte 9) aufweisen und daher im Hinblick auf die Vermeidung der Gefahr von Risseinleitung und - fortschritt bei plastischer Verformung und zyklischer Beanspruchung unerwünscht sind. Hierbei erweist es sich zudem als nachteilig, dass die oxidischen Al-Ausscheidungen Konglomerate mit anderen Ausscheidungstypen wie Sulfiden und Silikaten bilden können und somit größere Ausscheidungen bilden, die ein höheres Risseinleitungs- und Versagenspotential haben können. Dies kann sich insbesondere bei aus erfindungsgemäß legiertem Stahlwerkstoff erzeugten Stahlflachprodukten, welche nach Vergütung oder Warmumformung Festigkeiten von bis zu 2500 MPa erreichen können, als besonders riskant erweisen. Hinzu kommt, dass bei hohen Al-Gehalten Längsrisse in den bei der Verarbeitung aus dem erfindungsgemäß legierten Stahlwerkstoff gegossenen Brammen entstehen. Zudem tritt durch Al eine drastische Erhöhung der Ac3-Umwandlungstemperatur ein, so dass bei höheren Al-Gehalten die Temperatur, die für eine vollständige Austenitisierung überschritten werden muss, unnötig gesteigert würde. Erfindungsgemäß ist daher der Al-Gehalt eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts auf höchstens 0,2 Masse-%, insbesondere höchstens 0,20 Masse-%, beschränkt, wobei negative Auswirkungen der Anwesenheit von Al im zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukts durch eine Begrenzung des Al-Gehalts auf höchstens 0,15 Masse-%, insbesondere höchstens 0,150 Masse-%, oder höchstens 0,13 Masse-%, insbesondere höchstens 0,130 Masse-%, besonders sicher vermieden werden können. Optimalerweise beträgt daher der Al-Gehalt eines zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukts 0,06 - 0,15 Masse-%, insbesondere 0,07 - 0,13 Masse-%, wobei sich Al-Gehalte von 0,060 - 0,150 Masse-%, insbesondere 0,070 - 0,130 Masse-%, besonders bewährt haben.Aluminum "Al" is present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed in contents of 0.05 - 0.2 mass%, in particular 0.050 - 0.20 mass%. Al is traditionally used as a deoxidizing element, for which purpose it is typically alloyed in practice in contents of 0.02 - 0.05 mass%. According to the invention, on the other hand, increased Al contents of 0.050 - 0.20 mass%, in particular 0.050 - 0.20 mass%, in combination with optional, low Ti contents of up to 0.02 mass%, in particular up to 0.020 mass%, are provided in the steel alloyed according to the invention. In this way, the formation of AIN or NbN is promoted in competition with the nitrogen binding by TiN that is traditionally known in tempering steels and, if Ti is present in the steel of a flat steel product intended for forming a component according to the invention, the formation of comparatively coarse TiN is avoided. The aim is to prevent the formation of boron nitrides to avoid so that B, as explained below, can exert its beneficial influence on delaying the transformation in dissolved form in the crystal lattice. In addition, the presence of Al within the content limits specified in the invention results in grain refinement. At Al contents of less than 0.05% by mass, in particular less than 0.050% by mass, the precipitation pressure for the formation of AIN would be too low. In order to be able to safely utilize the positive effects of Al in the flat steel product according to the invention, the Al content can be set to at least 0.06% by mass, in particular at least 0.060% by mass, or at least 0.07% by mass, in particular at least 0.070% by mass. However, with contents of more than 0.2% by mass, in particular more than 0.20% by mass, Al there is a risk that external Al oxides will form on the surface of a product made from steel material alloyed according to the invention, which would impair the wetting behavior during hot-dip coating. In addition, with higher Al contents, the formation of non-metallic Al-based inclusions would be promoted, which essentially as alumina (Al 2 O 3 ) and aluminum nitride (AIN) also have a high hardness (Mohs hardness 9) and are therefore undesirable with regard to avoiding the risk of crack initiation and propagation during plastic deformation and cyclic stress. It is also disadvantageous that the oxidic Al precipitates can form conglomerates with other types of precipitates such as sulfides and silicates and thus form larger precipitates that can have a higher crack initiation and failure potential. This can prove to be particularly risky in the case of flat steel products made from steel alloyed according to the invention, which can achieve strengths of up to 2500 MPa after tempering or hot forming. In addition, high Al contents cause longitudinal cracks to form in the slabs cast from the steel alloyed according to the invention during processing. In addition, Al causes a drastic increase in the Ac3 transformation temperature, so that at higher Al contents the temperature that must be exceeded for complete austenitization is unnecessarily would be increased. According to the invention, the Al content of a flat steel product according to the invention is therefore limited to a maximum of 0.2% by mass, in particular a maximum of 0.20% by mass, whereby negative effects of the presence of Al in the flat steel product intended for forming a component according to the invention can be particularly reliably avoided by limiting the Al content to a maximum of 0.15% by mass, in particular a maximum of 0.150% by mass, or a maximum of 0.13% by mass, in particular a maximum of 0.130% by mass. The Al content of a flat steel product intended for forming a component according to the invention is therefore optimally 0.06 - 0.15% by mass, in particular 0.07 - 0.13% by mass, whereby Al contents of 0.060 - 0.150% by mass, in particular 0.070 - 0.130% by mass, have proven particularly effective.
Chrom "Cr" ist im Stahl des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, als Pflichtelement in Gehalten von 0,05 - 0,8 Masse-% vorhanden, um die Härtbarkeit über den umwandlungsverzögernden Einfluss zu erhöhen. Chrom unterdrückt effektiv die Bildung von Ferrit und Perlit während einer beschleunigten Abkühlung des Stahlflachprodukts und ermöglicht eine vollständige Martensitbildung auch bei geringeren Abkühlraten, wodurch eine Steigerung der Härtbarkeit erzielt wird. Die Anwesenheit von Cr in den erfindungsgemäß vorgesehenen Gehalten trägt somit zur Durchhärtbarkeit des zum Formen eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts mittels geeigneter Abkühlung bei und vermindert die Streuung der lokalen Produkteigenschaften. Cr erhöht zudem die Zugfestigkeit, ohne dass dadurch die Dehnung wesentlich verschlechtert wird. Dies erklärt sich auch aus der Bildung von Chromkarbiden, die festigkeitssteigernd wirken und die Anlassbeständigkeit erhöhen können. Um die erwünschte Auswirkung auf die Umwandlung zu erreichen, ist ein Mindestgehalt von 0,05 Masse-% Cr erforderlich, wobei sich dieser Effekt besonders sicher bei Cr-Gehalten von mindestens 0,15 Masse-% Cr einstellt. Bei Gehalten von mehr als 0,8 Masse-% Cr ist aufgrund der erfindungsgemäß insgesamt ausgewählten Legierungslage keine Steigerung des positiven Einflusses von Cr mehr zu beobachten, wobei sich die umwandlungsverzögernde Wirkung von Cr bei Gehalten von bis zu 0,55 Masse-% besonders effektiv nutzen lässt. Daher betragen die Cr-Gehalte eines erfindungsgemäß zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukts optimalerweise 0,15 - 0,55 Masse-%.Chromium "Cr" is present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed as a mandatory element in contents of 0.05 - 0.8 mass% in order to increase the hardenability via the transformation-retarding effect. Chromium effectively suppresses the formation of ferrite and pearlite during accelerated cooling of the flat steel product and enables complete martensite formation even at lower cooling rates, thereby increasing the hardenability. The presence of Cr in the contents provided for in the invention thus contributes to the hardenability of the flat steel product according to the invention by means of suitable cooling and reduces the scatter of the local product properties. Cr also increases the tensile strength without significantly impairing the elongation. This is also explained by the formation of chromium carbides, which have a strength-increasing effect and can increase the tempering resistance. To achieve the desired effect on the transformation, a minimum content of 0.05 mass% Cr is required, whereby this effect is particularly likely to occur at Cr contents of at least 0.15 mass% Cr. At contents of more than 0.8 mass% Due to the overall alloy layer selected according to the invention, no increase in the positive influence of Cr can be observed, whereby the transformation-retarding effect of Cr can be used particularly effectively at contents of up to 0.55 mass%. Therefore, the Cr contents of a flat steel product intended according to the invention for forming a component according to the invention are optimally 0.15 - 0.55 mass%.
Stickstoff "N" kann im erfindungsgemäßen Legierungskonzept als prinzipiell unerwünschtes Begleitelement in Gehalten von bis zu 0,01 Masse-% vorhanden sein. Bei höheren N-Gehalten sind erhöhte Gehalte an Nitridbildner wie Ti, Nb, Al notwendig, um N als Nitrid abbinden zu können. Zugleich erhöht sich insbesondere das Risiko zur Bildung gröberer, zähigkeitsverschlechternder TiN-Ausscheidungen, falls Ti optional zulegiert wird. Insbesondere bestünde dann auch die Gefahr, dass B nicht mehr in gelöster Form zur Verfügung steht. Eine BN-Bildung muss vermieden werden, da ansonsten die erwünschte umwandlungsverzögernde Wirkung durch freies Bor nicht genutzt werden könnte. Um die hierzu erforderlichen legierungstechnischen Maßnahmen in Grenzen zu halten, ist der N-Gehalt auf höchstens 0,01 Masse-% beschränkt, wobei der negative Einfluss von N auf die Eigenschaften eines zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukts dadurch besonders sicher vermieden werden kann, dass der N-Gehalt auf höchstens 0,007 Masse-%, insbesondere höchstens 0,005 Masse-%, beschränkt wird.Nitrogen "N" can be present in the alloy concept according to the invention as a fundamentally undesirable accompanying element in contents of up to 0.01% by mass. At higher N contents, increased contents of nitride formers such as Ti, Nb, Al are necessary in order to be able to bind N as nitride. At the same time, the risk of the formation of coarser, toughness-impairing TiN precipitates increases in particular if Ti is optionally added to the alloy. In particular, there would then also be a risk that B would no longer be available in dissolved form. BN formation must be avoided, since otherwise the desired transformation-retarding effect of free boron could not be used. In order to keep the alloying measures required for this purpose within limits, the N content is limited to a maximum of 0.01% by mass, whereby the negative influence of N on the properties of a flat steel product intended for forming a component according to the invention can be particularly reliably avoided by limiting the N content to a maximum of 0.007% by mass, in particular a maximum of 0.005% by mass.
Niob "Nb" ist in Gehalten von 0,01 - 0,06 Masse-%, insbesondere 0,010 - 0,060 Masse-%, als Pflichtelement im Stahl des Stahlflachprodukts vorhanden, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist. Nb wirkt stark kornfeinend, weil es bereits als gelöstes Legierungselement im Austenit das Kornwachstum behindern kann. Zudem bildet Nb feine Karbid- oder Nitridausscheidungen, die im Fall der Nitride deutlich feiner als beispielsweise TiN sind. Kornfeinung und Ausscheidungsbildung tragen zur Festigkeitssteigerung am aus erfindungsgemäß legiertem Stahlwerkstoff gefertigten Endprodukt bei und verbessern zudem die Zähigkeit. Darüber hinaus tragen feine Ausscheidungen zur Vermeidung von Rissen bei. Ferner sind feine Ausscheidungen günstiger im Hinblick auf die Vermeidung von Rissentstehung und Rissfortschritt als grobe Ausscheidungen. Durch eine feinere Austenitkorngröße wird des Weiteren die Martensitpaketgröße reduziert, was zu einer homogeneren Härte- und Festigkeitsverteilung am aus einem erfindungsgemäß legierten Stahlwerkstoff erzeugten Produkt führt. Zudem wird durch die Anwesenheit von Nb das Seigerungsverhalten positiv beeinflusst, da durch die feinere Ausbildung der Kornstruktur bereits im Austenitzustand eine Verfeinerung der Seigerungsstruktur begünstigt wird. Um diese positiven Effekte zu erreichen, beträgt der minimale Nb-Gehalt eines zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukts 0,010 Masse-%, wobei sich Nb-Gehalte von mindestens 0,015 Masse-% oder mindestens 0,020 Masse-% als besonders günstig herausgestellt haben. Die Obergrenze der Gehalte an Nb liegt beim erfindungsgemäß verwendeten Stahlflachprodukt bei 0,060 Masse-%, da mit steigendem Nb-Gehalt ein Clogging-Effekt beim Vergießen der für die Erzeugung des Stahlflachprodukts erschmolzenen, erfindungsgemäß legierten Stähle einsetzen kann. Zudem besteht insbesondere bei gleichzeitig höheren C-Gehalten die Gefahr, dass erhöhte Nb-Gehalte bei der Erwärmung von aus erfindungsgemäß legiertem Stahlwerkstoff gegossenen Brammen bei minimalen Ofentemperaturen von 1100 °C nicht mehr vollständig in Lösung gebracht werden könnten. Die vollständige Auflösung von Nb-basierten Ausscheidungen bei der Brammenvorwärmung ist jedoch vorteilhaft, um die Kornfeinung optimal nutzen zu können und um beim Warmwalzen oder auch in späteren Prozessphasen (Rekristallisationsglühen, Warmumformofen) der Verarbeitung erfindungsgemäß legierten Stahlwerkstoffs feinverteilte, festigkeitsrelevante Nb-Ausscheidungen bilden zu können. Zu hohe Nb-Gehalte können zudem das Beschichtungsverhalten im Schmelztauchprozess negativ beeinflussen. Die vorteilhaften Einflüsse der Anwesenheit von Nb im zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukt lassen sich besonders sicher bei Gehalten von bis zu 0,05 Masse-% Nb, insbesondere bis zu 0,050 Masse-% Nb, oder bis zu 0,04 Masse-% Nb, insbesondere bis zu 0,040 Masse-% Nb, nutzen. Optimalerweise beträgt somit der Nb-Gehalt des Stahlflachprodukts 0,015 - 0,05 Masse-%, insbesondere 0,015 - 0,050 Masse-%, wobei sich Gehalte von 0,020 - 0,04 Masse-%, insbesondere 0,020 - 0,040 Masse-%, besonders bewährt haben.Niobium "Nb" is present in contents of 0.01 - 0.06 mass%, in particular 0.010 - 0.060 mass%, as a mandatory element in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed. Nb has a strong grain-refining effect because it can hinder grain growth even as a dissolved alloying element in the austenite. In addition, Nb forms fine carbide or nitride precipitations, which in the case of nitrides are significantly finer than, for example, TiN. Grain refinement and precipitation formation contribute to increasing the strength of the end product made from the steel material alloyed according to the invention and also improve the toughness. In addition, fine precipitations contribute to prevent cracks. Furthermore, fine precipitates are more beneficial than coarse precipitates in terms of preventing crack formation and crack propagation. A finer austenite grain size also reduces the martensite package size, which leads to a more homogeneous hardness and strength distribution in the product produced from a steel material alloyed according to the invention. In addition, the presence of Nb has a positive effect on the segregation behavior, since the finer formation of the grain structure already in the austenite state promotes a refinement of the segregation structure. In order to achieve these positive effects, the minimum Nb content of a flat steel product intended for forming a component according to the invention is 0.010 mass%, with Nb contents of at least 0.015 mass% or at least 0.020 mass% having proven to be particularly favorable. The upper limit of the Nb content in the flat steel product used according to the invention is 0.060 mass%, since with increasing Nb content a clogging effect can occur when casting the steels alloyed according to the invention that are melted to produce the flat steel product. In addition, especially with higher C contents at the same time, there is a risk that increased Nb contents can no longer be completely dissolved when heating slabs cast from steel material alloyed according to the invention at minimum furnace temperatures of 1100 °C. The complete dissolution of Nb-based precipitates during slab preheating is, however, advantageous in order to be able to make optimal use of grain refinement and to be able to form finely distributed, strength-relevant Nb precipitates during hot rolling or in later process phases (recrystallization annealing, hot forming furnace) of processing steel material alloyed according to the invention. Too high Nb contents can also have a negative effect on the coating behavior in the hot-dip process. The advantageous effects of the presence of Nb in the flat steel product intended for forming a component according to the invention can be particularly reliably achieved at contents of up to 0.05 mass% Nb, in particular up to 0.050 mass% Nb, or up to 0.04 mass% Nb, in particular up to 0.040 mass% Nb. The optimum Nb content of the flat steel product is therefore 0.015 - 0.05 mass%, in particular 0.015 - 0.050 mass%, with contents of 0.020 - 0.04 mass%, in particular 0.020 - 0.040 mass%, having proven particularly effective.
Titan "Ti" kann dem Stahl des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, optional in Gehalten von bis zu 0,02 Masse-%, insbesondere bis zu 0,020 Masse-%, zugegeben werden, um den im Stahl unvermeidbar vorhandenen Stickstoff abzubinden und sicherzustellen, dass B in nicht abgebundener, interstitiell gelöster Form erhalten bleibt. Gleichzeitig ist der Gehalt an Ti so zu beschränken, dass die Bildung grober TiN-Ausscheidungen vermieden wird, um bei aus erfindungsgemäß legiertem Stahlwerkstoff erzeugten hochfesten Produkten die Gefahr von Risseinleitung und Rissausbreitung insbesondere unter zyklischer und dynamischer Beanspruchung soweit wie möglich zu minimieren. Die günstigen Einflüsse von Ti auf die Eigenschaften eines zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukts stellen sich dabei sicher ein, wenn der Ti-Gehalt mindestens 0,001 Masse- %, insbesondere mindestens 0,004 Masse-% oder mindestens 0,010 Masse-% beträgt. Im Sinne der Erfindung ist eine Konzentration Ti ab 0,004 Masse- %, insbesondere ab mindestens 0,005 Masse-%, als gezielt zulegiertes Element einzustufen. Ti-Gehalte, die unter der jeweils erfindungsgemäß für den Ti-Gehalt vorgegebenen Mindestgrenze von 0,004 Masse-%, insbesondere von 0,005 Masse-%, liegen, werden jeweils als unvermeidbare Verunreinigung angesehen, die durch die bei der Erzeugung des Stahls eingesetzten Ausgangsstoffe eingetragen wird. Gleichzeitig lassen sich negative Auswirkungen von Ti durch eine Begrenzung des Ti-Gehalts auf höchstens 0,020 Masse-% besonders sicher vermeiden. Optimalerweise beträgt daher der Ti-Gehalt des Stahls, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil besteht, 0,004 - 0,016 Masse-%.Titanium "Ti" can optionally be added to the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, in amounts of up to 0.02% by mass, in particular up to 0.020% by mass, in order to bind the nitrogen that is inevitably present in the steel and to ensure that B is retained in an unbound, interstitially dissolved form. At the same time, the Ti content must be limited so that the formation of coarse TiN precipitations is avoided in order to minimize as far as possible the risk of crack initiation and crack propagation in high-strength products produced from steel material alloyed according to the invention, in particular under cyclic and dynamic stress. The favorable influences of Ti on the properties of a flat steel product intended for forming a component according to the invention are certain to occur if the Ti content is at least 0.001% by mass, in particular at least 0.004% by mass or at least 0.010% by mass. For the purposes of the invention, a Ti concentration of 0.004 mass% or more, in particular of at least 0.005 mass%, is to be classified as a deliberately added element. Ti contents that are below the minimum limit of 0.004 mass%, in particular 0.005 mass%, specified in the invention for the Ti content are always regarded as unavoidable contamination that is introduced by the starting materials used in the production of the steel. At the same time, negative effects of Ti can be particularly reliably avoided by limiting the Ti content to a maximum of 0.020 mass%. The Ti content of the steel from which a component according to the invention is made is therefore ideally 0.004 - 0.016 mass%.
