Today’s AHSS for Automotive
Advanced High-Strength Steels (AHSS) sind komplexe, anspruchsvolle Materialien mit sorgfältig ausgewählten chemischen Zusammensetzungen und mehrphasigen Mikrostrukturen, die aus präzise gesteuerten Heiz- und Kühlprozessen resultieren. Verschiedene Verstärkungsmechanismen werden eingesetzt, um eine Reihe von Festigkeits-, Duktilitäts-, Zähigkeits- und Ermüdungseigenschaften zu erreichen. Diese Stähle sind nicht die Weichstähle von gestern; Vielmehr sind sie einzigartig leicht und entwickelt, um die Herausforderungen der heutigen Fahrzeuge für strenge Sicherheitsbestimmungen, Emissionsreduzierung, solide Leistung zu erschwinglichen Kosten zu erfüllen.
Die AHSS-Familie umfasst duale Phase (DP), komplexe Phase (CP), ferritisch-bainitische (FB), martensitische (MS oder MART), transformationsinduzierte Plastizität (TRIP), warmgeformte (HF) und Twinning-induzierte Plastizität (TWIP). Diese AHSS-Typen der 1. und 2. Generation sind einzigartig qualifiziert, um die funktionalen Leistungsanforderungen bestimmter Teile zu erfüllen. Zum Beispiel sind DP- und TRIP-Stähle in den Crashzonen des Autos für ihre hohe Energieabsorption ausgezeichnet. Für Strukturelemente des Fahrgastraums führen extrem hochfeste Stähle, wie martensitische und auf Bor basierende pressgehärtete Stähle (PHS), zu einem verbesserten Sicherheitsverhalten. In jüngster Zeit wurden die Mittel und die Forschung für die Entwicklung der „3. Generation“ von AHSS erhöht. Dies sind Stähle mit verbesserten Festigkeits-Duktilitäts-Kombinationen im Vergleich zu gegenwärtigen Güten, mit Potenzial für effizientere Verbindungsmöglichkeiten bei geringeren Kosten. Diese Grade reflektieren einzigartige Legierungen und Mikrostrukturen, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Das breite Spektrum der Eigenschaften wird am besten durch das berühmte Globale Umformbarkeitsdiagramm veranschaulicht, das in Abbildung 2-1 dargestellt ist.
Stähle mit einer Streckgrenze von mehr als 550 MPa werden allgemein als AHSS bezeichnet. Diese Stähle werden manchmal auch als „ultrahochfeste Stähle“ für Zugfestigkeiten von mehr als 780 MPa bezeichnet. AHSS mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1000 MPa wird oft als „GigaPascal Steel“ (1000 MPa = 1GPa) bezeichnet. Bitte beachten Sie eine andere Kategorie von Stählen, die in Abbildung 2-1 als austenitischer Edelstahl dargestellt ist. Diese Materialien haben eine ausgezeichnete Festigkeit bei ausgezeichneter Duktilität und erfüllen somit viele funktionale Anforderungen an Fahrzeuge.
AHSS der dritten Generation (3. Generation) soll vergleichbare oder verbesserte Funktionen zu deutlich geringeren Kosten bieten. Da sie jedoch so neu sind, gibt es noch keine klare Definition dessen, was sie umfassen. Die Hauptziele bei der Entwicklung von Stählen der 3. Generation sind:
- Verwenden Sie Stähle mit niedrigerem Legierungsgehalt, um die Kosten zu senken.
- Mindestfestigkeit und Duktilität bis 1200 MPa und 30% Dehnung.
Derzeit gibt es keine reine Formel, da den Stahlproduzenten verschiedene Verarbeitungswege zur Verfügung stehen, um Qualitäten und Eigenschaften der 3. Generation zu erreichen. Auch Nano-Stähle werden als 3. Gen. kategorisiert, aber es wird in der Industrie diskutiert, wie Sie sich vorstellen können. Ziele wurden im Projekt Institute for Computational and Mathematical Engineering (ICME) festgelegt. Eine Präsentation auf der Great Designs in Steel 2017 des Steel Market Development Institute fasst dieses Projekt zusammen. Unsere Kollegen vom Steel Market Development Institute und von Auto / Steel Partnership arbeiten ebenfalls an der Entwicklung einer gemeinsamen Nomenklatur für Stähle. Die meisten folgen der VDA-Spezifikationsnomenklatur. Darüber hinaus hat die General Motors Company eine Spezifikation für AHSS (einschließlich AHSS der 3. Generation) entwickelt, die derzeit überprüft wird. Bleiben Sie also auf dem Laufenden über diese Entwicklung, da wir planen, dies in der nächsten Version der AHSS-Richtlinien anzugehen, die 2020 erscheinen wird.
