DE102021203291A1 - Process for the production of a hot-formed and press-hardened sheet steel component - Google Patents

Process for the production of a hot-formed and press-hardened sheet steel component Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils (1), das als ein Tailored-Welded-Blank aus zumindest zwei Formplatinen (3, 5) ausgebildet ist, mit einem Schmelztauchprozess, in dem das Stahlsubstrat (11, 13) zumindest einer Formplatine (3, 5) mit einem AlSi-Schmelztauchüberzug (9) schmelztauchveredelt wird, einem Platinenschnitt, in dem das beschichtete Stahlsubstrat (11, 13) zur jeweiligen Formplatine (3, 5) zugeschnitten wird, einem Schweißprozess, in dem die beiden Formplatinen (3, 5) unter Bildung eines Platinenverbunds (25) miteinander verschweißt werden, einem Warmumformprozess, in dem der Platinenverbund (25) zu dem Stahlblechbauteil (1) warmumgeformt und pressgehärtet wird. Erfindungsgemäß ist dem Schmelztauchprozess ein Vorkonditionierschritt nachgelagert, in dem unter Wärmebehandlung in einem Diffusionsvorgang Aluminium aus dem AlSi-Schmelztauchüberzug (9) in das Stahlsubstrat (11, 13) eindiffundiert und Eisen aus dem Stahlsubstrat (11, 13) in den AlSi-Schmelztauchüberzug (9) diffundiert.The invention relates to a method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel component (1), which is designed as a tailored-welded blank from at least two blanks (3, 5), with a hot-dip process in which the steel substrate (11, 13) is at least a blank (3, 5) is hot-dip finished with an AlSi hot-dip coating (9), a blank cut in which the coated steel substrate (11, 13) is cut to form the blank (3, 5), a welding process in which the two blanks (3, 5) are welded together to form a circuit board assembly (25), a hot forming process in which the circuit board assembly (25) is hot-formed and press-hardened to form the sheet steel component (1). According to the invention, the hot-dip process is followed by a preconditioning step in which aluminum diffuses from the AlSi hot-dip coating (9) into the steel substrate (11, 13) and iron from the steel substrate (11, 13) into the AlSi hot-dip coating (9 ) diffuses.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Stahlblechbauteil gemäß Anspruch 10.The invention relates to a method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel component according to the preamble of claim 1 and a sheet steel component according to claim 10.

In einem gattungsgemäßen Verfahren wird ein warmumgeformtes und pressgehärtetes Stahlblechbauteil als ein Tailored-Welded-Blank aus zumindest zwei Formplatinen hergestellt. Das Verfahren weist einen Schmelztauchprozess auf, in dem die Stahlsubstrate der beiden Formplatinen mit einem AlSi-Schmelztauchüberzug schmelztauchveredelt werden. Anschließend folgt ein Platinenschnitt, in dem die beschichteten Stahlsubstrate zur ersten Formplatine beziehungsweise zur zweiten Formplatine zugeschnitten werden. In einem nachgeschalteten Schweißprozess werden die beiden Formplatinen zum Beispiel durch Laserschweißen zu einem Platinenverbund verschweißt. Dieser wird einem Warmumformprozess zugeführt, in dem der Platinenverbund zu dem Stahlblechbauteil warmumgeformt und pressgehärtet wird.In a generic method, a hot-formed and press-hardened sheet steel component is produced as a tailored-welded blank from at least two blanks. The method features a hot-dip process in which the steel substrates of the two blanks are hot-dip coated with an AlSi hot-dip coating. This is followed by a blank cut, in which the coated steel substrates are cut to form the first blank or the second blank. In a downstream welding process, the two blanks are welded to form a composite blank, for example by laser welding. This is fed to a hot-forming process in which the composite blank is hot-formed and press-hardened to form the sheet steel component.

Beim Laserschweißen der beiden schmelztauchveredelten Formplatinen besteht die folgende Problematik: So bildet sich an der Schweißstelle aus dem AlSi-Schmelztauchüberzug eine niedrigschmelzende Aluminium-Flüssigphase, die sich während des Schweißprozesses in die Schweißnaht-Schmelze einmischt. Dadurch bilden sich spröde intermetallische Phasen im Schweißnaht-Gefüge, die zu einem frühen Bauteilversagen des Stahlblechbauteils führen.The following problem arises when laser welding the two hot-dip-coated blanks: A low-melting liquid aluminum phase forms at the welding point from the AlSi hot-dip coating, which mixes with the weld seam melt during the welding process. As a result, brittle intermetallic phases form in the weld seam structure, which lead to early component failure of the sheet steel component.

