DE102018129828A1

DE102018129828A1 - HIGH-STRENGTH BAINITIC STEEL

Info

Publication number: DE102018129828A1
Application number: DE102018129828.5A
Authority: DE
Inventors: Jianghuai Yang; Qigui Wang; Daniel J. Wilson; James D Cremonesi
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2019-05-29
Also published as: CN109837458A; US20190161838A1

Abstract

Eine hochfeste Stahllegierung und daraus hergestellte Fahrzeugkomponenten sowie ein Verfahren zum Bilden einer Stahllegierung sind vorgesehen. Die hochfeste Stahllegierung beinhaltet Eisen, etwa 0,24 bis etwa 0,80 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 0,40 bis etwa 2,10 Gew.-% Mangan, etwa 0,20 bis etwa 1,60 Gew.-% Silizium, etwa 0,05 bis etwa 0,14 Gew.-% Schwefel; etwa 0,10 bis etwa 12,0 Gew.-% Chrom, etwa 0,10 bis etwa 2,50 Gew.-% Nickel und etwa 0,02 bis etwa 0,07 Gew.-% Aluminium. Die Stahllegierung kann auch Bor, Molybdän, Titan, Niob und/oder Stickstoff beinhalten. Das Verfahren beinhaltet das Luftabschrecken einer Stahllegierungskomponente nach dem Formausschütteln, bis die Komponente eine Temperatur im Bereich von 420 bis 530 Grad Celsius erreicht.A high strength steel alloy and vehicle components made therefrom and a method of forming a steel alloy are provided. The high strength steel alloy includes iron, about 0.24 to about 0.80 wt% carbon, about 0.40 to about 2.10 wt% manganese, about 0.20 to about 1.60 wt% silicon from about 0.05% to about 0.14% by weight of sulfur; about 0.10 to about 12.0 weight percent chromium, about 0.10 to about 2.50 weight percent nickel, and about 0.02 to about 0.07 weight percent aluminum. The steel alloy may also include boron, molybdenum, titanium, niobium and / or nitrogen. The method involves air quenching a steel alloy component after mold shaking until the component reaches a temperature in the range of 420 to 530 degrees Celsius.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Stahllegierungen, insbesondere auf hochfeste Stahllegierungen und Gießverfahren zu deren Herstellung sowie daraus hergestellte Komponenten wie Kurbelwellen.The present disclosure relates generally to steel alloys, and more particularly to high strength steel alloys and casting processes for their manufacture, and components made therefrom, such as crankshafts.

EINLEITUNGINTRODUCTION

Eine Motorkurbelwelle wandelt lineare Bewegung eines Kolbens in Drehbewegung über eine Kurbelachse um, um das Drehmoment zum Antrieb eines Fahrzeugs bereitzustellen, wie beispielsweise eines Zugs, eines Boots, eines Flugzeugs oder eines Automobils, ohne darauf beschränkt zu sein. Kurbelwellen sind ein wichtiger Bestandteil eines Motors und Startpunkt für Motorausführungen. Die Kurbelwellenausführung beeinflusst die gesamte Verpackung des Motors und dadurch die Gesamtmasse des Motors. Dementsprechend reduziert die Minimierung der Größe und/oder Masse der Kurbelwelle die Größe und Masse des Motors, was einen Kompoundierungseffekt auf die Baugröße, Masse und Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs hat.An engine crankshaft converts linear motion of a piston into rotational motion about a crank axle to provide torque to drive a vehicle, such as, but not limited to, a train, a boat, an airplane, or an automobile. Crankshafts are an important part of a motor and starting point for engine designs. The crankshaft design affects the overall packaging of the engine and thereby the overall mass of the engine. Accordingly, minimizing the size and / or mass of the crankshaft reduces the size and mass of the engine, which has a compounding effect on the size, mass and fuel efficiency of the vehicle.

Die Kurbelwelle beinhaltet mindestens einen gegenüber der Kurbelwellenachse versetzten Kurbelzapfen, an den ein Hubkolben über eine Pleuelstange befestigt ist. Kraft die vom Kolben über die Offset-Verbindung zur Kurbelwelle übertragen wird, erzeugt zwischen diesen Drehmoment in der Kurbelwelle, was die Kurbelwelle um die Kurbelachse dreht. Die Kurbelwelle beinhaltet weiterhin mindestens einen konzentrisch angeordneten Hauptlagerzapfen um die Kurbelachse. Die Kurbelwelle wird an einem Motorblock des Hauptlagerzapfens befestigt. Ein Lager ist über dem Hauptlagerbolzen zwischen der Kurbelwelle und dem Motorblock angeordnet.The crankshaft includes at least one offset relative to the crankshaft axis crank pin to which a reciprocating piston is attached via a connecting rod. Force transmitted from the piston via the offset connection to the crankshaft creates between these torques in the crankshaft, which rotates the crankshaft about the crankshaft. The crankshaft further includes at least one concentrically arranged main journal around the crank axle. The crankshaft is attached to an engine block of the main journal. A bearing is located above the main bearing pin between the crankshaft and the engine block.

Die Kurbelwelle kann durch ein Gießverfahren gebildet oder hergestellt werden, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf ein Grünsandgießverfahren oder ein Schalenformgießverfahren, bei welchem Gusseisen zum Bilden der Kurbelwelle verwendet wird. Alternativ kann die Kurbelwelle aus einer Stahllegierung geschmiedet werden. Stahl ist stärker als Gusseisen und daher ein bevorzugtes Material für Kurbelwellen. Obwohl der Schmiedeprozess teurer ist als das Gießverfahren, weisen die meisten Stahllegierungen beim Abkühlen eine hohe Schrumpfung auf und sind nicht gut gießbar, da die Schrumpfung, die beim Abkühlen des Gussproduktes auftritt, Hohlräume im Gussendprodukt bildet. Dies schwächt das Gussendprodukt und macht es ungeeignet zur Verwendung in einem Motor.The crankshaft may be formed or manufactured by a casting process such as, but not limited to, a green sand casting process or a shell casting process using cast iron to form the crankshaft. Alternatively, the crankshaft may be forged from a steel alloy. Steel is stronger than cast iron and therefore a preferred material for crankshafts. Although the forging process is more expensive than the casting process, most steel alloys have high shrinkage on cooling and are not readily castable because the shrinkage that occurs upon cooling of the cast product forms voids in the final cast product. This weakens the cast end product and makes it unsuitable for use in an engine.

KURZDARSTELLUNGSUMMARY

Diese Offenbarung stellt eine hochfeste Stahllegierung bereit, die sich zur Verwendung beim Gießen einer Kurbelwelle eignet. Die Stahllegierung zeichnet sich durch einen mittleren bis niedrigen Kohlenstoffgehalt für eine ausreichend hohe Härtbarkeit, feine Korngrößen, ein Mikrogefüge mit einem hohen Anteil an Bainit und eine gute Zerspanbarkeit aus. Die endgültige Mikrostruktur kann größtenteils aus unterem Bainit und/oder oberem Bainit bestehen, sodass eine anschließende Wärmebehandlung bei Bedarf entfallen kann. Es kann eine maximale Zugfestigkeit im Bereich von 750 bis 1100 MPa erreicht werden.This disclosure provides a high strength steel alloy suitable for use in casting a crankshaft. The steel alloy is characterized by a medium to low carbon content for a sufficiently high hardenability, fine grain sizes, a microstructure with a high content of bainite and a good machinability. The final microstructure may consist largely of lower bainite and / or upper bainite so that subsequent heat treatment can be eliminated if needed. It can be achieved a maximum tensile strength in the range of 750 to 1100 MPa.

