DE19902665A1 - Verwendung einer Edelstahllegierung zur Herstellung von Karosserie- und Fahrwerkskomponenten - Google Patents
Verwendung einer Edelstahllegierung zur Herstellung von Karosserie- und FahrwerkskomponentenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Edelstahllegierung zur Herstellung von Karosserie- und Fahrwerkskomponenten für Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Achsträger, Verbundlenkerachsen, Deformationselemente, Säulen und Säulenverstärkungen, Türaufprallträger oder Seitenschutzelemente. Hierbei kommt eine Stahllegierung zum Einsatz mit einem Anteil von Kohlenstoff zwischen 0,02 bis 0,1%, von Chrom zwischen 8 und 35% sowie Nickel zwischen 0,3 und 36%, wobei der Rest aus Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen besteht. Als besonders vorteilhaft wird eine Edelstahllegierung mit einem austenitisch-ferritischen Mischgefüge angesehen.
Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Edelstahl
legierung mit Anteilen von Kohlenstoff, Chrom und Nickel
gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 als Werkstoff
zur Herstellung von Karosserie- und Fahrwerkskomponenten
für Kraftfahrzeuge.
In der Automobilindustrie werden für Karosserie- und
Fahrwerkskomponenten von Kraftfahrzeugen bevorzugt unle
gierte und niedriglegierte Stähle sowie Leichtmetallwerk
stoffe eingesetzt. Hierbei stellen unlegierte und nied
riglegierte Stähle einen Kompromiss zwischen der Umform
barkeit und der Streckgrenze des Werkstoffs dar, da mit
steigender Streckgrenze im allgemeinen die Umformbarkeit
des Werkstoffs sinkt und die nach einer Kaltumformung
verbleibende Restbruchdehnung verringert wird. Daraus
folgt, daß höherfeste Stähle oftmals nur durch Warmumfor
mung zu Endprodukten verarbeitet werden können.
Unlegierte und niedriglegierte Stähle sind nicht korro
sionsbeständig und insbesondere im Automobilbereich star
ken Umwelteinflüssen ausgesetzt, beispielsweise durch
korrosiv wirkende Streusalze. Dadurch werden kosteninten
sive Oberflächenversiegelungen erforderlich, um Korrosion
zu verhindern.
Die im Automobilbereich eingesetzten Leichtmetallwerk
stoffe wie Aluminium ermöglichen im Vergleich zur bisher
üblichen Stahlkonstruktion eine Gewichtsreduzierung und
weisen eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit auf. Ihr Ein
satz bei der Herstellung von Karosseriebauteilen oder
Fahrwerkskomponenten erfordert jedoch nicht unerhebliche,
teilweise aufwendige konstruktive Änderungen an der Bau
teilgestaltung.
Der Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Tech
nik die Aufgabe zugrunde, eine Stahllegierung aufzuzei
gen, aus der Karosserie- oder Fahrwerkskomponenten für
Kraftfahrzeuge hergestellt werden können, welche den
steigenden Anforderungen im Automobilbau hinsichtlich
Bauteilfestigkeit und -belastbarkeit, Korrosionsbestän
digkeit und Leichtbauweise gerecht werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verwendung
einer Stahllegierung zur Herstellung von Karosserie- und
Fahrwerkskomponenten für Kraftfahrzeuge gelöst, welche in
Gewichtsprozenten ausgedrückt aus 0,02-0,1% Kohlenstoff,
8,0-35% Chrom und 0,3-36% Nickel besteht, wobei der
Rest Eisen ist einschließlich erschmelzungsbedingter Ver
unreinigungen. Eine solche Edelstahllegierung weist ge
genüber bisher eingesetzten unlegierten und niedrigle
gierten Stählen wesentliche Vorteile auf. Sie ist beson
ders geeignet als Ausgangswerkstoff für Rohre, Bleche und
Profile, aus denen Achsträger, Verbundlenkerachsen, Len
ker, Deformationselemente, Säulen und Säulenverstärkun
gen, Stoßfänger, Türaufprallträger oder Seitenschutzele
mente umformtechnisch hergestellt werden.
Die üblichen unlegierten und niedrig legierten Stähle
sind in korrodierender Umgebung praktisch nicht bestän
dig. Ein Chromgehalt über der Resistenzgrenze, das heißt
mindestens 12%, führt unter oxidierenden Bedingungen zu
dichten, zähen, fest haftenden, sehr dünnen Oxidfilmen
und adsorptiv gebundenen Sauerstoffschichten auf der
Stahloberfläche (Anspruch 2). Durch diese Schicht wird
der Stahl passiviert und ist beständig gegen oxidierende
Medien. Die Korrosionsbeständigkeit beruht auf der Anwe
senheit einer möglichst homogenen dichten Oxid
schicht/Sauerstoffschicht.
