-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer presshärtegeeigneten Blechplatine mit unterschiedlichen Blechdicken. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines pressgehärteten Blechformteils.
-
Beim Presshärten wird ein presshärtegeeignetes und auf Austenitisierungstemperatur erwärmtes Stahlblechmaterial in einem Presshärtewerkzeug geformt und abschreckgekühlt, wodurch sich bekanntermaßen hohe Festigkeiten erzielen lassen. Als Ausgangsplatinen für das Presshärten können auch sogenannte Tailored Blanks verwendet werden, die Bereiche mit unterschiedlichen Blechdicken aufweisen. Eine sogenannten Tailored Rolled Blank (TRB) weist durch unterschiedliches Walzen bzw. Auswalzen des Stahlblechmaterials erzeugte Bereiche mit unterschiedlichen Blechdicken auf.
-
Die
EP 3 181 248 B1 beschreibt ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Blechplatinen mit verschiedenen Blechdicken, die nachfolgend im Wege des Presshärtens umgeformt und gehärtet werden können. Die Herstellung umfasst ein flexibles Walzen eines Bandmaterials aus einem härtbaren Stahlwerkstoff und das Schneiden des flexibel gewalzten Bandmaterials zum Erzeugen der Blechplatinen. Es können weitere Verfahrensschritte vorgesehen sein, wie das Aufbringen eines Korrosionsschutzes auf das Bandmaterial, wobei das Bandmaterial vor dem flexiblen Walzen oder nach dem flexiblen Walzen beschichtet werden kann.
-
Mit der Erfindung wird ein neues Verfahren mit den im Patentanspruch 1 genannten Schritten zur Herstellung einer presshärtegeeigneten Blechplatine mit unterschiedlichen Blechdicken vorgestellt. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines pressgehärteten Blechformteils unter Verwendung einer erfindungsgemäß hergestellten Blechplatine. Zusätzliche Merkmale der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung (wobei dies ausdrücklich auch Merkmale einschließt, die als „beispielsweise“, „bevorzugt“, „insbesondere“ etc. beschrieben sind) und der Zeichnung.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer presshärtegeeigneten (d. h. zum nachfolgenden Presshärten geeigneten) Blechplatine mit unterschiedlichen Blechdicken umfasst zumindest folgende Schritte:
- - Bereitstellen eines Blechbands aus einem presshärtegeeigneten Stahlblechmaterial;
- - Aufbringen bzw. Auftragen eines Zunderschutzlacks bzw. einer Zunderschutzlackbeschichtung auf das Blechband, insbesondere beidseitig;
- - flexibles Walzen des zunderschutzlackierten Blechbands, wobei über der Länge des Blechbands ein Dickenprofil mit unterschiedlichen Blechdicken erzeugt wird, derart, dass (in Längsrichtung des Blechbands) hintereinander liegenden Bereiche des flexibel gewalzten Blechbands mit dem Solldickenprofil der herzustellenden Blechplatine korrespondieren;
- - Ausschneiden der Blechplatine aus dem flexibel gewalzten Blechband.
-
Eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Blechplatine bzw. Stahlblechplatine weist wenigstens zwei Bereiche mit unterschiedlichen bzw. verschiedenen Blechdicken auf und ist einstückig ausgebildet, d. h. aus einem Stück hergestellt. Eine solche Blechplatine kann auch als Tailored Rolled Blank (TRB) bezeichnet werden. Die Blechdickenunterschiede innerhalb der Blechplatine können bezogen auf den dicksten Bereich bis zu 50 % betragen, d. h., der dünnste Bereich kann nur halb so dick sein wie der dickste Bereich. Bevorzugt handelt es sich bei der hergestellten Blechplatine um eine sogenannte Formplatine mit einer auf die vorgesehene Umformung abgestimmten Außenkontur.