Um ein solches frühes Bauteilversagen des Stahlblechbauteils zu vermeiden, sind im Stand der Technik folgende Maßnahmen bekannt: Zum einen kann die AlSi-Schmelztauchüberzug vor Durchführung des Schweißprozesses an der Fügestelle zum Beispiel in einem fertigungstechnisch aufwendigen sowie kostspieligen Laserablationsprozess lokal entfernt werden. Das Entfernen des AlSi-Schmelztauchüberzugs führt jedoch dazu, dass partiell kein Korrosionsschutz vorliegt und damit eventuell spezielle Korrosionsschutzmaßnahmen vorgesehen werden müssen. Zum anderen kann eine Zugabe spezieller Legierungselemente in Form eines Zusatzwerkstoffes erfolgen. Eine solche Zugabe ist jedoch komplex und birgt Prozessinstabilitäten.In order to avoid such an early component failure of the sheet steel component, the following measures are known in the prior art: On the one hand, the AlSi hot-dip coating can be removed locally at the joint before the welding process is carried out, for example in a laser ablation process that is complex and expensive in terms of production technology. However, removing the AlSi hot-dip coating means that there is no corrosion protection in some areas, which means that special corrosion protection measures may have to be taken. On the other hand, special alloying elements can be added in the form of an additional material. However, such an addition is complex and involves process instabilities.

Aus der US 2013/0037178 A1 und aus der DE 10 2017 216 177 A1 ist jeweils ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils bekannt.From the US 2013/0037178 A1 and from the DE 10 2017 216 177 A1 a method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel component is known in each case.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils bereitzustellen, das im Vergleich zum Stand der Technik in prozesstechnisch einfacher Weise ein frühes Bauteilversagen des hergestellten Stahlblechbauteils unterbindet.The object of the invention is to provide a method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel component which, in comparison to the prior art, prevents early component failure of the sheet steel component produced in a simple manner in terms of process technology.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder des Anspruches 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is achieved by the features of claim 1 or claim 10. Preferred developments of the invention are disclosed in the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf einem Verfahren, bei dem ein Stahlblechbauteil als ein Tailored-Welded-Blank aus zumindest zwei Formplatinen ausgebildet wird. Das Verfahren weist einen Schmelztauchprozess auf, in dem das Stahlsubstrat zumindest eine erste Formplatine mit einem AlSi-Schmelztauchüberzug schmelztauchveredelt wird. Zudem weist das Verfahren einen Platinenschnitt auf, in dem das beschichtete Stahlsubstrat zur jeweiligen Formplatine zugeschnitten wird. Anschließend folgt ein Schweißprozess, in dem die beiden Formplatinen unter Bildung eines Platinenverbunds miteinander verschweißt werden. Der noch ungehärtete Platinenverbund wird einem Warmumformprozess unterworfen. Dieser weist in gängiger Praxis einen Wärmebehandlungsschritt, in dem der Platinenverbund bis auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur erwärmt wird, und einen Umformschritt auf, in dem der Platinenverbund im Heißzustand in ein Umformwerkzeug eingelegt wird und darin warmumgeformt sowie pressgehärtet wird, und zwar unter Bildung des Stahlblechbauteils.The invention is based on a method in which a sheet steel component is formed as a tailored-welded blank from at least two blanks. The method has a hot-dip process in which the steel substrate is hot-dip refined at least a first blank with an AlSi hot-dip coating. In addition, the process includes blank cutting, in which the coated steel substrate is cut to form the respective blank. This is followed by a welding process in which the two blanks are welded together to form a composite blank. The still unhardened blank composite is subjected to a hot forming process. In common practice, this has a heat treatment step in which the composite circuit board is heated to above the material-specific austenitization temperature, and a forming step in which the composite circuit board is placed in a forming tool while hot and is hot-formed and press-hardened therein, with the formation of the sheet steel component .

