Stahlwerkstück mit verbesserter Oberflächenqualität

Die Erfindung betrifft ein Stahlwerkstück mit einem Randbereich und mit einem Kernbereich. Zudem betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Stahlwerkstücks und ein Fahrwerksteil, insbesondere Rad, Radträger, Radlager, Radaufhängung, Träger, Achse, Lenker oder Teil hiervon.

In der Automobilindustrie wird stetig nach neuen Ansätzen und Lösungen zur

Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bzw. zur Erhöhung der Reichweite gesucht. Der Leichtbau wurde dabei als ein wesentlicher Baustein zur Reduzierung des

Fahrzeuggewichts und damit zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und zur Erhöhung der Reichweite identifiziert. Materialeinsparung können unter anderem durch den Einsatz von Werkstoffen mit gesteigerter Festigkeit erzielt werden.

Der Leichtbau ist gerade für Fahrwerksteile, die Teil der ungefederten Masse sind, besonders wichtig. Diese Komponenten unterliegen im Betrieb allerdings stark schwingenden Wechselbeanspruchungen, wodurch es gleichzeitig wünschenswert ist, dass die Komponenten eine hohe Dauerfestigkeit aufweisen.

Ein möglicher Ansatz unterschiedliche Eigenschaften in einem Bauteil zu vereinigen ist die Verwendung von Werkstoffverbunden. Aus dem Stand der Technik,

beispielsweise der DE 10 2008 022 709 AI, ist beispielsweise die Verwendung eines mehrlagigen mittels Walzplattieren hergestellten Werkstoffverbunds mit drei Lagen bekannt. Um die Anforderungen, wie sie im Fahrwerksbereich benötigt werden, insbesondere an eine hohe Betriebsfestigkeit, zu erfüllen, wird vorgeschlagen, die äußeren Schichten aus einer umformbaren Stahllegierung FB-W 600 und die mittlere Lage aus einem FeMn-Stahl vorzusehen, wobei die äußeren Schichten jeweils 30% der Gesamtdicke betragen sollen. Problematisch ist allerdings, dass ausgehend von einem mikrolegierten Stahl, der im Fahrwerksbereich breite Anwendung findet, eine Steigerung der Festigkeit dazu führen kann, dass die Verarbeitung des Stahls negativ beeinflusst wird. Beispielsweise kann das Zunderverhalten des Materials so verändert sein, dass beim Warmwalzen eine unvorteilhafte Beeinflussung der Oberflächengüte, etwa durch Zundernarben, der Warmbänder resultieren kann.

Untersuchungen haben gezeigt, dass hohe Festigkeit und Qualität gerade an der Oberfläche des Materials jedoch besonders relevant sind. Insbesondere bei

Anwendungen, bei denen unter Einsatzbedingungen schwingende Belastungen auftreten, können Fehler in der Materialoberfläche zu einem vorzeitigen Versagen führen. Aus diesem Grund werden bei solchen Bauteilen sehr hohe Ansprüche an die Oberflächenqualität des verwendeten Materials gestellt. Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein

Stahlwerkstück, eine Verwendung und ein Fahrwerksbauteil anzugeben, wobei eine möglichst hohe oberflächennahe Festigkeit und dennoch günstige

Oberflächeneigenschaften, insbesondere ein günstiges Zunderverhalten während des Warmwalzens, erreicht werden.

Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Stahlwerkstück dadurch gelöst, dass das Stahlwerkstück in dem Randbereich weicher ausgebildet ist als in dem

Kernbereich und dass die Summe der Legierungsbestandteile C, Si, Mn, Cr und N des Stahlwerkstücks insgesamt größer als 1,45 Gew.-% ist.

