Delrapport 16 Materialrapport Håkan Thoors, IM 2002-08-27 ACCRA Teknik AB AK-Konsult Amada/Promecam AB AvestaPolarit AB Bendiro AB Chalmers Tekniska Högskola -Institutionen för byggnadsmekanik Ferruform AB Kanthal AB IM Institutet för Metallforskning AB IVF Industriforskning och utveckling AB ORTIC AB PRESS & PLÅTINDUSTRI AB Scandinavian CAD AB SSAB Tunnplåt AB Volvo Personvagnar AB VINNOVA
F O R S K N I N G S R A P P O R T VAMP15 - FORMNING AV ULTRAHÖGHÅLLFASTA STÅL Materialrapport Håkan Thoors Institutet för Metallforskning AB, Drottning Kristinas väg 48, 114 28 Stockholm Tel 08-440 48 00, Fax 08-440 45 35, E-post info@simr.se, www.simr.se
INLEDNING Föreliggande rapport avser att på ett kortfattat sätt sammanfatta vilka material som har ingått i de olika delaktiviteterna i projekt VAMP15-formning av ultrahöghållfasta stål och deras grundläggande hållfasthetsegenskaper och utgöra ett uppslagsverk vid läsningen av övriga i projektet ingående delrapporter. Två huvudtyper av material har ingått i projektet, HyTens austenitiska rostfria stål som kallvalsats till hög hållfasthet och Dual Phase Docol DP kolstål med martensitisk-ferritisk mikrostruktur där den höga hållfastheten är ett resultat av värmebehandling/kemisk sammansättning. Omfattande värmebehandlingsförsök har gjorts inom projektet [ 1 ]-[ 4 ] men denna rapport behandlar enbart material i leveranstillstånd. ROSTFRIA MATERIAL Ett antal varianter av HyTens metastabila austenitiska rostfria stål har ingått i försöken. De betecknas utgående från brottgräns så att HyTens1200 har en brottgräns på (minst) 1200 MPa. Materialen kan kallvalsas upp till mycket höga hållfasthetsnivåer och kan bilda martensit under kalldeformationen. Materialens brottgräns har i projektet varierat mellan 1000 och 1800 MPa. Materialen som använts inom projektets olika delaktiviteter kommer från olika charger och har varierande tjocklekar. Beteckningen på en materialvariant kan därför avse mer än en charge men baseras på uppmätta mekaniska egenskaper och sprider inte mer än normalt inom en materialspecifikation. Det bör betonas att materialbeteckningarna bara gäller inom projektet. För att skilja två material åt som normalt ligger inom en materialspecifikation används t ex en beteckning HyTens1300 som inte finns kommersiellt. I Tabell 1 visas flera data för samma variant. Dragprovning har då utförts på olika ställen och på olika charger. 2
Tabell 1 Beteckning, charge nummer och dragprovdata för de rostfria stålen. Röda siffror avser egenskaper från leverantör till Bendiro, svarta nummer avser leveransdata till IM. I kolumnen aktivitet anges till vad materialet använts. RF=rullformning och kantbockning, VB=värmebehandlingar, EF=efterformningsförsök, LV=lokal värmebehandling Beteckning tjocklek [mm] TV-nr 316-1200 0.4 855974 855975 855976 Chargenummer Rp02 Rm A80 aktivitet [MPa] [MPa] [%] 893422 1119 1207 4.3 VB 304-300 0.5 855946 871884 276-294 631-637 54.0-50.1 RF HyTens 1200 0.5 855942 855885 855889 855893 HyTens 1400 0.5 855943 855886 855890 855894 884614 891706 782625 793023 1067-1092 987-1001 1077 1239-1321 1307-1326 1326 1189-1240 1146-1143 1215 1381-1452 1414-1443 1497 7.1-6.1 21.0 24 11.0-6.0 8.1-5.0 7.5 LV, VB, RF VB, RF HyTens 1500 0.5 855944 880653 1399-1419 1520-1570 2.2-1.4 VB, RF HyTens 1700 0.5 855888 855892 855896 892457 1478 1558-1560 1730 1712-1768 2.9 1.3-1.4 LV, VB, RF 304(300)-312 0.8 855949 882118 303-321 617-636 48.5-46.1 RF HyTens 1000 0.8 857626 801681 783-781 981-979 27.5-28.0 EF HyTens 1300 0.8 855947 890297 1160-1167 1377-1378 13.5-12.5 RF HyTens 1500 0.8 855948 880997 1380-1431 1567-1586 3.8-3.1 RF HyTens 1600 0.8 857627 894136 1384-1427 1580-1581 2.4-2.6 EF HyTens 1300 1.5 892274 1052-1072 1391-1378 15-17 RF I Tabell 2 visas den kemiska sammansättningen för de aktuella tillverkningsnumren. För vissa charger finns två kemiska sammansättningar Tabell 2 Kemisk sammansättning av samtliga rostfria varianter Beteckning TV-nr tj. [mm] C Si Mn P S Cr Ni Mo N Co 316-1200 