06.Dez.2006 200660981 St/kh

Verbund aus zwei Stahlblechen

B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft einen Verbund aus mindestens zwei Stahlblechen, eine B-Säule für eine Kfz-Karosserie, die einen derartigen Verbund umfasst, sowie ein Verfahren zur deren Herstellung.

Bei der Herstellung von Kfz-Karosserien werden häufig Bleche aus gehärtetem Stahl eingesetzt, die miteinander verschweißt werden müssen. Hierzu können die Bleche mit Lasern zu maßgeschneiderten geschweißten Platinen (englisch: tailored welded blanks) zusammengefügt werden. Die gehärteten Stähle dienen unter anderem dazu, den zunehmend strengeren Anforderungen gerecht zu werden, die zum Schutz der Fahrzeuginsassen erhoben werden. Zu diesem Zweck gibt es in den jeweiligen Staaten, in denen das Kraftfahrzeug zugelassen werden soll, standardisierte Aufpralltests, die ein Fahrzeugmodell vor der Zulassung bestehen muss, um zugelassen zu werden. In Europa sind dies beispielsweise die Tests nach Euro-NCAP (European New Car Assess- ment Programme) .

Dabei ist jedoch im Fahrzeugbau nicht nur anzustreben, festere oder härtere Stähle zu verwenden, sondern auch deren Schweißverbindungen zu verbessern, da, wie Zugexperimente im Labor oftmals zeigen, Schweißnähte die schwächste Stelle im Verbund

darstellen .

überträgt man diese Erkenntnis auf den Karosseriebau, so ist anzustreben, bei miteinander verschweißten Karosserie- teilen die Festigkeit der Schweißnähte zu verbessern.

Es ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der

Erfindung, einen Verbund aus mindestens zwei hochfesten, miteinander verschweißten Stahlblechen bzw. einer Stahlblechplatine bereitzustellen, dessen Schweißnähte eine höhere Festigkeit besitzen .

Die Aufgabe einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht darin, eine B-Säule bereitzustellen, deren Schweiß- nähte eine höhere Festigkeit besitzen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und weitere Ausführungsformen ergeben sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Verbund, umfassend ein erstes Stahlblech, das über eine Schweißnaht mit einem zweiten Stahlblech verschweißt ist. Die beiden Stahlbleche bestehen aus einem Vergütungsstahl und sind ebenso wie die sie verbindende Schweißnaht gehärtet. Der Verbund weist im Bereich der Schweißnaht eine Verbreiterung auf.

Der genannte Verbund stellt ein tailored welded blank bzw. eine maßgeschneiderte geschweißte Platine aus mindestens zwei Blechen aus einem Vergütungsstahl dar. Die Einheit aus den zwei Stahlblechen nebst Schweißnaht ist gehärtet. Dies bedeutet, dass nicht nur die Stahlbleche, sondern auch die Schweißnaht

selbst gehärtet ist. In der Praxis erfolgt dies dadurch, dass die nicht gehärteten Stahlbleche zusammengeschweißt und dann als Einheit einer Härtung unterzogen werden. Die sich durch die Härtung einstellende Zugfestigkeit der Stahlbleche beträgt mindestens 800 MPa.

Weiterhin weist der Verbund im Bereich der Schweißnaht eine Verbreiterung auf. Durch die Verbreiterung wird bei hoher Zug- und Biegebelastung die Spannung an der Schweißnaht reduziert und darüber sichergestellt, dass auch bei höchsten mechanischen Belastungen das Platinenmaterial nicht in der Schweißnaht, sondern im Grundmaterial reißt. Dies ermöglicht die Verwendung eines derartigen Verbundes im Karosseriebau. Eine Verbreiterung der Stahlplatine im Bereich der Schweißnaht sollte mindestens für den Bereich der Wärmeeinflusszone vorgenommen werden. Abhängig von der Schweißnahtgeometrie kann eine Verbreiterung in einem Bereich von mindestens 2 mm oberhalb und unterhalb des Schweißnahtrands gewählt werden. Die Verbreiterung kann eine rechteckige Ausbuchtung sein oder abgerundet sein.