Optional kann der jeweilige Ti-Gehalt %Ti so auf den jeweiligen N-Gehalt %N des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, abgestimmt werden, dass für das Verhältnis %Ti/%N gilt:
Gemäß einer in diesem Zusammenhang hinsichtlich der gewünschten Abbindung von N besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden der Ti-Gehalt %Ti, der N-Gehalt %N sowie der Al-Gehalt %AI und der restliche N-Gehalt %Nrest, der nach Abbindung von N durch Ti zu TiN noch vorhanden ist (%Nrest = %N -% Ti*14/48), so aufeinander abgestimmt, dass nicht nur die Bedingung %Ti/%N < 4 erfüllt ist, sondern dass für die Differenz des aus dem jeweiligen Al-Gehalt %Al und der jeweiligen stöchiometrisch bestimmten Größe 27/14*%Nrest gilt:
Dabei ist UGAl_Nrest gleich 0,070 Masse-%, insbesondere gleich 0,075 Masse-%, bevorzugt gleich 0,080 Masse-%, insbesondere gleich 0,081 Masse-%, und OGAl_Nrest gleich 0,150 Masse-%, insbesondere gleich 0,135 Masse-%, bevorzugt gleich 0,125 Masse-%, insbesondere bevorzugt gleich 0,121 Masse-%. Demnach gilt gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung:
Bor "B" ist im Stahl des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, in Gehalten von 0,0005 - 0,005 Masse-% als Pflichtbestandteil vorhanden. B ist ein effektiv wirkendes Härtungselement, das schon in sehr geringen Gehalten deutlich umwandlungsverzögernd wirken kann und somit die Härtbarkeit deutlich erhöht. Darüber hinaus verbessert B die Korngrenzenfestigkeit, indem es sich vornehmlich an Korngrenzen anlagert und so schädliche Elemente, wie beispielsweise P, von dort verdrängt. Auf diese Weise werden Zähigkeit und Brucheinschnürung verbessert. Unterhalb von 0,0005 Masse-% B ist allerdings die Verzögerung der Umwandlung zu gering. Besonders sicher lässt sich deshalb die günstige Wirkung von B im Stahlflachprodukt, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, bei B-Gehalten von mindestens 0,001 Masse-% nutzen. Bei Gehalten von mehr als 0,005 Masse-% Bor tritt jedoch ein Sättigungseffekt ein. Die günstigen Auswirkungen der Anwesenheit von B lassen sich daher besonders effektiv nutzen bei B-Gehalten von höchstens 0,0035 Masse-%, insbesondere höchstens 0,0030 Masse-%. Optimalerweise beträgt der B-Gehalt eines zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukts somit 0,001 - 0,0035 Masse-%, insbesondere 0,001 - 0,003 Masse-%.Boron "B" is present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, in contents of 0.0005 - 0.005 mass% as a mandatory component. B is an effective hardening element that can significantly delay transformation even in very low contents and thus significantly increases hardenability. In addition, B improves grain boundary strength by primarily accumulating at grain boundaries and thus displacing harmful elements, such as P, from there. In this way, In this way, toughness and reduction in area at fracture are improved. Below 0.0005 mass% B, however, the transformation delay is too small. The beneficial effect of B in the flat steel product from which a component according to the invention is formed can therefore be used particularly reliably with B contents of at least 0.001 mass%. However, with contents of more than 0.005 mass% boron, a saturation effect occurs. The beneficial effects of the presence of B can therefore be used particularly effectively with B contents of at most 0.0035 mass%, in particular at most 0.0030 mass%. The B content of a flat steel product intended for forming a component according to the invention is therefore optimally 0.001 - 0.0035 mass%, in particular 0.001 - 0.003 mass%.
Molybdän "Mo" kann optional im Stahl des erfindungsgemäßen Stahlprodukts in Gehalten von bis zu 1,5 Masse-% vorhanden sein. Wie auch Chrom unterdrückt Mo die Bildung von Ferrit und Perlit beim Abkühlen und ermöglicht eine erhöhte Martensit- oder Bainitbildung auch bei geringeren Abkühlraten, wodurch eine Steigerung der Härtbarkeit erzielt wird. Dabei ist die härtbarkeitssteigernde Wirkung von Mo deutlich höher als die von Cr. Insofern kann Mo wirkungsvoll eine Festigkeitssteigerung in großen Dicken und Querschnitten bewerkstelligen, wo abmessungs- oder konstruktiv bedingt nur verhältnismäßig niedrige Abkühlraten möglich sind. Mo verringert zudem die Anlaßversprödung von Vergütungsstählen. Mo ist auch ein starker Karbidbildner und kann somit auch zur Festigkeitserhöhung durch Ausscheidungsbildung beitragen. Diese günstigen Einflüsse von Mo stellen sich bei optionalen Mo-Gehalten von mindestens 0,03 Masse-% ein, wobei der härtesteigernde Beitrag von Mo bei Mo-Gehalten von mindestens 0,1 Masse-% besonders sicher genutzt werden kann. Bei zu hohen Mo-Gehalten würde allerdings die Warmverformbarkeit des Stahles zu stark eingeschränkt werden. Zudem könnte Mo bei zu hohen Gehalten mit S niedrigschmelzende Sulfidverbindungen bilden, die lokal bei der Warmformgebung die Rissgefahr erhöhen und somit z.B. oberflächennah Fehlstellen begünstigen könnten. Daher ist der Mo-Gehalt erfindungsgemäß auf höchstens 1,5 Masse-% beschränkt. Negative Auswirkungen der Anwesenheit von Mo können dabei dadurch besonders sicher vermieden werden, dass der Mo-Gehalt auf höchstens 0,5 Masse-% beschränkt wird.Molybdenum "Mo" can optionally be present in the steel of the steel product according to the invention in contents of up to 1.5% by mass. Like chromium, Mo suppresses the formation of ferrite and pearlite during cooling and enables increased martensite or bainite formation even at lower cooling rates, thereby increasing hardenability. The hardenability-enhancing effect of Mo is significantly higher than that of Cr. In this respect, Mo can effectively increase strength in large thicknesses and cross-sections where, due to dimensions or design, only relatively low cooling rates are possible. Mo also reduces the tempering embrittlement of tempering steels. Mo is also a strong carbide former and can therefore also contribute to increasing strength through precipitation formation. These favorable effects of Mo occur with optional Mo contents of at least 0.03% by mass, whereby the hardness-increasing contribution of Mo can be used particularly reliably with Mo contents of at least 0.1% by mass. However, if the Mo content is too high, the hot formability of the steel would be too limited. In addition, if the Mo content is too high, it could form low-melting sulphide compounds with S, which locally increase the risk of cracking during hot forming and could thus promote defects near the surface, for example. Therefore, the Mo content is limited to limited to a maximum of 1.5 mass%. Negative effects of the presence of Mo can be particularly reliably avoided by limiting the Mo content to a maximum of 0.5 mass%.
Ebenfalls jeweils optional können ein Element oder mehrere Elemente aus der Gruppe "Cu", "Ni", "V" und "REM" im Stahl des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, entsprechend den nachfolgend erläuterten Maßgaben vorhanden sein:
Kupfer "Cu" und Nickel "Ni" können optional im Stahl des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, zur Erhöhung der Härtbarkeit vorgesehen sein. Hierzu geeignete Gehalte von Cu sind bis zu 0,5 Masse-%, wobei die Wirkung von Cu ab einem optionalen Gehalt von mindestens 0,1 Masse-% eintritt. Ni kann in Gehalten von bis zu 1,5 Masse-% vorgesehen sein, wenn nicht nur die Härtbarkeit, sondern auch die Zähigkeit des aus einem erfindungsgemäß legierten Stahlprodukt gefertigten Bauteiles verbessert werden soll. Hierzu sind optional Ni-Gehalte von mindestens 0,15 Masse-% erforderlich.Also optionally, one or more elements from the group "Cu", "Ni", "V" and "REM" can be present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, in accordance with the requirements explained below:
Copper "Cu" and nickel "Ni" can optionally be provided in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed in order to increase the hardenability. Suitable Cu contents for this purpose are up to 0.5% by mass, with the effect of Cu occurring from an optional content of at least 0.1% by mass. Ni can be provided in contents of up to 1.5% by mass if not only the hardenability but also the toughness of the component made from a steel product alloyed according to the invention is to be improved. For this purpose, optional Ni contents of at least 0.15% by mass are required.
Auch Vanadium "V" kann im Stahl des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, optional vorhanden sein, um eine Ausscheidungsverfestigung zu bewirken. Hierfür geeignete V-Gehalte betragen bis zu 0,2 Masse-%, wobei die Wirkung von V durch optionale Gehalte von mindestens 0,03 Masse-% genutzt werden kann.Vanadium "V" can also optionally be present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed in order to bring about precipitation strengthening. Suitable V contents for this are up to 0.2 mass%, whereby the effect of V can be utilized through optional contents of at least 0.03 mass%.
Seltene Erden "REM", wie z.B. Cer und Lanthan, können im Stahl des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, eine Kornfeinung und damit eine Zähigkeits- und Festigkeitssteigerung bewirken. Um diese Wirkung zu nutzen, können optional Gehalte von mindestens 0,02 Masse-% REM vorhanden sein. Dabei lässt sich diese Wirkung bei REM-Gehalten von bis zu 0,05 Masse-% besonders effektiv nutzen.Rare earths "REM", such as cerium and lanthanum, can cause grain refinement in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, and thus increase toughness and strength. In order to use this effect, REM contents of at least 0.02% by mass can optionally be present. This effect can be used particularly effectively with REM contents of up to 0.05% by mass.
Kalzium "Ca" ist optional in Gehalten von bis zu 0,005 Masse-% im Stahl des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, vorhanden. Ca kann dem Stahl zur Sulfidformbeeinflussung zugegeben werden. Es bildet beispielsweise in Konkurrenz mit Mangan ebenfalls Sulfide. Durch die höhere Härte von CaS bleibt eine runde Ausscheidungsform im Walzprozess erhalten und eine kleinere Grenzfläche mit dem Substrat ist die Folge. Hierdurch wird die Ausprägung einer Vorzugsrichtung bei Risseinleitung und -ausbreitung verhindert. Im Zusammenwirken mit einer Reduzierung des Schwefelgehaltes wird hierdurch eine Verbesserung der Werkstoffzähigkeit und Isotropie erreicht. Um dies sicher zu nutzen, kann der Ca-Gehalt auf mindestens 0,001 Masse-% eingestellt werden. Bei zu hohen Ca-Gehalten würde sich allerdings die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass sich weitere nichtmetallische Einschlusstypen unter Beteiligung von Ca bilden, die den Reinheitsgrad des Stahles und auch die Zähigkeit verschlechtern. Aus diesem Grund sollte eine Obergrenze des Ca-Gehalts von höchstens 0,005 Masse-%, vorzugsweise höchstens 0,003 Masse-%, eingehalten werden.Calcium "Ca" is optionally present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed in amounts of up to 0.005% by mass. Ca can be added to the steel to influence the sulfide form. It also forms sulfides, for example, in competition with manganese. Due to the higher hardness of CaS, a round precipitation form is retained in the rolling process and a smaller interface with the substrate is the result. This prevents the development of a preferred direction when cracks are initiated and propagated. In conjunction with a reduction in the sulfur content, this improves the material toughness and isotropy. In order to use this safely, the Ca content can be set to at least 0.001% by mass. If the Ca content is too high, however, the probability of other non-metallic inclusion types involving Ca forming would increase, which would impair the purity of the steel and also the toughness. For this reason, an upper limit of the Ca content of not more than 0.005 mass%, preferably not more than 0.003 mass%, should be observed.
Beispielsweise Zinn "Sn", Arsen "As" und Kobald "Co" und alle anderen hier nicht genannten potenziellen Legierungselemente sind im Stahl des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, allenfalls als den unvermeidbaren Verunreinigungen zuzurechnende Begleitelemente vorhanden, deren Gehalte so gering wie möglich einzustellen sind, jedenfalls aber so zu minimieren sind, dass sie keinen Einfluss auf die Eigenschaften des Stahlflachprodukts und der daraus hergestellten Produkte haben. Hierzu sind für die Gehalte an Sn, As und Co folgende Obergrenzen einzuhalten: Sn: < 0,05 Masse-%, As: < 0,05 Masse-%, Co: < 0,05 Masse-%.For example, tin "Sn", arsenic "As" and cobalt "Co" and all other potential alloying elements not mentioned here are present in the steel of the flat steel product from which a component according to the invention is formed, at most as accompanying elements to be attributed to the unavoidable impurities, the contents of which must be set as low as possible, but in any case must be minimized so that they have no influence on the properties of the flat steel product and the products made from it. To this end, the following upper limits must be observed for the contents of Sn, As and Co: Sn: < 0.05 mass%, As: < 0.05 mass%, Co: < 0.05 mass%.
Wie ebenso schon erläutert, trägt B im Stahl eines erfindungsgemäß zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukts entscheidend zur Härtbarkeit bei, indem es die Gefügeumwandlung bei der Abkühlung verzögert. Gleichzeitig verbessert B die Zähigkeit und Brucheinschnürung des Stahlflachprodukts. Die gemäß der Erfindung im Stahl des Stahlflachprodukts eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Gehalte an Al und Nb stellen sicher, dass der, wenn auch unerwünscht, so doch herstellungsbedingt stets in gewissen Mengen unvermeidbar im Stahl vorhandene Stickstoff abgebunden wird, bevor Bornitride entstehen können. Die Erfindung sieht hierzu vor, dass in jedem Fall so viel Al im Stahl des Stahlflachprodukts vorhanden ist, dass für das aus dem jeweiligen Al-Gehalt %Al und dem jeweiligen N-Gehalt %N gebildete Verhältnis die folgende Bedingung erfüllt:
Indem gleichzeitig für das Verhältnis %Al/%N die Bedingung
Es versteht sich hier von selbst, dass alle optionalen Elemente einzeln oder in Kombination miteinander als Verunreinigungen im Stahl des zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukts vorliegen können. In diesem Fall sind die Gehalte an den betreffenden Elementen so gering, dass sie unterhalb den Mindestgrenzen liegen, ab denen gemäß den voranstehenden Erläuterungen die Wirkung des jeweiligen Elements nutzbar ist. Bei unterhalb dieser Mindestgrenzen liegenden Gehalten an den optional vorhandenen Legierungselementen haben diese Elemente keine Auswirkungen auf die Eigenschaften des Stahlflachprodukts und können daher im Sinne einer Verunreinigung toleriert werden.It goes without saying that all optional elements can be present individually or in combination with one another as impurities in the steel of the flat steel product intended for forming a component according to the invention. In this case, the contents of the elements in question are so low that they are below the minimum limits above which the effect of the respective element can be used according to the above explanations. If the contents of the optionally present alloying elements are below these minimum limits, these elements have no effect on the properties of the flat steel product and can therefore be tolerated in the sense of impurities.
Endogene oder exogene Einschlüsse (Partikel, Ausscheidungen), die in der Stahlherstellung entstehen, führen grundsätzlich zu einer Reduzierung des Reinheitsgrades, was zum vorzeitigen Versagen von Bauteilen führen kann. Insbesondere bei hochfesten Bauteilen kann dies ein zunehmendes Problem darstellen. Dies gilt insbesondere dann, wenn solche Bauteile zyklischen oder dynamischen Belastungen ausgesetzt sind. Hier von Interesse sind die endogenen Einschlüsse, die sich beim Stahlherstellungsprozess aufgrund der thermodynamischen Gegebenheiten aus der chemischer Zusammensetzung und Prozessführung ergeben. Exogene Einschlüsse sind in der Regel Einzelfälle und stammen z.B. aus Pfannenschlacke oder vom Feuerfestmaterial, spielen hier jedoch keine Rolle und werden daher hier auch nicht betrachtet.Endogenous or exogenous inclusions (particles, precipitates) that arise during steel production generally lead to a reduction in the degree of purity, which can lead to premature failure of components. This can be an increasing problem, especially with high-strength components. This is especially true when such components are exposed to cyclic or dynamic loads. Of interest here are the endogenous inclusions that arise during the steel production process due to the thermodynamic conditions of the chemical composition and process control. Exogenous inclusions are usually isolated cases and come from ladle slag or refractory material, for example, but play no role here and are therefore not considered here.
Ausgehend von diesen Erkenntnissen bestand ein Ziel der erfindungsgemäßen Einstellung der Legierung des Stahls eines erfindungsgemäßen Bauteils darin, den Anteil grober und harter TiN-, AIN- und oxidischer Al-basierter Partikel sowie Konglomeraten aus diesen Verbindungen aus Zähigkeitsgründen zu reduzieren und trotzdem den jeweils vorhandenen Stickstoff sicher abzubinden, um über die stark umwandlungsverzögernde Wirkung von interstitiell gelöstem B auch bei relativ niedrigen Abkühlraten von mindestens 30 °C/s bis höchstens 120 °C/s eine vollständige Umwandlung in Martensit auch bei größeren Banddicken und Bauteilquerschnitten zu erreichen. Wie voranstehend schon erläutert, bilden Al und das optional vorhandene Ti harte Ausscheidungen, die bei aus erfindungsgemäß legierten Stahlflachprodukten geformten Bauteilen aufgrund der Kerbwirkung und der die Partikel umgebenden Spannungsfelder die Quelle von Rissen und deren Ausbreitung sein könnten. Besonders die kantig und kubusförmig auftretenden TiN-Partikel erweisen sich hier schon aufgrund ihrer Form und Größe als schädlich.Based on these findings, one of the aims of the inventive adjustment of the alloy of the steel of a component according to the invention was to reduce the proportion of coarse and hard TiN, AIN and oxidic Al-based particles as well as conglomerates of these compounds for reasons of toughness and nevertheless to securely bind the nitrogen present in each case in order to achieve a complete transformation into martensite even at relatively low cooling rates of at least 30 °C/s to a maximum of 120 °C/s via the strong transformation-retarding effect of interstitially dissolved B even at relatively low cooling rates of at least 30 °C/s to a maximum of 120 °C/s. strip thicknesses and component cross-sections. As already explained above, Al and the optionally present Ti form hard precipitates which, in components formed from steel flat products alloyed according to the invention, could be the source of cracks and their propagation due to the notch effect and the stress fields surrounding the particles. The angular and cube-shaped TiN particles in particular prove to be harmful here simply because of their shape and size.
