Leichtbau mit Stahl im Automobilsektor

Science/Aus Wissenschaft, Forschung und Entwicklung

Gegen Ende der 90er-Jahre erhielten die Stahlhersteller weltweit die gemeinsame Aufgabe von den Automobilherstellern, federführend vertreten durch die Porsche Engineering Services Inc., eine Studie zu erstellen, die den Namen ULSAB erhielt, unter der Vision von WorldAutoSteel, d.h. für weltweit verfügbare Stahlsorten. (Teil 1)

22. März 2018
© Salzgitter Flachstahl
Bild 1: Leichtbau mit Stahl im Automobilsektor (© Salzgitter Flachstahl)

Das Ultralight-Steel-Auto-Body-Programm (ULSAB) war eine intensive, mehrphasige Studie, die die Fähigkeit des Stahls demonstrierte, das Gewicht der Fahrzeugkarosseriestruktur wesentlich zu reduzieren und gleichzeitig Sicherheit mit verbessertem Komfort und Fahrverhalten zu erschwinglichen Preisen zu gewährleisten. ULSAB führte zum Entwurf und zur Konstruktion einer leichten, effizienten Stahlkarosseriestruktur, die beeindruckende Masseneinsparungen und erhebliche Leistungsverbesserungen bei gleichzeitig erschwinglichen Herstellungskosten ermöglichte.

In der automobilen Anwendung dominierten ursprünglich die weichen Umform- und Tiefziehstähle. Ab 1987 kamen die höherfesten Stahlsorten zum Kaltumformen, die Mikrolegierung(en) für eine Gefügefeinkörnigkeit zur Festigkeitssteigerung aufwiesen, auf den Markt, um eine Gewichtsreduzierung ohne eine Verringerung der Bauteilfestigkeit zu ermöglichen.

Durch die Stahlhersteller wurden kurz vor der Jahrtausendwende Mehrphasenstahlsorten konzipiert, die sich im Laufe ihres Einsatzes, schwerpunktmäßig im Automobilsektor, stetig weiterentwickelten.

Ziel war es, einerseits dünner zu werden, um das Bauteilgewicht zu reduzieren. Andererseits wollten die Stahlhersteller breitere Bänder oder Tafeln produzieren, damit die Stahlanwender eine weitere Option für optimierte Blechschnittkombinationen erhielten. Beides schont die Ressourcen.

Der Umweltgesichtspunkt, mit innovativen Lösungen zur Senkung des Flottenverbrauches und CO2-Abgasausstoßes, blieb nicht mehr unberücksichtigt.

Der Dualphasenstahl H340X mit einer Mindeststreckgrenze von 340 MPa erblickte 1997 das Licht der Stahlwelt und eröffnete eine neue Epoche in der Stahlherstellung und Stahlanwendung und fand Eingang in der Normative (SEW 097, Teil 2).

Neben diesem Dualphasenstahl entwickelten sich die Produktfamilie der Dualphasenstähle (X) und die Produktfamilien der Komplexphasenstàhlsorten (C), der TRIP-Stähle (TRansformation Induced Plasticity) und der ferritisch-bainitischen Stähle (F) sowie martensitischen Stähle (M).

Aktuell sind in der entsprechenden DIN EN 10346 17 Stahlsorten beheimatet und beispielhaft in der VDA Norm 239-100 22 Stahlsorten, wobei die Entwicklung bei Weitem noch nicht abgeschlossen ist.

Innerhalb der Familie der Mehrphasenstähle sind auch die kaltgewalzten und schmelztauchveredelten Dualphasenstähle (DP) eingebettet:

Eine neue Generation in der Produktfamilie der DP-Stähle mit angepasster chemischer Zusammensetzung und Sondereigenschaften im Mindestzugfestigkeitsbereich von 450 bis 980 MPa beziehungsweise Mindeststreckgrenzenbereich von 260 MPa bis 700 MPa hat sich bereits etabliert.

Im Fahrzeugbau dominieren mengenmäßig Dualphasenstähle mit einer Mindestzugfestigkeit von 580 MPa mit einer Schmelztauchveredelung durch die Stahlhersteller.

Diese Stahlsorte besteht aus einem ferritischen Grundgefüge, in das eine martensitische Zweitphase eingelagert ist; es können Anteile weiterer Phasen wie Bainit und Restaustenit enthalten sein.

Im ersten Teil der zweiteiligen Veröffentlichung soll der Schwerpunkt auf der analytischen Komponente liegen, der zweite Teil auf den normativen Materialeigenschaften sowie bauteilangepassten Sondereigenschaften.

Normungsaktivitäten

Im Mai 1997 beschrieb das Stahl-Eisen-Werkstoffblatt SEW 097 Teil 2 als Entwurf national zum ersten Mal einen kaltgewalzten und optional metallisch veredelten Mehrphasenstahl auf Basis eines Dualphasengefüges mit einer Mindeststreckgrenze von 340 MPa (H340X).

Die Stahlhersteller veröffentlichten im November 2002 eine europäische Normung (prEN 10336) für die Technischen Lieferbedingungen von Mehrphasenstählen und beschrieben dort auch Dualphasenstähle.

Mit der DIN EN 10346 für ›Kontinuierlich schmelztauchveredelte Flacherzeugnisse aus Stahl zum Kaltumformen‹ gelang es im Juli 2009 den europäischen Stahlherstellern, die Technischen Lieferbedingungen zu vereinheitlichen.

Eine umfangreiche Überarbeitung steht mit der Ausgabe 2015-09 dem Stahlanwender zur Verfügung.

Seitens dieser Stahlanwender hatte es eine Vielzahl von Werksnormen, Blechkennkarten und Spezifikationen gegeben, die im August 2011 in der VDA 239-100 ›Flacherzeugnisse aus Stahl zur Kaltumformung‹ vereinheitlicht wurden.

Seit Mai 2016 steht eine aktualisierte Ausgabe zur Verfügung, die die Anforderung der OEMs, die dem VDA angehören, kennzeichnet.

In den Normativen (DIN EN 10346 und VDA 239-100) zeigte sich deutlich die Tendenz, dass die höheren Festigkeiten bei den Dualphasenstählen durch ein kontinuierliches Ansteigen der Maximalgehalte an Kohlenstoff, Mangan sowie Aluminium erreicht werden soll.

Thomas Schulz, Technischer Berater für Feuerverzinkte Flachprodukte

Zur Person

Thomas Schulz hat sich von Beginn an, also über zwei Jahrzehnte, intensiv mit der Entwicklung der Mehrphasenstähle beschäftigt, insbesondere mit den feuerverzinkten Dualphasenstählen. Seine jahrelange Tätigkeiten in der Forschung, in der Normung, als Technologe und Qualitätssicherer von Schmelztauchveredlungsanlagen und technischer Kundenberater sind Garanten für die notwendige Verbindung von wissenschaftlicher Tätigkeit mit angewandter Praxis in der Stahlfertigung wie auch beim Stahlanwender.

Erschienen in Ausgabe: 02/2018