Bei dem oben beschriebenen Verbund sind die beiden Stahlbleche nach dem Härten hochfeste Bleche, d.h. Stahlbleche mit einer Zugfestigkeit von mindestens 800 MPa. In einer alternativen Ausführungsform bringen die Stahlbleche die Eigen- schaft der hohen Zugfestigkeit von mindestens 800 MPa bereits als kalt- oder warmgewalzte Stähle mit sich und müssen insofern nicht mehr gehärtet werden. Demgemäß betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung einen Verbund, umfassend ein erstes Stahlblech, das über eine Schweißnaht mit einem zweiten Stahlblech verschweißt ist, wobei die beiden Stahlbleche aus einem kalt- oder warmgewalzten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 800 MPa bestehen. Der Verbund weist im Bereich der Schweißnaht eine Verbreiterung auf.

Es wird vermutet, dass der folgende Grund dafür verantwortlich ist, dass eine Stahlblechplatine der oben beschriebenen Art mechanisch belastbarer ist und nicht in der Schweißnaht reißt: Beim Verschweißen zweier Stahlbleche kann es zur Entkohlung beim aufgeschmolzenen Stahlmaterial kommen. Das Verschweißen kann ein Laserschweißen, MIG- oder MAG-Schweißen sein oder ein MIG- oder MAG-Löten sein. Insofern umfasst der Begriff „Schweißnaht" im Rahmen dieser Erfindung auch den Begriff „Löt- naht".

Zwar kann man durch Schutzmaßnahmen wie z. B. dem Einsatz eines Schutzgases oder der Optimierung von Schweißparametern der Entkohlung entgegenwirken, kommt es aber dennoch zu einer Entkohlung, so wird dies durch die Verbreiterung der

Stahlblechplatine ausgeglichen. Durch die Verbreiterung wird die Spannung an bzw. in der Schweißnaht herabgesetzt und wird im Belastungsfall ein Fließen des Grundmaterials entlang der Schweißnaht bzw. in der Schweißnaht vermieden. Dies führt dazu, dass bei einer überlastung die Schweißnaht nicht die schwächste Stelle des Verbunds ist. Das Verhalten des Verbunds in einem derartigen Fall kann damit leichter vorhergesagt und optimiert werden. Ein Bauteil, das den oben beschriebenen Verbund umfasst, bietet damit ein erhöhtes Maß an Festigkeit in einer Kraft- fahrzeugkarosserie .

Es tritt hinzu, dass beim Härten des Verbunds Kühlprobleme an der Schweißnaht auftreten können. Ursache ist, dass das Kühlwerkzeug mitunter nicht millimetergenau abgestimmt ist und sich dadurch im Schweißnahtbereich ein kleiner Luftspalt ausbildet. In diesem Fall erfolgt die Abschreckung nicht gleichmäßig genug, wodurch der Schweißnahtbereich nicht genügend gehärtet wird. Die Verbreiterung im Schweißnahtbereich gleicht

eine derartige unbefriedigende Härtung des Schweißnahtmaterials aus. Dies erlaubt es, die Fertigungstoleranzen bezüglich der Festigkeits- bzw. Härtewerte im Bereich der Schweißnaht großzügiger zu wählen, was zu einer preiswerteren Herstellung des Verbunds bei gleichen Gebrauchseigenschaften führt.

In einer zweiten Ausführungsform bestehen die beiden Stahlbleche des Verbunds jeweils aus einem Material, dessen Martensit- und/oder Bainitanteil im Querschliff größer als 50 % ist. Der Verbund kann aus zwei miteinander verschweißten

Vergütungsstahlblechen bestehen, die anschließend gehärtet wurden, oder kann aus zwei zusammengeschweißten kalt- oder warmgewalzten (und nicht gehärteten) Stahlblechen der oben genannten Zugfestigkeit bestehen.