Zur Bildung dieser Schicht eignen sich insbesondere rost
freie Stähle mit austenitisch-ferritischem Mischgefüge.
Vorteilhaft ist hierbei gemäß Anspruch 3 ein Gewichtsan
teil von 14% bis 30% Chrom und 6% bis 36% Nickel.
Nach Anspruch 4 kann die Stahllegierung ferner einen
Molybdänanteil zwischen 0,01% und 10% aufweisen. Molyb
dän erhöht sowohl die Zugfestigkeit als auch besonders
die Warmfestigkeit und wirkt sich günstig auf die
Schweißbarkeit aus.
Zusätze von Stickstoff (N) bis zu max. 2% (Anspruch 5),
Mangan (Mn) von 0,001% bis 9% (Anspruch 6) sowie von
Kupfer (Cu) bis max. 1% (Anspruch 7) wirken sich positiv
auf die Werkstoffeigenschaften aus. Mangan erhöht die
Festigkeit des Stahls, wobei die Bruchdehnung nur ge
ringfügig verringert wird. Auch eine Zulegierung von
Wolfram (W), Niob (Nb) oder Titan (Ti) in Anteilen bis zu
jeweils 2% kann zur Steigerung der Festigkeit vorgenom
men werden. Die Legierung kann ferner Kobalt bis zu
15 Gew.-% enthalten je nach angestrebter Festigkeit.
Um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, muss mit
zunehmendem Kohlenstoffgehalt der Chromgehalt höher
und/oder der Kohlenstoff durch bestimmte Elemente so sta
bil gebunden werden, dass eine Chromkarbid-Bildung nicht
mehr möglich ist. Titan oder Niob/Tantal bilden Titan
bzw. Niob/Tantal-Karbide. Die Chromkarbid-Bildung wird
durch Zugabe dieser Stabilisatoren in einem bestimmten
Verhältnis zum Gehalt an Kohlenstoff und/oder Stickstoff
verhindert. Durch Zulegieren von Molybdän wird die Be
ständigkeit gegen Halogenionen, insbesondere Chlorionen,
erhöht. Neben Chrom und Nickel sind Molybdän sowie ggf.
die Stabilisatoren Titan und Niob (Tantal) wichtige Le
gierungselemente der erfindungsgemäß verwendeten rost
freien Stähle.
Neben rostfreien Stählen mit austenitisch-ferritischem
Mischgefüge eignen sich auch Stähle mit austenitischem
oder ferritischem Gefüge.
Rostfreie Stähle mit austenitischem Gefüge sind sehr gut
schweißbar, verform- und verarbeitbar. Die Zähigkeit,
insbesondere die Kerbschlagzähigkeit, ist extrem hoch,
wodurch austenitische Stähle, insbesondere austenitische
Chrom-Nickel-Stähle, auch bei niedrigen Temperaturen ver
formbar bleiben und sicher sind vor spröden Brüchen. Zu
sätzlich lässt sich die Festigkeit und Härte durch Kalt
verformen stark erhöhen.
Der aus Gründen der Korrosionsbeständigkeit eingestellte
Chromgehalt von 12% führt zu einem überwiegenden ferri
tischen Gefüge. Für die Bildung des gewünschten austeni
tischen Gefüges werden daher Austenit stabilisierende
Elemente geeigneter Art und Menge zulegiert. Hierfür er
weist sich Nickel als gut geeignet, denn es ist gegen
Säuren und Laugen ebenfalls sehr beständig. Als starker
Austenitbildner ist auch Stickstoff geeignet. Stick
stofflegierte austenitische Stähle, z. B.
X 2 CrNiMoN 17 13 5, sind leicht verarbeitbar und sehr
gut schweißgeeignet.
Ferritische Stähle mit einem Chromgehalt zwischen 13%
und 30% sind auch gegenüber aggressiven Medien sehr kor
rosionsbeständig. Die Streckgrenze ferritischer Chrom
stähle liegt zwischen 250 N/mm2 und 300 N/mm2 und ist
größer als die der austenitischen Chrom-Nickel-Stähle.
Rostfreie Stähle mit martensitischem Gefüge mit einem
Kohlenstoffgehalt von 0,1% und einem Chromgehalt zwi
schen 12% und 18% sind als warmfeste Vergütungsstähle
ebenfalls geeignet. Sie weisen eine sehr hohe Zugfestig
keit auf, die wesentlich größer ist als die der nicht
rostenden austenitischen Chrom-Nickel-Stähle. Insbeson
dere nickelmartensitische Chromstähle sind durch Zulegie
ren des austenitstabilisierenden Nickels und des geringen
Kohlenstoffgehalts des martensitischen Gefüges schweißge
eignet.