Die Erfindung hat die Gehalte an den Legierungselementen und die Bedingungen bei der Erzeugung von zum Formen von erfindungsgemäßen Bauteilen erfindungsgemäß vorgesehenem Stahlflachprodukt so aufeinander abgestimmt, dass im Gefüge eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts und eines daraus erzeugten Bauteils über die Banddicke homogen verteilt höchstens bis zu 150 Flächen-ppm harte TiN-Partikel- und Al-basierte oxidische Partikel sowie AIN mit einer mittleren, kreisäquivalenten Partikelgröße von 0,2 - 10 µm vorhanden sind.The invention has coordinated the contents of the alloying elements and the conditions during the production of flat steel products intended for forming components according to the invention in such a way that in the structure of a flat steel product according to the invention and of a component produced therefrom, a maximum of up to 150 area ppm of hard TiN particles and Al-based oxide particles as well as AIN with an average, circle-equivalent particle size of 0.2 - 10 µm are present homogeneously distributed over the strip thickness.
Als unter die Definition "harte Partikel" fallend werden hier im Wesentlichen Partikel von AIN, Al2O3 und Al2O3-basierten Spinellen sowie TiN-Partikel und auf Basis der genannten Partikel gebildete Konglomerate betrachtet. Solche Partikel weisen jeweils eine hohe Mohs-Härte von ca. 9 auf. Aufgrund ihrer hohen Härte sind sie in Walz- oder Verformungsprozessen kaum verformbar und führen in ihrem Umfeld zu lokalen Spannungsfeldern, die einem frühzeitigen Materialversagen Vorschub leisten können. Als Konglomerate (Mischformen) werden hier insbesondere Partikelverbünde bezeichnet, in denen sich weitere Partikel durch heterogene Keimbildung auf bereits bestehenden Partikeln bilden, z.B. Al2O3 mit MnS, wobei die Basis einer der zuvor bereits benannten harten Partikelarten darstellt.The definition of "hard particles" here essentially includes particles of AIN, Al 2 O 3 and Al 2 O 3 -based spinels as well as TiN particles and conglomerates formed on the basis of the above-mentioned particles. Such particles each have a high Mohs hardness of approx. 9. Due to their high hardness, they are hardly deformable in rolling or forming processes and lead to local stress fields in their environment, which can promote premature material failure. Conglomerates (mixed forms) are particularly referred to here as particle composites in which further particles form through heterogeneous nucleation on already existing particles, e.g. Al 2 O 3 with MnS, where the basis is one of the previously mentioned hard particle types.
Durch das erfindungsgemäße Legierungskonzept ist darüber hinaus erreicht worden, dass die Gesamtzahl der in diesen Partikelgrößenbereich fallenden, harten TiN-basierten Ausscheidungen und deren Mischformen in einem aus erfindungsgemäß legiertem Stahlflachprodukt geformten Bauteil auf weniger als 30 % der im Gefüge eines Bauteils vorhandenen Partikel in der Größenklasse 0,2 - 10 µm reduziert ist. Gleichzeitig ist die absolute Anzahl der in den betreffenden Partikelgrößenbereich fallenden Ausscheidungen gegenüber herkömmlichen, beispielsweise aus einem Stahl mit höheren Ti-Gehalten bestehenden Stahlflachprodukten reduziert, wodurch der mittlere Abstand der 0,2 - 10 µm großen Ausscheidungen im aus einem erfindungsgemäß legierten Stahlflachprodukt geformten Bauteil deutlich vergrößert ist. Dabei konnte festgestellt werden, dass beim Vergleichskonzept der Anteil der harten TiN-Partikel und deren Mischformen mehr als 45 - über 80 % des Volumenanteils der vorhandenen Partikel in der Größenklasse 0,2 - 10 µm ausmacht. Aufgrund dieses hohen Anteils macht eine Reduzierung des Ti-Massenanteils Sinn, was entsprechend zu einer Reduzierung des Anteils harter TiN-Partikel beim erfindungsgemäßen Konzept führt. Unter anderem durch die allenfalls optionale, in jedem Fall erfindungsgemäß eingeschränkte Zulegierung von Titan treten grobe Partikeln wie TiN in einem zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukt daher deutlich seltener auf, als dies bei konventionellen Konzepten der Fall ist, in denen höhere Gehalte an Ti vorgesehen sind. Mit der Reduzierung des Anteils an groben Ausscheidungen wird eine Zähigkeitsverbesserung erreicht, die die Entstehung und Ausbreitung von Rissen verhindert. Überraschenderweise führt die moderate Erhöhung des Al-Massengehaltes im Gegenzug nicht zu einer deutlichen Erhöhung des Anteils gleichfalls ähnlich harter, oxidischer Al-basierter Ausscheidungen sowie AIN und deren Konglomeraten. Im Ergebnis ist so bei den erfindungsgemäß zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukten die Gefahr für frühzeitiges Materialversagen reduziert. Die durch die Erfindung erzielte Optimierung der Zähigkeit macht sich in einer Verbesserung der Brucheinschnürung am erfindungsgemäßen Bauteil im warmumgeformten, vergüteten Zustand bemerkbar, in dem sie im besonderen Interesse des Bauteilherstellers liegt.The alloy concept according to the invention has also achieved that the total number of hard TiN-based precipitates and their mixed forms falling within this particle size range in a The particle size distribution in the component formed from a flat steel product alloyed according to the invention is reduced to less than 30% of the particles in the size class 0.2 - 10 µm present in the structure of a component. At the same time, the absolute number of precipitates falling into the relevant particle size range is reduced compared to conventional flat steel products, for example made from a steel with a higher Ti content, as a result of which the average distance between the 0.2 - 10 µm sized precipitates in the component formed from a flat steel product alloyed according to the invention is significantly increased. It was found that in the comparison concept the proportion of hard TiN particles and their mixed forms accounts for more than 45 - over 80% of the volume proportion of the particles present in the size class 0.2 - 10 µm. Due to this high proportion, a reduction in the Ti mass proportion makes sense, which accordingly leads to a reduction in the proportion of hard TiN particles in the inventive concept. Among other things, due to the optional addition of titanium, which is in any case limited according to the invention, coarse particles such as TiN occur much less frequently in a flat steel product intended for forming a component according to the invention than is the case with conventional concepts in which higher Ti contents are provided. By reducing the proportion of coarse precipitates, an improvement in toughness is achieved that prevents the formation and spread of cracks. Surprisingly, the moderate increase in the Al mass content does not lead to a significant increase in the proportion of similarly hard, oxidic Al-based precipitates as well as AIN and their conglomerates. As a result, the risk of premature material failure is reduced in the flat steel products intended for forming a component according to the invention. The optimization of toughness achieved by the invention is noticeable in an improvement in the fracture necking on the component according to the invention in the hot-formed, tempered state, in which it is of particular interest to the component manufacturer.
Bei der Erzeugung eines erfindungsgemäßen Bauteiles wird durch eine Vollaustenitisierung mit anschließender Abschreckung und optionaler Anlassbehandlung ein im technischen Sinne vollständig aus Martensit bestehendes Gefüge erzeugt. Dies schließt nach fachmännischem Verständnis selbstverständlich die Möglichkeit ein, dass bis zu 5 Flächen-% anderer Bestandteile im Gefüge eines erfindungsgemäßen Bauteiles vorhanden sind, die jedoch hinsichtlich der durch den Martensitanteil bestimmten Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Bauteiles unwirksam sind.When producing a component according to the invention, a structure consisting entirely of martensite in the technical sense is produced by full austenitization with subsequent quenching and optional tempering treatment. According to the understanding of a person skilled in the art, this naturally includes the possibility that up to 5% of other components are present in the structure of a component according to the invention, which, however, are ineffective with regard to the properties of a component according to the invention determined by the martensite content.
Wie schon erwähnt, bewirken die erfindungsgemäß im Stahl vorgesehenen Gehalte an Al und Nb dabei eine zusätzliche Gefügeverfeinerung. So wird durch Nb und Al in gelöster und ausgeschiedener Form während der Erzeugung und Wärmebehandlung des aus dem erfindungsgemäß legierten Stahl bestehenden Stahlflachprodukts und des daraus hergestellten Bauteils das Austenitkornwachstum reduziert und nach der Umwandlung die Martensitpaketgröße verringert. Dabei entstehen in dem Stahlflachprodukt weitere relevante Ausscheidungen, wie NbN, NbC und AIN, die in der Regel als monolithische Teilchen ohne Ankeimung an zuvor gebildeten Ausscheidungen lediglich eine maximale Größe bis zu ca. 100 nm erreichen. Auf diese Weise werden homogenere Ausscheidungsfraktionen mit engeren Partikelgrößenspannen erzielt. Diese erweisen sich als besonders wirksam im Hinblick auf die Steuerung der Austenitkorngröße. So weist der zur Erzeugung des Stahlflachprodukts, aus dem ein erfindungsgemäßes Bauteil geformt ist, eingesetzte Stahl beim Austenitisieren eine Austenitkorngröße auf, die um bis zu einer halben ASTM-Korngröße feiner ist als bei zur Gattung des erfindungsgemäßen Stahls gehörenden konventionellen Stahlkonzepten. Zudem liegen die Korngrößen bei einem erfindungsgemäß legierten und prozessierten Stahlflachprodukt in einer engeren Spanne, d.h. mit einer reduzierten Standardabweichung, vor. Gleichzeitig zeigt sich eine reduzierte Variation der ehemaligen Austenitkorngröße über die Banddicke. Dies führt zu feineren Martensitpaketen und einer hohen Homogenität des Martensitgefüges, was von Vorteil für die Zähigkeit von aus einem solchen Stahlflachprodukt erfindungsgemäß hergestellten Bauteilen im vergüteten oder pressgehärteten Zustand ist. Hierdurch kommt es zudem zu einer besseren Bauteilmaßhaltigkeit, da Festigkeitsschwankungen über die Banddicke reduziert werden können.As already mentioned, the Al and Nb contents provided in the steel according to the invention result in additional microstructure refinement. Nb and Al in dissolved and precipitated form reduce austenite grain growth during the production and heat treatment of the flat steel product made from the alloyed steel according to the invention and the component made from it, and reduce the martensite package size after the transformation. This creates other relevant precipitates in the flat steel product, such as NbN, NbC and AIN, which generally only reach a maximum size of up to approx. 100 nm as monolithic particles without nucleation on previously formed precipitates. In this way, more homogeneous precipitate fractions with narrower particle size ranges are achieved. These prove to be particularly effective with regard to controlling the austenite grain size. Thus, the steel used to produce the flat steel product from which a component according to the invention is formed has an austenite grain size during austenitization that is up to half an ASTM grain size finer than in conventional steel concepts belonging to the type of steel according to the invention. In addition, the grain sizes in a flat steel product alloyed and processed according to the invention are in a narrower range, i.e. with a reduced standard deviation. At the same time, there is a reduced variation in the former austenite grain size across the strip thickness. This leads to finer martensite packages and a high homogeneity of the martensite structure. which is advantageous for the toughness of components made from such a flat steel product in accordance with the invention in the tempered or press-hardened state. This also leads to better dimensional stability of the component, since strength fluctuations across the strip thickness can be reduced.
Eine wichtige Werkstoffkenngröße für die Einstellung der Endeigenschaften ist die ehemalige Austenitkorngröße. Dies ist die Korngröße des Austenits, die sich nach dem Abschluss des Austenitisierungsprozesses im Ofen als Folge von Rekristallisation und Kornwachstum einstellt, also kurz vor dem Beginn des Abschreckens im Gefüge vorherrscht. Je feiner diese Austenitkorngröße im Mittel, desto feiner auch die sich einstellende Martensitpaketgröße und desto vorteilhafter ist es für die Zähigkeit des Martensits und somit des Werkstoffes oder Bauteiles.An important material parameter for setting the final properties is the former austenite grain size. This is the grain size of the austenite that is established after the completion of the austenitization process in the furnace as a result of recrystallization and grain growth, i.e., it is the size that prevails in the structure shortly before the start of quenching. The finer this austenite grain size on average, the finer the resulting martensite package size and the more beneficial it is for the toughness of the martensite and thus of the material or component.
Ebenso ist es vorteilhaft für die Homogenität der lokalen Festigkeitseigenschaften, wenn die Korngröße des Austenits gering schwankt und dadurch auch die Martensithärte nach der Umwandlung nur geringe lokale Schwankungen aufweist. Hierdurch lassen sich auch Rückfederungseffekte an einem pressgehärteten oder vergüteten Bauteil durch lokal inhomogene Gefüge vermeiden.It is also beneficial for the homogeneity of the local strength properties if the grain size of the austenite fluctuates only slightly and the martensite hardness therefore only shows small local fluctuations after the transformation. This also makes it possible to avoid springback effects on a press-hardened or tempered component due to locally inhomogeneous structures.
In erfindungsgemäßer Weise erzeugte Bauteile zeichnen sich daher nach der beim Warmumformen oder nach der bei der Vergütungsbehandlung durchgeführten Abschreckung dadurch aus, dass beim Gefüge des erhaltenen Bauteils das als "Korngrößengüte KG" bezeichnete Produkt KG = KA x Ks aus ehemaliger Austenitkorngröße KA, eingesetzt in µm, und einfacher Standardabweichung Ks der ehemaligen Austenitkorngröße, ebenfalls eingesetzt in µm und gemittelt an drei Stellen über die halbe Banddicke, gilt:
Mit einer derart qualifizierten Korngrößengüte KG lässt sich gegenüber dem Stand der Technik erreichen, dass nicht nur eine für die Zähigkeit vorteilhafte geringe Korngröße, sondern auch über eine geringe Streuung der Korngröße eine hohe Homogenität der Mikrostruktur über den Bauteilquerschnitt zustande kommt.With such a qualified grain size quality KG, it is possible to achieve, compared to the state of the art, not only a small grain size that is advantageous for toughness, but also a high homogeneity of the microstructure across the component cross-section due to a small scatter of the grain size.
Erfindungsgemäße Bauteile erreichen nach einer geeigneten, nachfolgend erläuterten Wärmebehandlung eine Zugfestigkeit von mindestens 1000 MPa bei C-Gehalten von 0,1 Masse-%, insbesondere 0,10 Masse-%, bzw. Zugfestigkeiten bis 2500 MPa bei C-Gehalten von 0,6 %, insbesondere 0,60 Masse-%.After a suitable heat treatment as explained below, components according to the invention achieve a tensile strength of at least 1000 MPa at C contents of 0.1% by mass, in particular 0.10% by mass, or tensile strengths of up to 2500 MPa at C contents of 0.6%, in particular 0.60% by mass.
Als Maß für die Zähigkeit wurde hier die Brucheinschnürung ε(epsilon)3 untersucht, da die Untersuchung der gemäß DIN EN ISO 148-1 nach Charpy ermittelten Kerbschlagzähigkeit nur auf Dicken von 10 mm oder sogenannte Untermaßproben (Dicken von 2,5, 5 und 7,5 mm) beschränkt ist und sich somit nur für die Untersuchung für entsprechend dicke Proben eignet, die hier nicht vorlagen. Die Zähigkeitseigenschaften wurden hier also nicht gemäß DIN EN ISO 148-1 nach Charpy ermittelt. Als Maß für die Zähigkeit bzw. lokale Dehnung wurde die Brucheinschnürung ausgewertet, da entgegen den Voraussetzungen des Kerbschlagversuches gemäß DIN EN ISO 148-1 unterschiedliche und insbesondere auch Dicken < 2,5 mm Dicke vorlagen, so dass auch keine einheitlichen, sogenannten Untermaßproben verwendet werden konnten und somit die Anwendung dieser Norm nicht geeignet war. Die lokale Dehnung aus der Brucheinschnürung korreliert zwar mit der Lochaufweitung, stellt aber eine erweiterte Beschreibung des lokalen Verformungsverhaltens dar.The area of reduction in area ε(epsilon)3 was investigated here as a measure of toughness, since the investigation of the notched impact strength determined according to DIN EN ISO 148-1 according to Charpy is only limited to thicknesses of 10 mm or so-called undersize specimens (thicknesses of 2.5, 5 and 7.5 mm) and is therefore only suitable for the investigation of correspondingly thick specimens, which were not available here. The toughness properties were therefore not determined here according to DIN EN ISO 148-1 according to Charpy. The area of reduction in area was evaluated as a measure of toughness or local elongation, since contrary to the requirements of the notched impact test according to DIN EN ISO 148-1, different thicknesses and in particular thicknesses < 2.5 mm were available, so that no uniform, so-called undersize specimens could be used and the application of this standard was therefore not suitable. Although the local strain from the fracture area correlates with the hole expansion, it represents an extended description of the local deformation behavior.
Dementsprechend zeichnen sich erfindungsgemäße Bauteile gleichzeitig durch eine für diese Festigkeitsklasse ausgezeichnete Zähigkeit aus, die sich ebenfalls in Abhängigkeit der Zugfestigkeit nach einer geeigneten, nachfolgend erläuterten Wärmebehandlung in einer prozentualer Verbesserung der Brucheinschnürung (ΔBE) gegenüber einem Vergütungskonzept auf Ti/B-Basis mit steigender Zugfestigkeit von 1000 bis 2500 MPa von jeweils mindestens 5 bis 45 % äußert. Die absolute Brucheinschnürung in Dickenrichtung ε(epsilon)3 bei Bauteilen aus erfindungsgemäßen Stahlkonzepten liegt bei 10 - 65 %.Accordingly, components according to the invention are simultaneously characterized by an excellent toughness for this strength class, which also results in a percentage improvement in the tensile strength after a suitable heat treatment explained below. The reduction in area at fracture (ΔBE) is expressed by at least 5 to 45% compared to a Ti/B-based tempering concept with increasing tensile strength from 1000 to 2500 MPa. The absolute reduction in area at fracture in the thickness direction ε(epsilon)3 for components made of steel concepts according to the invention is 10 - 65%.
Bei den aus in der voranstehend erläuterten Weise erfindungsgemäß beschaffenen Stahlflachprodukten durch nach erfindungsgemäßer Verarbeitung geformten Bauteilen handelt es sich insbesondere um gewichtsreduzierte Bauteilanwendungen im Automobil- und LKW-Bereich, zu denen längsnahtgeschweißte Rohre für Stabilisatoren, Rotorwellen, Nockenwellen oder rohrförmige Bauelemente zählen, die im Lenkungs- und im Chassisbereich eingesetzt werden. Insbesondere kann ein erfindungsgemäßes Stahlflachprodukt durch Kaltumformung für ein nahtgeschweißtes Stahlrohr Anwendung finden, das zur Verwendung beispielsweise als Stabilisator zur Fahrzeugfederung, eine Lenkwelle oder eine Antriebswelle von Kraftfahrzeugen geeignet ist. Dabei kann durch eine anschließende Vergütungsbehandlung eine erhebliche Festigkeitssteigerung am umgeformten Rohr erzielt werden.The components formed from flat steel products obtained in accordance with the invention in the manner explained above by processing according to the invention are in particular weight-reduced component applications in the automotive and truck sector, which include longitudinally welded tubes for stabilizers, rotor shafts, camshafts or tubular components that are used in the steering and chassis areas. In particular, a flat steel product according to the invention can be used by cold forming for a seam-welded steel tube that is suitable for use, for example, as a stabilizer for vehicle suspension, a steering shaft or a drive shaft of motor vehicles. A subsequent tempering treatment can achieve a significant increase in the strength of the formed tube.