Die offenbarte Stahllegierung enthält Eisen, Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Schwefel, Chrom, Nickel, Molybdän und Aluminium. In einigen Formen können auch Bor, Vanadium, Stickstoff, Titan und/oder Niob einbezogen werden.The disclosed steel alloy contains iron, carbon, manganese, silicon, sulfur, chromium, nickel, molybdenum and aluminum. Boron, vanadium, nitrogen, titanium and / or niobium may also be included in some forms.

In einem Beispiel, das mit den anderen hierin vorgesehenen Beispielen und Merkmalen kombiniert oder von diesen getrennt sein kann, enthält die Aluminiumlegierung: Eisen, etwa 0,24 bis etwa 0,80 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 0,40 bis etwa 2,10 Gew.-% Mangan, etwa 0,20 bis etwa 1,60 Gew.-% Silizium, etwa 0,05 bis etwa 0,14 Gew.-% Schwefel, etwa 0,10 bis etwa 12,0 Gew.-% Chrom, etwa 0,10 bis etwa 2,50 Gew.-% Nickel und etwa 0,02 bis etwa 0,07 Gew.-% Aluminium.In an example that may be combined with or separate from the other examples and features provided herein, the aluminum alloy includes: iron, about 0.24 to about 0.80 wt% carbon, about 0.40 to about 2, 10 wt% manganese, about 0.20 to about 1.60 wt% silicon, about 0.05 to about 0.14 wt% sulfur, about 0.10 to about 12.0 wt% Chromium, about 0.10 to about 2.50 weight percent nickel, and about 0.02 to about 0.07 weight percent aluminum.

In einem weiteren Beispiel, das mit den anderen hierin vorgesehenen Beispielen und Merkmalen kombiniert oder getrennt sein kann, ist eine hochfeste Stahllegierung vorgesehen, im Wesentlichen bestehend aus: etwa 0,35 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 1,65 Gew.-% Mangan, etwa 0,45 Gew.-% Silizium, etwa 0,4 Gew.-% Chrom, etwa 0,7 Gew.-% Nickel, etwa 0,25 Gew.-% Molybdän sowie Resteisen.In another example that may be combined or separated with the other examples and features provided herein, a high strength steel alloy is provided, consisting essentially of: about 0.35 wt% carbon, about 1.65 wt% manganese , about 0.45 weight percent silicon, about 0.4 weight percent chromium, about 0.7 weight percent nickel, about 0.25 weight percent molybdenum, and residual iron.

In noch einem weiteren Beispiel, das mit den anderen hierin vorgesehenen Beispielen und Merkmalen kombiniert oder getrennt sein kann, ist ein Verfahren zum Bilden einer Stahllegierungskomponente vorgesehen. Das Verfahren beinhaltet das Herstellen einer Stahllegierung, umfassend: Eisen, etwa 0,24 bis etwa 0,80 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 0,40 bis etwa 2,10 Gew.-% Mangan, etwa 0,20 bis etwa 1,60 Gew.-% Silizium, etwa 0,05 bis etwa 0,14 Gew.-% Schwefel, etwa 0,10 bis etwa 12,0 Gew.-% Chrom, etwa 0,10 bis etwa 2,50 Gew.-% Nickel und etwa 0,02 bis etwa 0,07 Gew.-% Aluminium. Das Verfahren beinhaltet ferner das Gießen der Stahllegierung in einer Form, um die Komponente zu bilden. Das Verfahren beinhaltet das Ausschütteln der Form und das Luftabschrecken der Komponente, bis die Komponente eine Temperatur im Bereich von 420 bis 530 Grad Celsius aufweist.In yet another example, which may be combined or separated with the other examples and features provided herein, is a method of forming a steel alloy component intended. The method includes preparing a steel alloy comprising: iron, about 0.24 to about 0.80 wt% carbon, about 0.40 to about 2.10 wt% manganese, about 0.20 to about 1, 60 wt% silicon, about 0.05 to about 0.14 wt% sulfur, about 0.10 to about 12.0 wt% chromium, about 0.10 to about 2.50 wt% Nickel and about 0.02 to about 0.07 weight percent aluminum. The method further includes casting the steel alloy in a mold to form the component. The method involves shaking the mold and air quenching the component until the component has a temperature in the range of 420 to 530 degrees Celsius.

Weitere zusätzliche Merkmale können vorgesehen sein, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Folgendes: die hochfeste Stahllegierung, die ferner Bor in einer Menge von nicht mehr als 0,005 Gew.-% umfasst; wobei das Eisen in einer Menge zwischen etwa 75,0 und etwa 98,88 Gew.-% vorgesehen ist; die hochfeste Stahllegierung, die ferner Vanadium in einer Menge von nicht mehr als 0,20 Gew.-% umfasst; die hochfeste Stahllegierung, die ferner Molybdän in einer Menge von nicht mehr als 0,60 Gew.-% umfasst; die hochfeste Stahllegierung, die ferner Titan in einer Menge von nicht mehr als 0,20 Gew.-% umfasst; die hochfeste Stahllegierung, die ferner Niob in einer Menge von nicht mehr als 0,20 Gew.-% umfasst; die hochfeste Stahllegierung, die ferner etwa 0,001 bis etwa 0,005 Gew.-% Stickstoff umfasst; und/oder die hochfeste Stahllegierung, die ferner etwa 0,01 bis etwa 0,04 Gew.-% Stickstoff umfasst.Further additional features may be provided, including, but not limited to: the high strength steel alloy further comprising boron in an amount of not more than 0.005 wt%; wherein the iron is provided in an amount of between about 75.0 and about 98.88 weight percent; the high-strength steel alloy further comprising vanadium in an amount of not more than 0.20 wt%; the high-strength steel alloy further comprising molybdenum in an amount of not more than 0.60 wt%; the high-strength steel alloy further comprising titanium in an amount of not more than 0.20 wt%; the high-strength steel alloy further comprising niobium in an amount of not more than 0.20% by weight; the high strength steel alloy further comprising about 0.001 to about 0.005 weight percent nitrogen; and / or the high strength steel alloy further comprising about 0.01 to about 0.04 weight percent nitrogen.

In noch einer weiteren Variation umfasst die hochfeste Stahllegierung: etwa 0,24 bis etwa 0,40 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 1,50 bis etwa 2,00 Gew.-% Mangan, etwa 0,40 bis etwa 0,80 Gew.-% Silizium, etwa 0,05 bis etwa 0,12 Gew.-% Schwefel, etwa 0,10 bis etwa 0,60 Gew.-% Chrom, etwa 0,60 bis etwa 0,90 Gew.-% Nickel, etwa 0,20 bis etwa 0,40 Gew.-% Molybdän, etwa 0,02 bis etwa 0,04 Gew.-% Aluminium und etwa 0,001 bis etwa 0,005 Gew.-% Bor.In yet another variation, the high strength steel alloy comprises: about 0.24 to about 0.40 wt% carbon, about 1.50 to about 2.00 wt% manganese, about 0.40 to about 0.80 wt % Silicon, about 0.05 to about 0.12 weight percent sulfur, about 0.10 to about 0.60 weight percent chromium, about 0.60 to about 0.90 weight percent nickel, from about 0.20 to about 0.40 weight percent molybdenum, from about 0.02 to about 0.04 weight percent aluminum, and from about 0.001 to about 0.005 weight percent boron.

