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Bake-Hardening-Stähle werden nach einem Verfahren hergestellt und behandelt, welches eine bedeutende Streckgrenzensteigerung durch Warmbehandlung im Niedrigtemperaturbereich und insbesondere durch das Lackeinbrennen zur Folge hat.
Es kann also bei gleichzeitiger Beibehaltung günstiger Umformeigenschaften ein erheblich höheres Festigkeitsniveau am Fertigteil erreicht werden. Die durch den Lackeinbrand erzielte Streckgrenzenerhöhung, der sog. „Bake-Hardening Effekt" (BH), beträgt in der Regel über 40 MPa. Folglich weisen die Bake-Hardening-Stähle von ArcelorMittal gegenüber konventionellen Tiefziehstählen zwei unterschiedliche Vorteile auf:
Bake-Hardening-Stähle bringen die Anforderungen der Automobilhersteller nach Tiefziehfähigkeit und Beulfestigkeit ausgezeichnet in Einklang und tragen somit erheblich zum Leichtbaupotenzial und zur Ästhetik der Fahrzeuge bei.
Bake-Hardening-Stähle sind für die Fertigung von Außenhautteilen (Türen, Motorhauben, Heckklappen, Kotflügel und Dächer) und Strukturteilen (Unterbodenteile, Verstärkungen, Querträger und Innenhautteile) bestimmt.
Motorhaube aus CR180BH
Tür aus CR240BH
Vorderer Längsträger aus CR270BH
Zur Information zeigt die folgende Tabelle die Europäischen und der Norm VDA 239-100 angeführt, denen die Stahlgüten von ArcelorMittal entsprechen.
Die Güte CR195BH entspricht den Anforderungen japanischer Normen.
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ArcelorMittal-Bezeichnung | Gattungsbezeichnung | Euronorms | VDA 239-100 | JFS | ABNT NBR |
CR180BH | BH180 | HC180B (+ZE) / HX180BD (+Z, +ZF, +ZM) | CR180BH (-UNC,-EG,-GI,-GA,-ZM) | BH-180 / ZARBH-180 | |
CR195BH | BH195 | ||||
CR210BH | BH210 / BH220 | HC220B (+ZE) / HX220BD (+Z, +ZF, +ZM) | CR210BH (-UNC,-EG,-GI,-GA,-ZM) | JSC340H / JAC340H | BH-210 / ZARBH-210 |
CR240BH | BH240 / BH260 | HC260B (+ZE) / HX260BD (+Z, +ZM) | CR240BH (-UNC,-EG,-GI,-ZM) | BH-240 / ZARBH-240 | |
CR270BH | BH270 / BH300 | HC300B (+ZE) / HX300BD (+Z) | CR270BH (-UNC,-EG,-GI) | BH-270 - BH-300 / ZARBH-270 - ZARBH-300 |
Unbeschichtet (EN 10268: 2006 + A1: 2013): Stahlsortenbezeichnung
Elektrolytisch beschichtet (EN 10268: 2006 + A1: 2013 + EN 10152: 2017): Stahlsortenbezeichnung+ZE
Galvannealed (EN 10346: 2015): Stahlsortenbezeichnung+ZF
Extragal®/Ultragal® für Außenhautanwendungen (EN 10346: 2015): Stahlsortenbezeichnung+Z
Zagnelis® (EN 10346: 2015): Stahlsorte+ZM
Unbeschichtet: Stahlsortenbezeichnung-UNC
Elektrolytisch beschichtet: Stahlsortenbezeichnung-EG
Galvannealed: Stahlsortenbezeichnung-GA
Extragal®/Ultragal® für Außenhautanwendungen: Stahlsortenbezeichnung-GI
Zagnelis®: Stahlsortenbezeichnung-ZM
Die Normenäquivalenzen dienen nur der Information. In der Regel garantiert ArcelorMittal engere Toleranzen auf die mechanischen Eigenschaften seiner BH-Stähle (siehe nachfolgende Tabelle).
