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Dualphasen-Stahl – maßgeschneidertes Portfolio für modernen Leichtbau

Einsatzgebiete von Dualphasenstählen

Hohe Festigkeit, sehr gute Umformbarkeit und erhöhte Crashsicherheit: Die spezifischen Anforderungen an die unterschiedlichen Anwendungen im Automobilbau können mit unserem erweiterten Portfolio kaltgewalzter Dualphasen-Stähle noch bedarfsgerechter bedient werden. Ein aufeinander abgestimmtes Sortiment, das optimal auf die Bauteilfunktion und die Kundenanwendung zugeschnitten ist.

Die klassischen Varianten bieten ein ausgewogenes Eigenschaftenprofil und sind bewährte Lösungen für den Einsatz im Längs- oder Querträger. Für spezielle Anwendungen bieten die Güten mit erhöhter Streckgrenze eine besonders hohe lokale Umformbarkeit, zum Beispiel eine optimierte Lochaufweitung. Die DH-Güten mit erhöhter Bruchdehnung zeichnen sich durch hohe globale Umformbarkeit aus und sind bestens geeignet für komplexe Tiefziehteile mit anspruchsvollen Nebenformelementen.

Höherfester Dualphasen-Stahl DP-K® 290Y490T ist auch für den Einsatz in der Außenhaut interessant. Die Güte zeichnet sich durch eine hohe Beulfestigkeit bei reduzierter Blechdicke aus und ist in allen automobiltypischen Korrosionsschutzüberzügen in Außenhautqualität lieferbar. In Kombination mit ZM Ecoprotect® lassen sich aufgrund der schlanken Außenhautabmessungen von nur 0,55 Millimetern maximale Leichtbaupotenziale im Automobilbau erschließen.

Für die Fahrzeuge der Zukunft: umweltschonend und ressourcensparend, sicher und komfortabel, kostengünstig in Herstellung und Unterhalt.

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Kontakt

thyssenkrupp Steel Europe AG

Kaiser-Wilhelm-Straße 100

47166 Duisburg

Telefon+49 (0)203 52-0

AHSS 3. Generation in Sicht – Hochduktile Dualphasen-Stähle

Hohe Festigkeit bei gleichzeitig hoher Dehnung: Ein Zielkonflikt, der durch moderne Mehrphasen-Stähle (AHSS) schon heute zu einem guten Teil entschärft werden kann. So bietet eine neue Klasse Dualphasen-Stähle von thyssenkrupp Steel rund 30 Prozent mehr Dehnung - verglichen mit konventionellen Güten dieser Stahlfamilie. Erkennbar sind sie am Zusatz DH – Ductility High. Im Serieneinsatz bewähren sich aktuell bereits entsprechende Werkstoffe in den Festigkeitsklassen 600 und 800 MPa. AHSS-Stähle der 3. Generation mit Festigkeiten von 1.000 und 1.200 MPa sind in fortgeschrittener Erprobung und werden sowohl in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren als auch in Hybrid- und Elektrofahrzeugen noch einmal ganz neue Möglichkeiten für den wirtschaftlichen Leichtbau eröffnen.

Dualphasen-Stähle sind die klassischen Universalgüten, wenn es um hohe und höchste Festigkeiten bei gleichzeitig guten Umform- und Fügeeigenschaften geht. Ihr Anteil unter den Mehrphasen-Leichtbaustählen für die Kaltumformung steigt seit Jahren und liegt aktuell bei rund 90 Prozent. Komplexe Bauteilgeometrien setzen dem Einsatz immer höherer Festigkeiten, insbesondere zur Gewichtsoptimierung, aber Grenzen. Umformoperationen, die bei 600 MPa noch problemlos durchgeführt werden können, sind unter Umständen bei Einsatz einer höheren Festigkeit nicht mehr ohne weiteres machbar.

Grafik Referenz
Neue DH-Güten: Weniger Gewicht, geringere Kosten.

Wird die Festigkeit der für ein Bauteil eingesetzten Werkstoffe zur Gewichtsoptimierung erhöht und führt das im Presswerk zu Problemen, kann der Einsatz der neuen DH-Güten die Lösung sein. Ihre Dehnungsreserven erlauben höhere Umformgrade und die bewährte Bauteilgeometrie muss nicht aufwändig verändert werden. So konnten für verschiedene Konstruktionsansätze eines vorderen Längsträgers erhebliche Gewichtsreduktionen von 10 bis 11% durch Anhebung der Festigkeit von 600 auf 800 MPa ermittelt werden. Abhängig vom konkreten Bauteil ist der Einsatz der neuen DH-Güten mit Kostenreduktionen von 2% bis mehr als 3% auch wirtschaftlich attraktiv. Untersucht wurden Konzepte für konventionell und elektrisch angetriebene Fahrzeuge.