-
Anders als bei dem aus der
EP 3 181 248 B1 vorbekannten Verfahren wird beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Korrosionsschutzbeschichtung aufgebracht, sondern ein Zunderschutzlack, der lediglich beim Erwärmen und Presshärten einen Luftkontakt des Stahlblechmaterials bzw. -substrats und damit eine Zunderbildung verhindert, im Weiteren jedoch keine oder allenfalls eine nur sehr geringe Korrosionsschutzwirkung hat. Bei diesem Zunderschutzlack handelt es sich bevorzugt um eine Zunderschutzpartikel, insbesondere Aluminium-Partikel (wobei bspw. auch Zn- oder Mg-Partikel möglich sind), enthaltende Lackzusammensetzung, wobei die Zunderschutzpartikel, insbesondere Aluminium-Partikel, bevorzugt in einer Matrix, insbesondere in einer anorganischen Matrix, gebunden sein können.
-
Das Auftragen des Zunderschutzlacks kann folgende Teilschritte umfassen:
- - gegebenenfalls Reinigen, insbesondere Entfetten, des Blechbands;
- - Auftragen bzw. Aufbringen eines flüssigen Zunderschutzlacks, vorzugsweise mittels Aufsprühen oder mittels Tauchbad bzw. Tauchbecken, wobei der flüssige Zunderschutzlack bevorzugt eine lösungsmittelhaltige Mischung, insbesondere eine Emulsion oder Suspension, ist;
- - Einbrennen des aufgetragenen Zunderschutzlacks, vorzugsweise durch Erwärmen des (lackierten) Blechbands (bspw. auf eine Temperatur von bis zu 180°C), wobei der Zunderschutzlack trocknet bzw. verfestigt, insbesondere durch Verdampfen bzw. Evaporieren eines enthaltenen Lösungsmittels, und sich mit dem Stahlblechmaterial bzw. - substrat dauerhaft verbindet (insbesondere durch Ausbildung einer stabilen Haftverbindung). Das anschließende flexible Walzen verstärkt die Verbindung bzw. Haftung.
-
Das Auftragen eines Zunderschutzlacks bzw. einer Zunderlackbeschichtung oder einer wirkungsgleichen Zunderschutzbeschichtung (die beim Erwärmen und Presshärten eine Zunderbildung verhindert, im Weiteren jedoch keinen Korrosionsschutz bietet) kann auch durch Schmelztauchen, durch Gasphasenabscheidung oder mittels Galvanotechnik erfolgen.
-
Der Zunderschutzlack ist insbesondere derart ausgebildet, dass dieser im Weiteren unter normalen Raumluftbedingungen eine Wasserstoff-Effusion, insbesondere mit hoher Effusionsrate (die deutlich höher ist als bei typischen Korrosionsschutzschichten, insbesondere typischen AISi-Korrosionsschutzschichten mit einer bevorzugten Schichtdicken von 30 µm bis 35 µm), ermöglicht bzw. eine solche Wasserstoff-Effusion, insbesondere mit hoher Effusionsrate, begünstigt. Dadurch kann die Gefahr einer Wasserstoffversprödung des Stahlblechmaterials bzw. -substrats verhindert oder zumindest verringert werden.
-
Beim Auftragen des Zunderschutzlacks kann berücksichtigt werden, dass beim nachfolgenden flexiblen Walzen eine Schichtdickenreduzierung des Zunderschutzlacks bzw. der Zunderlackbeschichtung erfolgt, die abhängig ist von der beim flexiblen Walzen erzeugten Dickenreduktion (Abwalzgrad) des Blechbands bzw. Stahlblechmaterials. Bevorzugt wird der Zunderschutzlack über der Länge des Blechbands zunächst mit unterschiedlicher Dicke aufgetragen, unter Berücksichtigung einer sich beim (nachfolgenden) flexiblen Walzen ergebenden (bereichsweise unterschiedlichen) Schichtdickenreduzierung des Zunderschutzlacks, sodass nach dem flexiblen Walzen der (aufgetragene) Zunderschutzlack bzw. die Zunderschutzlackbeschichtung über der Länge des flexibel gewalzten Blechbands eine im Wesentlichen konstante Lackschichtdicke aufweist. Bspw. können in den Bereichen, in denen eine stärke Dickenreduktion bzw. ein höherer Abwalzgrad vorgesehen ist, mehrere Schichten des Zunderschutzlacks aufgetragen werden, wobei insbesondere auf eine gute Schichthaftung geachtet werden muss, um eine spätere Delamination zu vermeiden.