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ArcelorMittal-Bezeichnung | Gattungsbezeichnung | Richtung | Streckgrenze Rp0,2 (MPa) | Zugfestigkeit Rm (MPa) | Typ 1 Min. A50mm (%) | Typ 2 Min. A80mm (%) | Typ 3 Min. A50mm (%) | Min. r0-20 | Min. rm-20 | Min. BH2 MPa | n10-20/Ag |
CR180BH | BH180 | RD | 180 - 240 | 290 - 370 | 35 | 34 | 37 | 1,1 | 1,3 | 20/30 | 0,17 |
CR195BH | BH195 | TD | 195 - 270 | 340 - 400 | 34 | 32 | 35 | 1,1 | 1,2 | 20/30 | 0,16 |
CR210BH | BH210 / BH220 | RD | 210 - 270 | 320 - 400 | 33 | 32 | 35 | 1,1 | 1,2 | 20/30 | 0,16 |
CR240BH | BH240 / BH260 | RD | 240 - 300 | 340 - 440 | 30 | 29 | 31 | 1 | 1,1 | 20/30 | 0,15 |
CR270BH | BH270 / BH300 | RD | 270 - 330 | 360 - 460 | 28 | 27 | 29 | 20/30 | 0,13 |
A80mm %: Bruchdehnung bei einer Probe mit Messlänge L0 = 80 mm (ISO 6892-1 Probenform 2 (EN20x80))
A50mm %: Bruchdehnung bei einer Probe mit Messlänge L0 = 50 mm (ISO 6892-1 Typ 1 (ASTM12.5x50) oder Typ 3 (JIS25x50)).
A%: Bruchdehnung bei einer Proportionalprobe mit L0 = 5,65 (So)1/2
Ag %: Plastische Extensometer-Dehnung bei Höchstkraft
BH2: Streckgrenzenerhöhung nach einer plastischen Vordehnung von 2 %, hervorgerufen durch eine Wärmebehandlung (170°C-20 min)
Mikrogefüge der Güte CR180BH
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ArcelorMittal-Bezeichnung | Gattungsbezeichnung | Max. C (%) | Max. Si (%) | Max. Mn (%) | Max. P (%) | Max. S (%) | Min. Al (%) | Max. Cu (%) |
CR180BH | BH180 | 0,06 | 0,5 | 0,7 | 0,06 | 0,025 | ≥ 0,015 | 0,2 |
CR195BH | BH195 | 0,06 | 0,5 | 0,7 | 0,08 | 0,025 | ≥ 0,015 | 0,2 |
CR210BH | BH210 / BH220 | 0,08 | 0,5 | 0,7 | 0,085 | 0,025 | ≥ 0,015 | 0,2 |
CR240BH | BH240 / BH260 | 0,1 | 0,5 | 1,0 | 0,1 | 0,03 | ≥ 0,015 | 0,2 |
CR270BH | BH270 / BH300 | 0,1 | 0,5 | 1,0 | 0,1 | 0,03 | ≥ 0,015 | 0,2 |
Bake-Hardening ist ein kontrollierter Alterungsprozess, der auf den im Stahl in fester Lösung vorhandenen Kohlen- und/oder Stickstoff zurückzuführen ist. Durch die Bestimmung des Parameters BH2 kann die Zunahme der Beulfestigkeit gut eingeschätzt werden. Sie ergibt sich aus BH2 = ReL - Rp2, wobei Rel die nach der Wärmbehandlung gemessene Streckgrenze ist und Rp2 die nach einer Umformung von 2% gemessene Streckgrenze. Die Messung des BH2 ist ein zuverlässiges und reproduzierbares Mittel für die quantitative Bestimmung des Stahlvererfestigungspotenzials während der kathodischen Tauchbadbehandlung.
Die nachstehende schematische Darstellung veranschaulicht den während des Lackeinbrands wirkenden Verfestigungsmechanismus und zeigt wie die Atome des gelösten Kohlenstoffs sich unter dem Einfluss der Wämebehandlung, die standardmäßig 20 Minuten bei 170°C erfolgt, verschieben und die auf die Umformung zurückzuführenden Versetzungen blockieren. Dies führt dann zu der Streckgrenzensteigerung des Materials.