Die Legierungsbestandteile C, Si, Mn, Cr, und N haben einen festigkeitssteigernden Einfluss auf die Stahllegierung. Es hat sich jedoch gezeigt, dass wenn diese Gruppe von Legierungsbestandteilen insgesamt mit einem Wert von mehr als 1,45 Gew.-% vorgesehen wird, die notwendige oberflächennahe Festigkeit im Kernbereich erreicht werden kann, aber trotzdem noch ein ausreichend weicher Randbereich vorgesehen werden kann, um eine verbesserte Oberflächenqualität des Stahlwerkstücks zu erzielen. Unter der Summe der Legierungsbestandteile des Stahlwerkstücks insgesamt ist zu verstehen, dass die Konzentration im gesamten Stahlwerkstück einschließlich des Kernbereichs und des Randbereichs global oder makroskopisch gemittelt betrachtet wird. Lokal oder mikroskopisch gesehen kann also insbesondere im

Randbereich eine Konzentration niedriger als 1,45 Gew.-% dieser

festigkeitssteigernden Legierungsbestandteile vorgesehen sein und im Kernbereich eine Konzentration höher als 1,45 Gew.-%. Insgesamt oder global gesehen ist die Konzentration jedoch höher als 1,45 Gew.-%. Durch die Aufteilung des Stahlwerkstoffs in einen härteren Kernbereich und einen im Vergleich dazu weicheren Randbereich in Kombination mit einer vergleichsweise hohen Mindestkonzentration der Legierungsbestandteile C, Si, Mn, Cr, und N kann somit eine zu geringe Dauerfestigkeit des Werkstücks bzw. des daraus hergestellten Bauteils vermieden werden, während jedoch trotzdem noch vorteilhafte

Oberflächeneigenschaften bezüglich des Zunderverhaltens während des

Warmwalzens gewährleistet werden können.

Der Randbereich kann dabei insbesondere derart vorgesehen sein, dass die

Eigenschaften eines aus dem Stahlwerkstück hergestellten Bauteils im Wesentlichen durch den Kernbereich bestimmt werden. Im Gegensatz zu den Ansätzen aus dem Stand der Technik hat sich gezeigt, dass der Randbereich nicht im Sinne einer funktionalen Schicht vorgesehen zu sein braucht, welche die Eigenschaften des späteren Bauteils maßgeblich beeinflussen muss. Vielmehr kann der Randbereich so ausgestaltet sein, dass dessen Eigenschaften zwar bei der Fertigung (etwa dem

Warmwalzen) vorteilhaft sind, aber später in dem aus dem Stahlwerkstück

hergestellten Bauteil im Wesentlichen keine Rolle mehr spielt. Dies kann

beispielsweise durch die Geometrie, insbesondere eine geringe Dicke des

Randbereichs erreicht werden, sodass die Eigenschaften des späteren Bauteils im Wesentlichen durch den Kernbereich bestimmt werden. Dass das Stahlwerkstück in dem Randbereich weicher ausgebildet ist als in dem Kernbereich, heißt insbesondere, dass das Stahlwerkstück im Randbereich eine höhere Bruchdehnung, eine geringere Zugfestigkeit und/oder eine geringere

Dehngrenze aufweist als im Kernbereich.

Der Randbereich kann insbesondere als Oberflächenbereich des Stahlwerkstücks angesehen werden. Der Randbereich bildet somit eine weiche Auflage des

Stahlwerkstücks. Das Stahlwerkstück kann insbesondere ein Halbzeug, ein Rohling, ein

Stahlflachprodukt, beispielsweise ein Stahlblech oder ein Stahlband, oder auch ein Bauteil sein.

Grundsätzlich ist denkbar, dass das Stahlwerkstück weiterhin einseitig oder beidseitig eine organische oder anorganische Beschichtung aufweist, welche zusätzlich auf den weichen Randbereich aufgebracht wird.