In noch einer weiteren Variation umfasst die hochfeste Stahllegierung: etwa 0,25 bis etwa 0,50 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 1,50 bis etwa 2,00 Gew.-% Mangan, etwa 0,30 bis etwa 0,60 Gew.-% Silizium, etwa 0,05 bis etwa 0,12 Gew.-% Schwefel, etwa 0,20 bis etwa 0,60 Gew.-% Chrom, etwa 0,50 bis etwa 0,90 Gew.-% Nickel, etwa 0,15 bis etwa 0,40 Gew.-% Molybdän, etwa 0,02 bis etwa 0,04 Gew.-% Aluminium und etwa 0,001 bis etwa 0,005 Gew.-% Bor.In yet another variation, the high strength steel alloy comprises: about 0.25 to about 0.50 weight percent carbon, about 1.50 to about 2.00 weight percent manganese, about 0.30 to about 0.60 weight percent % Silicon, from about 0.05 to about 0.12 weight percent sulfur, from about 0.20 to about 0.60 weight percent chromium, from about 0.50 to about 0.90 weight percent nickel, about 0.15 to about 0.40 weight percent molybdenum, about 0.02 to about 0.04 weight percent aluminum, and about 0.001 to about 0.005 weight percent boron.

Es ist eine Kurbelwelle für ein Kraftfahrzeugantriebssystem vorgesehen, die aus einer der Variationen der hierin vorgesehenen hochfesten Stahllegierung hergestellt werden kann.There is provided a crankshaft for a motor vehicle drive system that can be made from any of the variations of the high strength steel alloy provided herein.

Weitere zusätzliche Merkmale können sein, sind jedoch nicht beschränkt auf: die hochfeste Stahllegierung mit einer Bruchfestigkeit im Bereich von 750 bis 1100 MPa; die hochfeste Stahllegierung mit einer ASTM-Korngrößenzahl im Bereich von 5 bis 8; wobei das Verfahren ferner das Halten der Komponente bei einer isothermen Temperatur im Bereich von 420 bis 530 Celsius ab dem Zeitpunkt unmittelbar nach dem Schritt des Luftabschreckens und das Fortsetzen für einen Zeitraum im Bereich von 1,5 bis 3,5 umfasst; wobei der Schritt des Haltens der Komponente bei der isothermen Temperatur unmittelbar nach dem Schritt des Luftabschreckens durchgeführt wird, ohne die Komponente auf eine Temperatur unter 420 Grad Celsius zwischen dem Schritt des Luftabschreckens und dem Schritt des Haltens der Komponente bei der isothermen Temperatur abzukühlen; und wobei der Schritt des Herstellens der Stahllegierung ferner das Herstellen der borhaltigen Stahllegierung in einer Menge von nicht mehr als 0,005 Gewichtsprozent umfasst.Other additional features may include, but are not limited to: the high strength steel alloy having a breaking strength in the range of 750 to 1100 MPa; the high strength steel alloy with an ASTM grain size number in the range of 5 to 8; the method further comprising maintaining the component at an isothermal temperature in the range of 420 to 530 centigrade from the time immediately following the air quenching step and continuing for a period in the range of 1.5 to 3.5; wherein the step of maintaining the component at the isothermal temperature immediately after the air quenching step is performed without cooling the component to a temperature below 420 degrees Celsius between the air quenching step and the isothermic temperature holding step of the component; and wherein the step of producing the steel alloy further comprises producing the boron-containing steel alloy in an amount of not more than 0.005 wt%.

Weitere Ziele, Vorteile und Anwendungsgebiete werden aus der hierin vorgestellten Beschreibung offensichtlich. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.Other objects, advantages and applications will become apparent from the description presented herein. It should be understood that the description and specific examples are intended for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the present disclosure.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen diese Offenbarung oder die hier angehängten Ansprüche nicht einschränken.

1 ist ein Schaubild, das ein konzeptionelles Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild einer Stahllegierung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 ist ein Schaubild, das ein Zeit-Temperatur-Schaubild für einen Kühlungsprozess zum Bilden von hochfesten Stahllegierungen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt;
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Verfahren zum Bilden einer Stahllegierungskomponente gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
4A ist eine perspektivische Ansicht einer Kurbelwelle, die aus einer Stahllegierung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung gebildet wird; und
4B ist eine Querschnittsansicht der Kurbelwelle von 4A gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.

The drawings are for illustration only and not intended to limit this disclosure or the claims appended hereto.

1 FIG. 10 is a graph illustrating a conceptual time-temperature conversion diagram of a steel alloy according to the principles of the present disclosure; FIG.
2 FIG. 4 is a graph illustrating a time-temperature graph for a cooling process for forming high strength steel alloys in accordance with the principles of the present disclosure; FIG.
3 FIG. 10 is a block diagram illustrating a method of forming a steel alloy component according to the principles of the present disclosure; FIG.
4A FIG. 12 is a perspective view of a crankshaft formed from a steel alloy in accordance with the principles of the present disclosure; FIG. and
4B is a cross-sectional view of the crankshaft of 4A in accordance with the principles of the present disclosure.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Hochfeste Stahllegierungen mit einer im Wesentlichen bainitischen Mikrostruktur sind vorgesehen. Im Vergleich zu anderen Stahllegierungen weisen diese Stahllegierungen eine verbesserte Materialfestigkeit und -härte auf, mit einer relativ feinen Korngröße und ausreichender Duktilität sowie einer wünschenswerten Gießbarkeit und Zerspanbarkeit. Die Stahllegierungen sind zum Bilden von Automobil-Komponenten geeignet, die starken Belastungen und Verschleiß ausgesetzt sind, wie beispielsweise Kurbelwellen.High strength steel alloys having a substantially bainitic microstructure are provided. Compared to other steel alloys, these steel alloys have improved material strength and hardness, with a relatively fine grain size and ductility, and desirable pourability and machinability. The steel alloys are suitable for forming automotive components that are subject to heavy loads and wear, such as crankshafts.

Diese Stahllegierungen weisen einen niedrigen bis mittleren Kohlenstoffgehalt auf, um eine ausreichend hohe Härtbarkeit, feine Korngrößen, eine günstige bainitische Mikrostruktur und eine einfache Bearbeitung zu gewährleisten. Die endgültige Mikrostruktur besteht in erster Linie aus unterem bis oberem Bainit, was durch einen Kühlprozess erreicht werden kann, der eine anschließende Wärmebehandlung erübrigt, wie im Folgenden näher beschrieben wird. Eine Zugfestigkeit im Bereich von 750 bis 1150 MPa mit einer Dehnung von mehr als 8 % kann erreicht werden. Die offenbarten Stahllegierungen weisen gleichwertige Young-Module auf, wie geschmiedete Stahlgegenstücke mit besserer Zerspanbarkeit. Die Stahllegierung kann beispielsweise in Gas- oder Dieselmotorkomponenten, wie beispielsweise Kurbelwellen, verwendet werden.These steel alloys have a low to moderate carbon content to ensure sufficiently high hardenability, fine grain sizes, a favorable bainitic microstructure, and ease of machining. The final microstructure consists primarily of lower to upper bainite, which can be achieved by a cooling process that does not require subsequent heat treatment, as described in more detail below. A tensile strength in the range of 750 to 1150 MPa with an elongation of more than 8% can be achieved. The disclosed steel alloys have equivalent Young's modules, such as forged steel counterparts with better machinability. The steel alloy may be used, for example, in gas or diesel engine components, such as crankshafts.

