Advanced High-Strength Steels: Definition, Vorteile und Automobilanwendungen

Da Bedenken hinsichtlich Fahrersicherheit und Kraftstoffeffizienz immer stärker in den Fokus rücken, haben Automobilhersteller angestrebt, alle Aspekte des Fahrzeugproduktionslebenszyklus effizienter zu gestalten. Teil dieses laufenden Optimierungsprozesses ist die gründliche Prüfung der Materialeigenschaften, die in Automobilanwendungen am effektivsten oder vorteilhaftesten sind, und der Versuch, mehr Materialien einzusetzen, die diese gewünschten Eigenschaften bieten. Ein wesentlicher Durchbruch in diesem Bereich war die Entwicklung von Advanced High-Strength Steels (AHSS) – hochfesten Mehrphasenstählen.

Advanced High-Strength Steels sind neue Generationen von Stahlsorten, die eine einzigartige Kombination aus Langlebigkeit, guter Verarbeitbarkeit und hohem Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht bieten, wodurch Stahlteile und -komponenten kritische Sicherheits- und Effizienzvorschriften kosteneffektiv erfüllen.

Automobilhersteller nutzen Advanced High-Strength Steels seit Jahren, und mit der Verbesserung der Fertigungsprozesse hat sich auch jede nachfolgende Stahlgeneration verbessert. Durch präzise Wärmebehandlungsprozesse und verschiedene Verstärkungsmechanismen können Ingenieure optimale mechanische Eigenschaften – wie hohe Duktilität oder Zugfestigkeit – erreichen, während gleichzeitig Anforderungen an Crash-Performance, Duktilität, Ermüdung, Steifigkeit und andere Eigenschaften erfüllt werden.

Die verschiedenen Arten von Advanced High-Strength Blechen bieten ebenfalls unterschiedliche Eigenschaften, was Herstellern ermöglicht, ihre Teilezusammensetzung an die spezifischen Anforderungen jeder Anwendung anzupassen. Automobilrahmen benötigen beispielsweise größere Steifigkeit (um die strukturelle Integrität des Fahrzeugs zu erhalten) als Teile in der Knautschzone, die für kontrollierte Verformungen ausgelegt sind, die Insassen bei einem Aufprall schützen.

Arten von Advanced High-Strength Steels

Stähle mit Streckgrenzen von 550 Megapascal (MPa) oder höher gelten typischerweise als Advanced High-Strength Steels. Für die erste und zweite Generation dieser Metalle nutzten Ingenieure schnell die Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung und den mehrphasigen Mikrostrukturen spezifischer Stähle, um den Leistungsanforderungen von Automobilkomponenten gerecht zu werden.

• Dual-Phase-Stahl (DP): Einer der am weitesten verbreiteten Advanced High-Strength Steels und außerordentlich duktil und bruchfest, was seinen Einsatz in einer Reihe von Automobilanwendungen ermöglicht, einschließlich Strukturkomponenten.
• Transformationsinduzierte Plastizität (TRIP) Stähle: Zeigen hohe Formbarkeit, was TRIP-Stahlteilen eine hohe Dehnkapazität verleiht. Beide bieten hohe Energieabsorption, was sie gut für Knautschzonen geeignet macht.
• Martensitische Stähle: Haben eine Mikrostruktur mit erhöhtem Kohlenstoffgehalt, was die Festigkeit und Härte des Materials erhöht, ohne das Gewicht der Komponenten auf die gleiche Weise zu erhöhen wie ein konventionelles Stahlteil. Martensitische Stähle widerstehen bleibender Verformung, was sie zu einer hervorragenden Materialwahl für die Verstärkung von Fahrgastzellen oder Sicherheitskäfigen macht.

Neue Forschung und Entwicklungen der letzten Jahre haben zur neuen, dritten Generation von Advanced High-Strength Steels geführt, die darauf ausgelegt sind, erhöhte Kombinationen aus Festigkeit und Duktilität bereitzustellen, oft bei deutlich niedrigeren Kosten. Während die Branche noch auf eine standardisierte Definition der dritten Generation hochfester Stähle hinarbeitet, sind die typischen gewünschten Eigenschaften eine Mindestfestigkeit von 1200 MPa und eine Duktilität von 30 % Dehnung – eine bemerkenswerte Steigerung gegenüber früheren Stahlgenerationen.

Anwendungen von Advanced High-Strength Steels

Während sie seit Jahren für Automobilanwendungen verwendet werden, wurden Advanced High-Strength Steels zunehmend in andere Fertigungssektoren integriert. Die Crash-Sicherheitsmerkmale hochfester Stähle machen sie ideal für Anwendungen in Schienentransportsystemen.

Advanced High-Strength Steels haben sich auch als verbessernd für Motorleistung und Geschwindigkeitsbegrenzungen erwiesen – nicht nur für Automobile, sondern auch für Flugzeuge, Schiffe und Züge. Der Markt für Advanced High-Strength Steels wird auch weltweit erhebliche Energieeinsparungen für Hersteller bieten, wenn die Methoden effizienter werden.

Herausforderungen von Advanced High-Strength Steels

Advanced High-Strength Steels bringen einige Einschränkungen mit sich. Die erhöhte Duktilität der dritten Generation erfordert die Erhöhung des Legierungsgehalts des Metalls. Dies ermöglicht es den Stählen, in komplexere Formen kaltumzuformen, während sie die Materialduktilität beibehalten, führt aber zu erhöhtem Verschleiß an Umformwerkzeugen und erhöhtem Federback.

Schweißbarkeit stellt ebenfalls eine Herausforderung dar, da die Mikrostrukturen, die durch den höheren Kohlenstoff- und Legierungsgehalt von Advanced High-Strength Steels erzeugt werden, durch das schnelle Erhitzen und Abkühlen beim Schweißprozess negativ beeinflusst werden können.

Ein Ziel in der laufenden Entwicklung der dritten Generation Advanced High-Strength Steels ist es, den Legierungsgehalt hochfester Stähle zu reduzieren, um Kosten niedrig zu halten, während gleichzeitig Festigkeit und Duktilität maximiert und Versprödung vermieden wird.

Die Fertigungspartnerschaft, die das Mögliche neu definiert

Advanced High-Strength Steels sind möglicherweise gut geeignet, um die Zugfestigkeit und Langlebigkeit einer Vielzahl von Teilen in verschiedenen Branchen zu verbessern. Fortschritte in Energieeffizienz und Engineering werden die nächste Generation von Advanced High-Strength Steels wahrscheinlich noch vielseitiger machen.

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