Als besonders vorteilhaft ist gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlwerkstücks die Summe der Legierungsbestandteile C, Si, Mn, Cr und N des Stahlwerkstücks insgesamt insbesondere geringer als 4,5 Gew.-%, vorzugsweise geringer als 4,0 Gew.-%, besonders bevorzugt geringer als 3,5 Gew.-%. Zwar kann durch eine Erhöhung der festigkeitssteigernden Legierungsbestandteile eine für die Dauerfestigkeit vorteilhafte Erhöhung der Festigkeit erreicht werden. Allerdings wird durch eine Begrenzung der festigkeitssteigernden Legierungsbestandteile des Stahlwerkstücks auf besonders bevorzugt weniger als 3,5 Gew.-% eine zu hohe

Festigkeit im Randbereich und damit eine Verschlechterung der Oberflächengüte etwa durch Zundernaben während der Fertigung vermieden.

Besonders vorteilhaft in Bezug auf eine hohe Festigkeit einerseits und eine

gleichzeitig hohe Oberflächenqualität hat sich herausgestellt, wenn ein oder mehrere - - der folgenden Legierungsbestandteile in Gew.-% des Stahlwerkstücks insgesamt wie folgt beschränkt sind:

0,05 C £0,5;

0,060 < Si 1,5;

0,5 < Mn 3,0;

P <0,03;

S <0,03;

AI £2,0;

Cr £1,5;

Cu £0,5;

Mo £0,5;

N <0,01;

Ni £0,5;

Nb £0,2;

Ti £0,5;

V £0,1;

B £0,1;

As <0,01;

Sn <0,05;

Co <0,02;

Ca <0,01.

Wie bereits zuvor ausgeführt, kann das Stahlwerkstück lokal in unterschiedlichen Bereichen höhere oder niedrigere Konzentrationen aufweisen. Maßgeblich ist, dass die jeweilige Bedingung in Bezug auf das Stahlwerkstück insgesamt erfüllt ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen

Stahlwerkstücks ist die Summe der Legierungsbestandteile C, Si, Mn, Cr und N im Randbereich insbesondere größer als 0,01 Gew.-%, vorzugsweise größer als 0,05

Gew.-%, besonders bevorzugt größer als 0,1 Gew.-% und/oder geringer als 1,35 Gew.- %. Durch eine Mindestmenge der Summe der festigkeitssteigernden Legierungsbestandteile im Randbereich wird eine zu starke Verminderung der Festigkeit des gesamten Stahlwerkstücks vermieden, während durch eine Begrenzung des Maximalgehalts der festigkeitssteigernden Legierungsbestandteile in Summe eine zu hohe Festigkeit im Randbereich vermieden wird, sodass eine ausreichend weiche Auflage während der Fertigung bereitgestellt werden kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen

Stahlwerkstücks ist die Summe der Legierungsbestandteile C, Si, Mn, Cr und N im Kernbereich größer als 1,7 Gew.-% und/oder insbesondere geringer als 4,8 Gew.-%, vorzugsweise geringer als 4,3 Gew.-%, besonders bevorzugt geringer als 3,8 Gew.-%. Durch eine Mindestmenge der Summe der festigkeitssteigernden

Legierungsbestandteile im Kernbereich kann eine ausreichend hohe Festigkeit des Stahlwerkstücks insgesamt erreicht werden, sodass sich dieses insbesondere für wechselbeanspruchte Bauteile eignet. Gleichzeitig kann durch eine Begrenzung der Summe der festigkeitssteigernden Legierungsbestandteile im Kernbereich vermieden werden, dass die positiven Eigenschaften des weichen Randbereichs durch eine zu hohe oberflächennahe Festigkeit beeinträchtigt werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen

Stahlwerkstücks ist der Randbereich des Stahlwerkstücks aus zwei beidseitig des Kernbereichs vorgesehenen Randschichten gebildet. Durch ein beidseitiges Vorsehen des weicher ausgebildeten Randbereichs kann eine besonders hohe Dauerfestigkeit von aus dem Stahlwerkstück hergestellten Bauteilen erreicht werden, welche insbesondere bei Fahrwerksteilen benötigt wird, da bei der Fertigung durch die beidseitig weiche Auflage beidseitig eine hohe Oberflächenqualität eingestellt werden kann.

