Verbessertes hochfestes bainitisches Warmband für komplex geformte Bauteile

Foto eines Querlenkers — Abb 1: Querlenker

Bainitisches Warmband wie der SZBS800 mit einer Zugfestigkeit von 800 MPa wird in der Automobilindustrie für die Fertigung von Fahrwerksteilen, wie zum Beispiel Querlenker (vgl. Abb. 1), im Dickenbereich von 2 – 4 mm eingesetzt.

Ein gutes Stahlprodukt wird durch zwei unterschiedliche Gesichtspunkte charakterisiert: Das sind einerseits die definierten Eigenschaften des zu fertigenden Bauteils und andererseits die gute Prozessierbarkeit im Herstellungsprozess des Anwenders.

Die Materialeigenschaften werden unter anderem durch den Zugversuch bestimmt, der Festigkeits- und Dehnkennwerte (Zugfestigkeit, Dehngrenze, Bruchdehnung) unter einachsiger Zugbelastung liefert.

Eines der zurzeit gebräuchlichsten Verfahren zur Bestimmung der Prozessierbarkeit von Fahrwerksbauteilen ist der Lochaufweitversuch nach ISO 16630, bei dem ein gestanztes Loch mittels eines Dorns aufgezogen wird. Der ermittelte Kennwert gibt an, bei welcher Dehnung es zu einem Riss an der gestanzten Blechkante kommt. Der Lochaufweitwert repräsentiert somit eine potentielle Schädigung im Herstellungsprozess eines Bauteils, der eine erhebliche plastische Belastung einer schergeschnittenen Kante vorausgeht.
Während sich beim Zugversuch die Schädigung im Probeninneren entwickelt, kommt es bei der Lochaufweitung zu einer Rissentstehung in dem durch das Schneiden bereits vorbelasteten Kantenbereich. Zur Veranschaulichung sind die bei den Versuchen verwendeten Prüflinge in Abb. 2 dargestellt.

Foto von Prüflinge für den Zugversuch und den Lochaufweitversuch — Abb. 2.: Prüflinge des Zugversuchs (links) und des Lochaufweitversuchs (rechts)

Die Aufgabe der Werkstoffentwicklung besteht darin, Werkstoffgefüge einzustellen, die bei der geforderten Zugfestigkeit von 800 MPa sowohl hohe Bruchdehnungswerte als auch hohe Lochaufweitwerte erlauben. Dabei ist eine besondere Herausforderung, die bei hohen Festigkeit vergleichsweise geringe Lochaufweitung durch eine Homogenisierung des Gefüges zu steigern und gleichzeitig die Bruchdehnung auf hohem Niveau zu halten. Die Zusammenhänge der zum Teil gegenläufigen Kenngrößen Festigkeit, Bruchdehnung und Lochaufweitung sind in Abb. 3 illustriert.

Schematische Abbildung des Zusammenhangs zwischen Lochaufweitwert und Zugfestigkeit sowie zwischen Lochaufweitwert und Bruchdehnung — Abb. 3: Genereller Zusammenhang zwischen Lochaufweitwert (Ordinate) und Zugfestigkeit (Abszisse), links, und Zusammenhang zwischen Bruchdehnung und Lochaufweitung im Vergleich von Dual- und Komplexphasenstählen gleicher Festigkeit, rechts.

Die Einstellung des optimalen bainitischen Gefüges wird durch die Abstimmung von Analysenkonzept und Prozessparametern erreicht. Dabei ist die Charakterisierung des Gefüges auf verschiedenen Größenskalen Voraussetzung.
Eine signifikante Steigerung des Lochaufweitniveaus lässt sich durch die systematische Optimierung des bainitischen Gefüges erreichen. Die Umsetzung entsprechender Maßnahmen führt zu einer Steigerung des Lochaufweitwertes um 27%-Punkte wie in der Abb. 4 gezeigt wird. So konnte der SZBS800 der Salzgitter Flachstahl noch weiter hinsichtlich des Lochaufweitwertes verbessert werden. Mit dem SZBS800xpand steht dem Kunden eine optimierte Prozessierbarkeit bei gleichzeitig hervorragenden Festigkeits- und Dehnkennwerten zur Verfügung.
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