Zur Bestimmung des Bainit- und/oder Martensitgehalts des zweiten Blechs wird ein Stück entnommen und so eingebettet, geschliffen und geätzt, dass man bei der Bestimmung auf den Querschnitt des zweiten Bleches blickt. Aufgrund des unter- schiedlichen ätzverhaltens der einzelnen Gefügebestandteile erkennt man die einzelnen Gefügebestandteile. Die einzelnen Gefügebestandteile sind dreidimensional, wobei Martensit und Bainit nadeiförmig erscheinen. Der Flächenanteil im Schliff wird per Software durch Unterscheidung von Graustufen bestimmt. Eine lichtmikroskopische Zuordnung von Anteilen des Schliffbildes zu Bainit oder Martensit ist manchmal nicht möglich.

Gemäß dem oben gegebenen Erklärungsversuch für das Verhalten des Verbunds bei extremer mechanischer Beanspruchung im Bereich der Schweißnaht ergibt sich die Problematik der mechanisch nicht hinreichend belastbaren Schweißnaht einerseits bei gehärteten Stählen aus einem Vergütungsstahl. Der Vergütungsstahl kann zum Beispiel 22MnB5 oder 19MnB4 sein. Ande-

rerseits können die Stähle aus einem kalt- oder warmgewalzten Stahl bestehen und hier zum Beispiel aus einem Dualphasenstahl, einem Komplexphasenstahl, einem TRIP-Stahl oder einem marten- sitischen Stahl.

In einer dritten Ausführungsform haben die beiden Stahlbleche, die über die Schweißnaht miteinander verbunden sind, eine unterschiedliche Dicke. Bei einem Dickenunterschied der beiden Stahlbleche kommt es beim Stand der Technik zu einer Spannungskonzentration an der Schweißnaht und damit zu einer geringeren mechanischen Belastbarkeit. Dies gilt umso mehr, je größer der Dickenunterschied ausfällt. Wie oben ausgeführt, wird durch die Verbreiterung des Verbunds an der Schweißnaht die maximale Spannung von der Schweißnaht wegverlagert, sodass bei einem Dickenunterschied der Stahlbleche mit den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung der Verbund im Bereich der Schweißnaht eine höhere Festigkeit aufweist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die beiden Stahlbleche einen Dickenunterschied von mindestens 0.5 mm auf. In Experimenten mit 22MnB5-Blechen wurden beispielsweise mit der Blechdickenkombination 2.0 mm / 1.3 mm bzw. einem Blechdickenunterschied von 0.7 mm gute Ergebnisse unter Verwendung der Verbreiterung erzielt. Geringfügige Verbesserungen gab es aber bereits bei der Blechdickenkombination 1.7 mm / 2.0 mm, also bei einem Blechdickenunterschied von nur 0.3 mm.

Wie oben dargestellt, weist der Verbund im Bereich der Schweißnaht eine Verbreiterung auf. Handelt es sich bei dem Verbund um einen solchen mit länglicher Form und einer Schweißnaht senkrecht zur Längsrichtung (=horizontale Richtung) , so bedeutet dies gemäß einer weiteren Ausführungsform, dass die Breite des Verbunds im Bereich der Schweißnaht vergrößert ist.

In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Verbund, beispielsweise dem Verbund des letzten Absatzes, um die Verstärkung einer Hochstrebe eines Kraftfahrzeugs, z. B. ei- nes Pkws . In einem solchen Fall kann die Verstärkung bezogen auf die vertikale Achse aus mehreren Blechen unterschiedlicher Dicke gefertigt sein, wobei die länglichen Schweißnähte horizontal verlaufen. Die Verstärkung, z. B. die Verstärkung B-Säule, ist dann im Bereich der Schweißnähte verbreitert, um für den Fall ei- nes Seitenaufpralls eine erhöhte Zugfestigkeit zu gewährleisten und darüber die Sicherheit der Fahrzeuginsassen zu erhöhen.