Die hierin offenbarten Stahllegierungen enthalten Eisen, Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Schwefel, Chrom, Nickel und Aluminium. In einigen Versionen können auch Bor, Molybdän, Vanadium, Stickstoff, Titan und/oder Niob einbezogen werden.The steel alloys disclosed herein contain iron, carbon, manganese, silicon, sulfur, chromium, nickel and aluminum. In some versions, boron, molybdenum, vanadium, nitrogen, titanium and / or niobium may also be included.

Die hierin offenbarten Stahllegierungen können hochfeste Stahllegierungen sein und können Eisen und in Gewichtsprozent etwa 0,24 bis etwa 0,80 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 0,40 bis etwa 2,10 Gew.-% Mangan, etwa 0,20 bis etwa 1,60 Gew.-% Silizium, etwa 0,05 bis etwa 0,14 Gew.-% Schwefel, etwa 0,10 bis etwa 12,0 Gew.-% Chrom, etwa 0,10 bis etwa 2,50 Gew.-% Nickel und etwa 0,02 bis etwa 0,07 Gew.-% Aluminium beinhalten. So stellt beispielsweise Tabelle 1 dieses erste Beispiel der Stahllegierung dar, die Eisen, Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Schwefel, Chrom, Nickel und Aluminium enthält. Tabelle 1. Beispiel einer neuen Stahllegierung C (Gew.-%) Mn (Gew.-%) Si (Gew.-%) S (Gew.-%) Cr (Gew.-%) Ni (Gew.-%) Al (Gew.-%) Fe 0,24-0,80 0,40-2,10 0,20-1,60 0,05-0,14 0,10-12,0 0,10-2,50 0,02-0,07 Rest oder mindestens 75 Gew.-% The steel alloys disclosed herein may be high strength steel alloys and may include iron and in weight percent about 0.24 to about 0.80 wt% carbon, about 0.40 to about 2.10 wt% manganese, about 0.20 to about 1.60 wt% silicon, about 0.05 to about 0.14 wt% sulfur, about 0.10 to about 12.0 wt% chromium, about 0.10 to about 2.50 wt. -% nickel and about 0.02 to about 0.07 wt .-% aluminum. For example, Table 1 illustrates this first example of the steel alloy containing iron, carbon, manganese, silicon, sulfur, chromium, nickel, and aluminum. Table 1. Example of a new steel alloy C (% by weight) Mn (wt%) Si (wt.%) S (% by weight) Cr (wt.%) Ni (% by weight) Al (wt.%) Fe 0.24 to 0.80 0.40 to 2.10 0.20 to 1.60 0.05 to 0.14 0.10 to 12.0 0.10 to 2.50 0.02-0.07 Balance or at least 75% by weight

Darüber hinaus kann die Stahllegierung in einigen Variationen Bor, Molybdän, Vanadium, Stickstoff, Titan und/oder Niob wie folgt beinhalten: 0,0004-0,005 Gew.-% Bor, 0,10-0,60 Gew.-% Molybdän, 0,05-0,20 Gew.-% Vanadium, 0,02-0,20 Gew.-% Titan, 0,03-0,20 Gew.-% Niob und 0,01-0,04 Gew.-% Stickstoff. Tabelle 2 stellt somit die zusätzlichen Elemente dar, die den Elementen in Tabelle 1 hinzugefügt werden können, um eine neue Stahllegierung zu bilden, wie hierin offenbart. Tabelle 2. Zusätzliche Elemente, die der in Tabelle 1 dargestellten Stahllegierung optional hinzugefügt werden können. B (Gew.-%) Mo (Gew.-%) V (Gew.-%) Ti (Gew.-%) Nb (Gew.-%) N (Gew.-%) 0,0004-0,005 0,10-0,60 0,05-0,20 0,02-0,20 0,03-0,20 0,01-0,04 In addition, in some variations, the steel alloy may include boron, molybdenum, vanadium, nitrogen, titanium and / or niobium as follows: 0.0004-0.005 wt% boron, 0.10-0.60 wt% molybdenum, 0 , 05-0.20% by weight of vanadium, 0.02-0.20% by weight of titanium, 0.03-0.20% by weight of niobium and 0.01-0.04% by weight of nitrogen , Table 2 thus illustrates the additional elements that can be added to the elements in Table 1 to form a new steel alloy, as disclosed herein. Table 2. Additional elements that can be optionally added to the steel alloy shown in Table 1. B (% by weight) Mo (wt.%) V (% by weight) Ti (wt.%) Nb (wt%) N (% by weight) 0.0004 to 0.005 0.10-0.60 0.05-0.20 0.02-0.20 0.03-0.20 0.01-0.04

In einigen Variationen können die Bereiche der Stahllegierung weiter verfeinert werden, um Eisen und in Gewichtsprozent etwa 0,24 bis etwa 0,40 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 1,50 bis etwa 2,00 Gew.-% Mangan, etwa 0,40 bis etwa 0,80 Gew.-% Silizium, etwa 0,05 bis etwa 0,12 Gew.-% Schwefel; etwa 0,10 bis etwa 0,60 Gew.-% Chrom; etwa 0,60 bis etwa 0,90 Gew.-% Nickel; etwa 0,20 bis etwa 0,40 Gew.-% Molybdän; etwa 0,02 bis etwa 0,04 Gew.-% Aluminium; und etwa 0,001 bis etwa 0,005 Gew.-% Bor beinhalten. Tabelle 3 stellt beispielsweise dieses Beispiel der Stahllegierung dar, die folgende Elemente enthält: Eisen, Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Schwefel, Chrom, Nickel, Molybdän, Aluminium und Bor. Tabelle 3. Beispiel einer neuen Stahllegierung C (Gew.-%) Mn (Gew.-%) Si (Gew.-%) S (Gew.-%) Cr (Gew.-%) Ni (Gew.-%) Mo (Gew.-%) Al (Gew.-%) B (Gew.-%) 0,24-0,40 1,50-2,00 0,40-0,80 0,05-0,12 0,10-0,60 0,60-0,90 0,20-0,40 0,02-0,04 0,001-0,005 In some variations, the regions of the steel alloy may be further refined to include iron and in weight percent about 0.24 to about 0.40 wt% carbon, about 1.50 to about 2.00 wt% manganese, about 0, From 40% to about 0.80% by weight of silicon, from about 0.05% to about 0.12% by weight of sulfur; about 0.10 to about 0, 60% by weight of chromium; about 0.60 to about 0.90 weight percent nickel; from about 0.20 to about 0.40 weight percent molybdenum; from about 0.02 to about 0.04 weight percent aluminum; and from about 0.001 to about 0.005 weight percent boron. Table 3, for example, illustrates this example of the steel alloy containing: iron, carbon, manganese, silicon, sulfur, chromium, nickel, molybdenum, aluminum, and boron. Table 3. Example of a New Steel Alloy C (% by weight) Mn (wt%) Si (wt.%) S (% by weight) Cr (wt.%) Ni (% by weight) Mo (wt.%) Al (wt.%) B (% by weight) 0.24 to 0.40 1.50-2.00 0.40-0.80 0.05-0.12 0.10-0.60 0.60-0.90 0.20-0.40 0.02-0.04 0.001-0.005