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist dem Schmelztauchprozess ein Vorkonditionierschritt nachgelagert. Im Vorkonditionierschritt erfolgt unter Wärmebehandlung ein Diffusionsvorgang, bei dem Aluminium aus dem AlSi-Schmelztauchüberzug in das Stahlsubstrat eindiffundiert und Eisen aus dem Stahlsubstrat in den AlSi-Schmelztauchüberzug diffundiert. Auf diese Weise bildet sich zumindest eine intermetallische Phase, die aus einer AISiFe-Legierung besteht. Durch Ausbildung dieser intermetallischen Phase wird der im AlSi-Schmelztauchüberzug verbleibende Anteil an reinem, niedrigschmelzendem Aluminium reduziert, das nach dem Schweißprozess spröde intermetallische Phasen im Schweißnaht-Gefüge erzeugt.According to the characterizing part of claim 1, the hot-dip process is followed by a preconditioning step. In the preconditioning step, a diffusion process takes place with heat treatment, in which aluminum diffuses from the AlSi hot-dip coating into the steel substrate and iron diffuses from the steel substrate into the AlSi hot-dip coating. In this way, at least one intermetallic phase is formed, which consists of an AISiFe alloy. The formation of this intermetallic phase reduces the proportion of pure, low-melting aluminum remaining in the AlSi hot-dip coating, which produces brittle intermetallic phases in the weld structure after the welding process.

Generell ist eine Vorkonditionierung eines schmelztauchveredelten Stahlsubstrats nach dem Schmelztauchprozess bekannt. Die aus dem Stand der Technik bekannte Vorkonditionierung weist jedoch keine Anknüpfungspunkte zur Erfindung auf: So wird im Stand der Technik das schmelztauchbeschichtete Stahlsubstrat vorkonditioniert, um in der Wärmebehandlung im Warmumformprozess eine Verunreinigung der Transportrollen im Rollenherdofen zu reduzieren, und zwar aufgrund einer sich (ohne Vorkonditionierung) bildenden schmelzflüssigen AlSi-Flüssigphase. Zudem wird im Stand der Technik mittels der Vorkonditionierung die Bildung einer stark wärmereflektierende Substrat-Oberfläche aufgrund der schmelzflüssigen AlSi-Flüssigphase während der Wärmebehandlung im Warmumformprozess vermieden.In general, preconditioning of a hot-dip coated steel substrate after the hot-dip process is known. However, the preconditioning known from the prior art has nothing to do with the invention: In the prior art, the hot-dip coated steel substrate is preconditioned in order to reduce contamination of the transport rollers in the roller hearth furnace during the heat treatment in the hot forming process, due to a (without preconditioning) forming molten AlSi liquid phase. In addition, in the prior art, the formation of a highly heat-reflecting substrate surface due to the molten AlSi liquid phase during the heat treatment in the hot forming process is avoided by means of the preconditioning.

Nachfolgend sind Erfindungsaspekte nochmals im Einzelnen hervorgehoben: So kann mit dem erfindungsgemäßen Vorkonditionierschritt im Schweißprozess das Einmischen von reinem Aluminium aus dem konditionierten Schmelztauchüberzug in die Schweißnaht signifikant reduziert beziehungsweise homogenisiert werden, und zwar im Vergleich mit einem Schweißprozess mit beschichteter Formplatine, der ohne Vorkonditionierschritt durchgeführt wird. Der Schmelzpunkt der sich im Vorkonditionierschritt bildenden intermetallischen Phase ist aufgrund der hohen Eisengehalts wesentlich größer als der Schmelzpunkt von reinem Aluminium. Der Schmelzpunkt der intermetallischen Phase liegt dabei in gleicher Größenordnung wie der Schmelzpunkt des Stahlsubstrats, so dass im Wesentlichen sowohl die intermetallische Phase als auch das Stahlsubstrat weitgehend gleiche Schweißeigenschaften aufweisen.Aspects of the invention are highlighted again in detail below: With the preconditioning step according to the invention in the welding process, the mixing of pure aluminum from the conditioned hot-dip coating into the weld seam can be significantly reduced or homogenized, compared to a welding process with a coated blank blank that is carried out without a preconditioning step . The melting point of the intermetallic phase that forms in the preconditioning step is significantly higher than the melting point of pure aluminum due to the high iron content. The melting point of the intermetallic phase is of the same order of magnitude as the melting point of the steel substrate, so that essentially both the intermetallic phase and the steel substrate have largely the same welding properties.

