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Bake-Hardening Stähle

Beschreibung

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:

  • Eine deutlich höhere Beulfestigkeit all derjenigen Fertigbauteile, die mit geringen Umformgraden gefertigt werden (z.B. Motorhauben, Dächer, Türen und Kotflügel)
  • Ein hohes Leichtbaupotenzial bei gegebener Beulfestigkeit (die Reduktion der Blechdicke wird durch die bei der Wärmebehandlung erfolgende Streckgrenzensteigerung kompensiert)

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.

Anwendungs­bereiche

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

Bezeichnungen und Normen

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


  • Euronorms

    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

  • VDA 239-100

    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).

Mechanische Eigenschaften

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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

Mikrogefüge der Güte CR180BH

Chemische Zusammen­setzung

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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


Definition des Bake-Hardening-Effekts (BH2)

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

Verfestigungsmechanismus beim Bake-Hardening

Globale Verfügbarkeit


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

Umformung

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.

Schweißen

Bake-Hardening-Stähle sind niedrig legiert und verfügen daher über eine gute Schweißeignung für sämtliche Schweißverfahren.

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