Grundsätzlich ist denkbar, dass die beidseitig vorgesehenen Randschichten unterschiedlich ausgebildet werden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlwerkstücks ist es jedoch vorteilhaft, wenn die beidseitig des Kernbereichs vorgesehenen Randschichten hinsichtlich ihrer Dicke und/oder ihrer Zusammensetzung im Wesentlichen gleich aufgebaut sind. Ein symmetrischer Aufbau des Stahlwerkstücks führt zum einen zu homogeneren Eigenschaften des

Stahlwerkstücks und zum anderen zu einem einfacheren Herstellungsprozess.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen

Stahlwerkstücks weisen die beidseitig des Kernbereichs vorgesehenen Randschichten jeweils eine Dicke von weniger als 10%, bevorzugt weniger als 5% der Gesamtdicke des Stahlwerkstücks auf. Bisher war man davon ausgegangen, dass man

vergleichsweise dicke und weiche Oberflächenschichten vorsehen musste, um die Oberflächeneigenschaften etwa beim Warmwalzen ausreichend zu schützen. Es hat sich allerdings gezeigt, dass bereits bei vergleichsweise dünnen Randschichten prozesssicher erreicht werden kann, dass durch Vermeidung von Zundernarben eine qualitativ hochwertige Bandoberfläche realisiert werden kann. Dies hat zudem den Vorteil, dass gleichzeitig eine hohe oberflächennahe Festigkeit erzielt werden kann. Bevorzugt beträgt die Dicke der Randschichten jeweils zwischen 3% und 5% oder zwischen 6% und 8% der Gesamtdicke des Stahlwerkstücks. Bei Dicken zwischen 3% und 5%, insbesondere etwa 4% kann eine besonders oberflächennahe Festigkeit erreicht werden. Bei Dicken zwischen 6% und 8%, insbesondere etwa 7% ist der Randbereich entsprechend breiter ausgebildet, sodass eventuell höhere Walzgrade und/oder höhere Temperaturen bei der Fertigung verwendet werden können.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen

Stahlwerkstücks ist die Zugfestigkeit R _m des Stahlwerkstücks insgesamt größer als 700 MPa, bevorzugt größer als 800 MPa, weiter bevorzugt größer als 900 MPa, besonders bevorzugt größer als 1000 MPa. Es hat sich gezeigt, dass durch die beschriebenen Stahlwerkstücke problemlos vergleichsweise hohe Zugfestigkeiten erreicht werden können, ohne das Zunderverhalten negativ zu beeinträchtigen. Um eine besonders hohe Zugfestigkeit des Stahlwerkstücks insgesamt zu erhalten, ist die Zugfestigkeit R _m im Kernbereich des Stahlwerkstücks größer als 700 MPa, bevorzugt größer als 900 MPa, besonders bevorzugt größer als 1000 MPa. Dadurch kann der Oberflächenbereich entsprechend weich ausgeführt werden und trotzdem eine hohe Zugfestigkeit erreicht werden. Bevorzugt ist die Zugfestigkeit R _m im Randbereich des Stahlwerkstücks geringer als 500 MPa, bevorzugt geringer als 400 MPa. Bei einer entsprechend geringen

Zugfestigkeit können Zundernarben des Stahlwerkstücks beim Warmwalzen besonders effektiv vermieden werden, sodass eine hohe Oberflächenqualität erreicht wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen

Stahlwerkstücks ist die Dehngrenze R _p0 ,2 des Stahlwerkstücks insgesamt größer als 650 MPa, bevorzugt größer als 700 MPa, besonders bevorzugt größer als 800 MPa. Durch ein Stahlwerkstück mit einer vergleichsweise hohen Dehngrenze kann die Dauerfestigkeit eines hieraus hergestellten Bauteils weiter verbessert werden.

Um eine hohe Dehngrenze des Stahlwerkstücks insgesamt zu erhalten, ist es besonders bevorzugt, wenn die Dehngrenze R _p o,2 im Kernbereichs des

Stahlwerkstücks größer als 700 MPa, bevorzugt größer als 800 MPa, besonders bevorzugt größer als 1000 MPa ist.

