Usibor - ArcelorMittal

Automotive Worldwide
Warmumformstähle -Usibor®
Auszug aus dem Europäischen Produktangebot -Ausgabe
Bitte beachten Sie, dass die in diesem Katalog gemachten Angaben sich fortlaufend weiterentwickeln.
Wir ersuchen Sie deshalb, bei jeder Bestellung mit unseren Verkaufsteams Rücksprache zu nehmen,
um aktuell und bedarfsgerecht beraten zu werden. Sie können uns ebenfalls per Email unter volgender
Adresse erreichen automotive.request@arcelormittal.com.
Adresse erreichen automotive.request@arcelormittal.com.
Warmumformstähle -Usibor
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Extrem hochfeste Stähle
Beschreibung
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Die Güten Usibor 1500 und 22MnB5 sind Stähle, die nach Warmumformung für Struktur und Sicherheitsbauteile in Fahrzeugen eingesetzt
werden.
Die mechanischen Kennwerte an den Fertigteilen sind extrem hoch, was ein Gewichtseinsparpotential von ca. 30 bis 50% im Vergleich zu
herkömmlichen kaltumgeformten Stahlgüten ermöglicht.
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Wesentlichen Vorteile von Usibor 1500 und 22MnB5:
Komplexe Geometrien herstellbar, da beim direkten Prozess die Umformung im austenitischen Bereich und beim indirekten Prozess die
Umformung vor der Wärmebehandlung im noch weichen Zustand ausgeführt wird. Die sehr gute Warmumformbarkeit ermöglicht auch,
Stahllösungen anzubieten, die mehrere Funktionnen integrieren (Entfallen von Verstärkungen und von Füge-Operationen);
Keine Rückfederung;
Homogene mechanische Eigenschaften am Fertigteil;
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Außergewöhnlich hohe Crash-und Dauerfestigkeit (Usibor 1500), mit hohem Gewichteinsparungspotential.
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ArcelorMittal war der erste Stahlhersteller, der einen vorbeschichteten Stahl für die Warmumformung angeboten hat: Usibor 1500-AS mit
einer Schmelztauchbeschichtung aus Aluminium und Silizium.
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Weitere Vorteile von Usibor 1500-AS (im Vergleich zum 22MnB5):
Vereinfachung des Herstellungsprozesses und Kostenreduzierung: Strahloperation nach der Wärmebehandlung entfällt, da keine
Zunderbildung, keine besondere Schutzgasatmosphäre in den Austenitisierungsöfen;
Ausgezeichnete temporäre Korrosionsbeständigkeit nach der Warmumformung, so dass ein Beölen der Teile vor dem Zusammenbau
nicht erforderlich ist;
Keine Entkohlung;
Ausgezeichnete Beständigkeit gegen Durchrostung, heutige Anwendung in Trocken-und Nassbereichen des Fahrzeugs (Schweller zum
Beispiel);
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Usibor 1500-GI feuerverzinkt "Zn" (nur für den indirekten Prozess) und Usibor 1500-GA galvannealed "ZnFe" (für den direkten und
indirekten Prozess) ergänzen jetzt das Beschichtungsangebot.
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ArcelorMittal hat sein Lieferprogramm für die Warmumformstähle durch den Ductibor 500 ergänzt. Dieser Werkstoff ist als
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lasergeschweisste Platine (Laser Welded Blanks -LWB) in Kombination mit Usibor 1500 im Angebot, um warmumgeformte Teile mit lokal
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höherer Duktilität als Usibor 1500 zu fertigen. Diese Lösung entspricht den Bedarfsanforderungen, die Verformung von besonderen
Bauteilbereichen des Fahrzeugs während eines Crashs sehr genau zu kontrollieren (Beispiel B-Säulenverstärkung) und so das
Einsatzspektrum von warmumgeformten Stählen auf Energieaufnehmende Bauteile zu erweitern (Beispiel eines Längsträgers).