Die Dicke erfindungsgemäß zum Formen erfindungsgemäßer Bauteile vorgesehener Stahlflachprodukte beträgt typischerweise 1 - 16 mm, wobei für den Bereich der Automobilanwendungen Bleche mit einer Dicke von 2 - 9 mm, insbesondere 4 - 7 mm, eingesetzt werden können, wobei Dicken von bis zu 5 mm in der Praxis von besonderer Bedeutung sein können. Werden an die Beständigkeit gegen abrasiven Verschleiß von solchen Stahlflachprodukten besondere Anforderungen gestellt, so hat es sich wegen der damit einhergehend hohen Härte als vorteilhaft erwiesen, wenn der C-Gehalt der erfindungsgemäß zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukte mindestens 0,5 Masse-%, insbesondere 0,50 Masse-%, beträgt.The thickness of flat steel products intended according to the invention for forming components according to the invention is typically 1 - 16 mm, whereby sheets with a thickness of 2 - 9 mm, in particular 4 - 7 mm, can be used for automotive applications, whereby thicknesses of up to 5 mm can be of particular importance in practice. If special requirements are placed on the resistance to abrasive wear of such flat steel products, it has proven advantageous, due to the associated high hardness, if the C content of the flat steel products intended according to the invention for forming a component according to the invention is at least 0.5% by mass, in particular 0.50% by mass.
Des Weiteren können erfindungsgemäß beschaffene Stahlflachprodukte auch als Warm- oder Kaltband zum Formen erfindungsgemäßer Bauteile eingesetzt werden. So können aus solchem Warm- oder Kaltband beispielsweise Strukturbauteile für Automobilkarosserien warmumgeformt und durch eine anschließend erfolgende gezielte Abkühlung aus der Umformhitze seine hohe Festigkeit erhalten bleiben. Erfindungsgemäß zum Formen von erfindungsgemäßen Bauteilen vorgesehene Stahlflachprodukte, die für diesen Verarbeitungsweg bereitgestellt werden, weisen typischerweise eine Dicke von 0,5 - 3,5 mm, insbesondere 0,5 - 3 mm, 1 - 3 mm oder 1,2 - 2,5 mm, auf. Beispiele für erfindungsgemäße Bauteile, die aus derart erfindungsgemäß beschaffenen Stahlflachprodukten geformt werden können, sind auf Biegung beanspruchte Träger von Automobilstrukturen, wie die B-Säulen oder Sitzquerträger von Personenkraftfahrzeugen sowie Längs- und Querträger von Personen- oder Nutzfahrzeugchassis, allgemein Karosseriestrukturteile. Auch für die Verarbeitung zu im Gebrauch bewegten Bauteilen, wie zu Teilen von Stoßdämpfern, zu Nockenwellen oder deren Teilen, , Kolbenstangen oder Wellen, insbesondere auch Wellen eines Elektromotors, ist erfindungsgemäßes Stahlflachprodukt besonders geeignet. Somit ist es möglich, durch eine Warmumformung oder auch Presshärtung ein höherfestes Bauteil für eine Automobilkarosserie zu erhalten.Furthermore, flat steel products obtained according to the invention can also be used as hot or cold strip for forming components according to the invention For example, structural components for automobile bodies can be hot-formed from such hot or cold strip, and their high strength can be retained by subsequent targeted cooling from the forming heat. Flat steel products intended according to the invention for forming components according to the invention, which are provided for this processing route, typically have a thickness of 0.5 - 3.5 mm, in particular 0.5 - 3 mm, 1 - 3 mm or 1.2 - 2.5 mm. Examples of components according to the invention that can be formed from flat steel products made according to the invention are supports of automobile structures subject to bending, such as the B-pillars or seat cross members of passenger vehicles, as well as longitudinal and cross members of passenger or commercial vehicle chassis, and generally body structure parts. The flat steel product according to the invention is also particularly suitable for processing into components that move during use, such as parts of shock absorbers, camshafts or parts thereof, piston rods or shafts, in particular shafts of an electric motor. It is therefore possible to obtain a high-strength component for an automobile body by hot forming or press hardening.
Zum Schutz vor Korrosion können erfindungsgemäß eingesetzte Stahlflachprodukte und daraus erzeugte Bauteile mit einer metallischen Schutzschicht versehen sein. Hierzu eignen sich insbesondere metallische Schutzschichten auf Zink- oder Aluminium-Basis, wie AlSi-Überzüge, die in konventioneller Weise durch Schmelztauchbeschichten aufgebracht werden können. Darüber hinaus sind auch elektrolytische Beschichtungen denkbar.To protect against corrosion, flat steel products used according to the invention and components produced from them can be provided with a metallic protective layer. Metallic protective layers based on zinc or aluminum, such as AlSi coatings, which can be applied in the conventional way by hot-dip coating, are particularly suitable for this purpose. Electrolytic coatings are also conceivable.
Durch die erfindungsgemäß vorgegebene chemische Zusammensetzung des Stahls eines erfindungsgemäßen Bauteils und eine abgestimmte Prozessführung bei der Stahlerzeugung kann auf die endogenen Einschlüsse hinsichtlich Art, Größe und Verteilung Einfluss genommen werden. Dabei erstreckt sich die Beeinflussung neben der Erstarrung insbesondere auf die Fertigungsstufe des Warmwalzens, wie nachfolgend erläutert.The chemical composition of the steel of a component according to the invention, as specified in accordance with the invention, and a coordinated process control during steel production make it possible to influence the type, size and distribution of the endogenous inclusions. In addition to solidification, the influence extends in particular to the production stage of hot rolling, as explained below.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einem zu mindestens 95 Flächen-% aus Martensit und als Rest aus sonstigen Gefügebestandteilen bestehenden Gefüge, umfasst folglich folgende Arbeitsschritte:
A) Es wird ein Warmband erzeugt, indem
a) Stahl erschmolzen wird, der aus (in Masse-%)
- wobei zu den Verunreinigungen Gehalte von bis zu 0,03 % P, bis zu 0,03 % S, bis zu 0,01 % N, weniger als 0,05 % Sn, weniger als 0,05 % As und weniger als 0,05 % Co zählen und
- wobei das aus dem jeweiligen Al-Gehalt %Al und dem jeweiligen N-Gehalt %N gebildete Verhältnis (%Al / %N) * 14/27 ≥ 8,0 ist,
b) die Stahlschmelze zu einem Vorprodukt vergossen wird, nämlich zu einer Bramme, einer Dünnbramme oder einem gegossenen Band,
c) das Vorprodukt, sofern erforderlich, auf eine 1100 - 1350 °C betragende Vorwärmtemperatur durcherwärmt wird,
d) das Vorprodukt zu einem Warmband mit einer Dicke von 1 - 16 mm warmgewalzt wird, wobei das Warmwalzen bei einer Warmwalzendtemperatur beendet wird, die um mindestens 50 °C und höchstens 150 °C höher ist als die Ar3-Temperatur des Stahls,
e) das erhaltene Warmband auf eine 450 - 700 °C betragende Haspeltemperatur abgekühlt wird, wobei die Abkühlung im Temperaturbereich von 800 - 650 °C mit einer Abkühlrate von 20 - 200 °C/s erfolgt,
f) das auf die Haspeltemperatur abgekühlte Warmband zu einem Coil gehaspelt wird und das Warmband im gehaspelten Zustand auf Raumtemperatur abgekühlt wird, sowie
g) optional: das im gehaspelten Zustand abgekühlte Warmband gebeizt wird und
h) ebenso optional: bei einer Kerntemperatur des Warmbands von 500 - 720 °C über eine Dauer von 5 - 50 h haubengeglüht wird.
B) Aus dem erhaltenen Warmband wird optional ein Kaltband erzeugt, indem
- i) das Warmband zu einem Kaltband mit einer Dicke von 0,5 - 3,5 mm in einem oder mehreren Kaltwalzschritten kaltgewalzt wird.
- j) Optional kann das Kaltband in einer Haubenglühe oder in einer Durchlaufglühe geglüht werden.
C) Aus dem Warmband oder dem optional daraus erzeugten Kaltband wird ein Bauteil geformt wird, indem
- k) von dem Warm- oder Kaltband eine Platine abgeteilt wird
- und gemäß Alternative 1:
- I.1) die Platine auf eine Austenitisierungstemperatur durcherwärmt wird, die um höchstens 100 °C geringer ist als die Ac3-Temperatur des Stahls, aus dem das Warm- oder Kaltband erzeugt ist, und höchstens 950 °C beträgt,
- l.2) innerhalb von 1 - 20 s nach dem Ende der Durcherwärmung auf die Austenitisierungstemperatur die Platine in ein gekühltes Warmumformwerkzeug eingelegt wird, in dem die Platine zu dem Bauteil warmumgeformt wird, und
- l.3) das Bauteil durch beschleunigtes Abkühlen mit einer Abkühlrate von 30 - 120 °C/s bis Erreichen der Martensitstarttemperatur des Stahls, aus dem das jeweilige Warm- oder Kaltband besteht, pressgehärtet wird, so dass das Bauteil ein vollständig martensitisches Gefüge erhält,
- oder gemäß Alternative 2:
- m.1) die Platine zu dem Bauteil kaltumgeformt wird,
- m.2) das kaltgeformte Bauteil auf eine Austenitisierungstemperatur durcherwärmt wird, die um höchstens 100 °C geringer ist als die Ac3-Temperatur des Stahls, aus dem das Warm- oder Kaltband erzeugt ist, und höchstens 950 °C beträgt, und
- m.3) das auf die Austenitisierungstemperatur durcherwärmte Bauteil mit einer Abkühlrate von 30 - 120 °C/s bis Erreichen der Martensitstarttemperatur des Stahls, aus dem das jeweilige Warm- oder Kaltband besteht, beschleunigt abgekühlt wird, so dass das Bauteil ein vollständig martensitisches Gefüge erhält.
- n) Optional kann das nach den Arbeitsschritten l.1 - l.3 oder m.1 - m.3 erhaltene Bauteil bei Temperaturen von 150 - 700 °C bei einer Glühdauer von 5 - 60 min angelassen werden.
A) A hot strip is produced by
a) Steel is melted which consists of (in mass%)
- where the impurities include contents of up to 0.03% P, up to 0.03% S, up to 0.01% N, less than 0.05% Sn, less than 0.05% As and less than 0.05% Co and
- where the ratio formed from the respective Al content %Al and the respective N content %N is (%Al / %N) * 14/27 ≥ 8.0,
(b) the molten steel is cast into a precursor product, namely a slab, a thin slab or a cast strip,
c) the preliminary product is, if necessary, heated to a preheating temperature of 1100 - 1350 °C,
(d) the preliminary product is hot rolled to a hot strip with a thickness of 1 - 16 mm, whereby the hot rolling is terminated at a final hot rolling temperature which is at least 50 °C and at most 150 °C higher than the Ar3 temperature of the steel,
e) the hot strip obtained is cooled to a coiling temperature of 450 - 700 °C, whereby the cooling takes place in the temperature range of 800 - 650 °C at a cooling rate of 20 - 200 °C/s,
f) the hot strip cooled to the coiling temperature is coiled into a coil and the hot strip is cooled to room temperature in the coiled state, and
g) optionally: the hot strip cooled in the coiled state is pickled and
h) also optional: the hot strip is annealed at a core temperature of 500 - 720 °C for a period of 5 - 50 hours.
B) From the hot strip obtained, a cold strip is optionally produced by
- i) the hot strip is cold rolled to a cold strip with a thickness of 0.5 - 3.5 mm in one or more cold rolling steps.
- j) Optionally, the cold strip can be annealed in a batch annealing line or in a continuous annealing line.
C) A component is formed from the hot strip or the optionally produced cold strip by
- k) a blank is cut from the hot or cold strip
- and according to Alternative 1:
- I.1) the blank is heated to an austenitising temperature which is not more than 100 °C lower than the Ac3 temperature of the steel from which the hot or cold rolled strip is produced and does not exceed 950 °C,
- l.2) within 1 - 20 s after the end of the heating to the austenitizing temperature, the blank is placed in a cooled hot forming tool in which the blank is hot formed into the component, and
- l.3) the component is press hardened by accelerated cooling at a cooling rate of 30 - 120 °C/s until the martensite start temperature of the steel from which the respective hot or cold strip is made is reached, so that the component acquires a completely martensitic structure,
- or according to Alternative 2:
- m.1) the board is cold formed into the component,
- m.2) the cold-formed component is heated to an austenitising temperature which is not more than 100 °C lower than the Ac3 temperature of the steel from which the hot-rolled or cold-rolled strip is produced and does not exceed 950 °C, and
- m.3) the component heated to the austenitizing temperature is cooled at an accelerated rate of 30 - 120 °C/s until the martensite start temperature of the steel from which the respective hot or cold strip is made is reached, so that the component acquires a completely martensitic structure.
- n) Optionally, the component obtained after steps l.1 - l.3 or m.1 - m.3 can be annealed at temperatures of 150 - 700 °C for an annealing time of 5 - 60 minutes.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also im Arbeitsschritt a) eine Schmelze erzeugt, die entsprechend den voranstehenden Erläuterungen zur Legierung des Stahls eines zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukts zusammengesetzt ist. Es gelten dabei für die Legierung dieser Schmelze selbstverständlich die voranstehend zu vorteilhaften Augestaltungen des Stahls eines zum Formen eines erfindungsgemäßen Bauteils vorgesehenen Stahlflachprodukts gegebenen Hinweise in gleicher Weise für die im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugte und verarbeitete Schmelze.In the method according to the invention, a melt is produced in step a) which is composed in accordance with the above explanations for alloying the steel of a flat steel product intended for forming a component according to the invention. Of course, the information given above on advantageous designs of the steel of a flat steel product intended for forming a component according to the invention applies to the alloying of this melt in the same way for the melt produced and processed in the course of the method according to the invention.
Die im Arbeitsschritt a) erzeugte Schmelze wird in konventioneller Weise zu Brammen, Dünnbrammen oder Band vergossen (Arbeitsschritt b)). Typischerweise weisen die Brammen Dicken von 180 mm bis 260 mm auf. Dünnbrammen liegen typischerweise in Dicken von 40 bis 60 mm vor, gegossenes Band in Dicken von 2 bis 5 mm.The melt produced in step a) is cast in the conventional way into slabs, thin slabs or strip (step b)). The slabs typically have thicknesses of 180 mm to 260 mm. Thin slabs are typically available in thicknesses of 40 to 60 mm, and cast strip in thicknesses of 2 to 5 mm.
Im Arbeitsschritt c) werden die Vorprodukte für das nachfolgende Warmwalzen (Arbeitsschritt d)) durcherwärmt. Diese Durcherwärmung erfolgt typischerweise in hierzu im Stand der Technik zur Verfügung stehenden Stoß- oder Hubbalkenöfen. Die während der Vorwärmung der aus einer erfindungsgemäß legierten Stahlschmelze gegossenen Brammen, Dünnbrammen oder Bänder eingestellten Bedingungen sind von besonderer Bedeutung für die Ausprägung der Eigenschaften eines erfindungsgemäß zusammengesetzten und erzeugten Stahlflachprodukts. So hat sich gezeigt, dass in Folge der erfindungsgemäß allenfalls geringen Zulegierung von Titan zum erfindungsgemäß verarbeiteten Stahl auch verhältnismäßig niedrige Ofentemperaturen prozesssicher sind, um keine oder wenig Ankeimungseffekte an groben Partikeln wie TiN zu erzeugen, da diese Partikel in den erfindungsgemäßen Stahlkonzepten deutlich seltener auftreten. Als "Ankeimen" wird dabei die Ausscheidungsbildung an bereits zuvor gebildeten Ausscheidungen auf Basis heterogener Keimbildung im Gegensatz zu homogener Ausscheidungsbildung ohne fremde Keimbildungsstellen verstanden. Die erfindungsgemäß vorgegebene Legierung des Stahls, aus dem die erfindungsgemäß verarbeiteten Stahlflachprodukte und die daraus geformten Bauteile bestehen, verringert im statistischen Mittel Ankeimungseffekte an zuvor gebildeten Ausscheidungen. Durch die Ankeimung von TiC, NbN, NbC, AIN an TiN würde die Wahrscheinlichkeit der Bildung dieser Ausscheidungen bei tieferen Bildungstemperaturen zurückgehen und damit deren Wirksamkeit hinsichtlich der von der Erfindung angestrebten Verfeinerung der Mikrostruktur beeinträchtigt. Überraschend hat sich hier ergeben, dass bei Einhaltung einer geeigneten Vorwärmtemperatur schon bei den vorgesehenen, vergleichbar niedrigen Nb-Gehalten eine Austenitkorngrößenverfeinerung erreicht werden kann.In step c), the precursors are heated through for the subsequent hot rolling (step d). This heating is typically carried out in pusher or walking beam furnaces available for this purpose in the state of the art. The conditions set during the preheating of the slabs, thin slabs or strips cast from a steel melt alloyed according to the invention are of particular importance for the characteristics of a flat steel product composed and produced according to the invention. It has been shown that as a result of the inventive addition of at most a small amount of titanium to the steel processed according to the invention, relatively low furnace temperatures are also process-safe in order to produce no or little nucleation effects on coarse particles such as TiN, since these particles are much less common in the steel concepts according to the invention. occur. "Nucleation" is understood here as the formation of precipitations on previously formed precipitations based on heterogeneous nucleation, as opposed to homogeneous precipitation formation without foreign nucleation sites. The alloy of the steel specified according to the invention, from which the flat steel products processed according to the invention and the components formed from them are made, reduces on average the nucleation effects on previously formed precipitations. The nucleation of TiC, NbN, NbC, AIN on TiN would reduce the probability of these precipitations forming at lower formation temperatures, thus impairing their effectiveness with regard to the refinement of the microstructure sought by the invention. Surprisingly, it has been found that if a suitable preheating temperature is maintained, austenite grain size refinement can be achieved even at the intended, comparatively low Nb contents.