In einer technischen Umsetzung kann im Vorkonditionierschritt die Prozesstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Schmelztauchüberzugs verbleiben. Die Schmelztemperatur des Schmelztauchüberzugs liegt in gängiger Praxis in einer Größenordnung von 580°C bis 600°CIn a technical implementation, the process temperature can remain below the melting temperature of the hot-dip coating in the preconditioning step. The melting temperature of the hot-dip coating is in the order of 580°C to 600°C in common practice

Im Hinblick auf den Einsatz in einer Serienfertigung kann das jeweilige Stahlsubstrat als ein Bandmaterial bereitgestellt sein, das auf einem Coil aufwickelbar ist. In diesem Fall kann der Vorkonditionierschritt in einem kontinuierlichen Prozess nach dem Schmelztauchprozess erfolgen. Alternativ dazu kann der Vorkonditionierschritt auch diskontinuierlich mit Hilfe von Haubenglühen erfolgen. In diesem Fall kann das schmelztauchveredelte Coil über einen Batch- oder Haubenglühprozess vorkonditioniert werden.With regard to use in series production, the respective steel substrate can be provided as a strip material that can be wound up on a coil. In this case, the preconditioning step can take place in a continuous process after the hot-dip process. As an alternative to this, the preconditioning step can also be carried out discontinuously with the aid of batch annealing. In this case, the hot-dip coated coil can be preconditioned using a batch or batch annealing process.

Während des Schmelztauchprozesses kann bereits ein erster Diffusionsvorgang erfolgen, in dem Aluminium aus dem Schmelztauchbad in das Stahlsubstrat eindiffundiert und gleichzeitig Eisen aus dem Stahlsubstrat in den sich bildenden Schmelztauchüberzug diffundiert, wodurch bereits eine intermetallische Phase aus einer AISiFe-Legierung erzeugt wird. Im Vorkonditionierschritt erfolgt daher eine Schichtdickenerhöhung, bei der die Schichtdicke der bereits vorhandenen intermetallischen Phase bis auf eine Schichtdicke gesteigert wird, die wesentlich größer ist als die Schichtdicke im noch unkonditionierten Beschichtungs-Zustand.A first diffusion process can already take place during the hot-dip process, in which aluminum from the hot-dip bath diffuses into the steel substrate and at the same time iron diffuses from the steel substrate into the hot-dip coating that is being formed, which already produces an intermetallic phase of an AISiFe alloy. The layer thickness is therefore increased in the preconditioning step, during which the layer thickness of the intermetallic phase already present is increased to a layer thickness which is significantly greater than the layer thickness in the still unconditioned coating state.

Als Stahlsubstrat für die erste und/oder zweite Formplatine können sämtliche geeignete Warmumformgüten eingesetzt werden, insbesondere 22MnB5. Beispielhaft können das Stahlsubstrat der ersten Formplatine und das Stahlsubstrat der zweiten Formplatine aus artgleichen oder artfremden Warmumformgüten hergestellt sein. Die beiden Stahlsubstrate können in einer ersten Ausführungsvariante eine Hart-Hart-Verbindung (etwa 22MnB5 mit 22MnB5) bilden. Alternativ dazu kann eine Hart-Weich-Verbindung erzeugt werden, in der ein Stahlsubstrat einen geringeren Kohlenstoffanteil beziehungsweise im gehärteten Zustand eine geringere Festigkeit aufweist als das andere Stahlsubstrat. Die Blechdicken der beiden Formplatinen können beliebig bemessen sein. Beispielhaft können die beiden Blechdicken identisch sein oder voneinander variieren.All suitable hot-forming grades can be used as the steel substrate for the first and/or second blank, in particular 22MnB5. For example, the steel substrate of the first blank blank and the steel substrate of the second blank blank can be made of similar or dissimilar hot forming grades. In a first embodiment variant, the two steel substrates can form a hard-hard connection (approximately 22MnB5 with 22MnB5). As an alternative to this, a hard-soft connection can be produced in which one steel substrate has a lower carbon content or, in the hardened state, has lower strength than the other steel substrate. The sheet metal thicknesses of the two blanks can be dimensioned as desired. For example, the two sheet metal thicknesses can be identical or can vary from one another.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Figuren beschrieben.An exemplary embodiment is described below with reference to the accompanying figures.