-
Bevorzugt ist der Zunderschutzlack im Vergleich zu einer Korrosionsschutzbeschichtung wesentlich dünner ausgebildet. Die Lackschichtdicke des Zunderschutzlacks, womit insbesondere die Schichtdicke nach dem Verdampfen bzw. Evaporieren eines Lösungsmittels und vor dem flexiblen Walzen gemeint ist, beträgt bevorzugt weniger als 10 µm, besonders bevorzugt weniger als 5 µm und beträgt insbesondere nur 2 µm bis 3 µm. Der Zunderschutzlack ist somit quasi als Dünnschicht ausgebildet, die im Vergleich zu einer typischen Korrosionsschutzschicht bzw. -beschichtung bis zum Zehnfachen und mehr (≤ 10 %) dünner ausgebildet ist. Durch die geringe Lackschichtdicke des Zunderschutzlacks wird beim Erwärmen und Presshärten die Versprödungsgefahr (Liquid Metal Embrittlement) reduziert, sodass sehr hohe Festigkeiten von mindestens 1650 MPa (die sonst aufgrund der Versprödungsgefahr nicht möglich sind) erreicht werden können.
-
Das flexible Walzen des Blechbands kann ausgeführt werden, wie in der
EP 3 181 248 B1 beschrieben, wozu auf die gesamte Offenbarung der
EP 3 181 248 B1 Bezug genommen wird. Bevorzugt wird das Blechband beim flexiblen Walzen über seine gesamte Breite gewalzt bzw. ausgewalzt. Das flexible Walzen kann vollflächig oder nur partiell erfolgen, wobei mit letzterem gemeint ist, dass abschnitts- bzw. bereichsweise keine Veränderung der Blechdicke erfolgt (weswegen die Blechdicke des flexibel gewalzten Blechbands in einem solchen Bereich der Ausgangsblechdicke des bereitgestellten Blechbands entspricht). Die Ausgangsblechdicke des bereitgestellten Blechbands kann zwischen 1,0 mm und 2,5 mm liegen, wobei beim flexiblen Walzen eine Dickenreduktion um bis zu 50 % (s. o.) erfolgen kann. Bevorzugt erfolgt das flexible Walzen des Blechbands im kalten Zustand.
-
Auch das Ausschneiden der Blechplatine kann ausgeführt werden, wie in der
EP 3 181 248 B1 beschrieben, wozu auch diesbezüglich auf die gesamte Offenbarung der
EP 3 181 248 B1 Bezug genommen wird. Dies betrifft auch ein eventuell vorgesehenes Bestimmen der Sollposition in dem flexibel gewalzten Blechband für die auszuschneidende Blechplatine, insbesondere in Abhängigkeit von einem ermittelten Messdickenprofil.
-
Das Stahlblechmaterial des bereitgestellten Blechbands ist bevorzugt dafür vorgesehen (und entsprechend ausgebildet), dass bei einem Presshärten sehr hohe Festigkeiten von mindestens 1650 MPa, bevorzugt mindestens 1750 MPa, besonders bevorzugt mindestens 1850 MPa und insbesondere mindestens 1900 MPa erreicht bzw. erzielt werden können. Bspw. handelt es sich um einen borlegierten Vergütungsstahl der Sorte 34MnB5. Das Stahlblechmaterial des bereitgestellten Blechbands ist bevorzugt kaltgewalzt und vorgeglüht bzw. rekristallisationsgeglüht, wie bspw. in der
EP 1 929 055 B1 beschrieben. Dies begünstigt im Weiteren das flexible Walzen des Blechbands im kalten Zustand.