Die erfindungsgemäß angewendeten Vorwärmtemperaturen liegen dazu bei 1100 - 1350 °C und bevorzugt bei 1150 - 1280 °C. Unterhalb von 1100 °C muss mit einer Vergröberung und Ankeimungseffekten der Partikel in der Vorwärmung gerechnet werden. Temperaturen oberhalb von 1350 °C sollen vermieden werden, um die Vergröberung des Austenitkorns zu begrenzen, den Materialverlust durch Verzunderung zu reduzieren, bzw. aus ökonomischer Sicht, die Energiekosten zu reduzieren.The preheating temperatures used according to the invention are 1100 - 1350 °C and preferably 1150 - 1280 °C. Below 1100 °C, coarsening and nucleation effects of the particles in the preheating must be expected. Temperatures above 1350 °C should be avoided in order to limit coarsening of the austenite grain, reduce material loss due to scaling, or from an economic point of view, reduce energy costs.
Von gleicher Bedeutung sind die Liegezeiten, über die die Vorerwärmung der Vorprodukte erfolgt. Diese werden für die vollständige Auflösung der in den vorzuerwärmenden Vorprodukten nach dem Guss vorhandenen Ausscheidungen benötigt. Die erfindungsgemäß vorgesehene Gesamtliegezeit von Brammen beträgt 150 - 400 min, wobei in der Gesamtliegezeit die für das Aufheizen auf die jeweilige Soll-Vorwärmtemperatur und die Durcherwärmung der Vorprodukte benötigte Zeit enthalten sind. Bei Gesamtliegezeiten von weniger als 150 min besteht die Gefahr, dass sich die relevanten Mikrolegierungsausscheidungstypen nicht vollständig auflösen. Liegezeiten von mehr als 400 min sind jedoch ebenfalls zu vermeiden, um die Austenitkornvergröberung zu begrenzen. Dünnbrammen werden in einem Ausgleichsofen für deutlich kürzere Zeiten von 10 - 90 min vorgewärmt.Of equal importance are the holding times during which the pre-heating of the preliminary products takes place. These are required for the complete dissolution of the precipitates present in the preliminary products to be pre-heated after casting. The total holding time for slabs provided for in the invention is 150 - 400 minutes, whereby the total holding time includes the time required for heating to the respective target pre-heating temperature and for heating the preliminary products through. With total holding times of less than 150 minutes, there is a risk that the relevant microalloy precipitate types will not dissolve completely. Holding times of However, more than 400 minutes should also be avoided in order to limit austenite grain coarsening. Thin slabs are preheated in a soaking furnace for significantly shorter times of 10 - 90 minutes.
Durch Bandguss erzeugte Bänder erfahren in der Regel keine Vorwärmung, sondern werden in einem oder mehreren Warmbandgerüsten direkt auf Warmbandenddicken von 1 - 4 mm warmgewalzt.Strips produced by strip casting are generally not preheated, but are hot rolled directly to final hot strip thicknesses of 1 - 4 mm in one or more hot strip stands.
Die in erfindungsgemäßer Weise unter Berücksichtigung der voranstehend erläuterten Maßgaben durcherwärmten Brammen oder Dünnbrammen können in konventioneller Weise in einer ebenso konventionellen Warmwalzanlage, Gießwalzanlage zu einem so genannten "Warmband" warmgewalzt werden. Dabei kann das Warmwalzen ein Vorwalzen umfassen, bei dem die Brammen in einem so genannten "Vorgerüst" typischerweise reversierend auf eine Zwischendicke von ca. 35 bis 60 mm ausgewalzt werden. Die vorgewalzte Bramme läuft dann in eine mehrgerüstige Fertigwarmwalzstraße ein, in der sie im kontinuierlichen Durchlauf schrittweise zu einem Warmband fertig warmgewalzt wird.The slabs or thin slabs heated in accordance with the invention, taking into account the above-mentioned requirements, can be hot rolled in a conventional manner in an equally conventional hot rolling mill or casting rolling mill to form a so-called "hot strip". The hot rolling can include pre-rolling, in which the slabs are rolled in a so-called "roughing stand", typically in reverse, to an intermediate thickness of approx. 35 to 60 mm. The pre-rolled slab then runs into a multi-stand finishing hot rolling mill, in which it is gradually hot rolled in a continuous run to form a hot strip.
Bei einer Dünnbramme kann das Vorwalzen entfallen. Sie kann direkt nach dem gegebenenfalls durchgeführten Vorwärmen in die Fertigwarmwalzstraße eingespeist werden.In the case of a thin slab, pre-rolling is not necessary. It can be fed into the finishing hot rolling mill directly after preheating (if necessary).
Erfindungsgemäß wird das Warmwalzen im Arbeitsschritt d) bei Warmwalzendtemperaturen beendet, die um mindestens 50 °C höher ist als die Ar3-Temperatur des Stahls, jedoch um höchstens 150 °C oberhalb dieser Temperatur liegt. Das Warmwalzen wird somit bei einer Warmwalzendtemperatur beendet, bei dem das erhaltene Warmband noch ein vollständig austenitisches Gefüge besitzt. Eine derartige Walzstrategie wird als "normalisierendes Walzen" bezeichnet. Die Warmwalzendtemperatur ist dabei erfindungsgemäß so gewählt, dass die Neigung von Nb und Al zur Bildung von verformungsinduzierten Ausscheidungen reduziert ist und ein größerer Anteil an Ausscheidungspotential für die Hemmung des Kornwachstums beim Austenitisieren im später durchgeführten Vergütungsprozess oder beim Warmumformen zur Verfügung steht. Typischerweise liegen für das erfindungsgemäße Legierungskonzept geeignete Walzendtemperaturen oberhalb von 830 °C. Bevorzugt ist die Walzendtemperatur um mindestens 60 °C und höchstens 130 °C höher als die Ar3-Temperatur, wobei sich Warmwalzendtemperaturen, die um höchstens 110 °C oberhalb der Ar3-Temperatur liegen, als besonders praxisgerecht herausgestellt haben, um das Austenitkornwachstum zu begrenzen. Normalisierendes Walzen wird hier bevorzugt, da dabei die Warmwalzkräfte vergleichsweise niedrig sind und die Ausscheidung von verformungsinduzierten, relativ groben Ausscheidungen vermieden wird. Somit kann das Ausscheidungspotential zur Reduzierung der ehemaligen Austenitkorngröße in später erfolgenden Austenitisierungsstufen der Vergütung und Warmumformung maximiert werden. Hierdurch wird die Zähigkeit positiv beeinflusst.According to the invention, hot rolling in step d) is terminated at hot rolling end temperatures that are at least 50 °C higher than the Ar3 temperature of the steel, but no more than 150 °C above this temperature. Hot rolling is thus terminated at a hot rolling end temperature at which the hot strip obtained still has a completely austenitic structure. Such a rolling strategy is referred to as "normalizing rolling". The hot rolling end temperature is selected according to the invention such that the tendency of Nb and Al to form deformation-induced precipitations is reduced and a larger proportion of Precipitation potential is available for inhibiting grain growth during austenitization in the tempering process carried out later or during hot forming. Typically, suitable rolling end temperatures for the alloy concept according to the invention are above 830 °C. The rolling end temperature is preferably at least 60 °C and at most 130 °C higher than the Ar3 temperature, with hot rolling end temperatures that are at most 110 °C above the Ar3 temperature having proven to be particularly practical for limiting austenite grain growth. Normalizing rolling is preferred here because the hot rolling forces are comparatively low and the precipitation of deformation-induced, relatively coarse precipitations is avoided. The precipitation potential for reducing the former austenite grain size can thus be maximized in later austenitization stages of tempering and hot forming. This has a positive effect on toughness.
Um das Ausscheidungspotenzial von Al und Nb im nach dem Warmwalzen erhaltenen Warmband für spätere Prozessschritte zu bewahren, ist es erforderlich, im Arbeitsschritt e) das Warmband nach dem Warmwalzen im Temperaturbereich von 800 °C bis 650 °C mit einer Abkühlrate von mehr als 20 °C/s auf die Haspeltemperatur abzukühlen. Die konkret erzielte Haspeltemperatur wird durch die Kühlung in der Kühlstrecke bestimmt. Sie liegt erfindungsgemäß deutlich unterhalb der A1-Temperatur des Stahls, aus dem das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt erzeugt ist, um eine verhältnismäßig grobe Perlitausscheidung im Warmband zu vermeiden. Die Temperatur "A1" ist im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm die Temperatur, bei der von hohen Temperaturen kommend Austenit zu Perlit zerfällt. Im reinen Zweistoffsystem Eisen-Kohlenstoff liegt A1 bei 723 °C, wobei diese Umwandlung bei Kohlenstoffgehalten > 0,02 Masse-% stattfindet, was bei den erfindungsgemäßen Stahlkonzepten der Fall ist. Die A1-Temperatur liegt nach empirischen Formeln, die den Einfluss der Legierungselemente auf A1 wiedergeben (s. beispielsweise
Durch die erfindungsgemäße schnelle Abkühlung des erhaltenen Warmbands im Temperaturbereich von 800 - 650 °C wird somit erreicht, dass die Ausscheidungsbildung von Nb und Al unterdrückt wird. Dies kann insbesondere dadurch gewährleistet werden, dass die Abkühlrate mindestens 20 °C/s beträgt. Zu beachten ist dabei, dass es während der Abkühlung nach dem Warmwalzen aufgrund der Phasenumwandlung zu einer Wiedererwärmung um bis zu 30 °C kommen kann. In der Praxis kann das Band für die erfindungsgemäß gesteuerte Abkühlung im Anschluss an die Warmwalzstraße, in der das Warmwalzen erfolgt, mit Wasser abgespritzt werden. Hierzu eignen sich insbesondere im Stand der Technik bekannte Kühlstrecken, bei denen Laminar- und Sprühkühlungseinrichtungen miteinander kombiniert sind. Diese sollten in der Lage sein, speziell im Temperaturbereich von 800 - 650 °C Abkühlraten von bevorzugt mehr als 20 °C/s, insbesondere mindestens 50 °C/s, und maximal 200 °C/s zu erreichen.The rapid cooling of the hot strip obtained in accordance with the invention in the temperature range of 800 - 650 °C thus suppresses the precipitation of Nb and Al. This can be ensured in particular by ensuring that the cooling rate is at least 20 °C/s. It should be noted that during cooling after hot rolling, reheating of up to 30 °C can occur due to the phase transformation. In practice, the strip can be sprayed with water for the cooling controlled according to the invention after the hot rolling mill in which the hot rolling takes place. Cooling sections known in the prior art are particularly suitable for this, in which laminar and spray cooling devices are combined with one another. These should be able to achieve cooling rates of preferably more than 20 °C/s, in particular at least 50 °C/s, and a maximum of 200 °C/s, especially in the temperature range of 800 - 650 °C.
Die Haspeltemperatur, auf die das Warmband nach dem Warmwalzen abgekühlt wird und bei der das Warmband im Arbeitsschritt f) zu einem Coil gehaspelt wird, beträgt 450 - 720 °C. Die Obergrenze von 720 °C ist vorteilhaft, um bei C-Gehalten ≥ 0,4 % eine ausreichend niedrige Zugfestigkeit für eine nachfolgende Kaltverformung einstellen zu können. Besonders bevorzugt ist die Haspeltemperatur niedriger als 650 °C, um die Ausscheidungsbildung von Nb und Al weiter zu unterdrücken und einen möglichst feinverteilten C-Auflösungszustand zu erreichen. Dabei erweist sich eine obere Haspeltemperatur von 650 °C als besonders vorteilhaft, weil dann eine grobstrukturierte Perlitbildung weitgehend vermieden werden kann. Bei Haspeltemperaturen von weniger als 450 °C würde eine deutliche Festigkeitsbildung im Warmband entstehen, für die eine nachfolgende Kaltumformung oder Kaltwalzung eine deutliche Steigerung der Verformungskräfte darstellt und daher vermieden wird. Die Abkühlung des Warmbands auf Raumtemperatur erfolgt dann in konventioneller Weise im Coil.The coiling temperature to which the hot strip is cooled after hot rolling and at which the hot strip is coiled into a coil in step f) is 450 - 720 °C. The upper limit of 720 °C is advantageous, in order to be able to set a sufficiently low tensile strength for subsequent cold forming at C contents ≥ 0.4%. The coiling temperature is particularly preferably lower than 650 °C in order to further suppress the precipitation of Nb and Al and to achieve a C dissolution state that is as finely distributed as possible. An upper coiling temperature of 650 °C proves to be particularly advantageous because coarse-structured pearlite formation can then be largely avoided. At coiling temperatures of less than 450 °C, a significant increase in strength would occur in the hot strip, for which subsequent cold forming or cold rolling would represent a significant increase in the deformation forces and is therefore avoided. The hot strip is then cooled to room temperature in the coil in the conventional manner.
Das nach dem Haspeln erfindungsgemäß erhaltene, als Warmband vorliegende Stahlflachprodukt weist typischerweise eine Zugfestigkeit von weniger als 700 MPa auf. Erst durch die nachfolgend durchgeführte Vergütungsbehandlung oder durch die bei einem Warmumformen absolvierte Prozessierung werden das erfindungsgemäße, weitgehend vollmartensitische Gefüge und damit einhergehend die optimierten mechanischen Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Bauteils erreicht.The flat steel product obtained according to the invention after coiling, in the form of a hot strip, typically has a tensile strength of less than 700 MPa. Only through the subsequent tempering treatment or through the processing carried out during hot forming are the largely fully martensitic structure according to the invention and, with it, the optimized mechanical properties of a component according to the invention achieved.
Nach dem Haspeln kann im Arbeitsschritt g), der nur optional durchgeführt wird, wenn hierzu ein Bedarf besteht, das Warmband für die Weiterverarbeitung einem Beizen unterzogen werden, um auf ihm haftenden Zunder zu entfernen. Ein derartiger Verarbeitungsschritt ist vorteilhaft, wenn das Warmband in einem Kaltumformwerkzeug umgeformt wird und durch Abrieb des Zunders eine Verschmutzung oder Beschädigung des Werkzeuges vermieden werden kann. An das Beizen werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Es kann in jeder für diese Zwecke bekannten Weise erfolgen.After coiling, in step g), which is only carried out optionally if there is a need for it, the hot strip can be subjected to pickling for further processing in order to remove any scale adhering to it. Such a processing step is advantageous if the hot strip is formed in a cold forming tool and contamination or damage to the tool can be avoided by abrasion of the scale. There are no special requirements for pickling. It can be carried out in any way known for this purpose.
Das erhaltene Warmband besteht in der Mikrostruktur aus Perlit mit geringen Anteilen an Ferrit (< 5 %). Der Ferrit kann dabei zeilig bis netzwerkartig ausgebildet sein.The resulting hot strip has a microstructure consisting of pearlite with small amounts of ferrite (< 5%). The ferrite can be in a linear or network-like form.
Ebenso optional kann das Warmband im Arbeitsschritt h) einem Haubenglühen unterzogen werden, um die Festigkeit des Stahles für eine nachfolgende Kaltumformung zu reduzieren. Die beim Haubenglühen eingestellten Kerntemperaturen des gehaspelten Stahlflachprodukts betragen 500 - 720 °C. Eine Kerntemperatur von mindestens 500 °C ist erforderlich, damit eine ausreichende Festigkeitsreduzierung eintreten kann. Glühtemperaturen von mehr als 720 °C würden allerdings dazu führen, dass eine Bildung neuen Perlits durch Überschreiten der A1-Temperatur in allen Stellen des Coils beim Haubenglühen sicher vermieden werden kann. Dabei ist eine Hauben-Glühdauer auf Kerntemperaturniveau von mindestens 5 h erforderlich, um ebenfalls das Festigkeitsniveau signifikant, d.h. < 700 MPa Zugfestigkeit abzusenken. Länger als 50 h sollte jedoch die Haubenglühung nicht andauern, da dann die Einformung und Koagulation des Perlits durch die anhaltenden Diffusionsprozesse zu groben Perlitpartikeln führen. Optimalerweise werden die Glühbedingungen beim Haubenglühen so gewählt, dass lediglich eine Teileinformung des Zementits mit einem Einformungsgrad ≤ 85 % stattfindet. In der Praxis kann das optional vorgesehene, erfindungsgemäße Haubenglühen bei Kerntemperaturen von max. 720 °C unter einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden. Die Schutzgasatmosphäre kann dabei als reine Wasserstoffatmosphäre (H2) oder aus einem Gemisch aus N2 und bis zu 12 Vol.-% H2 ("HNX") bestehen. Typisch sind hier Gemische von 95 % N2 und 5 % H2. Durch die HNX-Glühe entstehen längere Gesamtglühzeiten bis 50 h, da der Wärmeübergang langsamer erfolgt als bei reiner H2-Atmosphäre. Die Kerntemperatur der Haubenglühung soll unter 720 °C liegen, insbesondere um 680 °C betragen, jedenfalls aber unterhalb der A1-Temperatur des Stahls liegen, aus dem das Stahlflachprodukt gefertigt ist. Diese Beschränkung verhindert, dass während des Glühprozesses neuer Perlit gebildet wird. Stattdessen werden aus dem zu Beginn der Glühung vorliegenden Warmbandgefüge insbesondere durch Kohlenstoffdiffusion und Kohlenstoffumverteilung Zementitpartikel (Karbidpartikel) teilweise eingeformt. Gleichzeitig kann es zu einer Vergröberung des Gefüges in Folge von Koagulation kommen. Im Zuge des erfindungsgemäß optional absolvierten Haubenglühprozesses bildet sich somit Zementit in teilweise eingeformter, globulithischer Form, der weitgehend homogen und regellos verteilt in einer ferritischen Matrix vorhanden ist, wobei der Einformungsgrad erfindungsgemäß ≤ 85 % beträgt. Die Beschränkung der Haubenglühtemperatur und Haltezeit dient hierbei dazu, den Einformungsgrad zu limitieren. Ein begrenzter Einformungsgrad reduziert die Zeit zur vollständigen C-Auflösung bei der Austenitisierung. Das Gefüge im Zustand Warmband-Haubengeglüht besteht somit überwiegend aus teilweise eingeformtem Zementit, Perlit in einem Anteil von bis zu 90 % und einem Anteil von nicht polygonalem Ferrit von bis zu 10 %.The hot strip can also optionally be subjected to a bell annealing process in step h) in order to reduce the strength of the steel for subsequent cold forming. The core temperatures of the coiled steel flat product set during bell annealing are 500 - 720 °C. A core temperature of at least 500 °C is required so that a sufficient reduction in strength can occur. Annealing temperatures of more than 720 °C would, however, mean that the formation of new pearlite by exceeding the A1 temperature in all parts of the coil can be safely avoided during bell annealing. A bell annealing time at core temperature level of at least 5 h is required in order to also significantly reduce the strength level, i.e. < 700 MPa tensile strength. However, bell annealing should not last longer than 50 h, as the deformation and coagulation of the pearlite through the ongoing diffusion processes would then lead to coarse pearlite particles. Ideally, the annealing conditions for bell annealing are selected so that only partial deformation of the cementite takes place with a degree of deformation ≤ 85%. In practice, the optional bell annealing according to the invention can be carried out at core temperatures of max. 720 °C under a protective gas atmosphere. The protective gas atmosphere can consist of a pure hydrogen atmosphere (H2) or a mixture of N2 and up to 12 vol.% H2 ("HNX"). Mixtures of 95% N2 and 5% H2 are typical here. HNX annealing results in longer total annealing times of up to 50 hours, since the heat transfer is slower than with a pure H2 atmosphere. The core temperature of the bell annealing should be below 720 °C, in particular around 680 °C, but in any case below the A1 temperature of the steel from which the flat steel product is made. This restriction prevents new pearlite from being formed during the annealing process. Instead, cementite particles (carbide particles) are partially formed from the hot strip structure present at the beginning of annealing, in particular through carbon diffusion and carbon redistribution. At the same time, the structure can become coarser as a result of coagulation. In the course of the bell annealing process, which is optionally carried out according to the invention, cementite is thus formed in a partially formed, globulitic form, which is largely homogeneous and randomly distributed in a ferritic matrix, with the degree of formation being ≤ 85% according to the invention. The restriction of the bell annealing temperature and holding time serves to limit the degree of formation. A limited degree of formation reduces the time for complete C dissolution during austenitization. The structure in the hot strip bell annealed state therefore consists predominantly of partially formed cementite, pearlite in a proportion of up to 90% and a proportion of non-polygonal ferrite of up to 10%.