Hingegen ist es bevorzugt, wenn die die Dehngrenze R _p0 , ₂ im Randbereich des Stahlwerkstücks geringer als 400 MPa, bevorzugt geringer als 300 MPa ist, um ein möglichst positives Zunderverhalten während der Fertigung zu erzielen.

Beträgt die Bruchdehnung Aso gemäß einer weiteren Ausgestaltung des

erfindungsgemäßen Stahlwerkstücks im Randbereich mindestens 15%, bevorzugt mindestens 30%, kann eine besonders weiche Auflage bereitgestellt werden, welche ein besonders vorteilhaftes Zunderverhalten des Stahlwerkstücks ermöglicht. -

Hingegen ist die Bruchdehnung Aeo des Kernbereichs und/oder des Stahlwerkstücks insgesamt bevorzugt jedoch deutlich geringer, da diese durch den härteren

Kernbereich bestimmt wird. Beispielsweise beträgt die Bruchdehnung Aso des Kernbereichs und/oder des Stahlwerkstücks insgesamt zwischen 3,0% und 10%.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlwerkstücks ist das Stahlwerkstück eine Verbundstruktur und der Kernbereich und der Randbereich werden durch Verbundschichten der Verbundstruktur gebildet, wobei die

Verbundstruktur insbesondere durch Walzplattieren hergestellt ist. Durch eine Verbundstruktur kann der Kernbereich und der Randbereich auf besonders einfache Weise bei einem Stahlwerkstück realisiert werden. Die Legierungsbestandteile der einzelnen Schichten können dabei präzise eingestellt werden. Die einzelnen Schichten der Verbundstruktur können durch stoffschlüssiges Fügen, insbesondere thermisches Fügen miteinander verbunden werden. Die Verbundstruktur wird dabei,

insbesondere durch Plattieren, bevorzugt durch Walzplattieren, besonders bevorzugt Warm walzplattieren hergestellt. Denkbar ist auch, alternativ die einzelnen Schichten in einem Gießprozess herzustellen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlwerkstücks wird der Kernbereich durch einen höherfesten oder höchstfesten Stahlwerkstoff gebildet, insbesondere durch einen Complexphasenstahl, einen Dualphasenstahl, einen Martensitphasenstahl, einen Manganborstahl oder einen Mehrphasenstahl. Diese Stahlwerkstoffe können hohe Festigkeiten aufweisen und dem aus dem

Stahlwerkstück hergestellten Bauteil eine hohe Dauerfestigkeit verleihen. Ein

Mehrphasenstahl kann insbesondere ein TPN-Stahl (Dreiphasenstahl mit

Nanoausscheidungen) sein.

Besonders vorteilhaft in Bezug auf eine hohe Festigkeit hat sich herausgestellt, wenn ein oder mehrere der folgenden Legierungsbestandteile in Gew.-% im Kernbereich wie folgt beschränkt sind: 0,060 c < 0,45;

0,050 Si < 1,50;

1,0 Mn £ 3,0;

P < 0,020;

S < 0,003;

AI < 1,350;

Cr 0,9;

Cu < 0,20;

Mo £ 0,3;

N < 0,01;

Ni £ 0,100;

Nb £ 0,2;

Ti £ 0,2;

V < 0,050;

B < 0,01;

As < 0,030;

Sn < 0,030;

Co < 0,010;

Ca < 0,005.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlwerkstücks wird der Randbereich durch einen Tiefziehstahl oder einen mikrolegierten, höherfesten Stahl gebildet. Diese Stahlwerkstoffe können ausreichend weich vorgesehen werden, wodurch die Ausbildung von Zundernarben effektiv minimiert oder unterbunden werden kann.

