Ultrafeinkörnige Stähle

Transkript

1 Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH Ultrafeinkörnige Stähle D. Ponge, R. Song, R. Kaspar, D. Raabe Presented as lecture on the Max-Planck Hot Forming Conference Dec. 5th 2002 at the Max-Planck-Institut für Eisenforschung

2 Gliederung Warmumformsimulation mit WUMSI Ultrafeinkörnige Stähle

3 Gliederung Warmumformsimulation mit WUMSI Ultrafeinkörnige Stähle

4 Der WarmUMformSImulator WUMSI WUM SI

5 Ablauf einer Warmumformsimulation Austenitisieren Umformung Abkühlen 0K / s T & Ablauf 400 K / s Induktionsspule

6 Flachstauchversuch Flachsta uch Ausgangsmaterial

7 Flachstauchversuch 1. Schlag

8 Flachstauchversuch 2. Schlag

9 Flachstauchversuch 3. Schlag

10 Flachstauchversuch 4. Schlag

11 Flachstauchversuch Minimale Pausenzeit: 50ms ϕ max =2,5 ϕ max =100s -1 Film

12 Sekundärproben Schliff Zugproben Sekundärproben Kerbschlagproben Nach WUMSI-Simulation: Bestimmung der mechanischtechnologischen Eigenschaften möglich!

13 Gliederung Warmumformsimulation mit WUMSI Ultrafeinkörnige Stähle

14 Ultrafeinkörnige Stähle Warum sind ultrafeinkörnige Stähle interessant?

15 mech./tech. Eigenschaften Streckgrenze R eh (MPa) Normalisieren Ferritkorngröße, d F (µm) TMCP Ultrafeines Korn Übergangstemperatur ( 0 C) (50% FATT) Streckgrenze Übergangstemperatur d -1/2 F (mm -1/2 ) Übergangstemp

16 mech./tech. Eigenschaften Streckgren ze Si: 0,2 1,0% Mn: 0,7 3,0% Stahl: 0,1%C 0,7%Mn %C 0,2%Si %Mn %Si 0,005%N 5%N d F =10µm N: 0,005 0,02% d F : 10 5µm d F : 5 2µm d F : 2 1µm R eh bzw. R p0,2, MPa nach Nagai

17 mech./tech. Eigenschaften Probleme/Herausforderungen... σ, MPa geringe Verfestigung Ultrafeiner Ferrit Konventioneller Stahl Verfestigung ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 ε, %

18 Herstellung Herstellung Wie stellt man ultrafeinkörnigen Stahl her?

19 Hohe Anforderungen bei neuen Routen Labor Routen Umformung von unterkühltem γ Umformung im Mehrphasengebiet Rückumwandlung durch Umformwärme Ar 3 hoher Umformgrad Ac 3 Ac 1 Unterkühlung Umformwärme Ar 1 - hoher Umformgrad pro Stich - schnelles Abkühlen/Aufheizen - enge Prozessfenster Niikura et al. schwierig für industrielle Großproduktion!

20 Ziele unserer Entwicklung Ultrafeines Korn in nicht legierten C-Mn-Stahl (keine Legierungskosten, gut zu recyclieren) C Si Mn P S Al N 0,3%C 0,31 0,22 0,76 0,003 0,003 0,03 0,001 Feine und homogene Verteilung von Zementit (Erhöhung der Verfestigung, Stabilität) Zusammenhänge Gefüge-Eigenschaften in ultrafeinen Stählen Ziele Anwendbar für industrielle Produktion

21 Pony Mill - Konzept Kühlung vorhandene Warmbreitbandstrasse Auslaufrollgang Haspel Bund-Transfer Pony Mill PonyMill Erwärmung vor Halbwarmwalzen Erwärmung nach Halbwarmwalzen Abwickeln Haspeln nach VAI

22 Experimentelle Routen Perlit-Route Warmumformung (Warmbreitbandstraße) A r3 Umwandlung P F Stauchen Simulation des Haspelns Halbwarmumformung (nach Umwandlung γ α) (PonyMILL)

23 Experimente bisher: Stauchversuche Gefüge Härteprüfung ab 2003:

24 Gefügeentwicklung während Halbwarmumformung (Perlit-Route) Perlit Stauchumformung Voreutektoider Ferrit 1µm 1µm 2µm

25 Typische Gefüge 1µm Umformstarttemperatur C feines Ferritkorn polygonales Ferritkorn homogene Verteilung von Zementit

26 Typische Gefüge 73% Großwinkelkorngrenzen (Θ 15 ) 27% Kleinwinkelkorngrenzen (Θ<15 ) 1 µm

27 Härte, HV0,1 Mikrohärte für 3 Routen ,92µm 1,25µm Perlit-Route 1,15µm 1,53µm Bainit-Route II 1,34µm Bainit-Route I 1,96µm 2,21µm Temperatur*, 0 C nur Großwinkelkorngrenzen (Θ 15 0 ) berücksichtigt * Umformtemperatur (PR and BR II) oder simulierte Haspeltemperatur (BR I)

28 Zusammenfassung Ultrafeines Korn in nicht legierten C-Mn-Stahl Feine und homogene Verteilung von Zementit Anwendbar für industrielle Produktion Zusammenfassung