Es zeigen:

  • 1 in einem Blockschaltdiagramm eine Prozesskette zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils; und
  • 2, 3 und 4 jeweils Querschliffbilder zu unterschiedlichen Prozesszeitpunkten.
Show it:
  • 1 in a block circuit diagram, a process chain for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel component; and
  • 2 , 3 and 4 cross section images at different process times.

In der 1 ist eine Prozessroute zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils 1 veranschaulicht. Das Stahlblechbauteil 1 ist gemäß der 2 als ein Tailored-Welded-Blank aus zwei Formplatinen 3, 5 hergestellt, die an einer Schweißnaht 7 miteinander verschweißt sind. Wie aus der 2 weiter hervorgeht, ist das Stahlblechbauteil beidseitig mit einem Schmelztauchüberzug 9 beschichtet, mit Ausnahme an der Schweißnaht 7. Die beiden Formplatinen 3, 5 weisen in der 1 beispielhaft identische Blechdicken s1, s2 auf.In the 1 A process route for manufacturing a hot-formed and press-hardened steel sheet member 1 is illustrated. The sheet steel component 1 is according to 2 produced as a tailored-welded blank from two molded blanks 3, 5, which are welded together at a weld seam 7. How from the 2 further shows the sheet steel component is coated on both sides with a hot-dip coating 9, with the exception of the weld 7. The two form blanks 3, 5 have in the 1 example identical sheet thicknesses s 1 , s 2 on.

In der in der 1 angedeuteten Prozessabfolge wird das Stahlsubstrat 11 für die Formplatine 3 als ein auf einem Coil aufgewickeltes Bandmaterial bereitgestellt. In gleicher Weise wird auch das Stahlsubstrat 13 für die Formplatine 5 als ein auf einem Coil aufgewickeltes Bandmaterial bereitgestellt. Die beiden Stahlsubstrate 11, 13 sind aus einem noch ungehärteten, aus einer vergütbaren Warmumformlegierung hergestellt, zum Beispiel 22MnB5. Die beiden noch unbeschichteten Stahlsubstrate 11, 13 werden jeweils einem Schmelztauchprozess unterworfen, bei dem jedes der Stahlsubstrate 11, 13 in einer Wickelstation in Fertigungsrichtung abgewickelt wird und durch ein Schmelztauchbad 15 gefördert wird. Das jeweilige Schmelztauchbad 15 weist eine Aluminium-Silizium-Schmelze auf. Im Schmelztauchbad 15 werden die beiden Stahlsubstrate 11, 13 beidseitig mit einem AlSi-Schmelztauchüberzug 9 beschichtet. Das aus dem Schmelztauchband 15 herausgeführte beschichtete Stahlsubstrat 11, 13 wird anschließend in einer weiteren Wickelstation wieder zu einem Coil aufgewickelt.In the in the 1 In the process sequence indicated, the steel substrate 11 for the shaped blank 3 is provided as a strip material wound up on a coil. In the same way, the steel substrate 13 for the blank 5 is also provided as a strip material wound up on a coil. The two steel substrates 11, 13 are made from a heat-treatable hot-forming alloy that is not yet hardened, for example 22MnB5. The two still uncoated steel substrates 11, 13 are each subjected to a hot-dip process in which each of the steel substrates 11, 13 is unwound in a winding station in the production direction and is conveyed through a hot-dip bath 15. The respective hot-dip bath 15 has an aluminum-silicon melt. in the Hot-dip bath 15, the two steel substrates 11, 13 are coated on both sides with an AlSi hot-dip coating 9. The coated steel substrate 11, 13 that is fed out of the hot-dip coil 15 is then wound up again into a coil in a further winding station.

Im Schmelztauchprozess erfolgt ein erster Diffusionsvorgang, in dem Aluminium aus dem Schmelztauchbad 15 in das Stahlsubstrat 1 eindiffundiert und Eisen aus dem Stahlsubstrat 11 in den sich bildenden AlSi-Schmelztauchüberzug 9 diffundiert, und zwar unter Bildung zumindest einer intermetallischen Phase 31 aus einer AISiFe-Legierung, wie es in der Detailansicht der 3 veranschaulicht ist.In the hot-dip process, a first diffusion process takes place, in which aluminum diffuses from the hot-dip bath 15 into the steel substrate 1 and iron diffuses from the steel substrate 11 into the AlSi hot-dip coating 9 that is being formed, with the formation of at least one intermetallic phase 31 made of an AISiFe alloy, as it is in the detail view of the 3 is illustrated.

