Ein für die Herstellung von Karosseriebauteilen und den Tieftemperatureinsatz verwendeter Leichtstahl ist aus der DE 197 27 759 C2 bekannt. Er enthält neben Fe 10 % bis 30 % Mn, 1 % bis 8 % Al und 1 bis 6 % Si, wobei die Summe der Gehalte an Al und Si 12 % nicht überschreitet. In diesem bekannten Stahl ist Kohlenstoff allenfalls im Verunreinigungsbereich enthalten.

Beim aus der DE 199 00 199 AI bekannten Leichtbaustahl ist dagegen Kohlenstoff als optionales Legierungselement vorgesehen. Der bekannte Leichtstahl weist > 7 % bis 27 % Mn, > 1 % bis 10 % Al, > 0,7 % bis 4 % Si, < 0,5 % C, < 10 % Cr, < 10 % Ni und < 0,3 % Cu auf. Des weiteren können in dem Stahl N, V, Nb, Ti, P enthalten sein, wobei die Summe dieser Elemente 2 % nicht überschreiten darf.

Auch der aus der EP 1 067 203 Al bekannte Leichtstahl enthält Kohlenstoff, und zwar 0,001 bis 1,6 %. Zudem weist dieser Stahl neben Fe 6-30 % Mn, S 6 % AI, < 2,5 % Si, < 10 % Cr, 9 10 % Ni und S 5% Cu auf. Zusätzlich können V, Ti, Nb, B, Zr und Seltene Erden in dem Stahl enthalten sein, wobei die Summe ihrer Gehalte 3 % nicht überschreitet. Ebenso kann der bekannte Stahl P, Sn, Sb, und As beinhalten, wobei die Summe der Gehalte dieser Elemente nicht größer als 0,2 % sein soll.

Es hat sich gezeigt, dass sich derart zusammengesetzte Stähle trotz der Anwesenheit von Kohlenstoff nur unter Schwierigkeiten warm-und kaltwalzen lassen. So zeigen sich an den Bandkanten häufig Instabilitäten oder Risse, welche die großtechnische Herstellung von Bändern oder Blechen aus solchen Stählen in der Praxis schwierig machen. Des weiteren weisen diese Stähle ein sehr stark isotropes Verformungsverhalten auf, welches sich in einem hohen Ar-Wert äußert. Auch infolge der schlechten Verformbarkeit wird die Weiterverarbeitung der nach dem bekannten Verfahren erzeugten Stahlbleche erschwert.

Gut verformbare Stähle mit höheren Festigkeiten werden auch für die Fertigung von Bauteilen benötigt, die mit Verzahnungen oder vergleichbaren Formelementen versehen sind. Bei diesen Bauteilen handelt es sich typischerweise um mit Innen-oder Außenverzahnungen versehene Getriebeteile. Diese lassen sich kostengünstig und mit hoher Maßhaltigkeit durch Drückwalzen herstellen.

Ein Verfahren zum Herstellen von Getriebeteilen durch Drückwalzen ist aus der DE 197 24 661 C2 bekannt. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird aus einem mikrolegierten hochfesten Baustahl, der eine untere Streckgrenze von mindestens 500 N/mm2 besitzt, aus einem Blech ein Rohling geformt. Dieser Rohling wird dann durch Drückwalzen zu dem Getriebe kaltverformt. Im Zuge des Einformens der Verzahnung wird das Blechmaterial bis an die Grenze seines Umformvermögens umgeformt. Anschließend wird eine Oberfläche des mit der Verzahnung versehenen Werkstücks im wesentlichen unter Beibehaltung der Temperatur wärmeverzugsfrei gehärtet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik einenLeichtstahl bzw. ein daraus erzeugtes Stahlband- oder-blech mit guter Verformbarkeit und guter Festigkeit zu schaffen, der bzw. das sich auch im großtechnischen Maßstab einfach herstellen lässt. Darüber hinaus sollen ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlbandes oder- blechs sowie bevorzugte Verwendungen für den Stahl angegeben werden.

Die Aufgabe wird zum einen durch einen Leichtstahl gelöst, der folgende Zusammensetzung aufweist (in Gewichts-%) : C : S 1, 00 % Mn : 7,00-30,00 % Al : 1,00-10,00 % Si : > 2,50-8,00 % Al + Si : > 3,50-12,00 % B : > 0,00-< 0,01 % sowie wahlweise Ni : < 8,00 % Cu : < 3, 00 % N : < 0,60 % Nb : < 0,30 % Ti : < 0,30 % V : < 0,30 % P : < 0,01 % Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen. Den Verunreinigungen werden dabei Schwefel und Sauerstoff zugerechnet.