Soll aus dem in der voranstehend erläuterten Weise erzeugten Warmband ein kaltgewalztes Stahlflachprodukt erzeugt werden, so können hierzu im Anschluss an die Arbeitsschritte a) - h), von denen die Arbeitsschritte g) und h) jeweils nur bedarfsweise, d.h. optional, durchgeführt werden, folgende weitere Arbeitsschritte durchgeführt werden:
- i) Kaltwalzen des Warmbands zu einem Kaltband mit einer Dicke von 0,5 - 3 mm in einem oder mehreren Kaltwalzschritten;
- j) Rekristallisierendes Glühen des Kaltbandes, welches in einer Haubenglühe oder in einer Durchlaufglühe stattfinden kann. Erfolgt das Glühen in einer Haubenglühe, dann kann dies nach den oben zu Arbeitsschritt h) bereits angegebenen Bedingungen durchgeführt werden. Soll das Glühen in einer Durchlaufglüheinrichtung absolviert werden, so sind hier keine besonderen Anforderungen an die Glühparameter zu stellen. Demnach kann die Erwärmung bei Geschwindigkeiten bis 30 °C/s bis Erreichen der Glühtemperatur erfolgen, die im Bereich Ac1 bis Ac3 + 30°C liegen kann. Die Abkühlrate auf Raumtemperatur kann über Gasjet- oder Rollenkühlungen erfolgen und bei bis zu 20 °C/s liegen. In die Durchlaufglühung kann eine Schmelztauchveredelung nach dem eigentlichen Glühen integriert sein. Ergänzend kann eine Beschichtung in einer elektrolytischen Beschichtungsanlage aufgebracht werden,
- i) cold rolling of the hot strip to a cold strip with a thickness of 0.5 - 3 mm in one or more cold rolling steps;
- j) Recrystallizing annealing of the cold strip, which can take place in a bell annealer or in a continuous annealer. If the annealing takes place in a bell annealer, this can be carried out according to the conditions already specified above for step h). If the annealing is to be carried out in a continuous annealing facility, no special requirements are to be made for the annealing parameters. Accordingly, heating can take place at speeds of up to 30 °C/s until the annealing temperature is reached, which can be in the range Ac1 to Ac3 + 30°C. The cooling rate to Room temperature can be achieved via gas jet or roller cooling and can be up to 20 °C/s. A hot-dip coating can be integrated into the continuous annealing process after the actual annealing. In addition, a coating can be applied in an electrolytic coating system,
Die Erzeugung des Kaltbands kann in üblicher Weise durch einen Dressierstich mit üblichen Verformungsgraden von üblichen 0,5 - 1,5 % abgeschlossen werden, wobei auch hier keine besonderen Anforderungen gestellt werden.The production of the cold strip can be completed in the usual way by a skin pass with usual degrees of deformation of 0.5 - 1.5%, whereby no special requirements are imposed here either.
Um aus erfindungsgemäß erzeugtem Warmband oder Kaltband erfindungsgemäße Bauteile zu formen, die eine optimierte Kombination aus hoher Festigkeit und Zähigkeit besitzen, stehen zwei alternative Wege zur Verfügung. Gemäß der ersten Alternative wird eine aus dem jeweiligen Warm- oder Kaltband abgeteilte Platine nach Maßgabe der Arbeitsschritte I.1 - I.3 des erfindungsgemäßen Verfahrens erwärmt und pressgehärtet, wogegen gemäß der zweiten Alternative die Platine nach Maßgabe der Arbeitsschritte m.1 - m.3 des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst kaltverformt und dann vergütet wird.There are two alternative ways of forming components according to the invention from hot or cold strip produced according to the invention, which have an optimized combination of high strength and toughness. According to the first alternative, a blank cut from the respective hot or cold strip is heated and press-hardened in accordance with work steps I.1 - I.3 of the method according to the invention, whereas according to the second alternative, the blank is first cold-formed and then tempered in accordance with work steps m.1 - m.3 of the method according to the invention.
Für die Vergütung/Warmumformung von aus erfindungsgemäßen Stahlflachprodukten durch eine Kaltformgebung geformten Bauteilen oder für das Warmumformen zu Bauteilen wird somit das jeweilige Bauteil (Vergüten) oder Stahlflachprodukt (Warmumformen oder Presshärten) zunächst auf eine geeignet hohe Austenitisierungstemperatur durcherwärmt ("Austenitisieren"). Dies kann in der Praxis beispielsweise in an sich bekannter Weise zunächst in einem Ofen erfolgen, in dem das jeweilige Stahlflachprodukt (Arbeitsschritt 1.1) der ersten Alternative) oder das Bauteil (Arbeitsschritt m.2) der zweiten Alternative) über eine ausreichende Gesamtzeit insbesondere (einschließlich der Aufheizzeit)auf die jeweilige Austenitisierungstemperatur durcherwärmt wird.For the tempering/hot forming of components formed from flat steel products according to the invention by cold forming or for hot forming into components, the respective component (tempering) or flat steel product (hot forming or press hardening) is first heated to a suitably high austenitizing temperature ("austenitizing"). In practice, this can be done, for example, in a manner known per se, first in a furnace in which the respective flat steel product (work step 1.1) of the first alternative) or the component (work step m.2) of the second alternative) is heated to the respective austenitizing temperature over a sufficient total time, in particular (including the heating time).
Bei der ersten Alternative wird im Schritt I.1 die Platine und bei der zweiten Alternative im Arbeitsschritt m.2 das Bauteil auf eine Austenitisierungstemperatur durcherwärmt, die jeweils um höchstens 100 °C unterhalb der Ac3-Temperatur des Stahls, aus dem das Warm- oder Kaltband erzeugt ist, aus dem die Platine oder das Bauteil besteht, (Austenitisierungstemperatur ≥ (Ac3 - 100°C)) liegt. Austenitisierungstemperaturen, die um höchstens 75 °C geringer sind als die Ac3-Temperatur (Austenitisierungstemperatur ≥ (Ac3 - 75 °C)), insbesondere um höchstens 50 °C geringer sind als die Ac3-Temperatur des Stahls des warm- oder kaltgewalzten Blechs, aus dem die Platine oder das Bauteil besteht, (Austenitisierungstemperatur ≥ (Ac3 - 50 °C)), führen dabei in der Praxis besonders betriebssicher zum gewünschten Ergebnis. Besonders geeignet sind dabei Austenitisierungstemperaturen, die mindestens gleich der Ac3-Temperatur des Stahls sind, aus dem die jeweilige Platine oder das jeweilige Bauteil besteht. Nach oben ist die Austenitisierungstemperatur auf höchstens 950 °C begrenzt. Die in den Arbeitsschritten I.1 und m.2 jeweils eingehaltene Austenitisierungstemperatur liegt dementsprechend in einem Bereich, der von (Ac3 - 100 °C) bis 950 °C, insbesondere (Ac3 - 75 °C) bis 950 °C oder, besonders vorteilhafterweise, von (Ac3 - 100 °C) bis 950 °C reicht, wobei Austenitisierungstemperaturen von Ac3 - 950 °C besonders praxisgerecht sind.In the first alternative, the blank is heated in step I.1 and in the second alternative, the component is heated in step m.2 to an austenitizing temperature that is no more than 100 °C below the Ac3 temperature of the steel from which the hot or cold strip is produced and from which the blank or component is made (austenitizing temperature ≥ (Ac3 - 100 °C)). Austenitizing temperatures that are no more than 75 °C lower than the Ac3 temperature (austenitizing temperature ≥ (Ac3 - 75 °C)), in particular no more than 50 °C lower than the Ac3 temperature of the steel of the hot- or cold-rolled sheet from which the blank or component is made (austenitizing temperature ≥ (Ac3 - 50 °C)), lead in practice to the desired result in a particularly reliable manner. Austenitizing temperatures that are at least equal to the Ac3 temperature of the steel from which the respective blank or component is made are particularly suitable. The austenitizing temperature is limited to a maximum of 950 °C. The austenitizing temperature maintained in work steps I.1 and m.2 is accordingly in a range from (Ac3 - 100 °C) to 950 °C, in particular (Ac3 - 75 °C) to 950 °C or, particularly advantageously, from (Ac3 - 100 °C) to 950 °C, with austenitizing temperatures of Ac3 - 950 °C being particularly practical.
Für die Durcherwärmung der Platine oder des Bauteils wird eine Gesamtzeit von typischerweise 1 Sekunde bis 20 min benötigt, wobei in der Praxis Gesamtzeiten von mindestens 10 Sekunden, insbesondere mindestens 1 min, geeignet sind, um betriebssicher die Durcherwärmung zu erreichen. Die Gesamtzeit der Erwärmung umfasst dabei jeweils die zum Aufheizen auf die Austenitisierungstemperatur benötigte Zeit.A total time of typically 1 second to 20 minutes is required for heating the board or component, although in practice total times of at least 10 seconds, in particular at least 1 minute, are suitable to achieve reliable heating. The total heating time includes the time required to heat up to the austenitizing temperature.
So eignen sich für die Erwärmung von Platinen im Arbeitsschritt I.1 insbesondere Gesamtzeiten (einschließlich Aufheizzeit) von 1 - 20 min.For heating circuit boards in step I.1, total times (including heating time) of 1 - 20 minutes are particularly suitable.
Im Fall der Vergütung eines Bauteils (Arbeitsschritte m.2 und m.3 der zweiten Alternative) werden für eine stückweise Durcherwärmung des Bauteils auf die Austenitisierungstemperatur typischerweise Gesamtzeiten von 1 - 20 min oder 2 - 10 min, insbesondere 5 - 10 min, vorgesehen.In the case of tempering a component (work steps m.2 and m.3 of the second alternative), the component is heated piece by piece to the Austenitizing temperature typically provides total times of 1 - 20 min or 2 - 10 min, in particular 5 - 10 min.
Für eine schnellere Durcherwärmung des Bauteils können im Markt verfügbare induktiv arbeitende Durchlauferwärmungseinrichtungen eingesetzt werden. Diese Einrichtungen werden von dem jeweils zu erwärmenden Bauteil im Durchlauf passiert, so dass innerhalb kurzer Zeit eine Durcherwärmung desjenigen Bauteilabschnitts erfolgt, der sich jeweils im Wirkbereich eines durch die Erwärmungseinrichtung induzierten elektromagnetischen Feldes befindet. Auf diese Weise wird das Bauteil sukzessive über seine Länge auf Austenitisierungstemperatur erwärmt. Besonders geeignet sind derartige Durchlauferwärmungseinrichtungen für die Durchlauferwärmung von Bauteilen, wie Rohren oder Profilen, von denen eine hohe Maßhaltigkeit gefordert wird.Inductive continuous flow heating devices available on the market can be used to heat the component more quickly. The component to be heated passes through these devices in a continuous flow, so that the section of the component that is in the effective range of an electromagnetic field induced by the heating device is heated within a short time. In this way, the component is gradually heated to the austenitizing temperature along its length. Continuous flow heating devices of this type are particularly suitable for the continuous heating of components such as pipes or profiles that require a high degree of dimensional accuracy.
Im Fall des Warmumformens gemäß der ersten Alternative wird das jeweilige Stahlflachprodukt nach dem Austenitisieren innerhalb von einer Transferzeit von 1 - 20 Sekunden in eine zu einer für diese Zwecke aus dem Stand der Technik bekannte Warmumform-Einrichtung eingelegt, in der es dann in ebenso bekannter Weise zu einem Bauteil pressgehärtet wird, wobei die mittlere Abkühlrate auf Raumtemperatur 30 - 120 °C/s beträgt.In the case of hot forming according to the first alternative, the respective flat steel product is placed after austenitizing within a transfer time of 1 - 20 seconds into a hot forming device known for this purpose from the state of the art, in which it is then press-hardened into a component in an equally known manner, the average cooling rate to room temperature being 30 - 120 °C/s.
Im Fall der Vergütung gemäß der zweiten Alternative wird das auf die Austenitisierungstemperatur durcherwärmte Bauteil nach dem Austenitisieren ebenfalls mit einer mittleren Abkühlrate von 30 - 120 °C/s auf Raumtemperatur abgeschreckt. Hierzu kann das Bauteil in an sich bekannter Weise in ein geeignetes Abschreckmedium getaucht werden oder mittels ebenso bekannter Einrichtungen, wie Düsen- oder Strahleinrichtungen, mit dem Abschreckmedium beaufschlagt werden. Wird für die Durcherwärmung des Bauteils eine insbesondere induktiv arbeitende Durchlauferwärmungseinrichtung der voranstehend erläuterten Art eingesetzt, so kann der jeweils auf Austenitisierungstemperatur erwärmte Abschnitt der Platine bei Austritt aus der betreffenden Erwärmungseinrichtung mittels einer geeigneten Abschreckeinrichtung ebenfalls im Durchlauf abgekühlt werden.In the case of tempering according to the second alternative, the component heated to the austenitizing temperature is also quenched to room temperature after austenitizing at an average cooling rate of 30 - 120 °C/s. For this purpose, the component can be immersed in a suitable quenching medium in a manner known per se or can be exposed to the quenching medium using equally known devices such as nozzles or jet devices. If a continuous heating device of the type described above, particularly an inductive one, is used to heat the component, the section of the component heated to the austenitizing temperature can be The blank must also be cooled in the process by means of a suitable quenching device as it exits the heating device in question.
Die Abschreckung erfolgt dabei jeweils innerhalb von 1 - 20 Sekunden nach der Entnahme aus der zur Erwärmung auf die Austenitisierungstemperatur verwendeten Einrichtung (Vergütung) oder durch Kontakt mit dem Werkzeug zum Ende des Presshärteprozesses (Warmumformen). In der Praxis kann für die Abschreckung beim Vergüten ein Ölbad eingesetzt werden, in dem das jeweilige Bauteil innerhalb von 1 - 30 Sekunden unter Bewegung auf Raumtemperatur abgeschreckt wird. Typische Transferzeiten zwischen dem Ofen, in dem die Erwärmung auf die Austenitisierungstemperatur erfolgt, und dem Ölbad betragen dabei 1 - 20 Sekunden.Quenching takes place within 1 - 20 seconds after removal from the device used to heat to the austenitizing temperature (quenching and tempering) or through contact with the tool at the end of the press hardening process (hot forming). In practice, an oil bath can be used for quenching during tempering, in which the respective component is quenched to room temperature within 1 - 30 seconds while moving. Typical transfer times between the furnace in which heating to the austenitizing temperature takes place and the oil bath are 1 - 20 seconds.
Aufgrund ihres besonderen Eigenschaftsprofils eignen sich in erfindungsgemäßer Weise prozessierte Stahlflachprodukte besonders zur Herstellung von hoch belasteten Bauteilen für Karosserien von Fahrzeugen, insbesondere für Träger, Strukturteile, Rahmen, Stoßfänger, Batteriekästen und desgleichen. Insbesondere handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Bauteilen um rohrförmige Bauteile, bei deren Herstellung Zuschnitte von erfindungsgemäß erzeugtem Warm- oder Kaltband zu einem Rohrkörper geformt und anschließend längsnahtverschweißt werden.Due to their special property profile, flat steel products processed in accordance with the invention are particularly suitable for the production of highly stressed components for vehicle bodies, in particular for supports, structural parts, frames, bumpers, battery boxes and the like. In particular, the components according to the invention are tubular components, in the production of which blanks of hot or cold strip produced according to the invention are formed into a tubular body and then welded longitudinally.
Das Gefüge der hier in Rede stehenden Stahlflachprodukte und daraus hergestellter erfindungsgemäßer Bauteile ist wie folgt untersucht worden:
Die Anteile von harten oxidischen und nitridischen Partikeln am Mikrogefüge eines Stahlflachprodukts sind in Flächen-ppm angegeben, soweit nichts anderes vermerkt ist. Die genaue Vorgehensweise zur Ermittlung wird im Folgenden beschrieben. Nach ASTM E2142 von 2008 kann der Flächenanteil an Einschlüssen dem Volumenanteil gleichgesetzt werden. Ebenso beziehen sich die im vorliegenden Text angegebenen Phasenanteile des Gefüges auf die ausgewertete Schlifffläche und werden demzufolge in Flächen-% angegeben.The structure of the flat steel products in question here and the components according to the invention made from them was investigated as follows:
The proportions of hard oxide and nitride particles in the microstructure of a flat steel product are given in area ppm, unless otherwise stated. The exact procedure for determining them is described below. According to ASTM E2142 from 2008, the area proportion of inclusions can be equated to the volume proportion. Likewise, the phase proportions of the structure given in this text refer to the evaluated ground surface and are therefore given in area %.