In einer weiteren Variation können die Bereiche der Stahllegierung Eisen und in Gewichtsprozent etwa 0,25 bis etwa 0,50 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 1,50 bis etwa 2,00 Gew.-% Mangan, etwa 0,30 bis etwa 0,60 Gew.-% Silizium, etwa 0,05 bis etwa 0,12 Gew.-% Schwefel; etwa 0,20 bis etwa 0,60 Gew.-% Chrom; etwa 0,50 bis etwa 0,90 Gew.-% Nickel; etwa 0,15 bis etwa 0,40 Gew.-% Molybdän; etwa 0,02 bis etwa 0,04 Gew.-% Aluminium; und etwa 0,001 bis etwa 0,005 Gew.-% Bor beinhalten. Tabelle 4 stellt beispielsweise dieses Beispiel der Stahllegierung dar, die folgende Elemente enthält: Eisen, Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Schwefel, Chrom, Nickel, Molybdän, Aluminium und Bor. Tabelle 4. Beispiel einer neuen Stahllegierung C (Gew.-%) Mn (Gew.-%) Si (Gew.-%) S (Gew.-%) Cr (Gew.-%) Ni (Gew.-%) Mo (Gew.-%) Al (Gew. -%) B (Gew. -%) 0,25-0,50 1,50-2,00 0,30-0,60 0,05-0,12 0,20-0,60 0,50-0,90 0,15-0,40 0,02-0,04 0,001-0,005 In a further variation, the steel alloy regions may include iron and, in weight percent, from about 0.25 to about 0.50 weight percent carbon, from about 1.50 to about 2.00 weight percent manganese, from about 0.30 to about zero , 60 wt% silicon, about 0.05 to about 0.12 wt% sulfur; from about 0.20 to about 0.60 weight percent chromium; about 0.50 to about 0.90 weight percent nickel; from about 0.15% to about 0.40% by weight of molybdenum; from about 0.02 to about 0.04 weight percent aluminum; and from about 0.001 to about 0.005 weight percent boron. Table 4 illustrates, for example, this example of the steel alloy containing: iron, carbon, manganese, silicon, sulfur, chromium, nickel, molybdenum, aluminum and boron. Table 4. Example of a New Steel Alloy C (% by weight) Mn (wt%) Si (wt.%) S (% by weight) Cr (wt.%) Ni (% by weight) Mo (wt.%) Al (% by weight) B (% by weight) 0.25-0.50 1.50-2.00 0.30-0.60 0.05-0.12 0.20-0.60 0.50 to 0.90 from 0.15 to 0.40 0.02-0.04 0.001-0.005

Die in Tabelle 3 oder Tabelle 4 dargestellten Stahllegierungen können auch Vanadium in einer Menge von höchstens 0,20 Gew.-%, Titan in einer Menge von höchstens 0,20 Gew.-%, Niob in einer Menge von höchstens 0,20 Gew.-% und Stickstoff enthalten, wobei der Stickstoff im Bereich von 0,01 bis 0,04 Gew.-% bereitgestellt werden kann.The steel alloys shown in Table 3 or Table 4 may also contain vanadium in an amount of at most 0.20% by weight, titanium in an amount of at most 0.20% by weight, niobium in an amount of at most 0.20% by weight. -% and nitrogen, wherein the nitrogen can be provided in the range of 0.01 to 0.04 wt .-%.

In einem weiteren Beispiel kann eine Stahllegierung vorgesehen sein, die im Wesentlichen aus folgendem besteht: etwa 0,35 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 1,65 Gew.-% Mangan, etwa 0,45 Gew.-% Silizium, etwa 0,4 Gew.-% Chrom, etwa 0,7 Gew.-% Nickel, etwa 0,25 Gew.-% Molybdän und dem Resteisen. Eine kleine Menge Bor, wie beispielsweise 0,001 bis etwa 0,005 Gew.-% Bor, könnte ebenfalls einbezogen werden. Vorzugsweise sollte auch Schwefel einbezogen werden, wie beispielsweise 0,05 bis 0,12 Gewichtsprozent Schwefel. Tabelle 5 stellt beispielsweise dieses Beispiel der Stahllegierung dar, die folgende Elemente enthält: Eisen, Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Chrom, Nickel und Molybdän, und optional Bor und Schwefel. Tabelle 5. Beispiel einer neuen Stahllegierung C (Gew.-%) Mn (Gew.-%) Si (Gew.-%) Cr (Gew.-%) Ni (Gew.-%) Mo (Gew.-%) B (Gew.-%) (opt.) S (Gew.-%) (opt.) 0,35 1,65 0,45 0,4 0,7 0,25 0,001-0,005 0,05-0,12 In another example, a steel alloy may be provided consisting essentially of: about 0.35 wt% carbon, about 1.65 wt% manganese, about 0.45 wt% silicon, about 0, 4 wt .-% chromium, about 0.7 wt .-% nickel, about 0.25 wt .-% molybdenum and the residual iron. A small amount of boron, such as 0.001 to about 0.005 weight percent boron, could also be included. Preferably, sulfur should also be included, such as 0.05 to 0.12 weight percent sulfur. For example, Table 5 illustrates this example of the steel alloy which includes the following elements: iron, carbon, manganese, silicon, chromium, nickel and molybdenum, and optionally boron and sulfur. Table 5. Example of a new steel alloy C (% by weight) Mn (wt%) Si (wt.%) Cr (wt.%) Ni (% by weight) Mo (wt.%) B (wt.%) (Opt.) S (% by weight) (opt.) 0.35 1.65 0.45 0.4 0.7 0.25 0.001-0.005 0.05-0.12

Die neue Stahllegierung kann ein Zeit-Temperatur-Umwandlungs-(TTT)-Schaubild 100 aufweisen, wie in 1 konzeptionell veranschaulicht. 1 ist eine konzeptionelle Darstellung, und die neue Stahllegierung muss nicht die gleichen Phasen bzgl. Zeiten und Temperaturen aufweisen, wie in 1 dargestellt. Die Temperatur ist konzeptionell auf der Y-Achse bei Element 102 von einem Höchstwert von D7 Grad Celsius auf einen Mindestwert von 0 Grad Celsius dargestellt; und die Zeit wird auf der X-Achse bei Element 104 dargestellt.The new steel alloy can be a Time Temperature Conversion (TTT) chart 100 have, as in 1 conceptually illustrated. 1 is a conceptual representation, and the new steel alloy does not have to have the same phases in terms of times and temperatures as in 1 shown. The temperature is conceptual on the Y Axis at element 102 from a maximum of D7 Degrees Celsius to a minimum of 0 degrees Celsius; and time will be on the X Axis at element 104 shown.