Überraschend hat sich herausgestellt, dass die gezielte Zugabe Bor bei erfindungsgemäßen Stählen zu einer deutlichen Verbesserung der Eigenschaften und der Herstellbarkeit führt. So bewirkt der im erfindungsgemäßen Stahl enthalte Gehalt an Bor eine Verminderung der Streckgrenze, wodurch die Verformbarkeit deutlich verbessert wird. Die günstigen Einflüsse der Legierung auf die mechanisch-technologischen Eigenschaften erfindungsgemäßen Stahls kann dadurch noch unterstützt werden, dass der Kohlenstoffgehalt 0,10- 1,00 Gew.-% beträgt, wenn also ein Mindestmaß von 0,10 Gew.-% an Kohlenstoff im erfindungsgemäßen Stahl nachweisbar ist.

Dabei hat die Anwesenheit dieser Elemente eine besonders gute Kombination von mechanischen und technologischen Eigenschaften zur Folge. So weist erfindungsgemäßer Stahl bzw. ein daraus erzeugtes Stahlband oder und-blech einen gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten, zur hier in Rede stehenden Gattung gehörenden Bleche einen deutlich niedrigeren Ar-Wert auf.

Zusätzlich zeichnen sich erfindungsgemäß zusammengesetzte kaltgewalzte Stahlbänder und-bleche durch vergleichbar niedrige Streckgrenzen, verbesserte Streckziehfähigkeit bei erhöhten Verfestigungsexponenten (n-Wert), erhöhter Tiefziehfähigkeit (r-Wert) und niedriger planarer Anisotropie (Ar-Wert) sowie ein erhöhtes Produkt aus Streckgrenze und Dehnung aus. So liegt die Zugfestigkeit erfindungsgemäßer Stahlbänder und-bleche mindestens bei 680 MPa. Das Produkt aus Zugfestigkeit und Dehnung beträgt mindestens 41000 MPa. Die Streckgrenze erfindungsgemäßer Stahlbleche und-bänder überschreitet 520 MPa nicht. Gleichzeitig besitzen erfindungsgemäße Stähle bzw. daraus erzeugte Bleche und Bänder eine außerordentlich hohe Gleichmaßdehnung von 20 % bis zu mehr als 45 %. Es werden n-Werte von bis zu 0,7 erreicht.

Im Ergebnis wird so ein besonders gut kaltverformbares Leichtstahlband oder-blech erhalten, das sich aufgrund seiner vergleichsweise hohen Festigkeit und geringen Dichte insbesondere für die Herstellung von Bauteilen für Automobilkarossen eignet. Ebenso macht das ausgezeichnete Verhältnis von Festigkeit und Gewicht ein erfindungsgemäß erzeugtes Stahlblech für die Herstellung von Rädern für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, für die Herstellung von innenhochdruck-oder außenhochdruckverformten Bauteilen, für die Herstellung von hochfesten Motorteilen, wie Nockenwellen oder Kolbenstangen, für die Herstellung von für den Schutz gegen impulsförmig auftreffende Belastungen, wie Beschuss, bestimmten Bauelementen, wie Panzerblechen, sowie Schutzelemente geeignet, die zum Schutz von Personen insbesondere gegen Beschuss bestimmt sind.

Insbesondere im Falle der letztgenannten Anwendung macht sich das vergleichsweise geringe Gewicht des erfindungsgemäßen Stahlblechs und die gleichzeitig hohe Festigkeit positiv bemerkbar.

Erfindungsgemäße Stahlbleche eignen sich bei rein austenitischer Gefügestruktur darüber hinaus in besonderer Weise zur Herstellung von nichtmagnetischen Bauelementen.

Des weiteren hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäßen auch bei besonders niedrigen Temperaturen ihre Festigkeit beibehalten. Sie eignen sich als solche insbesondere zur Herstellung von in der Kryotechnik eingesetzte Bauelemente, wie Behälter oder Rohre für die Kältetechnik.