Die Untersuchung der Einschlüsse erfolgte an Längsschliffen über Banddicke durch Einsatz eines Rasterelektronenmikroskops (Scanning Electron Microscope "SEM") der Firma Zeiss (Modell GeminiSEM 500), ausgerüstet mit dem EDX-System "Oxford Xmax" des Herstellers "Oxford instr." zur energiedispersiven Elementanalyse. Die Datenauswertung erfolgte dabei mit der Software "Aztec 3.3 SPI, Feature Analysis" von "Oxford instr." Es wurden dabei Einschlüsse ab einer Größe von ca. 0,2 µm erfasst. Die Ermittlung der in den Ausscheidungen enthaltenen Elementgehalte erfolgte anhand von Kalibrierproben. Die Klassierung der Einschlüsse erfolgte an Hand der Stöchiometrie der bekannten Ausscheidungen, wobei eine Einteilung in Oxide, Sulfide und TiN erfolgte. Es wurde eine Quantifizierung und Normierung der gemessenen Elemente ohne Fe, C und Ag durchgeführt. Die erfassten Elemente wurden in Oxide (ohne S, P, Cl, F) umgerechnet und auf 100 % normiert. Zusätzlich erfolgte eine Berechnung des Teilsystems <Al2O3-SiO2-CaO> und Normierung auf 100 %. Anschließend wurden computerunterstützt aus den so erhaltenen Rohdaten Klassierungstabellen der analysierten Einschlüsse erstellt. Einschlüsse, die nicht eindeutig klassiert werden können, wurden gesondert aufgelistet. Diese Einschlüsse wurden einzeln überprüft. Die Teilchengröße wurde unabhängig von der Partikelform als kreisäquivalenter Durchmesser idealisiert.The inclusions were examined on longitudinal sections across the strip thickness using a scanning electron microscope (SEM) from Zeiss (model GeminiSEM 500), equipped with the EDX system "Oxford Xmax" from the manufacturer "Oxford instr." for energy-dispersive element analysis. The data was evaluated using the software "Aztec 3.3 SPI, Feature Analysis" from "Oxford instr." Inclusions with a size of approx. 0.2 µm or larger were recorded. The element content in the precipitates was determined using calibration samples. The inclusions were classified based on the stoichiometry of the known precipitates, with a division into oxides, sulfides and TiN. The measured elements were quantified and standardized without Fe, C and Ag. The recorded elements were converted into oxides (without S, P, Cl, F) and normalized to 100%. In addition, the subsystem <Al 2 O 3 -SiO 2 -CaO> was calculated and normalized to 100%. Computer-aided classification tables of the analyzed inclusions were then created from the raw data obtained in this way. Inclusions that could not be clearly classified were listed separately. These inclusions were checked individually. The particle size was idealized as a circle-equivalent diameter, regardless of the particle shape.
Die Homogenität der Gefügestruktur des ehemaligen Austenits und der Verteilung der in ihm enthaltenen Bestandteile wurde mittels Elektronenrückstreubeugungsuntersuchungen ("EBSD", "Electron Backscatter Diffraction") im vollmartensitischen Zustand nach Vergüten oder Presshärten an Längsschliffen über Banddicke vorgenommen. Die Proben wurden hierzu mit dem Poliermittel "OP-S Suspension" des Herstellers "Struers" poliert. Hierfür wurde jeweils ein Messfeld mit den Abmessungen 140 µm x 140 µm in unterschiedlichen Lagen über Banddicke positioniert und mit einer Schrittweite von 0,15 µm abgerastert. Es wurden zusätzlich mehrere Lagen über Banddicke untersucht (1/6, 1/3, 1/2), um eine Aussage über die Homogenität der Gefügestruktur zu erhalten. Die bei den EBSD-Untersuchungen am martensitischen Gefüge gewonnenen Daten wurden anschließend benutzt, um das austenitische Ausgangsgefüge mit Hilfe der Software "ARPGE 2.0, Reconstruction of Parent Grains from EBSD Data" (beschrieben in
Die über die Einschlussstruktur hinausgehende quantitative Abschätzung der Gefügeanteile Ferrit, Perlit, Zementit, Bainit und Martensit erfolgte lichtmikroskopisch an Hand von Längsschliffen in der 1/3-Zone in Banddickenrichtung bei 500 - 1000-facher Vergrößerung.The quantitative estimation of the microstructure components ferrite, pearlite, cementite, bainite and martensite, which goes beyond the inclusion structure, was carried out using light microscopy on the basis of longitudinal sections in the 1/3 zone in the strip thickness direction at 500 - 1000 times magnification.
Die im vorliegenden Text erwähnten mechanischen Kenngrößen von Stahlflachprodukten oder daraus erzeugten Bauteilen, sind die Zugversuchskennwerte (Zugfestigkeit, Streckgrenze, E-Modul, Gleichmaßdehnung und Bruchdehnung), die nach DIN EN ISO 6892-1 ermittelt wurden.The mechanical characteristics of flat steel products or components made from them mentioned in this text are the tensile test values (tensile strength, yield strength, modulus of elasticity, uniform elongation and elongation at break), which were determined according to DIN EN ISO 6892-1.
Als Maß für die Zähigkeit wurde die Brucheinschnürung, auch als "absolute Dehnung in Dickenrichtung" ε(epsilon)3 = (t0 - tf)/t0 bezeichnet, ausgedrückt in % verwendet (
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:
Zum Nachweis der Wirksamkeit der Erfindung sind drei erfindungsgemäße Stähle 1 - 3a erschmolzen worden, deren Zusammensetzungen in Tabelle 1 angegeben sind. Zum Vergleich wurden drei weitere Stähle 4 - 6 erschmolzen, die nicht erfindungsgemäß legiert waren und deren Zusammensetzungen ebenfalls in Tabelle 1 angegeben sind.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments:
To demonstrate the effectiveness of the invention, three steels 1 - 3a according to the invention were melted, the compositions of which are given in Table 1. For comparison, three further steels 4 - 6 were melted which were not alloyed according to the invention and the compositions of which are also given in Table 1.
Die Erzeugung von Stahlflachprodukten aus den Stählen 1 - 6 ist in konventioneller Weise in einem integrierten Stahlwerk durchgeführt worden, in dem die Prozesskette "Roheisen- und Rohstahlherstellung", "Stahlerzeugung" und die verschiedenen Stufen der Halbzeugfabrikation, wie "Vorwärmen" und "Warmwalzen" sowie optional "Beizen" und "Haubenglühen" für die Warmbandstufe, sowie "Beizen", "Kaltwalzen", "Durchlaufglühen" sowie jeweils optional "AISi-Beschichten" und "Dressieren" für die erfindungsgemäße Kaltbandstufe abgebildet werden. Dabei gelten die erfindungsgemäßen Maßgaben und Maßnahmen für die Erzeugung unbeschichteter Warm- oder Kaltbänder für Vergütungs- oder Warmumformprozesse, als auch für die Erzeugung eines AlSi-beschichteten, erfindungsgemäß legierten und kaltgewalzten Feinbleches für die Warmumformung.The production of flat steel products from steels 1 - 6 was carried out in a conventional manner in an integrated steelworks in which the process chain "pig iron and crude steel production", "steel production" and the various stages of semi-finished product manufacture, such as "preheating" and "hot rolling" and optionally "pickling" and "batch annealing" for the hot strip stage, as well as "pickling", "cold rolling", "continuous annealing" and optionally "AISi coating" and "skin passing" for the cold strip stage according to the invention are represented. The inventive specifications and measures apply to the production of uncoated hot or cold strips for tempering or hot forming processes, as well as to the production of an AlSi-coated, alloyed and cold-rolled sheet for hot forming.
Die Stähle 1 - 6 sind jeweils erschmolzen und zu Brammen vergossen worden. Anschließend sind die Brammen auf eine Vorwärmtemperatur durcherwärmt und daraufhin zu einem Warmband warmgewalzt worden. Die beim Warmwalzen erhaltenen Warmbänder sind auf eine Haspeltemperatur abgekühlt worden, bei der sie zu einem Coil gehaspelt worden sind. Im Coil erfolgte dann die Abkühlung auf Raumtemperatur.Steels 1 - 6 were each melted and cast into slabs. The slabs were then heated to a preheating temperature and then hot rolled into a hot strip. The hot strips obtained during hot rolling were cooled to a coiling temperature at which they were coiled into a coil. The coil was then cooled to room temperature.
Das derart als ungebeiztes Warmband aus dem Stahl 2 erzeugte Stahlflachprodukt ist ohne weitere Behandlung für die Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt worden.The flat steel product thus produced as unpickled hot strip from steel 2 was made available for further processing without any further treatment.
Nach der Abkühlung im Coil sind die aus den Stählen 1 und 3 - 6 erzeugten Warmbänder einer Beizbehandlung unterzogen worden, um auf ihnen haftenden Zunder zu entfernen.After cooling in the coil, the hot strips produced from steels 1 and 3 - 6 were subjected to a pickling treatment in order to remove any scale adhering to them.
Die aus den Stählen 1 und 4 erzeugten Warmbänder sind daraufhin ohne zwischengeschaltete Glühung zu jeweils einem Kaltband kaltgewalzt worden. Die so erhaltenen Kaltbänder haben jeweils eine Durchlaufglühung durchlaufen, sind durch Schmelztauchbeschichten mit einem AISi-Überzug versehen worden und abschließend dressiergewalzt worden. Die als mit einem AlSi-Überzug versehene Kaltbänder vorliegenden Stahlflachprodukte sind für die Weiterverarbeitung zu Bauteilen bereitgestellt worden.The hot strips produced from steels 1 and 4 were then cold rolled into cold strips without intermediate annealing. The cold strips obtained in this way were each subjected to continuous annealing, given an AISi coating by hot dip coating and finally skin pass rolled. The flat steel products available as cold strips with an AlSi coating were made available for further processing into components.
Die aus den Stählen 3, 3a und 6 erzeugten Warmbänder sind einer Haubenglühung unterzogen und in diesem Zustand als Stahlflachprodukte für die Weiterverarbeitung bereitgestellt worden.The hot strips produced from steels 3, 3a and 6 were subjected to batch annealing and were made available in this condition as flat steel products for further processing.
Das aus dem Stahl 5 als Warmband erzeugte Stahlflachprodukt ist nach dem Beizen für die Weiterverarbeitung bereitgestellt worden.The flat steel product produced from steel 5 as hot-rolled strip was made available for further processing after pickling.
In Tabelle 1 sind die chemischen Zusammensetzungen der Stähle 1 - 6 aufgeführt. Die Gehalte an den herstellungsbedingt vorhandenen, jedoch den Verunreinigungen zuzurechnenden Elementen P, S und N sind hier angegeben, weil sie für die Qualität der erfindungsgemäß erzeugten Stähle von besonderer Bedeutung sind und insbesondere bei den erfindungsgemäßen Stählen 1 - 3a sichergestellt sein muss, dass die Gehalte an diesen Elementen den Maßgaben der Erfindung entsprechen.Table 1 lists the chemical compositions of steels 1 - 6. The contents of the metals present during production but not The elements P, S and N which are attributable to impurities are indicated here because they are of particular importance for the quality of the steels produced according to the invention and, in particular in the case of steels 1 - 3a according to the invention, it must be ensured that the contents of these elements correspond to the requirements of the invention.
Die Enddicke D der aus den Stählen 1 - 6 jeweils erzeugten Stahlflachprodukte ist in Tabelle 2 angegeben. Das heißt, dass für die aus den Stählen 1 und 4 erzeugten Stahlbänder die Dicke D im fertig kaltgewalzten und mit dem AISi-Überzug versehenen Zustand und bei den aus den Stählen 2, 3, 3a, 5 und 6 erzeugten warmgewalzten Stahlbändern die Dicke nach dem Haspeln (aus dem Stahl 2 erzeugtes Warmband) bzw. nach dem Entzundern (aus den Stählen 3, 3a, 5 und 6) erzeugte Warmbänder) angegeben ist.The final thickness D of the flat steel products produced from steels 1 - 6 is given in Table 2. This means that for the steel strips produced from steels 1 and 4, the thickness D is given in the finished cold-rolled state with the AISi coating, and for the hot-rolled steel strips produced from steels 2, 3, 3a, 5 and 6, the thickness is given after coiling (hot strip produced from steel 2) or after descaling (hot strip produced from steels 3, 3a, 5 and 6).
Ebenso sind in Tabelle 2 für die Stähle 1 - 6 das Ergebnis der Gleichung %Ti-48/14*%N, das Verhältnis %Ti/%N, der Gehalt %Nrest des nicht durch Ti abgebundenen Stickstoffs, das Ergebnis der Gleichung %Al-27/14*%Nrest, das Verhältnis %Al/%N und das Ergebnis der Gleichung (%Al / %N) * 14/27 angegeben, wobei mit %Ti der Ti-Gehalt, %N der N-Gehalt und mit %Al der Al-Gehalt des jeweiligen Stahls bezeichnet sind.Likewise, Table 2 shows for steels 1 - 6 the result of the equation %Ti-48/14*%N, the ratio %Ti/%N, the content %Nrest of the nitrogen not bound by Ti, the result of the equation %Al-27/14*%Nrest, the ratio %Al/%N and the result of the equation (%Al / %N) * 14/27, where %Ti is the Ti content, %N is the N content and %Al is the Al content of the respective steel.
Jeder der Stähle ist mit B legiert worden, wobei die B-Gehalte jeweils mindestens 0,001 Masse-% betrugen.Each of the steels was alloyed with B, with the B contents being at least 0.001 mass%.
Die erfindungsgemäßen Stähle 1 - 3a weisen jeweils Ti-Gehalte auf, die nicht oder allenfalls nur sehr knapp ausreichen, um den im jeweiligen Stahl vorhandenen N-Gehalt abzubinden. Das bei einer theoretisch vollständigen Abbindung des vorhandenen Stickstoffs durch Ti einzuhaltende stöchiometrische Verhältnis %Ti/%N beträgt 48/14 = 3,43. Beim erfindungsgemäßen Stahl 1 liegt das Verhältnis %Ti/%N deutlich unterhalb dieses Wertes. Ebenso liegt bei den erfindungsgemäßen Stählen 2, 3, 3a das Verhältnis %Ti/%N immer noch unterhalb des stöchiometrischen Verhältnisses von 3,43. Jedenfalls betrug bei den erfindungsgemäßen Stählen das Verhältnis %Ti/%N weniger als 4. Dagegen wiesen alle Vergleichsstähle 4 - 6 ein %Ti/%N-Verhältnis > 5 auf.The steels 1 - 3a according to the invention each have Ti contents that are not sufficient, or at best only just sufficient, to bind the N content present in the respective steel. The stoichiometric ratio %Ti/%N that must be maintained for theoretically complete binding of the nitrogen present by Ti is 48/14 = 3.43. In the case of the steel 1 according to the invention, the ratio %Ti/%N is significantly below this value. Likewise, in the case of the steels 2, 3, 3a according to the invention, the ratio %Ti/%N is still below the stoichiometric ratio. of 3.43. In any case, the %Ti/%N ratio of the steels according to the invention was less than 4. In contrast, all comparison steels 4 - 6 had a %Ti/%N ratio > 5.
Zur Kompensation der niedrigen Ti-Gehalte ist bei den erfindungsgemäßen Stählen 1 - 3a der Al-Gehalt angehoben worden, um durch die höheren Al-Gehalte, d.h. über einen höheren Ausscheidungsdruck, AIN-Ausscheidungen zu erzielen und eine BN-Bildung zu vermeiden. Die %Al/%N-Verhältnisse der erfindungsgemäßen Stähle 1 - 3 sind gegenüber den Vergleichsstählen 4 - 6 deutlich angehoben und betragen jeweils mehr als 15. Sie liegen damit auch deutlich über dem stöchiometrischen %Al/%N-Verhältnis, das 27/14 = 1,93 beträgt. Bei den Vergleichsvarianten 4 - 6 erreicht das %Al/%N-Verhältnis höchstens 12,3.To compensate for the low Ti contents, the Al content of the steels 1 - 3a according to the invention has been increased in order to achieve AlN precipitation through the higher Al contents, i.e. through a higher precipitation pressure, and to avoid BN formation. The %Al/%N ratios of the steels 1 - 3 according to the invention are significantly higher than those of the comparison steels 4 - 6 and are each more than 15. They are therefore also significantly above the stoichiometric %Al/%N ratio, which is 27/14 = 1.93. In the comparison variants 4 - 6, the %Al/%N ratio reaches a maximum of 12.3.
Die erfindungsgemäß zusammengesetzten Schmelzen sind in einer konventionellen Stranggießanlage zu Brammen vergossen worden, die nach einer über eine Liegezeit "LIZ" sich erstreckenden Durcherwärmung auf eine Vorwärmtemperatur "VWT" in einem ebenso konventionellen Warmbandwerk zunächst zu einem Vorband mit einer Dicke "VBD" vorgewalzt worden ist. Die mit einer Temperatur "VBT" das Vorwalzgerüst verlassenden Vorbänder sind dann in einem kontinuierlichen, konventionell durchgeführten Warmwalzprozess zu Warmbändern mit einer Warmbanddicke "WBD" fertig warmgewalzt worden. Die aus der Warmwalzanlage austretenden, fertig warmgewalzten Warmbänder sind auf eine weniger als 650 °C betragende Haspeltemperatur HT abgekühlt worden, wobei im Temperaturbereich von 800 - 650 °C eine Abkühlrate "ABK" von mindestens 50 °C/s eingestellt worden ist.The melts composed according to the invention were cast in a conventional continuous casting plant to form slabs which, after being heated to a preheating temperature "VWT" over a holding time "LIZ", were first pre-rolled in a conventional hot strip mill to form a pre-strip with a thickness "VBD". The pre-strips leaving the roughing stand at a temperature "VBT" were then hot-rolled in a continuous, conventional hot-rolling process to form hot strips with a hot strip thickness "WBD". The hot-rolled hot strips leaving the hot rolling mill were cooled to a coiling temperature HT of less than 650 °C, with a cooling rate "ABK" of at least 50 °C/s being set in the temperature range of 800 - 650 °C.
Die beispielhaft bei der Erzeugung und Weiterverarbeitung von aus den Stählen 1 - 6 bestehenden Brammen eingestellten Verfahrensparameter "Vorwärmtemperatur VWT", "Liegezeit LIZ", "Vorbandtemperatur VBT", "Vorbanddicke VBD", "Warmwalzendtemperatur WET", "Abkühlrate ABK", "Haspeltemperatur HT" und "Warmbanddicke WBD" sind in Tabelle 3 angegeben, zusätzlich die nach der oben angegebenen Formel berechnete Temperatur "Ar3".The exemplary process parameters set for the production and further processing of slabs made of steels 1 - 6, "preheating temperature VWT", "holding time LIZ", "pre-strip temperature VBT", "pre-strip thickness VBD", "hot rolling end temperature WET", "cooling rate ABK", "coiling temperature HT" and "hot strip thickness WBD" are shown in Table 3. plus the temperature "Ar3" calculated using the formula given above.