Auch die Substitution einer konventionellen Dualphasengüte durch eine DH-Variante mit gleicher Zugfestigkeit kann Sinn machen: wenn die geometrische Auslegung grenzwertig erfolgt ist und Fehlpressungen auftreten oder eine erhöhte Restbruchdehnung zur Steigerung der Crashperformance von Strukturbauteilen genutzt wird.

Fest im Blick: AHSS der 3. Generation mit Festigkeiten von 1.000 und 1.200 MPa

Stähle mit Festigkeiten jenseits der 1.000 MPa profitieren in besonderer Weise von einer verbesserten Duktilität. Ihr hohes Leichtbaupotenzial wird durch die geometrische Komplexität heutiger Struktur-bauteile oftmals begrenzt. Die Entwicklung von modernen Mehrphasen-Stählen der 3. Generation mit bis zu 1.200 MPa ist bei thyssenkrupp Steel weit fortgeschritten. Sie vereinen gute lokale und globale Umformeigenschaften. Eine hohe Bruchdehnung sowie ein gutes Lochaufweitungsvermögen und hoher Widerstand gegen Kantenversagen lassen erstmalig komplexere Bauteilgeometrien mit hohen Streck- und Tiefziehanteilen in der Formgebung zu und erschließen damit neue Kostensenkungs- und Leichtbaupotenziale. Wie die konventionellen Dualphasen-Stähle dieser Festigkeitsklasse sind auch die neuen Güten durch die bewährte Feuerverzinkung vor Korrosion geschützt.

Hohe Crashanforderungen durch Elektromobilität

Auch bei Fahrzeugen mit elektrifiziertem Antriebstrang spielt Leichtbau nach wie vor eine wichtige Rolle. Mehr-Kilos bei Elektroautos sorgen zwar nicht unmittelbar für Mehr-Emissionen und auch die Reichweite wird dank Rekuperation nicht in erheblichen Maße beeinflusst, der Crashlastfall der schweren Batterie-Fahrzeuge stellt Entwickler in der Automobilindustrie und Werkstoffforscher aber gleichermaßen vor neue Herausforderungen. Sowohl im Frontcrash als auch beim Überschlag wird die Struktur der Karosserie enorm gefordert. Festigkeit alleine hilft bei der Auslegung von Bauteilen wie Längsträger und A-Säule nur eingeschränkt weiter, erst in Kombination mit einem hohen Energieaufnahmevermögen wird eine optimale Crashperformance dieser Strukturen erreicht. Den AHSS-Güten der 3. Generation mit ihrem signifikanten Plus an Duktilität kommt bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen mit höchster Insassensicherheit zukünftig eine entscheidende Rolle zu. Nicht zu Unrecht ist Stahl das „Material of Mobility“.

Lieferprogramm nach DIN EN und VDA

thyssenkrupp liefert die genannten Stahlsorten gemäß aktueller Produktinformation oder die aufgeführten Vergleichsgüten entsprechend der jeweiligen Spezifikation.

Dualphasen-Stahl

OBERFLÄCHENVEREDELUNG
Stahlsorte Vergleichsgüte
DIN EN 10152,
10338, 10346 /
VDA 239-100
-/UC ZE/EG Z/GI ZF/GA1 ZM ZA
DP-W® 300Y530T
DP-W® 330Y580T HDT580X /
HR330Y580T-DP
DP-W® 300Y580T
DP-K® 290Y490T
HCT490X /
HR290Y490T-DP
DP-K® 330Y590T
HCT590X / CR330Y590T-DP
DP-K® 330Y590T DH
DP-K® 400Y620T
DP-K® 420Y590T
DP-K® 440Y780T HCT780X / CR440Y780T-DP
DP-K® 440Y780T DH
– / CR440Y780T-DH
DP-K® 590Y980T HCT980X / CR590Y980T-DP
DP-K® 60/98
DP-K® 700Y980T HCT980XG / CR700Y980T-DP
DP-K® 780Y1180T
DP-K® 900Y1180T