Besonders sicher erreichen lassen sich die positiven Wirkungen von Bor in erfindungsgemäß verwendetem Stahl, wenn der Borgehalt 0,002 Gew.-% bis 0,01 Gew.-%, insbesondere 0,003 bis 0,008 Gew.-%, beträgt.

Auch der im Bereich von 0,1 % bis 1,0 % liegende C-Gehalt gewährleistet eine verbesserte Herstellbarkeit erfindungsgemäßer Stahlbleche und-bänder. Bei erfindungsgemäßen Stählen ist aufgrund der Anwesenheit von Kohlenstoff die Bildung intermetallischer Phasen unterdrückt. Risse und Instabilitäten im Bandkantenbereich, wie sie bei den aus den bekannten Stählen erzeugten Stahlbändern entstehen, werden so erheblich reduziert, wobei mit zunehmendem C-Gehalt die Instabilitäten in besonderem Maße abnehmen. Ein weitere Verbesserung der Bandkantenqualität wird durch die Zugabe von Bor erzielt. Im Ergebnis können durch die kombinierte Zugabe von C und B Bandkanteninstabilitäten nahezu vollständig vermieden werden.

Bor substituiert in seiner Wirkung auf die mechanisch- technologischen Eigenschaften das Legierungelement Mn. So ist festgestellt worden, dass ein Stahl mit 20 % Mn und 0,003 % Bor ein ähnliches Eigenschaftsprofil aufweist wie ein Stahl, der 25 % Mn, jedoch kein B enthält. Daher können erfindungsgemäße Leichtbaustähle relativ niedrige Mn-Gehalte bei dennoch vergleichsweise hohen Festigkeiten besitzen. Dies führt zu verminderten Legierungsmittelkosten und erleichtert die schmelzmetallurgische Herstellung eines erfindungsgemäß verwendeten Leichtstahls.

Zusätzlich eröffnen die erfindungsgemäß vorgesehenen C- und B-Gehalte ein weites Spektrum der Warmwalzparameter.

So ist festgestellt worden, dass die bei Wahl hoher Warmwalzendtemperaturen und Haspeltemperaturen erhaltenen Kennwerte erfindungsgemäßer Stähle im wesentlichen gleich denen sind, die bei niedrigen Warmwalzendtemperaturen und Haspeltemperaturen erhalten werden. Auch diese Unempfindlichkeit bei der Warmbandherstellung begünstigt die einfache Herstellbarkeit erfindungsgemäßer Stahlbleche.

Aufgrund des auf Gehalte oberhalb von 2,50 Gew.-%, bevorzugt oberhalb von 2,70 Gew.-%, beschränkten Si- Gehaltsweisen erfindungsgemäße Stahlbänder und-bleche eine gegenüber solchen Leichtstahlbändern oder -blechen, die geringe Si-Gehalte besitzen, verbesserte Kaltwalzbarkeit auf. Die hohe Zugabe von Si drückt sich in gleichmäßigeren Streckgrenzen-und Zugfestigkeitswerten sowie in höheren Bruchdehnungs-und Gleichmaßdehnungswerten aus. Si in erfindungsgemäßen Stählen führt darüber hinaus zu höheren r-und n-Werten sowie zu einer isotropen Ausbildung der mechanischen Eigenschaften. Die Obergrenze der aus Al-und Si-Gehalten gebildeten Summe liegt bei 12 %, da eine über diese Grenze hinausgehende Summe der Al-und Si-Gehalte die Gefahr einer Versprödung mit sich bringen würde.

Erfindungsgemäße Stahlbänder und-bleche lassen sich bevorzugt durch ein Verfahren herstellen, bei dem ein Vormaterial, wie Brammen, Dünnbrammen oder Band, aus einem erfindungsgemäß in der voranstehend erläuterten Weise zusammmengesetzten Stahl gegossen wird, bei dem das gegossene Vormaterial auf = 1100 °C erwärmt oder mit einer solchen Temperatur direkt eingesetzt wird, bei dem das vorgewärmte Vormaterial zu Warmband bei einer mindestens 800 °C betragenden Warmwalzendtemperatur warmgewalzt wird und bei dem das fertiggewalzte Warmband bei einer 450 °C bis 700 °C betragenden Haspeltemperatur gehaspelt wird.