Erfindungsgemäß werden Edelstahllegierungen mit austeni
tisch-ferritischem Mischgefüge als besonders vorteilhaft
angesehen. Sie weisen ein sehr gutes Umformverhalten des
nicht vorverfestigten Ausgangswerkstoffs auf bei Bruch
dehnungen bis zu 60% auf. Durch die Korrosionsbeständig
keit gegenüber aggressiven Medien kann die Oberflächenbe
schichtung entfallen. Selbstverständlich kann auch eine
ergänzende Oberflächenbeschichtung vorgesehen sein.
Durch gezielte Kaltverfestigung des Werkstoffs während
der Bauteilherstellung, beispielsweise durch Hydroformen,
Tiefziehen/Streckziehen, Biegen, Rundkneten, (partielles)
Walzen oder Stauchen ist eine definierte Reduzierung der
Wanddicken des Bauteils möglich. Die so erzielbare Ge
wichtseinsparung von Fahrzeugkomponenten führen zu einem
verminderten Kraftstoffverbrauch, was wiederum zur Ent
lastung der Umwelt beiträgt.
Wie bei den unlegierten bzw. niedrig legierten Stählen
weist die erfindungsgemäße Stahllegierung gute Schweiß
barkeit auf. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, ein
zelne Komponenten durch andere Verfahren, z. B. Kleben,
miteinander zu verbinden.
Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Werkstoffs für
Deformationselemente ist durch hohe Kaltverfestigung eine
hohe Energieabsorption der angreifenden Verformungskräfte
möglich.
Gegenüber herkömmlichen Fertigungsverfahren, bei denen
Bauteile aus unlegierten oder niedrig legierten Stählen
durch Warmumformung hergestellt wurden, bietet sich bei
den erfindungsgemäß verwendeten Edelstählen ein großes
Einsparungspotential durch die Möglichkeit der Kaltumfor
mung. Aufgrund der bei der Kaltumformung erzielbaren ho
hen Materialfestigkeit ist auch die Fertigung von Bautei
len komplexerer Geometrie möglich. Als Ausgangsmaterial
für die Fertigung von Karosserie- oder Fahrwerkskomponen
ten eignen sich aus den erfindungsgemäßen Stahllegierun
gen hergestellte Halbzeuge wie Rohre, Bleche, Profile mit
jeweils konstanter oder wechselnder Wanddicke.
Insbesondere Achsträger und Lenker aus dem erfindungsge
mäß beanspruchten Edelstahl sind hinsichtlich ihres Fe
stigkeits- und Belastungsverhaltens sowie unter den Ge
sichtspunkten der Gewichtsoptimierung und Lebensdauer
vorteilhaft.
Claims (7)
1. Verwendung einer Edelstahllegierung, bestehend - in
Gewichtsprozenten ausgedrückt - aus
Kohlenstoff (C) 0,02-0,1%
Chrom (Cr) 8,0-35%
Nickel (Ni) 0,3-36%
Rest Eisen einschließlich herstellungsbedingter Ver unreinigungen, als Werkstoff zur Herstellung von Karosserie- und Fahrwerkskomponenten für Kraftfahr zeuge, wie Achsträger, Verbundlenkerachsen, Deforma tionselemente, Säulen und Säulenverstärkungen, Tür aufprallträger oder Seitenschutzelemente.
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Rest Eisen einschließlich herstellungsbedingter Ver unreinigungen, als Werkstoff zur Herstellung von Karosserie- und Fahrwerkskomponenten für Kraftfahr zeuge, wie Achsträger, Verbundlenkerachsen, Deforma tionselemente, Säulen und Säulenverstärkungen, Tür aufprallträger oder Seitenschutzelemente.
2. Verwendung einer Edelstahllegierung nach Anspruch 1,
wobei der Chromanteil (Cr) mindestens 12% Chrom be
trägt.
3. Verwendung einer Stahllegierung nach Anspruch 1 oder
2, die in Gewichtsprozenten ausgedrückt aus
Kohlenstoff (C) 0,02-0,1%
Chrom (Cr) 14-30%
Nickel (Ni) 6-36
Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen besteht.
Kohlenstoff (C) 0,02-0,1%
Chrom (Cr) 14-30%
Nickel (Ni) 6-36
Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen besteht.
4. Verwendung einer Edelstahllegierung nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, die zwischen 0,01 und 10% Molyb
dän (Mo) enthält.
5. Verwendung einer Edelstahllegierung nach einem der
Ansprüche 1 bis 4, die bis 2% Stickstoff (N) ent
hält.
6. Verwendung einer Edelstahllegierung nach einem der
Ansprüche 1 bis 5, die zwischen 5% und 9% Mangan
(Mn) enthält.
7. Verwendung einer Edelstahllegierung nach einem der
Ansprüche 1 bis 6, die bis zu 1% Kupfer (Cu) ent
hält.
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Cited By (6)
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