Bei der höchsten Temperatur, wie z. B. bei D7, ist die Stahllegierung bereits verfestigt und ist gemäß Abschnitt 106 in ein Austenitgefüge umgewandelt. Beim Abkühlen der Stahllegierung kann diese in Abhängigkeit von der Zeit verschiedene Phasenumwandlungen erfahren. Bevor die Zeit die Zeit u1 erreicht, die der Nase 108 des Phasendiagramms 100 entspricht, verbleibt die Stahllegierung in einer austenitischen Form. Würde die Stahllegierung langsam durch den Bereich 110 abgekühlt werden, würde ein Ferrit- und Perlitgefüge entstehen. Würde die Stahllegierung langsam durch den Bereich 112 etwas schneller abgekühlt werden, würde ein feineres Ferrit- und Perlitgefüge entstehen. Im Bereich 114 bilden sich Ferrit und grobes Perlit. Im Bereich 116 bilden sich Ferrit und Perlit. Im Bereich 118 bildet sich feines Perlit. Eine Temperatur für die Bainitbildung ist bei 120 angegeben. Im Bereich 122 bilden sich 50 % feines Perlit und 50 % oberes Bainit. Im Bereich 124 bildet sich das obere Bainit. Im Bereich 126 bildet sich das untere Bainit. Auf der linken Seite des Schaubildes 100 entsteht metastabiler Austenit im Bereich 128, wie wenn die Stahllegierung schnell auf eine Temperatur zwischen D5 und D3 abgekühlt wird, in einer Zeitspanne von weniger als u1. Nach Eingabe des Bereichs 128 kann ein isothermisches Verfahren verwendet werden, um in die Bainitbereiche 124 und/oder 126 einzudringen. Die Eintrittstemperatur D3 würde dazu führen, dass sich Martensit im Bereich 130 zu bilden beginnt, was Martensit und leicht zurückgehaltenes Austenit bis zum Erreichen der Raumtemperatur beinhalten würde.At the highest temperature, such. B. at D7 , the steel alloy is already solidified and is according to section 106 transformed into an austenitic structure. As the steel alloy cools, it may undergo various phase changes over time. Before time is the time u1 reached that of the nose 108 of the phase diagram 100 corresponds, the steel alloy remains in an austenitic form. Would the steel alloy slowly through the area 110 be cooled, a ferrite and pearlite structure would arise. Would the steel alloy slowly through the area 112 cooled slightly faster, a finer ferrite and pearlite structure would arise. In the area 114 ferrite and coarse pearlite form. In the area 116 ferrite and perlite are formed. In the area 118 Forms fine pearlite. A temperature for bainite formation is at 120 specified. In the area 122 50% fine perlite and 50% upper bainite are formed. In the area 124 the upper bainite forms. In the area 126 the lower bainite forms. On the left side of the graph 100 creates metastable austenite in the area 128 as if the steel alloy quickly reaches a temperature between D5 and D3 is cooled, in a period of less than u1 , After entering the area 128 An isothermal process can be used to enter the bainite areas 124 and or 126 penetrate. The inlet temperature D3 would cause martensite in the area 130 begins to form, which would include martensite and slightly retained austenite until it reaches room temperature.

Um eine gewünschte bainitische Mikrostruktur zu erreichen, kann die Stahllegierung entlang der Linien 136 und 138 gekühlt werden, wobei die Oberfläche der Stahlgusslegierung entlang der Linie 136 gekühlt wird und das Zentrum der Stahlgusslegierung entlang der Linie 138 gekühlt wird. Somit wird die Stahllegierung schnell von der Temperatur D7 auf einen niedrigeren Wert als D5 vor dem Zeitpunkt u1 abgekühlt. Sobald die Stahllegierung auf den Bereich 128 abgekühlt ist, wird sie auf einer annähernd konstanten Temperatur D4 über die Bainitstartlinie 140 in den Bereich 112 und über die Bainitendlinie 142 in den Bainitbereich 126 gehalten, bis die bainitische Umwandlung abgeschlossen ist. Etwa zur Zeit u2 oder kurz darauf im Bereich 128 beginnt die Stahllegierung, eine Mikrostruktur aus Bainit zu bilden. Bei Linie 142 ist die Bainitumwandlung abgeschlossen.To achieve a desired bainitic microstructure, the steel alloy can along the lines 136 and 138 be cooled, with the surface of the cast steel alloy along the line 136 is cooled and the center of the cast steel alloy along the line 138 is cooled. Thus, the steel alloy is fast from the temperature D7 to a lower value than D5 before the time u1 cooled. Once the steel alloy on the area 128 cooled down, it is at an approximately constant temperature D4 over the bainite start line 140 in the area 112 and over the bainite end line 142 in the bainite area 126 held until the bainitic transformation is complete. Around the time u2 or shortly afterwards in the area 128 The steel alloy begins to form a microstructure of bainite. At line 142 the bainite transformation is complete.

1 zeigt, dass die neue Stahllegierung schnell und direkt von einem Austenitgefüge im Austenitbereich 106 bei einer hohen Temperatur D7 bis hinunter zu einem metastabilen Austenitbereich 128 abgekühlt und dann auf einer konstanten Temperatur gehalten werden kann, um in einem der Bereiche 124 und 126 Bainit zu erreichen. 1 shows that the new steel alloy is fast and direct from austenitic austenite 106 at a high temperature D7 down to a metastable austenite area 128 cooled and then kept at a constant temperature to be in one of the areas 124 and 126 To reach bainite.

Unter Bezugnahme nun auf 2 wird ein Zeit-Temperatur-Schaubild eines Stahllegierungs-Produktionsprozesses veranschaulicht. Die Temperatur wird auf einer Y-Achse bei 202 veranschaulicht und die Zeit wird auf einer X-Achse bei 204 veranschaulicht. Vor dem Zeitpunkt x0 wird die Stahllegierung in einer Form bei einer hohen Temperatur bei oder über T0 gegossen. Zum Zeitpunkt x0 wird die Verfestigung der Gusskomponente beendet und die Stahlgusslegierungskomponente in der Form abgekühlt, bis sie die Temperatur T1 zum Zeitpunkt x1 erreicht. Bei der Temperatur T1, die der Zeit x1 entspricht, wird die Stahllegierungskomponente des Gehäuses aus der Form geschüttelt und von der Temperatur T1 auf die Temperatur T2 luftabgeschreckt (schnell abgekühlt), was der Zeitspanne zwischen Zeit x1 und Zeit x2 entspricht. Die Stahlgusslegierungskomponente wird dann bis zum Zeitpunkt x3 auf einer konstanten Temperatur T2 gehalten. Nach Ablauf der Zeit x3 kann die Stahllegierung dann an der Luft abkühlen. Der in 2 dargestellte Kühlprozess ermöglicht die Kühlung der Stahlgusslegierungskomponente, wie entlang der Linien 136 und 138 in 1 dargestellt. Dementsprechend stellt die Temperatur T1 vor dem Ausschütteln eine hohe Temperatur dar, wie beispielsweise D7 in 1, die dann schnell auf die Temperatur T2 gemäß den in 1 dargestellten Linien 136 und 138 abgekühlt wird. Bei temperierter T2 wird die Komponente dann auf einer konstanten Temperatur T2 gehalten, die der Temperatur D4 in 1 entspricht, bis eine große Menge an Bainit im Bereich 126 zum Zeitpunkt x3 erreicht ist.Referring now to 2 A time-temperature graph of a steel alloy production process is illustrated. The temperature is on one Y At-axis 202 illustrated and time is on one X At-axis 204 illustrated. Before the time x0 For example, the steel alloy is in or above a mold at a high temperature T0 cast. At the time x0 the solidification of the cast component is terminated and the cast steel alloy component is cooled in the mold until it reaches the temperature T1 at the time x1 reached. At the temperature T1 that of the time x1 corresponds, the steel alloy component of the housing is shaken out of the mold and the temperature T1 to the temperature T2 Air quenched (rapidly cooled), which is the time between time x1 and time x2 equivalent. The cast steel alloy component will then be up to the time x3 at a constant temperature T2 held. After expiration of time x3 can then cool the steel alloy in the air. The in 2 illustrated cooling process allows the cooling of the cast steel alloy component, as along the lines 136 and 138 in 1 shown. Accordingly, the temperature T1 before shaking a high temperature, such as D7 in 1 , which then quickly to the temperature T2 according to the in 1 illustrated lines 136 and 138 is cooled. At tempered T2 then the component is at a constant temperature T2 kept that of the temperature D4 in 1 corresponds to a large amount of bainite in the range 126 at the time x3 is reached.