Demgemäß besteht ein dritter Aspekt der Erfindung in der Bereitstellung einer B-Säule für eine Kfz-Karosserie, beispielsweise der Karosserie eines Pkws. Diese umfasst eine Verstärkung B-Säule, die ein erstes Stahlblech umfasst, das über eine Schweißnaht mit einem zweiten Stahlblech verschweißt ist. Die beiden Stahlbleche bestehen aus einem Vergütungsstahl und sind ebenso wie die sie verbindende Schweißnaht gehärtet. Die Verstärkung B-Säule weist im Bereich der Schweißnaht eine Verbreiterung auf.

Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ebenfalls die Bereitstellung einer B-Säule für eine Kfz-Karosserie . Diese umfasst eine Verstärkung B-Säule, wobei die Verstärkung B-Säule ein erstes Stahlblech umfasst, das über eine Schweißnaht mit einem zweiten Stahlblech verschweißt ist. Die beiden Stahlbleche bestehen aus einem kalt- oder warmgewalzten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 800 MPa. Die Verstärkung B-Säule weist im Bereich der Schweißnaht eine Verbreiterung auf.

Bei der B-Säule des letzten Absatzes oder dem hierzu korrespondierenden Verbund, wie er oben beschrieben wurde, kann

vorgesehen sein, dass das erste Stahlblech und das zweite Stahlblech dieselbe Blechstärke bei unterschiedlicher Zugfestigkeit besitzen. In diesem Fall lässt sich eine Verstärkung B-Säule aus einer maßgeschneiderten geschweißten Stahlblechplatine herstel- len, die bei der Herstellung wenig Abfall bzw . Materialverschnitt mit sich bringt und gleichzeitig in unterschiedlichen Bereichen die dort erforderliche Festigkeit besitzt. So kann beispielsweise erreicht werden, dass der unterste Teil der Verstärkung B-Säule eine geringere Festigkeit hat, damit dieses bei einem Seitenaufprall nach innen deformiert werden kann, dass aber im sicherheitskritischen mittleren Bereich eine höhere Festigkeit der Verstärkung B-Säule die Fahrzeuginsassen zuverlässig schützt. Die gleiche Blechstärke der Stahlbleche vermeidet hierbei im Belastungsfall eine Spannungskonzentration an der Schweißnaht.

Haben das erste und das zweite Stahlblech eine ungleiche Blechstärke bei unterschiedlicher Zugfestigkeit, so kommt als Werkstoffkombination zum Beispiel DP 800/TRIP 1000 in Frage. Wird dieselbe Festigkeit gewünscht, so kann die Kombination DP 800/DP 800, DP 800/TRIP 800 gewählt werden.

Korrespondierend zu den obigen Ausführungen besteht demgemäß in einer weiteren Ausführungsform das Material der beiden Stahlbleche der B-Säule jeweils aus einem solchen, dessen Martensit- und/oder Bainitanteil im Querschliff größer als 50 % ist. Hierbei können die beiden Stahlbleche eine unterschiedliche Dicke haben, z. B. einen Blechdickenunterschied von mindestens 0.5 mm.

Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft die Herstellung einer Ausführungsform des oben genannten Verbunds aus mindestens zwei Stahlblechen bzw. einer Ausführungsform der oben

genannten B-Säule. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt des Verbindens zweier Bleche aus einem Vergütungsstahl mittels einer Schweißnaht, einen zweiten Schritt des Glühens und Warmumformens der im ersten Schritt entstandenen Stahlblechplatine und umfasst einen dritten Schritt des Abschreckens der Stahlblechplatine, wobei sich beim ersten Schritt, der ggf. einen Schritt des Zuschneidens der Stahlblechplatine mit umfasst, und/ oder bei einem nachfolgenden Schritt des Zuschneidens der gehärteten Stahlblechplatine im Bereich der Schweißnaht eine Verbreiterung einstellt.

