QP980 vs QP1180 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

QP980 und QP1180 sind Mitglieder der Familie der hochfesten Stähle (AHSS), die durch Abschrecken und Partitionierung (Q&P) oder ähnlich kontrollierte thermomechanische und wärmebehandelte Verfahren hergestellt werden. Sie werden häufig nebeneinander in der Automobil- und Strukturdesign betrachtet, da beide eine hohe Zugfestigkeit bieten und gleichzeitig versuchen, so viel Duktilität und Zähigkeit wie möglich zu erhalten. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner wägen typischerweise Kompromisse zwischen Festigkeit, Duktilität/Zähigkeit, Formbarkeit, Schweißbarkeit und Kosten ab, wenn sie zwischen diesen Werkstoffen wählen.

Der wesentliche technische Unterschied zwischen den beiden ist ihre Zielzugfestigkeit und das metallurgische Gleichgewicht, das verwendet wird, um diese Festigkeit zu erreichen: QP1180 zielt auf eine erheblich höhere Zugfestigkeit als QP980 ab, und daher werden die Legierung, die Mikrostrukturkontrolle und das Wärmebehandlungsfenster angepasst, um etwas Duktilität und Verarbeitungsfreundlichkeit zu opfern, um das höhere Festigkeitsniveau zu erreichen. Da beide AHSS sind, die mit einem Q&P-Stil verarbeitet werden, werden sie häufig für crashsichere Komponenten, strukturelle Verstärkungen und kaltgewalzte/heißgewalzte Hochleistungsanwendungen verglichen.

1. Standards und Bezeichnungen

• Gemeinsame industrielle Kontexte: Automobilspezifikationen von OEMs, Produktdatenblätter der Walzwerke und regionale Standards; spezifische ASTM/ASME-, EN-, JIS- oder GB-Bezeichnungen sind für proprietäre QP-Qualitäten nicht universell standardisiert – viele Walzwerke geben kommerzielle Platten unter ihren eigenen Produktnamen heraus.
• Klassifizierung: sowohl QP980 als auch QP1180 sind hochfeste, niedriglegierte Stähle / AHSS, die mit Abschrecken und Partitionierung oder verwandten Wärmebehandlungen hergestellt werden. Sie sind keine rostfreien Stähle, Werkzeugstähle oder konventionellen Kohlenstoffstähle im strengen Sinne; sie fallen in die HSLA/AHSS-Kategorie.
• Typische Produktformen: kaltgewalzte Coils, heißgewalzte Coils, gefolgt von Kaltumformung, und pressgehärtete Varianten, abhängig vom Lieferanten und der Verarbeitung.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Im Folgenden finden Sie einen repräsentativen Überblick über die Legierungselemente und die Arten, wie sie typischerweise in kommerziellen QP980- und QP1180-Stählen verwendet werden. Exakte Zusammensetzungen sind proprietär und variieren je nach Walzwerk; konsultieren Sie das chemische Zertifikat des Lieferanten für genaue Werte.

Wie sich die Legierung auf die Leistung auswirkt - Festigkeit/Härtbarkeit: Mn, Cr, Mo und Mikrolegierungselemente erhöhen die Härtbarkeit und ermöglichen höhere Martensitanteile bei praktischen Abkühlraten. C erhöht die Martensitfestigkeit, beeinträchtigt jedoch die Schweißbarkeit und Duktilität. - Stabilität des zurückbehaltenen Austenits: Si und kontrollierte C-Partitionierung stabilisieren den zurückbehaltenen Austenit und verbessern die Duktilität durch den TRIP (umwandlungsinduzierte Plastizität)-Effekt in einigen Q&P-Varianten. - Zähigkeit und Formbarkeit: minimiertes P und S, kontrollierte Mikrolegierung für feinkörnige Kontrolle und ausgewogener C-Gehalt sind alle notwendig, um die Schlagenergie und die Dehnformbarkeit aufrechtzuerhalten.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Mikrostrukturen - Der Q&P-Prozess ergibt eine Mikrostruktur, die aus Martensit (abgeschreckter Teil), vergütetem Martensit oder Bainit (je nach Partitionierung) und einem kontrollierten Anteil an zurückbehaltenem Austenit besteht. Der zurückbehaltene Austenit kann filmartig oder blockartig sein, abhängig von der Verarbeitung. - QP980: Zielmikrostruktur begünstigt einen höheren Anteil an vergütetem Martensit plus stabilisiertem zurückbehaltenem Austenit, um die Duktilität zu erhalten und gleichzeitig eine Zugfestigkeit von ~980 MPa zu liefern. - QP1180: erfordert einen höheren Volumenanteil an hartem Martensit und/oder einer stärkeren martensitischen Matrix mit weniger zurückbehaltenem Austenit; folglich ist die Mikrostruktur im Durchschnitt härter und weniger duktil.