Unter Bezugnahme auf 3 wird das Verfahren zum Bilden der Stahlgusslegierungskomponente mit einer bainitischen Mikrostruktur, wie in den 1 und 2 beschrieben, als Prozessablaufdiagramm in 3 veranschaulicht. Der Prozess 300 beinhaltet einen ersten Schritt 302 zum Herstellen eines flüssigen Stahls mit einer der vorstehend beschriebenen Stahllegierungszusammensetzungen. In Schritt 304 wird eine Form hergestellt. Die Form kann eine Sandform sein, wie beispielsweise eine Grünsandform, eine Investitionsform, eine Muschelform oder eine andere gewünschte Form.With reference to 3 For example, the method of forming the cast steel alloy component having a bainitic microstructure as shown in FIGS 1 and 2 described as a process flow diagram in 3 illustrated. The process 300 includes a first step 302 for producing a liquid steel with one of the steel alloy compositions described above. In step 304 a mold is made. The mold may be a sand mold, such as a green sand mold, an investment mold, a shell mold, or other desired shape.

Der Prozess oder das Verfahren 300 beinhaltet dann einen Schritt 306 des Gießens der heißen flüssigen Stahllegierung in die Form und des Verfestigens der Stahlgusslegierung in der Form. Die Verfestigung erfolgt oberhalb der Temperatur T0 und vor der entsprechenden Zeit x0, in 2.The process or procedure 300 then includes a step 306 pouring hot molten steel alloy into the mold and solidifying the cast steel alloy in the mold. The solidification takes place above the temperature T0 and before the appropriate time x0 , in 2 ,

Sobald die Stahlgusslegierung verfestigt und auf die Temperatur T1 abgekühlt ist, beinhaltet das Verfahren 300 einen Schritt 308 zum Ausschütteln der Stahlgusslegierungskomponente aus der Form. Unter Bezugnahme auf 2 erfolgt das Ausschütteln bei der Temperatur T1 und zum entsprechenden Zeitpunkt x1. Bei dem Verfahren 300 liegt T1 im Bereich von 730-780 Grad Celsius. Wenn also die Komponente in der Form den Bereich 730-780 (T1) erreicht, erfolgt ein Ausschütteln.Once the cast steel alloy solidifies and on the temperature T1 cooled, includes the process 300 one step 308 for shaking out the cast steel alloy component from the mold. With reference to 2 the shaking out takes place at the temperature T1 and at the appropriate time x1 , In the process 300 lies T1 in the range of 730-780 degrees Celsius. So if the component is in the shape of the area 730 - 780 ( T1 ), a shaking takes place.

Das Verfahren 300 beinhaltet dann einen Schritt 310 zum Luftabschrecken der Stahlgusslegierungskomponente bis zur Temperatur T2. Die Temperatur T2 liegt im Bereich von 420-530 Grad Celsius. Nachdem die Temperatur T2 durch Luftabschrecken erreicht wurde, wird die Stahlgusslegierungskomponente in einem Schritt 312 für einen Zeitraum zwischen x2 und x3, wie in 2 dargestellt, bei der Temperatur T2 konstant gehalten. Die Zeitspanne zwischen x2 und x3 liegt zwischen 1,5 Stunden und 3,5 Stunden. Nach Ablauf der Zeitspanne zwischen x2 und x3 kann das Verfahren 300 dann einen Schritt 314 zum Luftkühlen der Gusskomponente auf Raumtemperatur beinhalten. Wenn die Komponente vor der Zeitspanne im Schritt 312 luftgekühlt werden sollte, würde die Legierung vor dem Bilden des Bainits in einen Martensitbereich 130, 132 unter den Temperaturen D2 oder D1 (siehe 1) abtauchen. Da die Komponente jedoch für die gewünschte Zeitspanne zwischen x2 und x3 für die „isotherme“ Verarbeitung bei der Temperatur T2 gehalten wird, können die Phasenlinien 136, 138 gefolgt werden, um Bainit zu züchten, bevor das Teil zum Zeitpunkt x3 in 2 weiter in den Bainitbereich 134 gekühlt wird, wie in 1 dargestellt.The procedure 300 then includes a step 310 for air quenching of the cast steel alloy component up to temperature T2 , The temperature T2 is in the range of 420-530 degrees Celsius. After the temperature T2 achieved by air quenching, the cast steel alloy component is in one step 312 for a period between x2 and x3 , as in 2 shown at the temperature T2 kept constant. The time span between x2 and x3 is between 1.5 hours and 3.5 hours. After expiry of the period between x2 and x3 can the procedure 300 then a step 314 for air cooling the casting component to room temperature. If the component before the period in step 312 air cooled, the alloy would be in a martensite area prior to forming the bainite 130 . 132 under the temperatures D2 or D1 (please refer 1 ) dive down. However, because the component is between the desired time span x2 and x3 for the "isothermal" processing at the temperature T2 the phase lines can be held 136 . 138 be followed to breed bainit before the part at the time x3 in 2 further into the bainite area 134 is cooled, as in 1 shown.

Somit kann der Schritt 312 zum Halten der Komponente bei einer isothermen Temperatur T2 im Bereich von 420 bis 530 Celsius unmittelbar nach dem Schritt 310 des Luftabschreckens beginnen und für einen Zeitraum im Bereich von 1,5 bis 3,5 Stunden fortgesetzt werden. In einigen Variationen wird der Schritt 312 unmittelbar nach dem Schritt 314 durchgeführt, ohne die Komponente auf eine Temperatur unter 420 Grad Celsius zwischen dem Schritt 310 des Luftabschreckens und dem Schritt 312 des Haltens der Komponente bei der isothermen Temperatur T2 abzukühlen. Auf diese Weise kann die Wärme, die bereits im Teil vorhanden ist, während es nach dem Verfestigen abkühlt, genutzt werden, ohne die Wärme zu verschwenden und das Teil aufwärmen zu müssen, um Bainit zu erzeugen.Thus, the step 312 for holding the component at an isothermal temperature T2 in the range of 420 to 530 Celsius immediately after the step 310 air quenching and continue for a period in the range of 1.5 to 3.5 hours. In some variations, the step becomes 312 immediately after the step 314 performed without the component to a temperature below 420 degrees Celsius between the step 310 the air quenching and the step 312 holding the component at the isothermal temperature T2 cool. In this way, the heat already present in the part, while cooling after solidification, can be utilized without wasting the heat and having to heat the part to produce bainite.