Zwei Sicherheitsdatenblätter sind verfügbar:
für den Werkstoff im Anlieferzustand und,
für das Produkt nach der Wärmebehandlung.
Besondere Vorsichtsmaßnahmen sind nicht erforderlich.
Anwendungsbereiche
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Die Werkstoffe Usibor 1500 und 22MnB5 sind besonders gut geeignet für Fahrzeugteile, die eine sehr gute Crashfestigkeit erfordern.
Die typischen Anwendungen sind:
Stoßfängerquerträger vorn/hinten;
Türaufprallträger;
A-Säulenverstärkung;
B-Säulenerstärkung;
Bodenverstärkungen;
Tunnelverstärkung;
Stirnwandquerträger;
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Stirnwandquerträger;
Dachquerträger.
B-Säulenverstärkung (Dicke: 1,85 mm)
Stoßfängerträger (Dicke: 2,3 mm)
Türaufprallverstärkung (Dicke: 1 mm)
A-Säulenverstärkung (Dicke: 1,2 mm)
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Die möglichen Einsatzbereiche von lasergeschweissten Platinen Usibor 1500 -Ductibor 500 sind:
Längsträger vorn (vorn, mitte und Verlängerung hinten unter dem Boden);
Längsträger hinten;
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Längsträger hinten;
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B-Säule Verstärkung (oberer Bereich in Usibor 1500, unterer Bereich in Ductibor 500).
Anwendungsbeispiele von lasergeschweissten Platinen
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Usibor 1500 -Ductibor 500
ArcelorMittal verfügt über umfassendes Datenmaterial zu den Umform-und Einsatzeigenschaften von Warmumformstählen. Zur frühzeitigen
Einbeziehung dieser Werkstoffe in neue Konzepte können unsere Experten projektspezifische Untersuchungen ausgehend von der
Modellierung oder auch einer Potentialanalyse durchführen.
Technische Merkmale
Mechanische Eigenschaften
Im Anlieferzustand vor der Warmumformung (zur Information)
Re (MPa)
Rm (MPa)
Usibor 1500
350 -550
22MnB5
320 -550
Warmgewalzt Kaltgewalzt
500 -700
500 -700
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A (%)
L0 = 80 mm
e < 3 mm
≥ 10
≥ 10
Typische Werte* nach fachgerechter Warmumformung (zur Information)
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Usibor 1500
22MnB5
Warmgewalzt Kaltgewalzt
Re (MPa)
Rm (MPa)
1100
1100
1500
1500
A (%)
L0 = 80 mm
e < 3 mm
6
6
* Wärmebehandlung bei 880°C -930°C während 5 -10 Minuten, anschließend Abschreckung im wassergekühlten Werkzeug
(Abkühlgeschwindigkeit > 50°C/Sekunde).
Chemische Zusammensetzung (%)
C
Max
Mn
Max
Si
Max
Usibor 1500
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0.25
1.4
0.35
Usibor 1500
®
0.25
1.4
0.35
22MnB5
0.25
1.4
0.35
22MnB5
0.25
1.4
0.35
Warmgewalzt Kaltgewalzt
Verfügbare Beschichtungen
4
Verfügbare Beschichtungen
Unbeschichtet
Extragal
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Galvannealed
Aluminised
EUR NAM SAM RSA CHI EUR NAM SAM RSA CHI EUR NAM SAM RSA CHI EUR NAM SAM RSA CHI
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®
Usibor 1500
Usibor 1500
22MnB5
22MnB5
Warmgewalzt Kaltgewalzt
lieferbar in Innenteilqualität
in Erprobung beim Kunden
in Entwicklung
lieferbar in Außen-und Innenteilqualität (Z)
EUR : Region Europa -NAM : Region Nordamerika -SAM : Region Südamerika -RSA : Region Südafrika -CHI : China
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Die Mikrostruktur des Usibor 1500 und 22MnB5 vor der Wärmebehandlung besteht aus einem ferritischen-perlitischen Gefüge.