855974 0.4 0,037 0,44 1,45 0,029 0,001 16,96 10,79 2,06 0,025 304-300 855946 0.5 0,035 0,5 1,15 0,025 0,001 18,2 8,62 0,3 0,036 HyTens 1200 855942 0.5 0,096 0,56 1,16 0,023 0,001 17,79 7,8 0,15 0,021 HyTens 1200 855885 0.5 0,101 0,47 1,16 0,025 0,001 17,52 7,73 0,42 0,023 HyTens 1400 855943 0.5 0,098 0,75 1,12 0,024 0,001 17,04 7,11 0,26 0,015 HyTens 1400 855886 0.5 0,107 0,86 1,2 0,023 0,001 16,97 7,2 0,21 0,017 HyTens 1500 855944 0.5 0,101 0,79 1,24 0,024 0,001 16,83 7,12 0,29 0,02 HyTens 1700 855888 0.5 0,099 1,14 1,23 0,022 0,001 16,72 6,73 0,7 0,02 304(300)-312 855949 0.8 0,035 0,45 1,23 0,027 0,001 18,26 9,07 0,34 0,06 HyTens 1000 857626 0.8 0,097 0,45 1,20 0,021 0,0002 17,39 7,75 0,31 0,022 HyTens 1300 855947 0.8 0,097 0,74 1,17 0,028 0,001 16,83 7,06 0,24 0,022 HyTens 1500 855948 0.8 0,096 0,54 1,00 0,025 0,001 16,82 7,03 0,26 0,019 HyTens 1600 857627 0.8 0,101 0,77 1,18 0,025 0,0005 16,95 7,16 0,3 0,020 HyTens 1300 1.5 0,099 0,83 1,24 0,022 0,001 16,9 7,1-0,017 0,08 3
Några typiska dragprovkurvor för de rostfria varianterna visas i Figur 1 och i Figur 2 visas ett exempel på egenskapsförändringar efter värmebehandling i olika saltbad. 2000 1800 1600 Teknologisk spänning 1400 1200 1000 800 600 400 200 316-ob HyTens1200 HyTens1400 HyTens1700 0 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 Teknologisk töjning Figur 1 Dragprovresultat (IM) för material ingående i värmebehandlingsförsöken, leveranstillstånd dvs hårdvalsat material. 1400 1200 Hårdvalsat Rp02 [MPa] 1000 800 600 400 200 Helt glödgat obehandlad 500 C 700 C 800 C 870 C 1100 C 0 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 A80 Figur 2 Resultat av dragprov på HyTens1200 efter saltbadsvärmning i 15s till olika temperaturer. 4
KOLSTÅL OCH ÖVRIGA MATERIAL Kolstålen i projektet benämns DP vilket står för Dual Phase, en blandning av ferrit och martensit. Även för DP-stålen finns en siffra som kan relateras till en ungefärlig brottgräns. DP1000 och DP1400 fanns bl a med här som ytterligheter. Förutom kolstålen från SSAB finns också ett mjukt Borstål, beteckning Bocol, med i projektet. Tabell 3 Ingående kolstålsmaterial och ett Borstål både i mjukt och härdat tillstånd. Dessutom finns ett material från Inland Steel med som referens. Provriktning i valsriktningen. Beteckning tjocklek Rp0.2 Rm A80 aktivitet [mm] [MPa] [MPa] [%] FeP06 0.8 RF Docol 1000 0.8 905 1138 9 RF, VB, EF, LV Docol 1400 0.8 1306 1526 4 RF, VB, EF, LV FeP06 1.5 285 355 38 RF Docol 1000 1.5 799 1055 11 RF, VB, EF, LV Docol 1200 1.5 1075 RF Docol 1400 1.5 1271 1479 3 RF, VB, EF, LV Bocol B02, mjuk 1.5 300 483 28 RF Bocol B02, härdad 1.0 1068 1473 4 VB Inland M190 1.07 1235 1431 4 VB Domex 700MC 2.0 827 875 17 VB RAES 275 HSS 7.0 min 275 U-bock Domex 420YP 7.0 min 420 min 480 21 (A5) U-bock Domex 700MC 7.1 705 778 22 (A5) U-bock Beteckning C Si Mn P S N Cr Ni Cu Mo Al Nb V Ti B Docol 1000 0,144 0,54 1,52 0,1 0,001 0,003 0,04 0,05 0,01 0,02 0,043 0,017 0,01 0,01 0,0002 Docol 1400 0,173 0,50 1,59 0,1 0,001 0,0058 0,03 0,05 0,01 0,00 0,046 0,014 0,01 0,00 0,0002 Bocol B02 0,229 0,26 1,164 0,014 0,006 0,0071 0,20 0,042 0,017 0,005 0,058 0,004 0,01 0,032 0,0029 Inland M190 0,191 0,021 0,435 0,013 0,01 0,0045 0,027 0,015 0,011 0,007 0,062 0,004 0,003 0,037 0,0003 Domex 0,078 0,25 1,35 0,011 0,001 0,0061 0,07 0,05 0,13 0,01 0,04 0,041 0,01 0,11 0,0002 FeP06 5
1600 1400 Leveranstillstånd för ingående kolstål Teknologisk spänning [MPa] 1200 1000 800 DP1400 600 Bocol InlandM190 400 DP1000 Domex 700MC 200 Teknologisk töjning [%] 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Figur 3 Dragprovresultat på material i leveranstillstånd. REFERENSER [ 1] Hanna Kallerhult, Håkan Thoors: "Optimering av formbarhet hos ultrahöghållfasta rostfria stål" [ 2] Josefa Zajac: "Lokal värmebehandling - Rekristallisation- och mjukglödgning med hjälp av laser" [ 3] Björn Carlsson: "Formbarhet efter värmebehandling - kolstål" [ 4] Jan-Olof Olsson: "Formbarhet hos värmebehandlat varmvalsat kolstål" 6