Anschließend werden die beiden Coils zu jeweils einer Vorkonditionier-Station 17 transportiert, in der unter Wärmebehandlung ein zweiter Diffusionsvorgang erfolgt. In der 1 wird der Vorkonditionierschritt kontinuierlich durchgeführt, das heißt die beiden Stahlsubstrate 11, 13 werden von ihren Coils abgewickelt und kontinuierlich durch die Vorkonditionier-Station 17 geführt. Danach werden die beiden vorkonditionierten Stahlsubstrat-Bänder 11, 13 in einer Wickelstation wieder aufgewickelt.The two coils are then transported to a preconditioning station 17 in each case, in which a second diffusion process takes place with heat treatment. In the 1 the preconditioning step is carried out continuously, ie the two steel substrates 11, 13 are unwound from their coils and continuously guided through the preconditioning station 17. Thereafter, the two preconditioned steel substrate strips 11, 13 are wound up again in a winding station.

Nach der Vorkonditionierung der beiden Stahlsubstrat-Bänder 11, 13 wird in einer PlatinenSchneidanlage 19 ein Platinenschnitt durchgeführt, in dem aus den beiden Stahlsubstrat-Bändern 11, 13 jeweils die Formplatinen 3, 5 zugeschnitten werden. Die beiden Formplatinen 3, 5 können in einer Ablagestation 21 zwischengelagert werden.After the preconditioning of the two steel substrate strips 11, 13, a blank cut is carried out in a blank cutting system 19, in which the shaped blanks 3, 5 are cut from the two steel substrate strips 11, 13. The two blanks 3, 5 can be temporarily stored in a storage station 21.

Im folgenden Schweißprozess werden die beiden Formplatinen 3, 5 zueinander auf Stoß positioniert und mit Hilfe einer Laserschweißanlage 23 an einer Schweißnaht 7 miteinander zu einem Platinenverbund 25 verschweißt.In the following welding process, the two blanks 3 , 5 are positioned so that they abut one another and are welded to one another at a weld seam 7 with the aid of a laser welding system 23 to form a composite blank 25 .

Der Platinenverbund 25 wird dem Warmumformprozess zugeführt, bei dem der Platinenverbund 25 zunächst in einer Wärmebehandlungseinrichtung 27 bis auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur erwärmt wird. Der Platinenverbund 25 wird anschließend im Heißzustand in ein Umformwerkzeug 29 eingelegt und darin warmumgeformt sowie pressgehärtet, wodurch das Stahlblechbauteil 1 erzeugt ist.The composite circuit board 25 is fed to the hot forming process, in which the composite circuit board 25 is first heated in a heat treatment device 27 to above the material-specific austenitization temperature. The circuit board assembly 25 is then placed in the hot state in a forming tool 29 and hot-formed and press-hardened therein, as a result of which the sheet steel component 1 is produced.

Der Kern der Erfindung besteht in dem, dem Schmelztauchprozess nachgelagerten Vorkonditionierschritt, bei dem in einem zweiten Diffusionsvorgang Aluminium aus dem Schmelztauchüberzug 9 in das jeweilige Stahlsubstrat 11, 13 eindiffundiert und umgekehrt Eisen aus dem jeweiligen Stahlsubstrat 11, 13 in den Schmelztauchüberzug 9 diffundiert. Im Vorkonditionierschritt erfolgt daher eine Schichtdickenerhöhung, bei der die Schichtdicke d1 der im Schmelztauchprozess gebildeten intermetallischen Phase 31 im noch unkonditionierten Beschichtungs-Zustand (3) bis auf eine Schichtdicke d2 der intermetallischen Phase 31 im konditionierten Beschichtungs-Zustand (4) gesteigert wird. Auf diese Weise wird der im vorkonditionierten Schmelztauchüberzug 9 verbleibende Anteil an reinem, niedrigschmelzenden Aluminium reduziert, das im Schweißprozess nachteilige spröde intermetallische Phasen im Schweißnaht-Gefüge erzeugt.The essence of the invention consists in the preconditioning step downstream of the hot-dip process, in which, in a second diffusion process, aluminum diffuses from the hot-dip coating 9 into the respective steel substrate 11, 13 and, conversely, iron diffuses from the respective steel substrate 11, 13 into the hot-dip coating 9. In the preconditioning step, the layer thickness is therefore increased, in which the layer thickness d 1 of the intermetallic phase 31 formed in the hot-dip process in the still unconditioned coating state ( 3 ) except for a layer thickness d 2 of the intermetallic phase 31 in the conditioned coating state ( 4 ) is increased. In this way, the proportion of pure, low-melting aluminum remaining in the preconditioned hot-dip coating 9, which produces disadvantageous brittle intermetallic phases in the weld seam structure during the welding process, is reduced.