-
Eine erfindungsgemäß hergestellte Blechplatine wird bevorzugt zu einem pressgehärteten Blechformteil weiterverarbeitet. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines pressgehärteten Blechformteils umfasst zumindest folgende Schritte:
- - Herstellen einer Blechplatine mit unterschiedlichen Blechdicken, wie vorausgehend und nachfolgend erläutert;
- - Erwärmen, Umformen und Presshärten der Blechplatine (sogenanntes direktes Presshärten) oder Umformen, Erwärmen und Presshärten der Blechplatine (sogenanntes indirektes Presshärten), wodurch ein pressgehärtetes Blechformteil erzeugt wird, das wenigstens zwei Blechformteilbereiche mit unterschiedlichen Blechdicken aufweist;
- - gegebenenfalls Zwischen- bzw. Abkühllagern des pressgehärteten Blechformteils (s. u.).
-
Bevorzugt wird beim Presshärten in zumindest einem der Blechformteilbereiche eine Festigkeit (womit die Zugfestigkeit des pressgehärteten Stahlblechmaterials gemeint ist) von mindestens 1650 MPa, bevorzugt mindestens 1750 MPa, besonders bevorzugt mindestens 1850 MPa und insbesondere mindestens 1900 MPa erreicht bzw. erzielt.
-
Das Presshärten erfolgt in einem Presshärtewerkzeug. Bevorzugt wird das pressgehärtete Blechformteil nach der Entnahme aus dem Presshärtewerkzeug unter normalen Raumluftbedingungen (bspw. bei einer Raumtemperatur von 20°C bis 25°C) gelagert, bspw. in einem Gestell (Gestelllagerung) oder in einer Kiste (Kistenlagerung), und kann dabei von der Entnahmetemperatur (in der Regel über 100°C) auf Raum- bzw. Umgebungstemperatur abkühlen. Ein solches Zwischenlagern bzw. Ruhenlassen des pressgehärteten Blechformteils (vor der Weiterverarbeitung oder dem Verbau) kann auch als Abkühllagern aufgefasst werden.
-
Wie oben bereits erläutert, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Zunderschutzlack eine Wasserstoff-Effusion, insbesondere mit hoher Effusionsrate, ermöglicht bzw. begünstigt. Dadurch kann während eines Zwischen- bzw. Abkühllagerns im Stahlblechmaterial bzw. -substrat enthaltener Wasserstoff vollständig oder nahezu vollständig ausdiffundieren. Bevorzugt ist vorgesehen, dass beim Zwischen- bzw. Abkühllagern nach spätestens einer Stunde der Wasserstoffgehalt kleiner als 0,25 ppm, insbesondere kleiner als 0,15 ppm, ist, sodass das pressgehärtete Blechformteil bereits nach vergleichsweise kurzer Zeit weiterverarbeitet bzw. verbaut werden kann. Der Zunderschutzlack ist dementsprechend ausgebildet. Geeignete Lackzusammensetzungen und -schichtdicken können durch Versuche ermittelt werden, wobei es sich insbesondere um eine Aluminium-Partikel enthaltende Lackzusammensetzung mit anorganischer Matrix handelt, mit einer bevorzugten Schichtdicke von weniger als 5 µm, insbesondere von 2 µm bis 3 µm (wie oben beschrieben).
-
Das Erwärmen der Blechplatine oder eines aus der Blechplatine vorgeformten Blechformteils erfolgt bevorzugt in einem Ofen (Austenitisierungsofen), insbesondere in einem Durchlaufofen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Ofenatmosphäre im Ofen einen Taupunkt größer/gleich 0°C, insbesondere von 0°C bis 5°C, aufweist bzw., dass ein solcher Taupunkt eingestellt bzw. geregelt wird. Mit diesem vergleichsweise hohen Taupunkt kann bewusst eine stärkere Wasserstoffeinlagerung in das Stahlblechmaterial bzw. -substrat in Kauf genommen werden, da der Zunderschutzlack bevorzugt so ausgebildet ist, dass nach dem Presshärten bei einem Zwischen- bzw. Abkühllagern eine Wasserstoff-Effusion ermöglicht bzw. begünstigt wird (wie obenstehend erläutert), wobei der im Stahlblechmaterial bzw. -substrat enthaltene Wasserstoff vollständig oder nahezu vollständig ausdiffundieren kann.
-
Bei Bedarf kann lastpfadgerecht wenigstens ein zusätzliches Blechstück (Patch) auf die Blechplatine aufgeschweißt werden, sodass das pressgehärtete Blechformteil im betreffenden Bereich eine lokal erhöhte Belastbarkeit aufweist.