Weitere Merkmale und Vorteile der beanspruchten Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erkennbar, die nachfolgend als nicht beschränkende Beispiele angegeben sind. Hierbei soll die Benutzung von Bezugszeichen in den Figuren nicht dahingehend verstanden werden, dass die Bezugszeichen den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung einschränken sollen. Es zeigen:

Fig. 1 die B-Säule eines Pkws,

Fig. 2 ein Flussdiagramm betreffend die Durchführung des Herstellungsverfahrens.

Bei den Figuren, die allgemein mit gleichen Bezugs- zeichen gleiche Gegenstände bezeichnen, zeigt Figur 1 einen

Verbund 1 in Gestalt einer Verstärkung B-Säule 2, die aus insgesamt drei Stahlblechen 3, 4 und 5 zusammengeschweißt ist. Wird die Verstärkung B-Säule 2 vertikal angeordnet, so befindet sich eine erste Schweißnaht 6a in einer Höhe von ca. 44 cm oberhalb des Bodens. Die Schweißnaht 6a verläuft horizontal und mündet links und rechts in eine übertrieben groß dargestellte Verbreiterung 7. Das untere Stahlblech 5 hat eine Blechstärke von 1.3 mm und das mittlere Stahlblech 4 eine Blechstärke von 2.0 mm. Das

mittlere Stahlblech 4 ist in einer Höhe von ca. 107 cm über eine horizontal verlaufende Schweißnaht 6b mit dem oberen Stahlblech 3 verschweißt. Auch hier ist eine nicht maßstäblich dargestellte Verbreiterung 7 vorhanden. Das obere Stahlblech 3 hat eine Blechstärke von 1.7 mm. Die Stahlbleche 3, 4 und 5 bestehen aus dem Vergütungsstahl 22MnB5.

Die Herstellung dieser Verstärkung B-Säule 2 und allgemein derartiger Verbünde ist mithilfe des Flussdiagramms der Figur 2 veranschaulicht. Das Verfahren beginnt mit Schritt Sl. In Schritt S2 werden die nicht gehärteten Stahlbleche, vorliegend die Stahlbleche 3, 4 und 5, miteinander verschweißt. In Schritt S3 wird die miteinander verschweißte Einheit als Ganzes geglüht und warmumgeformt. Anschließend erfolgt in Schritt S4 das Ab- schrecken und das Zuschneiden unter Schaffung einer Verbreiterung 7 im Bereich der Schweißnähte 6a und 6b. Die Verbreiterung 7 kann auch dadurch geschaffen werden, dass der Prozess des Warmumformens mit einem geeigneten Zuschneiden kombiniert wird. Zur Schaffung einer vollständigen B-Säule wird die gezeigte Verstärkung B-Säule 2 zwischen einer Seitenwand innen und einer Seitenwand außen platziert (nicht gezeigt) .

Kommt es zu einem Seitenaufprall auf ein Kraftfahrzeug, das eine derartige Verstärkung B-Säule 2 umfasst, so wird durch diese die Festigkeit im Bereich der Schweißnähte 6a und 6b erhöht. Hierdurch stellen die Schweißnähte 6a, 6b nicht mehr die schwächste Stelle der B-Säule 2 dar, lässt sich das Verhalten der B-Säule 2 für den Fall eines Seitenaufpralls optimieren und darüber der Schutz der Fahrzeuginsassen erhöhen. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise auch die Bedingungen des Seiten- aufpralltests nach Euro-NCAP leichter erfüllen.

Obwohl vorstehend konkrete Ausführungsformen beschrieben wurden, wird der Fachmann erkennen, dass die Beschreibung dieser Ausführungsformen nicht zum Zweck hat, die Erfindung in der angegebenen Form zu beschränken. Die Erfindung soll vielmehr alle Modifikationen, äquivalente und Alternativen umfassen, die in den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung fallen .

e z u g s z e i c h e n l i s t e

01 Verbund

02 Verstärkung B-Säule

03 Stahlblech

04 Stahlblech

05 Stahlblech

6a Schweißnaht

6b Schweißnaht

07 Verbreiterung