Besonders vorteilhaft in Bezug auf ein Vermeiden von Zundernarben bei der

Fertigung hat sich herausgestellt, wenn ein oder mehrere der folgenden

Legierungsbestandteile in Gew.-% im Randbereich wie folgt beschränkt sind:

C < 0,1; Si 50,5;

Mn ^ 1,0;

P 50,03;

S 50,02;

AI ^ 0,1;

Cr 50,3;

Cu 50,3;

Mo 50,1;

N 50,01;

Ni < 0,200;

Nb 50,2;

Ti 50,2;

B 50,001;

Sn 50,040.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlwerkstücks sind der Kernbereich und der Randbereich Bereiche eines monolithischen Werkstücks, wobei der Randbereich insbesondere durch einen Glühvorgang ausgebildet wird. Alternativ zur Ausbildung des Kernbereichs und des Randbereichs durch Fügen separater Werkstücke oder Gießen kann das Stahlwerkstück somit auch als monolithisches Stahlwerkstück hergestellt werden und die Eigenschaften des Kernbereichs und/oder des Randbereichs (etwa durch einen sich anschließenden Glühvorgang) eingestellt werden. Ein derartiger Glühvorgang kann beispielsweise ein Randentkohlen und/oder ein Diffusionsglühen sein. Durch ein derartiges

Stahlwerkstück kann insbesondere die Gefahr eines Delaminierens einzelner

Schichten reduziert werden.

Die eingangs genannte Aufgabe wird gemäß einer zweiten Lehre der Erfindung auch durch eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Stahlwerkstücks zur Herstellung eines Fahrwerksteils, insbesondere eines Rads, eines Radträgers, eines Radlagers, einer Radaufhängung, eines Trägers, einer Achse (jeglicher Art), eines Lenkers oder eines Teils hiervon gelöst.

Die eingangs genannte Aufgabe wird gemäß einer dritten Lehre zudem durch ein Fahrwerksteil, insbesondere Rad, Radträger, Radlager, Radaufhängung, Träger, Achse (jeglicher Art) Lenker oder Teil hiervon, hergestellt aus einem erfindungsgemäßen Stahlwerkstück gelöst.

Fahrwerksteile, insbesondere die Fahrwerksteile der ungefederten Masse, unterliegen im Einsatz einer besonders hohen Wechselbeanspruchung. Durch die

erfindungsgemäßen Stahlwerkstoffe können Fahrwerksteile mit einer besonders hohen Dauerfestigkeit und Oberflächenqualität bereitgestellt werden, sodass die im Betrieb stark schwingenden Wechselbeanspruchungen durch die Fahrwerksteile besonders gut ertragen werden können.

In Bezug auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wird auf die Vorteile und

Ausführungen zu den Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stahlwerkstücks verwiesen. Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stahlwerkstücks in

Form einer Verbundstruktur.

Die Figur 1 zeigt beispielhaft ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stahlwerkstücks in Form einer Verbundstruktur 1. Die Verbundstruktur 1 weist einen Randbereich, welcher aus zwei äußeren Randschichten 2 gebildet ist, und einen Kernbereich, welcher als Kernschicht 3 ausgebildet ist, auf. Die Randschichten 2 weisen jeweils eine Dicke von weniger als 10% der Gesamtdicke der Verbundstruktur l auf. In Zusammenhang mit den Tabellen 1 bis 5 am Ende der Beschreibung werden im Folgenden beispielhaft Stahllegierungszusammensetzungen mit

Legierungsbestandteilen in Gew.-% und deren mechanische Eigenschaften für die Kernschicht 3 und den Randschichten 2 bzw. die gesamte Verbundstruktur 1 angegeben.

Tabelle la zeigt drei Legierungszusammensetzungen AI, A2, A3, A4, welche für die Randschichten 2 verwendet werden können. Legierungen AI und A2 sind jeweils Tiefziehstähle, während Legierung A3 und A4 höherfestere Stähle sind. Die Tabelle gibt die jeweiligen minimalen und maximalen festigkeitssteigernden

Legierungsbestandteile für jede der Legierungen AI bis A4 an. Optional enthalten die Legierungen AI bis A4 ein oder mehrere der wie folgt begrenzten

Legierungsbestandteile in Gew.-%:

P £0,03;

s <0,03;

AI £0,2;

Cr <0,3;

Cu ^0,3;

Mo £0,1;

N <0,01;

Ni £0,5;

Nb £0,1;

Ti <0,2;

B £0,01;

Sn <0,02;

Ca £0,01.