Wärmebehandlung und Verarbeitungswege - Abschrecken & Partitionierung (Q&P): Teilabschrecken zur Bildung von Martensit, gefolgt von einem Partitionierungsschritt bei erhöhter Temperatur, um Kohlenstoff von Martensit zu unverändertem Austenit wandern zu lassen, wodurch der zurückbehaltene Austenit stabilisiert wird. - Thermo-mechanisch kontrollierte Verarbeitung (TMCP): Walzen und kontrolliertes Abkühlen zur Verfeinerung der Körner und zur Erzeugung der gewünschten Phasenanteile. - Abschrecken & Vergüten oder beschleunigte Kühlstrategien können ähnliche hohe Festigkeiten erreichen, jedoch mit unterschiedlicher Stabilität des zurückbehaltenen Austenits und Zähigkeit. - Praktische Implikation: QP1180 erfordert typischerweise eine engere Kontrolle der Abschrecktiefe, der Partitionierungstemperatur/-zeit und der Legierung, um reproduzierbare Eigenschaften zu erreichen; QP980 toleriert ein etwas breiteres Verarbeitungsfenster.

4. Mechanische Eigenschaften

Repräsentatives mechanisches Verhalten – absolute Werte variieren je nach Lieferant und Verarbeitung. Die Bezeichnungen der Qualitäten geben nominal die Zielzugfestigkeiten an.

Erklärung - QP1180 ist stärker, neigt jedoch dazu, Duktilität und Schlagzähigkeit im Vergleich zu QP980 zu opfern, da die Erreichung der höheren Festigkeit einen höheren Anteil oder eine höhere Festigkeit von Martensit und/oder höheren Kohlenstoff- und Legierungsgehalt erfordert. QP980 balanciert Festigkeit mit mehr zurückbehaltenem Austenit und Vergütung, um die Formbarkeit und Energieaufnahme im Einsatz zu erhalten.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit hängt vom Kohlenstoffäquivalent, der Härtbarkeit und der Mikrolegierung ab. Zwei gängige empirische Indizes:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretation (qualitativ) - Höhere nominelle Festigkeit und höhere Härtbarkeit in QP1180 erhöhen im Allgemeinen die Kohlenstoffäquivalent-Indizes, was die Anfälligkeit für Martensitbildung in der wärmebeeinflussten Zone (HAZ) und das Risiko von Kaltbrüchen erhöht. Dies erfordert in einigen Fällen Vorwärmung, kontrollierte Zwischenpass-Temperaturen und Nachschweißwärmebehandlung. - QP980 zeigt typischerweise eine bessere Schweißleistung und niedrigere Vorwärm-/Nachwärmeanforderungen als QP1180, erfordert jedoch dennoch eine solide Schweißpraxis (niedrigwasserstoffhaltige Verbrauchsmaterialien, ordnungsgemäße Fugenplanung). - Mikrolegierung (Nb, V, Ti) und Borzusätze können die lokale Härtbarkeit erhöhen; diese müssen bei der Planung von Schweißverfahren berücksichtigt werden.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Weder QP980 noch QP1180 sind rostfrei; beide bieten keinen intrinsischen Korrosionsschutz über den von niedriglegierten Kohlenstoffstählen hinaus. Für exponierte Anwendungen ist ein Oberflächenschutz erforderlich.
• Übliche Schutzmaßnahmen: Feuerverzinkung, Elektroverzinkung (für kaltgewalzte Coils), organische Beschichtungen (z. B. elektrophoretische Grundierungen und Farben) und Umwandlungsbeschichtungen. Die Wahl hängt von der Umgebung und den Umformoperationen ab (z. B. Verzinkung vor oder nach der Umformung).
• Rostfreie Indizes wie PREN sind nicht anwendbar, da Cr und Mo nicht in rostfreien Mengen vorhanden sind. Zur Vollständigkeit: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Dieser Index ist nur relevant, wenn die Legierung rostfrei wäre; QP-Stähle sind es nicht.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Schneiden & Bearbeiten: höhere Festigkeit bedeutet höheren Werkzeugverschleiß. QP1180 wird härter für Werkzeuge sein als QP980; die Bearbeitungsparameter müssen angepasst werden, und Hartmetallwerkzeuge können für die Hochvolumenbearbeitung erforderlich sein.
• Umformen & Stanzen: QP980 bietet ein breiteres Umformfenster und bessere Rückfederungsprognosen aufgrund höherer Duktilität. QP1180 erfordert eine engere Kontrolle der Umformlasten, Schmierung und kann Einschränkungen bei Biegeradien und Ziehtiefen auferlegen.
• Dehnflanschfähigkeit und lokale Formbarkeit: im Allgemeinen besser für QP980; QP1180 kann dort verwendet werden, wo die Anforderungen an die lokale Formbarkeit gering sind und die Bauteilgeometrie mit der begrenzten Dehnung des Materials kompatibel ist.
• Oberflächenfinish und Nachbearbeitung: Gratbildung und Risiko von Kantenrissen steigen mit QP1180; Nachbearbeitungszulagen und Prozesskontrollen müssen überprüft werden.