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Mikrostruktur von Usibor 1500 vor der Wärmebehandlung
(Anlieferzustand)
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Die Beschichtung von Usibor 1500-AS im Anlieferzustand besteht aus einer legierten Fe-Al-Si Interdiffusionsschicht und einer
Aluminium-Silizium Schicht.
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Schliffbild von Usibor 1500-AS vor der Warmumformung
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Nach der Wärmebehandlung und Abschreckung ist das Gefüge 100% Martensitisch.
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Martensitisches Gefüge von Usibor 1500 nach der
Warmumformung (Beispiel : Austenitisierung 5 Minuten bei
900°C; danach Abschreckung im Wasser oder im
Presswerkszeug). Rasterelektronenmikroskop.
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Die AlSi Beschichtung von Usibor 1500-AS hat sich im Ofen umgewandelt (Interdiffusions-und Erstarrungsreaktionen), was zu der Bildung
von haftenden und schutzenden unterschiedlichen intermetallischen AlSiFe Schichten führt.
Struktur der Beschichtung nach der Warmumformung
(Auflichtmikroskop)
Wärmebehandlung
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Usibor 1500-AS und Usibor 1500-GA sind für den direkten Warmumformprozess entwickelt worden : Austenitisierung der Platinen in Öfen,
Umformen der heissen Platinen in der Presse mit anschließender martensitische Aushärtung im wassergekühlten Umformwerkzeug. Die
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Umformung erfolgt "warm". Wir raten von einer Kaltvorverformung des Usibor 1500-AS ab. Usibor 1500-GI ist mit dem direkten
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Warmumformungsprozess nicht kompatibel. Warmumgeformte Bauteile aus Usibor 1500-AS zeigen keine Mikrorisse im Grundwerkstoff.
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Ausführliche Daten und weitere Empfehlungen zur Warmumformung des Werkstoffs Usibor 1500 sind auf Anfrage erhältlich.
22MnB5
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Usibor 1500-AS
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Usibor 1500-GI
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Usibor 1500-GA
Warmgewalzt Kaltgewalzt
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lieferbar in Innenteilqualität
in Erprobung beim Kunden
in Entwicklung
lieferbar in Außen-und Innenteilqualität (Z)
EUR : Region Europa -NAM : Region Nordamerika -SAM : Region Südamerika -RSA : Region Südafrika -CHI : China
Direktes Verfahren
Indirektes Verfahren
Strahlen erforderlich
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Die Güten Usibor 1500-GI, Usibor 1500-GA und 22MnB5 weisen eine gute Kaltumformbarkeit auf, und können somit im indirekten
Prozess verarbeitet werden.
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Direkter Warmumformprozess für Usibor 1500-AlSi, Usibor
1500-GA und 22MnB5
Oberflächenbehandlung
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Nach der Warmumformung und Abkühlung können die Bauteile aus Usibor 1500-AS direkt, ohne Strahloperation, lackiert werden. Die hohe
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Oberflächenrauheit der Beschichtung auf Usibor 1500-AS Fertigteilen gewährleistet eine ausgezeichnete Haftung der KTL-Lackierung
obwohl keine Phosphathaftung gegeben ist. Phosphatierungsbäder brauchen nicht modifiziert zu werden, und Verunreinigungen treten nicht
auf.
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Bauteile aus Usibor 1500-GI müssen gereinigt werden (durch Strahlen), um eine gute Lackhaftung und Schweissbarkeit zu gewährleisten.
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Bauteile aus Usibor 1500-GA müssen je nach Kundenanforderung bezüglich Schweissbarkeit und Lackierbarkeit ebenfalls gereinigt
werden.
Bauteile aus 22MnB5 werden immer gestrahlt, um den Zunder an der Oberlfäche zu beseitigen damit eine gute Lackierbarkeit gewährleistet
ist.