Tabelle lb zeigt die Summe der Legierungsbestandteile C, Si, Mn, Cr und N jeweils für die Legierungen AI bis A4. Die Summe der Legierungsbestandteile C, Si, Mn, Cr und N liegt für die Legierungen AI bis A4 jeweils unterhalb von 1,45 Gew.-%. Die Legierungen AI bis A4 weisen vergleichsweise geringe Zugfestigkeiten und

Dehngrenzen, jedoch vergleichsweise hohe (Mindest-)Bruchdehnungen auf.

Tabelle 2a zeigt nun sieben Legierungszusammensetzungen Kl, K2, K3, K4, K5, K6, K7, welche für die Kernschicht 3 verwendet werden können. Legierung Kl ist ein

Dreiphasenstahl mit Nanoausscheidungen, Legierungen K2 bis K4 sind

Komplexphasenstähle bzw. Dualphasenstähle, Legierung K5 ist ein

Martensitphasenstahl, Legierung K6 ein Manganborstahl und Legierung K7 ein Mehrphasenstahl. Die Tabelle gibt wiederum die jeweiligen minimalen und

maximalen festigkeitssteigernden Legierungsbestandteile für jede der Legierungen Kl bis K7 an. Optional enthalten die Legierungen Kl bis K7 ein oder mehrere der wie folgt begrenzten Legierungsbestandteile in Gew.-%:

P £0,03;

s <0,01;

AI £1,5;

Cr <1,0;

Cu £0,2;

Mo <0,3;

N <0,01;

Ni £0,3;

Nb £0,1;

Ti £0,2;

V £0,1;

B £0,01;

As £0,02;

Sn <0,05;

Co <0,03;

Ca <0,01.

Tabelle 2b zeigt die Summe der Legierungsbestandteile C, Si, Mn, Cr und N jeweils für die Legierungen Kl bis K7. Die Summe der Legierungsbestandteile C, Si, Mn, Cr und N liegt für die Legierungen Kl bis K7 jeweils oberhalb von 1,45 Gew.-%. Die

Legierungen Kl bis K7 weisen vergleichsweise hohe Zugfestigkeiten und

Dehngrenzen, jedoch vergleichsweise geringe [Mindest-) Bruchdehnungen auf. Die Tabellen 3 bis 5 zeigen nun unterschiedliche mit VI bis V15 bezeichnete

Ausführungsbeispiele verschiedener Verbundstrukturen 1. Dabei ist unter der Spalte Aufbau jeweils angegeben, welche der Legierungen Kl bis K7 für die Kernschicht 3 und welche der Legierungen AI bis A4 für die Randschichten 2 verwendet wurde. Zudem ist angegeben, welchen prozentualen Anteil eine Schicht an der Gesamtdicke der Verbundstruktur 1 hat. In den angegebenen Beispielen VI bis V15 beträgt die prozentuale Dicke der Randschichten 2 entweder jeweils 4% (VI, V3) oder 7% (V2, V4 bis V15) der Gesamtdicke der Verbundstruktur 1. Es wurde also jeweils ein symmetrischer Schichtaufbau gewählt. Die Verbundstruktur 1 wurde in diesem Fall beispielsweise durch Warmwalzplattieren der einzelnen Schichten 2, 3 hergestellt.

Weiterhin ist die Summe der Legierungsbestandteile C, Si, Mn, Cr und N für die Verbundstruktur 1 insgesamt angegeben. Schließlich sind, soweit verfügbar, die mechanischen Werte der jeweiligen Verbundstruktur 1 der Ausführungsbeispiele VI bis V15 angegeben, insbesondere die Zugfestigkeit, die Dehngrenze und die

(Mindest-)Bruchdehnung.