Die aus dem erfindungsgemäßen Stahl 1 und dem Vergleichsstahl 4 erzeugten Warmbänder wurden in Kaltwalzstraßen auf ihre Enddicke "D" gewalzt. Der über das Kaltwalzen erzielte Kaltwalzgrad ist hierbei keine entscheidende Größe. Er wird bestimmt alleine durch die gegebene Warmbanddicke und die jeweils geforderte Kaltbanddicke, so dass das Kaltwalzen gemäß der im Stand der Technik üblichen Vorgehensweise durchgeführt werden kann. Durch das Kaltwalzen erfährt das Band eine plastische Verformung, die werkstofftechnisch eine starke Verfestigung nach sich zieht und eine Reduzierung der weiteren Verformungsfähigkeit zur Folge hat. Deshalb wird nach dem Kaltwalzen in ebenfalls konventioneller Weise eine rekristallisierende Glühung durchgeführt, durch die das jeweilige Band entfestigt und wieder für eine Umformung zu einem Bauteil geeignet wird. Die Glühung kann im Fall, dass eine Schmelztauchbeschichtung erfolgen soll, wie beim Beispiel des aus dem Stahl 1 erzeugten Kaltbands, in ebenso bekannter Weise in den üblicherweise im Durchlaufprozess absolvierten Schmelztauchbeschichtungsprozess eingebunden werden. Alternativ kann auch eine Haubenglühung stattfinden. Ebenso kann statt der Schmelztauchbeschichtung eine elektrolytische Beschichtung durchgeführt werden.The hot strips produced from the steel 1 according to the invention and the comparative steel 4 were rolled to their final thickness "D" in cold rolling mills. The degree of cold rolling achieved by cold rolling is not a decisive factor here. It is determined solely by the given hot strip thickness and the respective required cold strip thickness, so that cold rolling can be carried out according to the usual procedure in the state of the art. Cold rolling causes the strip to undergo plastic deformation, which results in strong hardening in terms of the material and results in a reduction in further deformability. Therefore, after cold rolling, recrystallizing annealing is also carried out in a conventional manner, which softens the respective strip and makes it suitable for forming into a component again. In the event that hot-dip coating is to be carried out, as in the example of the cold strip produced from steel 1, the annealing can be integrated in a similarly known manner into the hot-dip coating process that is usually carried out in a continuous process. Alternatively, bell annealing can also be used. Likewise, electrolytic coating can be used instead of hot-dip coating.
Um das Verhalten der in der voranstehend erläuterten Weise aus den erfindungsgemäßen Stählen 1 - 3a und aus den Vergleichsstählen 4 - 6 gefertigten Stahlflachprodukten bei der Vergütung bzw. bei einem Warmumformprozess zu ermitteln, sind Proben der betreffenden Stahlflachprodukte einer Simulation eines üblichen Vergütungs- oder Warmumformprozesses unterworfen worden. Dabei sind die Proben jeweils auf eine Austenitisierungstemperatur "T_aust" erwärmt worden, die um einen Betrag von ca. 60 °C höher waren als die Ac3-Temperatur des jeweiligen Stahls 1 - 6. Die für das Aufheizen und Durcherwärmen bei der Austenitisierungstemperatur T_aust benötigte Austenitisierungszeit betrug 7-10 min. inklusive Aufheizzeit in einem Salzbadofen. Im Anschluss an die Austenitisierung sind die Proben in Öl mit einer mittleren Abkühlrate von 70 - 120 °C/s auf Raumtemperatur abgeschreckt worden. Diese Verfahrensparameter entsprechen den üblichen Bedingungen, die in der Praxis beim Vergüten von Bauteilen, die aus Stahlflachprodukten der aus den Stählen 1 - 6 erzeugten Art kaltgeformt worden sind, oder die beim Presshärten von derartigen Stahlflachprodukten zu Bauteilen vorherrschen. Die Parameter der Austenitisierung sind in Tabelle 4 aufgeführt.In order to determine the behavior of the flat steel products manufactured in the manner explained above from the steels 1 - 3a according to the invention and from the comparative steels 4 - 6 during tempering or during a hot forming process, samples of the flat steel products in question were subjected to a simulation of a conventional tempering or hot forming process. The samples were each heated to an austenitizing temperature "T_aust" which was approximately 60 °C higher than the Ac3 temperature of the respective steel 1 - 6. The austenitizing time required for heating and heating through at the austenitizing temperature T_aust was 7-10 min. including heating time in a salt bath furnace. Following austenitization, the samples were quenched in oil at an average cooling rate of 70 - 120 °C/s to room temperature. These process parameters correspond to the usual conditions that prevail in practice when hardening components that have been cold-formed from flat steel products of the type made from steels 1 - 6, or when press-hardening such flat steel products to form components. The austenitization parameters are listed in Table 4.
Nach dem Abschrecken folgte ein Anlassen der Proben bei 170 - 200 °C über eine Dauer von 20 min. Dieses Anlassen entspricht sowohl einer beim Vergüten typischerweise abschließend absolvierten Wärmebehandlung, als auch den Bedingungen, die bei einer kathodischen Tauchlackierung im automobiltypischen Lackierprozess herrschen. Für das Anlassen eines Bauteiles sind auch Temperaturen von 150 - 700 °C in Kombination mit Haltezeiten von 5 - 60 min in der industriellen Praxis gebräuchlich.After quenching, the samples were tempered at 170 - 200 °C for a period of 20 minutes. This tempering corresponds to both a heat treatment typically carried out at the end of tempering and the conditions that prevail during cathodic dip painting in the typical automotive painting process. Temperatures of 150 - 700 °C in combination with holding times of 5 - 60 minutes are also common in industrial practice for tempering a component.
Aus den in der eingangs erläuterten Weise ermittelten Einzelwerten der Brucheinschnürung ("absolute Dehnung in Dickenrichtung") ε(epsilon)3 wurde jeweils eine lineare Regressionsrechnung für ε(epsilon)3 als Funktion der Zugfestigkeit für das erfindungsgemäße Konzept und das Vergleichskonzept erstellt. Mit > 90 % Bestimmtheitsmaß ergaben sich damit statistisch signifikante Einflüsse. Als Zähigkeitsverbesserung wurde die Größe ΔBE = (s(epsilon)3_Erf. - ε(epsilon)3_Vergl.)/ s(epsilon)3_Erf. als Funktion der Zugfestigkeit beider Regressionsrechnungen definiert. Erf. bedeutet hierbei erfindungsgemäß, vergl. bezeichnet vergleichsgemäß. Diese Größe ist wie der jeweils ermittelte Wert ε(epsilon)3 der Brucheinschnürung als Wert ΔBE in Tabelle 4 aufgeführt.From the individual values of the reduction in area at fracture ("absolute elongation in the thickness direction") ε(epsilon)3 determined in the manner explained at the beginning, a linear regression calculation for ε(epsilon)3 as a function of the tensile strength was created for the inventive concept and the comparison concept. With a coefficient of determination of > 90%, statistically significant influences were thus obtained. The value ΔBE = (s(epsilon)3_Erf. - ε(epsilon)3_Vergl.)/ s(epsilon)3_Erf. was defined as a function of the tensile strength of both regression calculations as the improvement in toughness. Erf. here means inventive, vergl. means comparative. This value, like the value ε(epsilon)3 of the reduction in area at fracture determined in each case, is listed as the value ΔBE in Table 4.
Nach diesen abschließenden Wärmebehandlungsprozessen wurden an den aus den Stählen 1 - 6 in der voranstehend erläuterten Weise erzeugten Proben gemäß DIN EN ISO 6892-1 die mechanischen Zugversuchskennwerte "E-Modul", "Dehngrenze Rp0,2", "Zugfestigkeit Rm", "Gleichmaßdehnung Ag" und "Bruchdehnung A" ermittelt. Die Bruchdehnung A bezieht sich bei Kaltbanddicken ≤ 3 mm auf die Probenform 2 mit Querschnitten 20 Breite und einer Ausgangsmesslänge von 80 mm. Bei den Dicken > 3,0 mm wurde eine Ausgangsmesslänge von 50 - 65 mm (proportionale Zugproben) verwendet. Die Bestimmung erfolgte an jeweils drei Stellen der untersuchten Proben in Längsrichtung bei Raumtemperatur. Die aus den jeweils drei Messungen gemittelten Ergebnisse dieser Untersuchungen sind ebenfalls in Tabelle 4 zusammengefasst.After these final heat treatment processes, the samples produced from steels 1 - 6 in the manner described above were subjected to The mechanical tensile test parameters "E-modulus", "yield strength Rp0.2", "tensile strength Rm", "uniform elongation Ag" and "elongation at break A" were determined in accordance with DIN EN ISO 6892-1. For cold strip thicknesses ≤ 3 mm, the elongation at break A refers to sample form 2 with cross sections 20 mm wide and an initial measuring length of 80 mm. For thicknesses > 3.0 mm, an initial measuring length of 50 - 65 mm (proportional tensile specimens) was used. The determination was carried out at three points on the samples examined in the longitudinal direction at room temperature. The results of these tests, averaged from the three measurements in each case, are also summarized in Table 4.
Ebenso ist an den aus den Stählen 1 - 6 in der voranstehend erläuterten Weise erzeugten Proben der Einschlusszustand im Gefüge untersucht worden und zwar zum einen im Zustand Anlieferung, d.h. vor dem Vergüten und zum anderen nach dem Vergüten. Hierbei wurden keine signifikanten Unterschiede bei den nichtmetallischen Ausscheidungen festgestellt, daher wurde aus beiden Messungen ein Mittelwert gebildet, Dazu sind die oben erläuterten Untersuchungsmethoden eingesetzt worden. Diese Untersuchungen haben bestätigt, dass die aus den erfindungsgemäß legierten Stählen 1 - 3a bestehenden Proben in ihren Gefügen einen deutlich reduzierten Anteil von weniger als 150 Flächen-ppm an harten TiN, AIN und Al-basierten, oxidischen Ausscheidungen aufwiesen, deren mittlere Partikelgröße 0,2 - 10 µm betrug. Die Ausscheidungen lagen zudem über Banddicke homogen verteilt vor. Die Messfläche, über die sich die jeweilige Untersuchung erstreckt hat, die entsprechenden Gefügekennzahlen "Anzahl TiN pro cm2", mittlerer Durchmesser der TiN-Ausscheidungen "TiN-Ø", %-Anteil der TiN-Ausscheidungen (inklusive TiN-Partikel als Konglomerat mit weicheren Partikeln) an der Gesamtsumme harter Partikel "TiN-Anteil+Konglomerate" sowie die Gesamtsumme harter Partikel der TiN, AIN und Al2O3-Ausscheidungen sowie deren Konglomeraten mit weicheren Partikeln "TiN, Al2O3, AIN+Konglomerate" sind in Tabelle 5 aufgeführt.The inclusion state in the structure of the samples produced from steels 1 - 6 in the manner described above was also examined, firstly in the condition as delivered, i.e. before tempering, and secondly after tempering. No significant differences in the non-metallic precipitates were found, so an average was calculated from both measurements. The test methods explained above were used for this purpose. These tests confirmed that the samples made from the steels 1 - 3a alloyed according to the invention had a significantly reduced proportion of less than 150 area ppm of hard TiN, AIN and Al-based, oxidic precipitates in their structures, the average particle size of which was 0.2 - 10 µm. The precipitates were also distributed homogeneously across the strip thickness. The measuring area covered by the respective investigation, the corresponding microstructure parameters "number of TiN per cm 2 ", average diameter of the TiN precipitates "TiN-Ø", % share of TiN precipitates (including TiN particles as a conglomerate with softer particles) in the total sum of hard particles "TiN share+conglomerates" as well as the total sum of hard particles of the TiN, AIN and Al 2 O 3 precipitates and their conglomerates with softer particles "TiN, Al 2 O 3 , AIN+conglomerates" are listed in Table 5.
Zudem zeigte sich, dass die aus den erfindungsgemäßen Stählen 1 - 3a in erfindungsgemäßer Weise erzeugten und verarbeiteten Proben eine gegenüber den nicht erfindungsgemäßen, aus den Stählen 4 - 6 erzeugten Varianten reduzierte ehemalige Austenitkorngröße in Verbindung mit einer ebenfalls reduzierten Streuung der Austenitkorngröße über die Banddicke aufweisen, ebenfalls jeweils gemittelt an drei Stellen 1/6, 1/3 und 1/2 über die Banddicke. Die bei diesen Untersuchungen ermittelten Kenngrößen mittlerer Durchmesser der ehemaligen Austenitkörner "KA=Ø ehem. A-KG", Standardabweichung (bezogen auf den Stichprobenumfang) des Durchmessers der ehemaligen Austenitkörner "Ks=σ ehem. A-KG" und die abgeleitete Größe der Korngrößengüte "KG-Güte" sind in Tabelle 6 zusammengefasst. Die KG-Güte ergibt sich als Multiplikation der mittleren ehemaligen Austenitkorngröße mit der Standardabweichung des Durchmessers der ehemaligen Austenitkorngröße. Je kleiner die KG-Güte, desto günstiger sind die Auswirkungen auf die Zähigkeit bzw. lokale Dehnung anzusehen. Bekanntlich verbessert sich die Zähigkeit mit sinkender Korngröße. Zusätzlich sorgt eine geringere Streuung der Korngröße für eine erhöhte Homogenität des Verformungsverhaltens und somit zu einem verzögerten Beginn der Instabilität durch Brucheinschnürung, da geringere lokale Unterschiede vorliegen.
Angaben in Masse-%, Rest Eisen und sonstige unvermeidbare Verunreinigungen
Information in mass%, remainder iron and other unavoidable impurities
Claims (10)
- Component produced by being formed from a sheet steel blank,- consisting of a steel which, in wt.%, consists of
the remainder being iron and unavoidable impurities,C: 0.1 - 0.6%, Mn: 0.1 - 2%, Al: 0.05 - 0.2%, Nb: 0.01 - 0.06%, B: 0.0005 - 0.005%, Cr: 0.05 - 0.8%, Si: up to 0.8%, Mo: up to 1.5%, Cu: up to 0.5%, Ni: up to 1.5%, V: up to 0.2%, REM: up to 0.05% Ti: up to 0.02%, Ca: up to 0.005%, - wherein the impurities include contents of up to 0.03% P, up to 0.03% S, up to 0.01% N, less than 0.05% Sn, less than 0.05% As and less than 0.05% Co,- wherein the ratio formed from the corresponding Al content %Al and the corresponding N content %N is (%Al / %N) * 14/27 ≥ 8.0, and- wherein the component has a structure which consists of at least 95% by area of martensite and other structural components as the remainder and in which a maximum of 150 ppm by area of particles are present in a homogeneous distribution over the strip thickness, of which the average circular equivalent particle size is 0.2 - 10 µm and which consist of oxide-based Al compounds, of AIN, TiN or of conglomerates formed on the basis of these particles, measured as described in the description. - Component according to claim 1, characterized in that its Al content is 0.07 - 0.13 wt.%.
- Component according to any of the preceding claims, characterized in that its B content is 0.001 - 0.0035 wt.%.
- Component according to any of the preceding claims, characterized in that for its structure, KA x Ks of the former austenite grain size KA, used in µm, and the simple standard deviation Ks of the former austenite grain size, also used in µm and averaged over the austenite grain sizes determined at one sixth, one third and half of the thickness of the relevant wall portion of the component under consideration, applies for the product, measured as described in the description:
- Component according to any of the preceding claims, characterized in that in the tempered or press-hardened state, it has a tensile strength Rm of 1000 - 2500 MPa.
- Component according to any of the preceding claims, characterized in that in the tempered or press-hardened state, it has a fracture reduction in the thickness direction ε3 of 10 - 65%.
- Component according to any of the preceding claims, characterized in that it is a body structural part, a stabilizer for a vehicle suspension, a steering shaft or a drive shaft of motor vehicles.
- Method for producing a component according to claim 1 having a structure consisting of at least 95% by area of martensite and other structural components as the remainder, whereinA) a hot strip is produced, bya) melting steel, which, in wt.%, consists of
the remainder being iron and unavoidable impurities,C: 0.1 - 0.6%, Mn: 0.1 - 2%, Al: 0.05 - 0.2%, Nb: 0.01 - 0.06%, B: 0.0005 - 0.005%, Cr: 0.05 - 0.8%, Si: up to 0.8%, Mo: up to 1.5%, Cu: up to 0.5%, Ni: up to 1.5%, V: up to 0.2%, REM: up to 0.05% Ti: up to 0.02%, Ca: up to 0.005%, - wherein the impurities include contents of up to 0.03% P, up to 0.03% S, up to 0.01% N, less than 0.05% Sn, less than 0.05% As and less than 0.05% Co and- wherein the ratio formed from the corresponding Al content %Al and the corresponding N content %N is (%Al / %N)*14/27 ≥ 8.0,b) casting the molten steel into a preliminary product, such as a slab, a thin slab or a cast strip,c) heating the preliminary product, if necessary, through to a preheating temperature of 1100 - 1350°C,d) hot-rolling the preliminary product to form a hot strip with a thickness of 1 - 16 mm, wherein the hot-rolling is terminated at a final hot-rolling temperature which is at least 50°C and at most 150°C higher than the Ar3 temperature of the steel,e) cooling the resulting hot strip to a coiling temperature of 450 - 700°C, wherein the cooling takes place in the temperature range of 800 - 650°C at a cooling rate of 20 - 200°C/s,f) coiling the hot strip cooled to the coiling temperature to form a coil and cooling to room temperature in the coiled state, andg) optionally: pickling the hot strip cooled in the coiled state andh) optionally: carrying out batch annealing at a core temperature of the hot strip of 500 - 720°C for a period of 5 - 50 hours;B) wherein a cold strip is optionally produced from the hot strip obtained byi) cold-rolling the hot strip into a cold strip with a thickness of 0.5 - 3.5 mm in one or more cold-rolling steps;j) optionally: annealing the cold strip in a batch annealing furnace or in a continuous annealing furnace;C) a component is formed from the hot strip or the optionally produced cold strip byk) cutting a blank from the hot or cold stripand according to alternative 1:I.1) the blank is heated through to an austenitizing temperature which is at most 100°C lower than the Ac3 temperature of the steel from which the hot-rolled or cold-rolled strip is produced and at most 950°C,I.2) within 1 - 20 s after the end of the through-heating to the austenitizing temperature, the blank is placed in a cooled hot-forming tool in which the blank is hot-formed to form the component, andI.3) the component is press-hardened by accelerated cooling at a cooling rate of 30 - 120°C/s until the martensite start temperature of the steel from which the respective hot or cold strip is made is reached, so that the component acquires a completely martensitic structure,or according to alternative 2:m.1) the blank is cold-formed to form the component,m.2) the cold-formed component is heated to an austenitizing temperature which is at most 100°C lower than the Ac3 temperature of the steel from which the hot-rolled or cold-rolled strip is produced and is at most 950°C, andm.3) the component heated through to the austenitizing temperature is cooled at an accelerated rate of 30 - 120°C/s until the martensite start temperature of the steel from which the respective hot or cold strip is made is reached, so that the component acquires a completely martensitic structure;andn) optionally: the component obtained after steps I.1 - I.3 or m.1 - m.3 is annealed at temperatures of 150 - 700°C for an annealing time of 5 - 60 min. - Method according to claim 8, characterized in that the coiling temperature is 550 - 630°C.
- Method according to either claim 8 or claim 9, characterized in that the total time provided for through-heating the blank in step I.1 or for through-heating the component in step m.2 is between 1 second and 20 minutes, wherein the total time includes the heating time required for heating to the relevant austenitizing temperature.
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