1. Mit abweichenden mechanischen Eigenschaften auf Anfrage.

Lieferbar
Lieferbar; geeignet für Außenteile

-/UC: Unbeschichtet
ZE/EG: Elektrolytisch verzinkt
Z/GI: Feuerverzinkt
ZF/GA: Galvannealed
ZM: ZM Ecoprotect®
ZA: galfan®

Hinweise für die Anwendung und Verarbeitung

Werkstoffcharakteristik

Die warm- und kaltgewalzten Dualphasen-Stähle bieten aufgrund ihrer aufeinander abgestimmten Gefügeanteile von Ferrit und Martensit eine besonders attraktive Eigenschaftskombination von hoher Festigkeit, niedrigem Streckgrenzenverhältnis, guter Kaltumformbarkeit und Schweißeignung.

Das hohe Verfestigungsvermögen reduziert die Gefahr örtlicher Einschnürung des Werkstoffes bei der Umformung und führt bereits bei geringen Verformungsgraden zu einer starken Anhebung der Bauteilstreckgrenze in den verformten Bereichen.

Das Gefüge besteht vornehmlich aus einer weichen ferritischen Matrix, in die eine zweite, harte, überwiegend martensitische Phase inselförmig eingelagert ist. Der Ferritanteil beträgt bis zu 90 %. Neben Martensit können auch Anteile von Restaustenit und Bainit vorhanden sein, die die Umformbarkeit verbessern. Bei einer Nitalätzung werden die Korngrenzen gut kontrastiert. Mit der Farbniederschlagsätzung nach Klemm werden die Kornflächen kontrastiert. Die Kornflächen des Ferrits erscheinen in Braun- oder Blautönen, Martensit wird braun; strukturschwacher Martensit und Restaustenit erscheinen weiß.

Beispielgefüge kaltgewalzter DP-Stähle

Umformen

Warmgewalzte Dualphasen-Stähle DP-W®neignen sich besonders für die gewichtssparende Herstellung von Rädern, Fahrwerksteilen, Profilen, Karosserieverstärkungen usw. Kaltgewalzte Dualphasen-Stähle DP-K® sind sowohl für schwierige Strukturteile wie z.B. Längs- und Querträger als auch für streckgezogene Außenteile mit besonderer Anforderung an die Beulfestigkeit (Türen, Dächer, Kofferraumdeckel) geeignet. Die Auswahl der einzusetzenden Stahlsorte für ein bestimmtes Festigkeitsniveau muss auch mit besonderem Blick auf die tatsächlich zu erwartende Umformbeanspruchung getroffen werden. Auf diese Weise können die individuellen Vorteile optimal genutzt und die Stähle damit auch für schwierige Ziehteile eingesetzt werden.

Aufgrund des guten Verfestigungsverhaltens, ausgedrückt durch einen relativ hohen n-Wert, besitzen die Dualphasen-Stähle einen hohen Widerstand gegen lokales Einschnüren, da aufgrund der höheren Verfestigung das Material großflächiger an der Umformzone beteiligt wird. Die für die Verfestigung günstige Gefügestruktur von Dualphasen-Stählen aus hartem Martensit und weichem Ferrit sowie die ausgeprägte Kantenaufhärtung beim mechanischen Schneiden reduzieren das gute Umformpotenzial im Schnittkantenbereich deutlich. Bei der konstruktiven Festlegung z.B. von Durchstellungen oder der Höhe von abgestellten Flanschen in Eckbereichen ist dieses zu berücksichtigen. Kleinste Biege- und Ziehradien sind relativ zur jeweiligen Blechdicke zu vermeiden. In solchen Fällen empfiehlt sich die Wahl der Streckgrenzen-optimierten Varianten. Zur Verbesserung der Maßhaltigkeit der umgeformten Bauteile ist eine möglichst homogene Plastifizierung einzustellen. Die Pressen sollten über ein hohes Potenzial an Press- und Niederhalterkräften verfügen. Als Richtwert sollte hierbei das Zugfestigkeitsniveau im Vergleich zu bekannten Werkstoffen betrachtet werden. Auch vorgeschaltete Richtanlagen sind entsprechend auszulegen. Besonderes Augenmerk ist mit zunehmendem Festigkeitsniveau der Dualphasen-Stähle auf die Auslegung der Umform- und Schneidwerkzeuge zu legen. Speziell beim Schneiden ist die Anforderung an die Werkzeuge hoch. Neben einer ausreichenden Härte von > 60 HRC muss durch die Auswahl geeigneter Werkzeugstoffe gleichzeitig eine hohe Duktilität gewährleistet sein, um ein frühzeitiges Ausbrechen der Schneidkanten zu vermeiden. Mit Hilfe einer gezielten Verrundung der Schneidkanten im Größenbereich von ca. 50 μm kann die Kantenstabilität der Werkzeuge optimiert werden. Der Schneidspalt ist unter Berücksichtigung der jeweiligen Blechdicke des Werkstoffes auszulegen und sollte als Richtwert ≥ 10 % der Blechdicke betragen.