Indem das Warmband erfindungsgemäß bei mindestens 800 °C liegenden Warmwalzendtemperaturen warmgewalzt und bei niedrigen Temperaturen gehaspelt wird, wird die erwähnte positive Wirkung des Kohlenstoffs und insbesondere des Bors im vollen Umfang genutzt. So bewirken Bor und Kohlenstoff bei in diesem Bereich warmgewalzten Bändern höhere Zugfestigkeits-und Streckgrenzen-Werte bei nach wie vor akzeptablen Bruchdehnungswerten. Mit zunehmender Warmwalzendtemperatur nehmen Zugfestigkeit und Streckgrenze ab, während die Dehnungswerte ansteigen.

Durch Variation der Walzendtemperaturen im durch die Erfindung vorgegebenen Rahmen lassen sich so die gewünschten Eigenschaften des erhaltenen Stahlbandes gezielt und auf einfache Weise beeinflussen.

Durch die Beschränkung der Haspeltemperatur auf Werte von maximal 700 °C wird eine Werkstoffversprödung sicher vermieden. Es ist festgestellt worden, dass es bei höheren Haspeltemperaturen zur Bildung von Sprödphasen kommt, welche beispielsweise Materialabplatzungen nach sich ziehen können und als solche die Weiterverarbeitung erschweren oder sogar unmöglich machen.

Schon erfindungsgemäß erzeugtes Warmband zeichnet sich durch gute Gebrauchseigenschaften aus. Sollen dünnere Bleche oder Bänder erzeugt werden, so kann das Warmband nach dem Haspeln zu Kaltband kaltgewalzt werden, wobei das Kaltwalzen vorteilhafterweise mit einem Kaltwalzgrad von 30 % bis 75 % durchgeführt wird. Vorzugsweise wird das erhaltene Kaltband anschließend einer Glühung unterzogen, wobei die Glühtemperaturen zwischen 600 °C bis 1100 °C liegen sollten. Die Glühung kann dabei in der Haube im Temperaturbereich von 600 °C bis 750 °C oder im Durchlauf im Glühofen bei Temperaturen von 750 °C bis 1100 °C durchgeführt werden. Schließlich ist es im Hinblick auf die Kaltverformbarkeit und der Oberflächenausbildung günstig, das Kaltband abschließend zu dressieren.

Eine weitere besonders vorteilhafte Verwendung erfindungsgemäßen Stahls bzw. daraus hergestellter Stahlbänder und-bleche besteht in der Herstellung von kaltverformten Bauteilen durch Drückwalzen. Dazu werden aus dem Stahl Rohlinge hergestellt, die dann durch das Drückwalzen fertig geformt werden. Aufgrund seines besonderen Eigenschaftsprofils eignet sich erfindungsgemäßer Stahl bzw. daraus hergestellte Blechrohlinge in besonderer Weise für diesen Zweck.

Abhängig von der Zusammensetzung lässt sich in erfindungsgemäßem Stahl eine rein austenitische oder eine aus einer Mischung von Ferrit und Austenit mit Anteilen von Martensit bestehende Gefügestruktur einstellen. Die erfindungsgemäßen Stähle lassen sich daher wesentlich besser umformen. Im Zuge der Kaltumformung verfestigen sie deutlich stärker als die bekanntermaßen für die Herstellung durch Drückwalzen eingesetzten hochfesten mikrolegierten oder Mehrphasen-Stähle. So lassen sich je nach Kaltverformung Bauteilfestigkeiten im Bereich von 1400 N/mm2 bis 2200 N/mm2 erzielen. Eine zusätzliche Härtung der erzeugten Bauteile nach der Kaltverformung kann daher entfallen. Auch wirkt es sich insbesondere bei der Herstellung von verzahnten Getriebebauteilen in Bezug auf den Einsatzzweck günstig aus, dass die erfindungsgemäß zu ihrer Herstellung verwendeten Stähle aufgrund des hohen Gehaltes an leichten Elementen, wie Si, Al, dichtereduziert sind.

Bei Verwendung eines erfindungsgemäß zusammengesetzten und beschaffenen Stahls kann somit auf eine Wärmebehandlung oder ein Oberflächenhärten des drückgewalzten Bauteils verzichtet werden. Die durch diese zusätzlichen Behandlungsschritte beim Stand der Technik verursachte Gefahr von Verzug und Verzunderung besteht daher bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Stahles zur Herstellung von verzahnten, im Einsatz lokal starker Beanspruchung unterworfenen Bauelementen nicht mehr. So ermöglicht der erfindungsgemäße Stahl die kostengünstige Herstellung leichter, hochbelastbarer und maßhaltiger Bauelemente durch Kaltverformung, insbesondere Drückwalzen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungs- und Vergleichsbeispielen näher erläutert.