Somit ist die neue Stahllegierung bereits stark und hart, mit einer Mikrostruktur aus Bainit, ohne dass zusätzlich nachgewärmt, vergütet, abgeschreckt und gehärtet werden muss. Dadurch werden Zeit und Kosten gespart, ohne dass das Nacherwärmen, Abschrecken, Aushärten und Vergüten durchgeführt werden muss.Thus, the new steel alloy is already strong and hard, with a microstructure of bainite, without the need to be reheated, tempered, quenched and hardened. This saves time and costs without having to reheat, quench, cure and temper.

Die hierin beschriebene Feinkornstahl-Legierung kann verwendet werden, um eine Fahrzeugkomponente aus Stahl herzustellen. Daher ist es hier im Sinne der Erfinder, dass die Offenbarung auf Stahl-KFZ-Komponenten ausgedehnt wird, einschließlich aber nicht beschränkt auf Kurbelwellen, Getriebewellen, Getriebegehäuse, Halbwellen, Achswellen und dergleichen. So wird beispielsweise mit Bezug auf die 4A-4B eine Kurbelwelle 400 veranschaulicht, die aus einer Variation der hierin beschriebenen Stahllegierung gefertigt ist. Die Kurbelwelle 400 kann Hohlzapfen 402 aufweisen, die durch das Gießverfahren 300 erzeugt werden (oder durch einen anderen Gießprozess oder ein Verfahren).The fine grain steel alloy described herein can be used to make a vehicle component of steel. Therefore, it is within the purview of the inventors that the disclosure be extended to steel automotive components, including, but not limited to, crankshafts, transmission shafts, transmission housings, half shafts, axle shafts, and the like. For example, referring to the 4A-4B a crankshaft 400 which is made of a variation of the steel alloy described herein. The crankshaft 400 can hollow pin 402 exhibit, by the casting process 300 be generated (or by another casting process or a method).

Weiterhin wird, während die obigen Beispiele einzeln beschrieben werden, von Fachleuten auf dem Gebiet mit dem Vorteil dieser Offenbarung verstanden werden, dass die hierin beschriebenen Anteile von Elementen gemischt und aus den verschiedenen Beispielen innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche angepasst werden können.Furthermore, while the above examples are described individually, it will be understood by those skilled in the art having the benefit of this disclosure that the proportions of elements described herein may be mixed and adapted from the various examples within the scope of the appended claims.

Es versteht sich ferner, dass jedes der oben beschriebenen Konzepte allein oder in Kombination mit irgendeinem oder allen anderen oben beschriebenen Konzepten verwendet werden kann. Obwohl eine Ausführungsform dieser Erfindung offenbart worden ist, würden Fachleute auf diesem Gebiet erkennen, dass bestimmte Modifikationen in den Schutzumfang dieser Offenbarung fallen würden. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche untersucht werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Erfindung zu bestimmen.It is further understood that each of the concepts described above may be used alone or in combination with any or all of the other concepts described above. Although one embodiment of this invention has been disclosed, those skilled in the art would recognize that certain modifications would fall within the scope of this disclosure. For that reason, the following claims should be studied to determine the true scope and content of this invention.

Claims

High strength steel alloy, comprising: Iron; from about 0.24% to about 0.80% by weight carbon; from about 0.40 to about 2.10 weight percent manganese; from about 0.20 to about 1.60 weight percent silicon; from about 0.05 to about 0.14 weight percent sulfur; from about 0.10 to about 12.0 weight percent chromium; about 0.10 to about 2.50 weight percent nickel; and from about 0.02 to about 0.07 weight percent aluminum.

High strength steel alloy after Claim 1 further comprising: boron in an amount of not more than 0.005 wt%; Molybdenum in an amount of not more than 0.60 wt%; Vanadium in an amount of not more than 0.20% by weight; Titanium in an amount of not more than 0.20% by weight; Niobium in an amount of not more than 0.20% by weight; and about 0.01 to about 0.04 weight percent nitrogen, wherein the iron is provided in an amount of between about 75.0 and about 98.88 weight percent.

High strength steel alloy according to any one of the preceding claims, wherein the high strength steel alloy comprises: from about 0.24 to about 0.40 weight percent carbon; about 1.50% to about 2.00% by weight of manganese; from about 0.40 to about 0.80 weight percent silicon; from about 0.05 to about 0.12 weight percent sulfur; from about 0.10 to about 0.60 weight percent chromium; about 0.60 to about 0.90 weight percent nickel; from about 0.20 to about 0.40 weight percent molybdenum; from about 0.02 to about 0.04 weight percent aluminum; and about 0.001 to about 0.005 weight percent boron.

High strength steel alloy according to any one of the preceding claims, wherein the high strength steel alloy comprises: from about 0.25% to about 0.50% by weight carbon; about 1.50% to about 2.00% by weight of manganese; from about 0.30% to about 0.60% by weight silicon; from about 0.05 to about 0.12 weight percent sulfur; from about 0.20 to about 0.60 weight percent chromium; about 0.50 to about 0.90 weight percent nickel; from about 0.15% to about 0.40% by weight of molybdenum; from about 0.02 to about 0.04 weight percent aluminum; and about 0.001 to about 0.005 weight percent boron.

High strength steel alloy according to one of the preceding claims, having a maximum tensile strength in the range of 750 to 1100 MPa.

A high strength steel alloy according to any one of the preceding claims, having an ASTM grain size number in the range of 5 to 8.

High strength steel alloy consisting essentially of: about 0.35 wt.% carbon; about 1.65 weight percent manganese; about 0.45 weight percent silicon; about 0.4% by weight chromium; about 0.7 wt% nickel; about 0.25 weight percent molybdenum; and Balance iron.

Crankshaft for a motor vehicle drive system made of a high strength steel alloy according to any one of the preceding claims.

A method of forming a steel alloy component, the method comprising: Producing a steel alloy comprising iron, about 0.24 to about 0.80 wt% carbon, about 0.40 to about 2.10 wt% manganese, about 0.20 to about 1.60 wt% Silicon, about 0.05 to about 0.14 weight percent sulfur, about 0.10 to about 12.0 weight percent chromium, about 0.10 to about 2.50 weight percent nickel, and about 0, From 02 to about 0.07 weight percent aluminum; Casting the steel alloy in a mold to form the component; Shaking out the mold; and Air quenching of the component until the component has a temperature in the range of 420 to 530 degrees Celsius.

Method according to Claim 9 , further comprising: Maintaining the component at an isothermal temperature in the range of 420 to 530 centigrade from the instant immediately after the air quenching step and continuing for a period in the range of 1.5 to 3.5 hours, wherein the step of maintaining the component in the isothermal temperature is performed immediately after the air quenching step without cooling the component to a temperature below 420 degrees Celsius between the air quenching step and the isothermal temperature maintaining step of the component; and wherein the step of producing the steel alloy further comprises producing the steel alloy comprising boron in an amount of not more than 0.005 wt%.