BezugszeichenlisteReference List

11
Stahlblechbauteilsheet steel component
3, 53, 5
Formplatinenmolded boards
77
SchweißnahtWeld
99
AlSi-SchmelztauchüberzugAlSi hot-dip coating
11, 1311, 13
Stahlsubstratesteel substrates
1515
Schmelztauchbadhot melt bath
1717
Vorkonditionier-Stationpreconditioning station
1919
Platinenschneidanlageblanking line
2121
Ablagestationdrop station
2323
Laserschweißvorrichtunglaser welding device
2525
Platinenverbundboard composite
2727
Wärmebehandlungseinrichtungheat treatment facility
2929
Umformwerkzeugforming tool
3131
intermetallische Phase aus einer AISiFe-Legierungintermetallic phase of an AISiFe alloy
d1d1
Schichtdicke der intermetallischen Phase 31 im unkonditionierten Beschichtungs-ZustandLayer thickness of the intermetallic phase 31 in the unconditioned coating state
d2d2
Schichtdicke der intermetallischen Phase 31 im konditionierten Beschichtungs-ZustandLayer thickness of the intermetallic phase 31 in the conditioned coating state

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 2013/0037178 A1 [0005]US 2013/0037178 A1 [0005]
  • DE 102017216177 A1 [0005]DE 102017216177 A1 [0005]

