Gemeinsam mit dem japanischen Stahlhersteller JFE entwickelt ThyssenKrupp warmgewalzte Stähle im Festigkeitsbereich von 780 bis 900 MPa, die sich viel besser umformen lassen als vergleichbar zugfeste Stähle. Das Resultat einer speziellen Gefügestruktur mit Nano-Ausscheidungen.
Stahlentwicklung global demonstrieren die Japan Future Enterprise (JFE) Corporation und die ThyssenKrupp Steel Europe AG mit der Werkstofffamilie TPN-W: Japans zweitgrößter und Deutschlands größter Stahlhersteller bringen gemeinsam neue Mehrphasenstähle an den Markt, die im Blick auf das Verhältnis von Festigkeit und Umformbarkeit herausragen. Bei gleicher Festigkeit wie die derzeit verfügbaren höchstfesten Mehrphasenstähle liegt die Bruchdehnung um etwa 40 % höher – derjenige Wert, der für das Umformverhalten ausschlaggebend ist. TPN steht für Three Phase Nano, W steht für Warmband.
Die TPN-W-Stähle gibt es mit Mindestzugfestigkeiten von 780 und 900 MPa als verzinktes oder unbeschichtetes Warmband. Die Mindestbruchdehnungen liegen für beide Stähle bei 14 % beziehungsweise 15 %. Diese Eigenschaften verdanken sie einer bainitisch/ferritischen Gefügestruktur mit eingelagerten Restaustenit-Anteilen („Three Phase“) in Kombination mit Ausscheidungen im Nanometerbereich („Nano“). Eine Stahlrezeptur für Feinschmecker, in der sich die zwei Ansätze vereinigen, mit denen die Stahlhersteller zuvor auf eigene Faust den Zielkonflikt zwischen Festigkeit und Umformbarkeit lösten.
So sorgen bei den höchstfesten Restaustenit-Stählen von ThyssenKrupp Steel die Austenit-Anteile für gutes Umformverhalten, weil sie sich erst bei der Umformung in hartes Martensit umwandeln. Hierdurch erhält der Stahl erst im fertigen Bauteil seine endgültige Festigkeit. JFE macht bei seinem Werkstoff „Nano Hiten“ gute Erfahrungen mit Nano-Karbidausscheidungen, die die Festigkeit an sich weicher ferritischer Gefügeanteile steigern. Bei den TPN-W-Stählen sind diese Partikel mehrheitlich kleiner als 5 nm. Die Stahlindustrie zeigt hier, dass auch sie mit ihren riesigen Aggregaten feinste Strukturen bis in den Nano-Bereich hinein erzeugen kann.
Zusammen ergeben das Restaustenit-Konzept und der Nanopartikel-Ansatz also einen Stahl, der im Segment der höchstfesten Mehrphasenstähle neue Maßstäbe setzt.
JFE und ThyssenKrupp Steel Europe haben die TPN-W-Stähle im Rahmen eines bereits 2002 abgeschlossenen Kooperationsvertrages entwickelt. Bislang haben die Unternehmen unter anderem einen gegenseitigen Lizenzvertrag für die Stahlgüten CP von ThyssenKrupp Steel und Nano Hiten von JFE abgeschlossen. Die Vereinbarung ermöglicht ihnen, jeweils auch den Werkstoff des Partners zu fertigen.
Dank der hohen Festigkeit bei gleichzeitig guter Umformbarkeit können Automobilbauer mit TPN-W-Stählen eines ihrer wichtigsten Entwicklungsziele erreichen: Ressourcenschonung durch wirtschaftlichen Leichtbau. Weil die Werkstoffe so fest sind, lassen sich Bauteile dünnwandiger dimensionieren. Dank der guten Umformeigenschaften lassen sie sich problemlos in den Presswerken verarbeiten. Außerdem haben die Konstrukteure eine höhere Gestaltungsfreiheit, weil sich komplexere Geometrien umsetzen lassen.
Was in ihnen steckt, haben die neuen Mehrphasenstähle unter anderem im Projekt InCar von ThyssenKrupp gezeigt. Bei der konzernweiten Initiative für Innovationen im Automobilbau wurde zum Beispiel ein vorderer Längsträger aus TPN-W 780 gebaut und mit einem Großserienbauteil aus der oberen Mittelklasse verglichen. Die Referenz ist aus einem Dualphasenstahl-Warmband mit einer Mindestzugfestigkeit von 600 MPa gefertigt. Der TPN-W-Längsträger erwies sich als 14 % leichter und 8 % billiger als das Vergleichsbauteil. Wird in der Fertigung die für ThyssenKrupp patentierte T3-Technologie angewandt (Artikel links), verringern sich das Gewicht sogar um 27 % und die Kosten um 13 %.
Der TPN-W 780 soll noch in diesem Jahr in Serie gehen, der Serienstart des TPN-W 900 ist für 2012 geplant. Derzeit entwickelt ThyssenKrupp Steel Europe noch eine entsprechend kaltgewalzte Variante, die den Dickenbereich unter 1,6 mm abdecken soll. os
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