-
Bei dem pressgehärteten Blechformteil handelt es sich bevorzugt um ein Kraftfahrzeugbauteil, insbesondere um ein Karosserie- oder Fahrwerksbauteil. Aufgrund des nicht vorhandenen oder nur sehr geringen Korrosionsschutzes wird dieses pressgehärtete Blechformteil bevorzugt in einem sogenannten Trockenbereich eingesetzt. Gegebenenfalls wird der Zunderschutzlack vor dem Verbau entfernt.
-
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die in der einzigen Figur gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
- 1 veranschaulicht die Erfindung schematisch als Ablaufdiagramm.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die Bereitstellung eines Blechbands 10 aus presshärtegeeignetem Stahlblechmaterial M vor, das bspw. als Coil 5 aufgewickelt ist und sukzessive abgewickelt wird. Auf das abgewickelte Blechband 10 wird im Durchlaufverfahren in einer Bandlackieranlage 30 ein Zunderschutzlack Z bzw. eine Zunderschutzlackbeschichtung aufgebracht. Die Bandlackieranlage 30 umfasst eine Aufbringvorrichtung 32 mit einem Tauchbecken 33 und eine Einbrennvorrichtung 34 mit einem Durchlaufofen 35. Durch einen Regelkreis kann beim Auftragen des Zunderschutzlacks Z eine gewünschte Lackschichtdicke sehr genau eingehalten werden. Optional kann eine Reinigungsvorrichtung 31 vorgesehen sein, in der das Blechband 10 zunächst gereinigt wird. Das zunderschutzlackierte Blechband 10' kann anschließend wieder zu einem Coil aufgewickelt oder direkt weiterbearbeitet werden.
-
Das zunderschutzlackierte Blechband 10' wird einer Walzvorrichtung 40 flexibel gewalzt, wobei über der Länge des Blechbands 10 ein vorgegebenes Dickenprofil mit unterschiedlichen Blechdicken erzeugt wird, welches mit dem Solldickenprofil einer herzustellenden Blechplatine übereinstimmt. Aus dem flexibel gewalzten Blechband 10" wird in einer Platinenschneidvorrichtung 50 eine mit Zunderschutzlack beschichtete und unterschiedliche Blechdicken aufweisende Blechplatine 12 ausgeschnitten.
-
Die Blechplatine 12 kann dann sofort oder erst später in einem Austenitisierungsofen 60 (auf mindestens 850°C) erwärmt und dann in einem Presshärtewerkzeug 70 zu einem pressgehärteten Blechformteil 20 umgeformt und pressgehärtet werden, wobei das pressgehärtete Blechformteil 20 unterschiedliche Blechdicken aufweist. Optional kann noch ein Zwischen- bzw. Abkühllagern erfolgen, wie oben beschrieben, bevor das Blechformteil 20 weiterverarbeitet und/oder verbaut wird.
-
Aus dem Blechband 10 können in der zuvor beschriebenen Weise auch mehrere Blechplatinen 12 in Serienfertigung hergestellt werden. Zusätzliche Merkmale der Erfindung sowie alternative Ausführungsmöglichkeiten sind oben beschrieben.
-
Bezugszeichenliste
-
- 5
- Coil
- 10
- Blechband
- 10'
- zunderschutzlackiertes Blechband
- 10"
- flexibel gewalztes Blechband
- 12
- Blechplatine
- 20
- pressgehärtetes Blechformteil
- 30
- Bandlackieranlage
- 31
- Reinigungsvorrichtung
- 32
- Aufbringvorrichtung
- 33
- Tauchbecken
- 34
- Einbrennvorrichtung
- 35
- Durchlaufofen
- 40
- Walzvorrichtung
- 50
- Platinenschneidvorrichtung
- 60
- Austenitisierungsofen (Durchlaufofen)
- 70
- Presshärtewerkzeug
- M
- Stahlblechmaterial
- Z
- Zunderschutzlack
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 3181248 B1 [0003, 0007, 0013, 0014]
- EP 1929055 B1 [0015]