In Tabelle 1 sind die Zusammensetzungen von vier Stählen A, B, C, D, E angegeben, von denen die Stähle A, B und C der erfindungsgemäß vorgesehenen Legierung entsprechen, während es sich bei den Stählen D und E um Vergleichsbeispiele handelt. Stahl Mn Al Si B Fe, Verunreinigungen A 0, 5 15 3 3 0, 003 Rest B 0, 5 20 3 3 0, 003 Rest C _ 20 3 3 0, 003 Rest D14 3 3 Rest E 3 3 Rest Tabelle 1 Die Stähle A bis E der betreffenden Zusammensetzungen sind erschmolzen und zu Brammen vergossen worden.

Anschließend sind die Brammen auf eine Temperatur von 1150 °C vorgewärmt worden. Die vorgewärmten Brammen sind dann warmgewalzt und anschließend gehaspelt worden.

Die jeweiligen Warmwalzendtemperaturen ET und Haspeltemperaturen HT sowie die jeweiligen Eigenschaften Zugfestigkeit Rm, Streckgrenze Re, 50-Dehnung, Gleichmaßdehnung Agl und n-Wert der erhaltenen Warmbänder sind in Tabelle 2 angegeben. Stahl ET HT Re Rm Aso Agl n [°C] [°C] [N/mm2] [N/mm2] [%] [%] A 960 500 486 792 7 42 38 0, 31 B 930 500 509 825 46 42 0,32 C 920 500 496 818 31 27 D 820 500 610 920 26 _ E 840 500 430 700 30--- Tabelle 2 Bis auf das aus dem nicht erfindungsgemäßen Stahl D hergestellte Band, welches sich nicht kaltwalzen ließ, sind die erhaltenen Warmbänder anschließend mit einem Verformungsgrand von ca. 65 % kaltgewalzt und bei 950 °C im Durchlauf geglüht Die mechanischen Eigenschaften der so erhaltenen kaltgewalzten Stahlbleche sind in Tabelle 3 eingetragen. Stahl Re Rm Aso Agi n r Ar [N/mm2][N/mm2] [%] [%] A 408 775 64 64 0,33 1,02-0,1 B 411 785 61, 1 61,1 0,33 1,0-0,06 C 284 714 58 56, 8 0,39 1, 05-0,17 D Nicht kaltwalzbar JE382744) 52, 5 150, 3 0, 32 0, 82-0, 25 Tabelle 3 Es zeigt sich, dass die aus den Stählen A bis C erfindungsgemäß erzeugten Stahlbänder eine hervorragende Kaltverformbarkeit besitzen. Dabei weisen sie bei einer hohen Festigkeit und einer hohen Bruchdehnung jeweils ein ausgeprägt isotropes Verformungsverhalten (r"l, Ar"0) auf. Auch die aus dem kohlenstofffreien, jedoch Bor enthaltenden erfindungsgemäßen Stahl C erzeugten Stahlbänder weisen niedrige Streckgrenzen, erhöhte Bruch- und Gleichmaßdehnungen sowie ein isotropes Umformverhalten auf.

Somit eignen sich alle Varianten erfindungsgemäßer Stahlbleche in besonderer Weise für die Herstellung von Karosseriebauteilen, speziell für die Außenbleche einer Automobilkarosserie, von Rädern für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, von nichtmagnetischen Bauelementen, von in der Kryotechnik eingesetzte Behältern, von innenhochdruck-oder außenhochdruckverformten Bauteilen, von Rohren, die insbesondere für die Herstellung von hochfesten Motorteilen, wie Nockenwellen oder Kolbenstangen, bestimmt sind, von für den Schutz gegen impulsförmig auftreffende Belastungen, wie Beschuss, bestimmten Bauelementen oder Schutzelementen, wie Panzerblechen, oder Körperpanzerungen für den menschlichen oder tierischen Körper. Ebenso lassen sich aus erfindungsgemäßen Stahlblechen hochbelastbare Getriebebauteile herstellen, die sich durch ein geringes Gewicht und gute Gebrauchseigenschaften auszeichnen, ohne dass es dazu einer zusätzlichen Wärmebehandlung bedarf.