8. Typische Anwendungen

Auswahlbegründung - Wählen Sie QP980, wenn Sie ein starkes, aber nachgiebigeres Material für Umformung, Verbindung und Energieaufnahme benötigen. - Wählen Sie QP1180, wenn das Bauteildesign und die Crashsicherheit die höchste praktikable Zugfestigkeit erfordern und wenn die Umform-/Verbindungsvorgänge auf die Qualität abgestimmt sind.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: QP1180 ist in der Regel teurer pro kg oder pro m² als QP980 aufgrund engerer Verarbeitungsfenster, höherer Legierungs- oder Verarbeitungscomplexität und zusätzlicher Qualitätskontrollen, die erforderlich sind, um die höhere Festigkeitsspezifikation zu erfüllen.
• Verfügbarkeit: QP980 ist oft in einer Vielzahl von Produktformen (kaltgewalzt, heißgewalzt, verzinkt) breiter verfügbar, da es ein häufig spezifiziertes Gleichgewicht der Eigenschaften erreicht. QP1180 kann in engeren Produktformen oder als kontrollierte Chargen für OEMs produziert werden; die Lieferzeiten können länger sein und die Mindestbestellmengen höher.
• Einkaufsnotiz: Überprüfen Sie immer die Form (Coil, Platte, Dicke, Oberflächenbehandlung) und den Verarbeitungsweg des Walzwerks – diese beeinflussen die Kosten und die Lieferzeit erheblich.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Zusammenfassungstabelle (qualitativ)

Empfehlungen - Wählen Sie QP980, wenn: - Das Design ein starkes, aber formbareres und zäheres Material für Komponenten erfordert, die erheblichen Stanzungen, Verformungen unterliegen oder einfachere Schweißverfahren benötigen. - Sie die Robustheit der Fertigung und die Kostenwirksamkeit über ein breiteres Spektrum von Produktformen (verzinkt, kaltgewalzt) priorisieren. - Wählen Sie QP1180, wenn: - Gewichtsreduzierung oder maximale lokale strukturelle Festigkeit die übergeordnete Anforderung ist (z. B. dünnwandige Crashträger oder Verstärkungen) und der Fertigungsplan strengere Umform-, Schweiß- und Inspektionskontrollen berücksichtigen kann. - Das Design eine niedrigere Gesamtdehnung toleriert und die höchste praktikable Zugfestigkeit von einem Q&P-Typ AHSS verlangt.

Letzte praktische Anmerkung Für jede kritische Design- oder Beschaffungsentscheidung sollten Sie immer Walzwerkzertifikate und Prozessdokumentationen (Mikrostrukturbilder, mechanische Prüfungen bei Bauteildicke, Schweißversuche) anfordern und Umform-, Verbindungs- und Crashanalysen an tatsächlichen gelieferten Coils/Platten durchführen. Die Q&P-Familie bietet hervorragende Kombinationen von Eigenschaften, aber die Erreichung der Zielleistung im Einsatz hängt ebenso stark von der Kontrolle der upstream-Verarbeitung und der downstream-Fertigungsmethode ab wie von den nominalen Qualitätsbezeichnungen.