Hinsichtlich der Umformwerkzeuge muss eine ausreichende Stützhärte erzielt werden. Üblich ist ein segmentierter Aufbau der Umformwerkzeuge. In höchstbeanspruchten Bereichen kann der Einsatz von Schnellarbeitsstählen notwendig sein. Hierzu zählen der Schnellarbeitsstahl 1.3343 oder entsprechende pulvermetallurgisch hergestellte Sinterwerkstoffe. Zusätzlich können Werkzeugbeschichtungen wie eine CVD (TiC-TiN-Beschichtung) den Werkzeugverschleiß minimieren.

Verarbeitungshinweise zum Fügen

Die DP-Stähle sind sowohl in Verbindung mit sich selbst als auch in Mischverbindung mit anderen gängigen Stahlsorten prinzipiell gut schweißgeeignet. Voraussetzung sind auf den Werkstoff abgestimmte Schweißparameter.

Widerstandspunktschweißen

Zum Punktschweißen von Dualphasen-Stählen können die gleichen Einrichtungen wie zum Schweißen unlegierter Tiefziehstähle verwendet werden. Im Vergleich zu Stahlsorten gleicher Dicke mit niedrigeren Festigkeiten verschiebt sich der Schweißbereich tendenziell zu niedrigeren Strömen. Gleichzeitig verengt sich der Einstellbereich geringfügig, was jedoch durch Anhebung der Elektrodenkräfte und Schweißströme weitgehend kompensiert werden kann. Auch eine Verlängerung der Stromfluss-Zeiten oder etwa die Anwendung von Mehrimpulsschweißen in Anlehnung an SEP 1220-2 kann sich günstig auf die Breite des Schweißbereichs auswirken. Beim Widerstandspunktschweißen verzinkter Bleche müssen die Schweißströme aufgrund der höheren Leitfähigkeiten des Überzuges gegenüber dem Grundwerkstoff angehoben werden. Darüber hinaus wirkt sich eine Erhöhung der Elektrodenkraft und der Schweißzeit günstig auf den Schweißbereich aus.

Neben der Blechsorte, -oberfläche und -dickenkombination spielen andere Faktoren, wie z.B. der verwendete Elektrodentyp, eine wichtige Rolle bei der Festlegung von optimalen Fügeparametern.

MIG-Lichtbogenschweißen

Im Merkblatt DVS 0938-2 „Lichtbogenlöten“ wird das Löten von Stählen bis zu einer Zugfestigkeit von ca. 500 MPa beschrieben. Da der beschriebene Werkstoff oberhalb dieser Zugfestigkeit liegt, wird empfohlen, bauteilspezifisch die Eignung des Lötens zu überprüfen.

Betriebsfestigkeit und Crashverhalten

Dualphasen-Stähle besitzen ein hohes Verfestigungsvermögen bei gleichzeitig hohen Streckgrenzenwerten. Hohe Streckgrenzenwerte und hohe Zugfestigkeitswerte belegen hohe Dauerfestigkeitsniveaus. Durch die feine und disperse Verteilung von Martensit und Ferrit ist keine negative Beeinflussung der Schwingfestigkeit durch die Festigkeitsdifferenz zwischen den Gefügebestandteilen Ferrit und Martensit festzustellen. Höhere Festigkeitswerte durch Kaltverfestigung infolge der Umformung einschließlich des Bake-Hardening-Effektes tragen zu dem vorteilhaften Werkstoffverhalten bei. Durch das hohe Festigkeitsniveau und das hohe Verfestigungsvermögen sind Dualphasen-Stähle ideal für crashenergieabsorbierende Bauteile geeignet.

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