Stahldefinitionen
Automobilstähle können auf verschiedene Arten klassifiziert werden. Eine ist eine metallurgische Bezeichnung, die einige Prozessinformationen liefert. Gebräuchliche Bezeichnungen sind niedrigfeste Stähle (interstitialfreie und Weichstähle); konventionelles HSS (Kohlenstoff-Mangan, einbrennhärtbare und hochfeste, niedriglegierte Stähle); und die neuen AHSS (zweiphasige, transformationsinduzierte Plastizität, Twinning-induzierte Plastizität, ferritisch-bainitische, komplexe Phase und martensitische Stähle). Weitere höherfeste Stähle für den Automobilmarkt sind warmgeformte, wärmebehandelte Nachformstähle und Stähle für einzigartige Anwendungen, die eine verbesserte Kantendehnung und Streckbiegung umfassen.
Eine zweite Klassifizierungsmethode, die für Teiledesigner wichtig ist, ist die Festigkeit des Stahls. Daher werden in diesem Dokument die allgemeinen Begriffe HSS und AHSS verwendet, um alle höherfesten Stähle zu bezeichnen. Dieses Klassifizierungssystem hat ein Problem mit der laufenden Entwicklung der vielen neuen Sorten für jede Art von Stahl. Daher kann ein DP- oder TRIP-Stahl Festigkeitsklassen aufweisen, die zwei oder mehr Festigkeitsbereiche umfassen.
Eine dritte Klassifizierungsmethode stellt verschiedene mechanische Eigenschaften oder Umformparameter verschiedener Stähle dar, wie z. B. Gesamtdehnung, Kaltverfestigungsexponent (n-Wert) oder Lochausdehnungsverhältnis (λ). Als Beispiel vergleicht Abbildung 2-1 die Gesamtdehnungen – eine Stahleigenschaft im Zusammenhang mit der Umformbarkeit – mit der Zugfestigkeit für die aktuellen Stahlsorten. Diese Eigenschaften sind wichtig für den Presswerksbetrieb und die virtuelle Umformanalyse.
Duktilitätsdiagramm der Stahlfestigkeit für die heutigen AHSS-Typen (enthält einen Vergleich traditioneller niedrigfester und hochfester Stähle)
Der Hauptunterschied zwischen herkömmlichem HSS und AHSS ist ihre Mikrostruktur. Herkömmliche HSS sind einphasige ferritische Stähle mit einem Potenzial für etwas Perlit in C-Mn-Stählen.. AHSS sind in erster Linie Stähle mit einer Mikrostruktur, die eine andere Phase als Ferrit, Perlit oder Zementit enthält – zum Beispiel Martensit, Bainit, Austenit und / oder zurückgehaltener Austenit in Mengen, die ausreichen, um einzigartige mechanische Eigenschaften zu erzeugen. Einige Arten von AHSS haben eine höhere Dehnungshärtekapazität, was zu einem Festigkeits-Duktilitäts-Gleichgewicht führt, das herkömmlichen Stählen überlegen ist. Andere Typen haben ultrahohe Streck- und Zugfestigkeiten und zeigen ein Backhärtungsverhalten.
Da die Terminologie zur Klassifizierung von Stahlerzeugnissen weltweit sehr unterschiedlich ist, verwendet dieses Dokument das WorldAutoSteel-Format zur Definition der Stähle. Jede Stahlsorte wird durch metallurgische Art, minimale Streckgrenze (in MPa) und minimale Dehnfestigkeit (in MPa) identifiziert. DP 500/800 bedeutet beispielsweise Zweiphasenstahl mit einer Mindeststreckgrenze von 500 MPa und einer Mindestzugfestigkeit von 800 MPa. Das ULSAB-AVC-Programm verwendete zuerst dieses Klassifizierungssystem.
Metallurgie von AHSS
Hersteller und Anwender von Stahlprodukten verstehen im Allgemeinen die grundlegende Metallurgie herkömmlicher niedrig- und hochfester Stähle. Abschnitt 2.B. stellt eine kurze Beschreibung dieser allgemeinen Stahlarten zur Verfügung. Da die Metallurgie und die Verarbeitung von AHSS-Güten im Vergleich zu herkömmlichen Stählen etwas neuartig sind, werden sie hier beschrieben, um ein grundlegendes Verständnis dafür zu vermitteln, wie sich ihre bemerkenswerten mechanischen Eigenschaften aus ihrer einzigartigen Verarbeitung und Struktur entwickeln. Alle AHSS werden hergestellt, indem die Chemie und die Abkühlrate aus der Austenit- oder Austenit-plus-Ferritphase entweder auf dem Rundlauftisch der Warmmühle (für warmgewalzte Produkte) oder in der Kühlstrecke des Durchlaufglühofens (kontinuierlich geglühte oder feuerverzinkte Produkte) gesteuert werden. Die Forschung hat chemische und Verarbeitungskombinationen bereitgestellt, die viele zusätzliche Qualitäten und verbesserte Eigenschaften innerhalb jeder Art von AHSS geschaffen haben.
Für weitere Informationen zu dieser einzigartigen Familie fortschrittlicher Stähle laden Sie hier kostenlos die Anwendungsrichtlinien für hochfeste Stähle herunter.