Verfestigungsmechanismus beim Bake-Hardening
In Entwicklung In Erprobung bei Kunden In Güte für nicht sichtbare Teile erhältlich In Güte für sichtbare und nicht sichtbare Teile erhältlich (Z)
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ArcelorMittal-Bezeichnung | Gattungsbezeichnung | Unbeschichtet (-UNC) | Extragal® (-GI) | Ultragal® (-GI) | Galvannealed (-GA) | Zagnelis® Protect (-ZMP) | Zagnelis® Surface (-ZMS) | Elektrolytisch beschichtet (-EG) |
CR180BH | BH180 | |||||||
CR195BH | BH195 | |||||||
CR210BH | BH210 / BH220 | |||||||
CR240BH | BH240 / BH260 | |||||||
CR270BH | BH270 / BH300 |
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ArcelorMittal-Bezeichnung | Gattungsbezeichnung | Unbeschichtet (-UNC) | Extragal® (-GI) | Ultragal® (-GI) | Galvannealed (-GA) | Zagnelis® Protect (-ZMP) | Zagnelis® Surface (-ZMS) | Elektrolytisch beschichtet (-EG) |
CR180BH | BH180 | |||||||
CR195BH | BH195 | |||||||
CR210BH | BH210 / BH220 | |||||||
CR240BH | BH240 / BH260 | |||||||
CR270BH | BH270 / BH300 |
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ArcelorMittal-Bezeichnung | Gattungsbezeichnung | Unbeschichtet (-UNC) | Extragal® (-GI) | Galvannealed (-GA) |
CR180BH | BH180 | |||
CR195BH | BH195 | |||
CR210BH | BH210 / BH220 | |||
CR240BH | BH240 / BH260 | |||
CR270BH | BH270 / BH300 |
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ArcelorMittal-Bezeichnung | Gattungsbezeichnung | Unbeschichtet (-UNC) | Extragal® (-GI) | Galvannealed (-GA) |
CR180BH | BH180 | |||
CR195BH | BH195 | |||
CR210BH | BH210 / BH220 | |||
CR240BH | BH240 / BH260 | |||
CR270BH | BH270 / BH300 |
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ArcelorMittal-Bezeichnung | Gattungsbezeichnung |
CR180BH | BH180 |
CR195BH | BH195 |
CR210BH | BH210 / BH220 |
CR240BH | BH240 / BH260 |
CR270BH | BH270 / BH300 |
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ArcelorMittal-Bezeichnung | Gattungsbezeichnung | Unbeschichtet (-UNC) | Extragal® (-GI) | Ultragal® (-GI) | Galvannealed (-GA) |
CR180BH | BH180 | ||||
CR195BH | BH195 | ||||
CR210BH | BH210 / BH220 | ||||
CR240BH | BH240 / BH260 | ||||
CR270BH | BH270 / BH300 |
In Entwicklung
In Erprobung bei Kunden
In Güte für nicht sichtbare Teile erhältlich
In Güte für sichtbare und nicht sichtbare Teile erhältlich (Z)
Sämtliche Güten der Bake-Hardening-Stähle verfügen für alle Arten der Formgebung über eine gute Tiefziehfähigkeit, die mit denen von IF (Interstitial Free) - Stählen gleicher Festigkeit vergleichbar ist.
Die nachstehende Darstellung zeigt die Grenzformänderungskurven einzelner Güten von Bake-Hardening-Stählen bei einer Blechdicke von 1,0 mm.
Grenzformänderungskurven für die Familie der BH-Stähle (ArcelorMittal-Modell für Europa)
Grenzformänderungskurven für die Familie der BH-Stähle (Keeler-Modell für Nordamerika)
Bezüglich der Umformeigenschaften von Bake-Hardening-Stählen verfügt ArcelorMittal über umfassendes Datenmaterial. Zwecks frühzeitiger Berücksichtigung dieser Stähle bei neuen Konzeptentwicklungen können von einem Spezialistenteam projektspezifische Untersuchungen aufbauend auf Modellierungen oder Werkstattprüfungen durchgeführt werden.
Bake-Hardening-Stähle sind niedrig legiert und verfügen daher über eine gute Schweißeignung für sämtliche Schweißverfahren.