Wie zu erkennen ist, ist die Summe der Legierungsbestandteile C, Si, Mn, Cr und N der Verbundstruktur 1 insgesamt jeweils größer als 1,45 Gew.-%. Es hat sich gezeigt, dass unter Einhaltung dieser Bedingung, die Verbundstruktur 1 gemäß der Beispiele VI bis V15 insgesamt jeweils hohe Werte für die Zugfestigkeit und Dehngrenze erreichen können, während durch die Randschichten 2, welche jeweils durch eine der

Legierungen AI bis A4 gebildet werden, eine weiche Auflage bereitgestellt wird. Dies ermöglicht eine Fertigung unter Vermeidung von Zundernaben, wobei jedoch gleichzeitig eine hohe oberflächennahe Festigkeit erzielt wird. Im Ergebnis kann so eine Verbundstruktur 1 bereitgestellt werden, mit dem Bauteile mit einer hohen Dauerfestigkeit insbesondere bei stark schwingenden Wechselbeanspruchungen bereitgestellt werden können.

Die vorherigen Ausführungen in Bezug auf ein Stahlwerkstück in Form einer Verbundstruktur 1 gelten ebenso für Stahlwerkstücke, welche beispielsweise monolithisch ausgebildet sind. In diesem Fall können die über die Dicke des Stahlwerkstücks variierenden Legierungszusammensetzungen beispielsweise durch eine nachträgliche Wärmebehandlung eingestellt werden.

Tabelle la

Tabelle lb

C Si Mn Cr N

min. 0,155 0,25 1,45

Kl

max. 0,170 0,30 1,60 0,10 0,005

min. 0,060 0,57 1,77 0,32

K2

max. 0,070 0,67 1,92 0,42 0,006

min. 0,065 0,25 2,50 0,65

K3

max. 0,080 0,30 2,65 0,75 0,006

min. 0,140 0,65 1,85 0,30

K4

max. 0,160 0,75 2,00 0,40 0,005 min. 0,110 0,05 1,40 0,20

K5

max. 0,125 0,10 1,50 0,30 0,005

min. 0,220 0,20 1,20 0,10

K6

max. 0,250 0,30 1,35 0,20 0,007

min. 0,125 0,33 1,70 0,26

Κ7

max. 0,143 0,40 1,84 0,36 0,006

Tabelle 2a

Tabelle 2b

Aufbau C + Si + Mn + Cr + N m Rp0,2 A ₈ o

A3 4% min. 1,70

I K5 92% 1137 MPa 993 MPa 3,5% max. 1,97

A3 4%

A3 7% min. 1,65

V2 K5 86% 1089 Pa 951 MPa 3,5% max. 1,93

A3 7%

A3 4% mm. 2,78

V3 K4 92% 953 MPa 772 MPa 8,0% max. 3,16

A3 4%

A3 7% min. 2,67

V4 K4 86% 917 MPa 744 MPa 8,0% max. 3,16

A3 7%

Tabelle 3

Aufbau C + Si + Mn + Cr + N Rm Rp0,2 A ₈₀

AI 7% min. 3,01

V5 K3 86% 912 MPa 684 M a 10,0% max. 3,32

AI 7%

A2 7% min. 3,00

V6 K3 86% 912 MPa 684 MPa 10,0% max. 3,29

A2 7% A3 7% min. 3,12

V7 K3 86% 917 MPa 693 MPa 10,0% max. 3,44

A3 7%

AI 7% min. 1,50

V8 K6 86% 1342 MPa 899 MPa 5,5% max. 1,88

AI 7%

A2 7% min. 1,49

V9 K6 86% 1342 MPa 899 MPa 5,5% max. 1,85

A2 7%

A3 7% min. 1,62

V10 K6 86% 1347 MPa 908 MPa 5,5% max. 2,00

A3 7%

Tabelle 4

Tabelle 5