Schweissbarkeit
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Der Werkstoff Usibor 1500 verfügt über ausgezeichnete Punktschweißeignung sowohl bei 50 als auch bei 1000Hz. Dies gilt sowohl für
homogene Schweißverbindungen (Bleche desselben Stahlwerkstoffes) als auch für heterogene Schweißverbindungen (unterschiedliche
Stahlwerkstoffe).
Die gemessenen Schweissbereiche sind groß und die mechanische Festigkeit der Verbindungen (Kopf-und Scherzug) entspricht den
Anforderungen der Automobilhersteller und Normen. Im Verhältnis zu anderen Metallbeschichtungen sind die Elektrodenstandzeiten dank
der nach dem Warmumformen vorliegenden Beschichtungslegierung außergewöhnlich hoch (mehrere Tausend Schweißpunkte ohne
Leistungsbeeinträchtigung). MAG-und MIG-, sowie alle klassischen Schweißverfahren als auch Löten können problemlos angewendet
werden.
ArcelorMittal verfügt über umfangreiche Erfahrung mit dem Punkt-und Lichtbogenschweißen dieser Stähle und bietet hinsichtlich der
Einstellung der Schweißparameter technische Unterstützung an.
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Die Schweißbarkeit des Werkstoffes 22MnB5 ist mit der anderer Kohlenstoffstähle mit ähnlicher chemischer Zusammensetzung
vergleichbar.
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Homogene Schweißverbindung (Usibor + Usibor )
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Heterogene Schweißverbindung (Usibor und
Multiphasenstahl in dreifacher Dicke)
MAG-Schweißverbindung Dauerfestigkeit
Die Dauerfestigkeit kann als Ermüdungsgrenze (ausgedrückt in maximaler Spannung) definiert werden.
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Die Güte Usibor 1500 verfügt über eine ausgezeichnete Dauerfestigkeit selbst gegenüber unbeschichteten Warmumformstählen, deren Ermüdungseigenschaften durch die Randentkohlung beeinträchtigt werden.
Die nachstehende Tabelle zeigt die Bruchgrenzwerte in MPa nach 2 Millionen Zyklen bei schwingender einachsiger Zugbeanspruchung mit
R = 0,1 und R = -1.
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Usibor 1500
22MnB5*
Warmgewalzt Kaltgewalzt
σD A 2.10 zyklen (MPa)
R=0,1
727
617
6
σD A 2.10 zyklen (MPa)
R=-1
475
305
* ca. 30 Mikrometer Entkohlungstiefe an der Oberfläche nach Warmumformung.
Crashfestigkeit
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Die Stahlwerkstoffe Usibor 1500 und 22MnB5 kommen in Sicherheitsbauteilen zum Einsatz. Das außergewöhnlich gute Crashverhalten und
der hohe Eindringwiderstand dieser beiden Werkstoffe können anhand umfangreicher Daten belegt werden.
Diese Werkstoffe ermöglichen Gewichtseinsparpotentiale von 30 bis 50% gegenüber konventionellen Stahlgüten bei vergleichbarer
Leistung.
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Das nachstehende Beispiel zeigt die Ergebnisse eines dynamischen Dreipunktbiegeversuchs bei 29 km/h und 10 kJ Energieeintrag. Ermittelt
wurde das maximale Energieaufnahmevermögen an einem Prüfkörper mit einem Querschnitt in Omegaform und einer Dicke von 1,5 mm.
Diese Prüfergebnisse ilustrieren die hohe Crashfestigkeit warmumformgehärteter Stähle im Vergleich zu konventionelleren Stahlsorten.
Geometrie des Prüfkörpers im dynamischen
Dreipunktbiegeversuch
Messwerte der maximalen Krafteinleitung im dynamischen
Dreipunktbiegeversuch bei 29 km/h (10 kJ)
(Probedicke: 1,5 mm)
Dreipunktbiegeprobe vor und nach dem Crashtest © ArcelorMittal | Letzte Änderung: 20-12-2016
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