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils (1), das als ein Tailored-Welded-Blank aus zumindest zwei Formplatinen (3, 5) ausgebildet ist, mit - einem Schmelztauchprozess, in dem das Stahlsubstrat (11, 13) zumindest einer Formplatine (3, 5) mit einem AlSi-Schmelztauchüberzug (9) schmelztauchveredelt wird, - einem Platinenschnitt, in dem das beschichtete Stahlsubstrat (11, 13) zur jeweiligen Formplatine (3, 5) zugeschnitten wird, - einem Schweißprozess, in dem die beiden Formplatinen (3, 5) unter Bildung eines Platinenverbunds (25) miteinander verschweißt werden, - einem Warmumformprozess, in dem der Platinenverbund (25) zu dem Stahlblechbauteil (1) warmumgeformt und pressgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schmelztauchprozess ein Vorkonditionierschritt nachgelagert ist, in dem unter Wärmebehandlung in einem Diffusionsvorgang Aluminium aus dem AlSi-Schmelztauchüberzug (9) in das Stahlsubstrat (11, 13) eindiffundiert und Eisen aus dem Stahlsubstrat (11, 13) in den AlSi-Schmelztauchüberzug (9) diffundiert.A method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel component (1), which is designed as a tailored-welded blank from at least two blanks (3, 5), with - a hot-dip process in which the steel substrate (11, 13) has at least one blank ( 3, 5) is finished with an AlSi hot-dip coating (9), - a blank cutting, in which the coated steel substrate (11, 13) is cut to form the respective blank (3, 5), - a welding process, in which the two blanks ( 3, 5) are welded together to form a circuit board (25), - a hot forming process in which the circuit board (25) is hot-formed and press-hardened to form the sheet steel component (1), characterized in that the hot-dip process is followed by a preconditioning step in which aluminum from the AlSi hot-dip coating (9) is diffused into the steel substrate (11, 13) in a diffusion process under heat treatment and iron from d em steel substrate (11, 13) diffuses into the AlSi hot-dip coating (9). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Vorkonditionierschritt zumindest eine intermetallische Phase (31) aus einer AISiFe-Legierung gebildet wird, wodurch der im AlSi-Schmelztauchüberzug (9) verbleibende Anteil an reinem, niedrigschmelzendem Aluminium, das im Schweißprozess spröde intermetallische Phasen im Schweißnaht-Gefüge erzeugt, reduziert ist.procedure after claim 1 , characterized in that in the preconditioning step, at least one intermetallic phase (31) is formed from an AISiFe alloy, whereby the proportion of pure, low-melting aluminum remaining in the AlSi hot-dip coating (9), the intermetallic phases in the weld seam structure that are brittle in the welding process generated, reduced. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Vorkonditionierung im Schweißprozess das Einmischen von reinem Aluminium aus dem AlSi-Schmelztauchüberzug (9) in die Schweißnaht-Schmelze signifikant reduziert beziehungsweise homogenisiert ist, und zwar im Vergleich zu einem Schweißprozess mit beschichteter Formplatine (3, 5) ohne Vorkonditionierschritt.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that with the help of the preconditioning in the welding process, the mixing of pure aluminum from the AlSi hot-dip coating (9) into the weld seam melt is significantly reduced or homogenized, compared to a welding process with a coated blank (3, 5) without a preconditioning step. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzpunkt der intermetallischen Phase (31) aufgrund des im Vergleich zum AlSi-Schmelztauchüberzug (9) höheren Eisengehalts wesentlich größer ist als der Schmelzpunkt von reinem Aluminium, und/oder dass der Schmelzpunkt der intermetallischen Phase (31) in gleicher Größenordnung ist wie der Schmelzpunkt des Stahlsubstrats (11, 13).procedure after claim 2 or 3 , characterized in that the melting point of the intermetallic phase (31) is significantly higher than the melting point of pure aluminum due to the higher iron content compared to the AlSi hot-dip coating (9), and/or that the melting point of the intermetallic phase (31) is the same Magnitude is like the melting point of the steel substrate (11, 13). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Vorkonditionierschritt die Prozesstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des AlSi-Schmelztauchüberzugs (9) bleibt, so dass insbesondere zumindest weitgehend feste Phasen erzeugt werden, gegebenenfalls mit partiell flüssigen Phasen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the preconditioning step the process temperature remains below the melting temperature of the AlSi hot-dip coating (9), so that in particular at least largely solid phases are produced, optionally with partially liquid phases. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bereits im Schmelztauchprozess ein erster Diffusionsvorgang erfolgt, in dem Aluminium aus dem Schmelztauchbad (15) in das Stahlsubstrat (1) eindiffundiert und Eisen aus dem Stahlsubstrat (11) in den sich bildenden AlSi-Schmelztauchüberzug (9) diffundiert, und zwar unter Bildung zumindest einer intermetallischen Phase (31) aus einer AISiFe-Legierung, und dass im Vorkonditionierschritt eine Schichtdickenerhöhung erfolgt, bei der die Schichtdicke (d1) der im Schmelztauchprozess gebildeten intermetallischen Phase (31) im noch unkonditionierten Beschichtungs-Zustand bis auf eine Schichtdicke (d2) der intermetallischen Phase (31) im konditionierten Beschichtungs-Zustand gesteigert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a first diffusion process already takes place in the hot-dip process, in which aluminum from the hot-dip bath (15) diffuses into the steel substrate (1) and iron from the steel substrate (11) into the forming AlSi hot-dip coating (9) diffuses, namely with the formation of at least one intermetallic phase (31) of an AISiFe alloy, and that in the preconditioning step there is an increase in layer thickness, in which the layer thickness (d 1 ) of the intermetallic phase (31) formed in the hot-dip process is still unconditioned Coating state up to a layer thickness (d 2 ) of the intermetallic phase (31) is increased in the conditioned coating state. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlsubstrat (11, 13) als ein Bandmaterial bereitgestellt ist, das auf einem Coil aufwickelbar ist, und/oder dass der Vorkonditionierschritt in einem kontinuierlichen Prozess erfolgt, oder dass der Vorkonditionierschritt diskontinuierlich mittels Haubenglühen erfolgt, bei dem das Coil mit dem schmelztauchveredelten Bandmaterial über einen Batch- oder Haubenglühprozess vorkonditioniert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the steel substrate (11, 13) is provided as a strip material that can be wound up on a coil, and/or that the preconditioning step takes place in a continuous process, or that the preconditioning step is discontinuous by means of batch annealing takes place in which the coil with the hot-dip coated strip material is preconditioned using a batch or batch annealing process. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Stahlsubstrat (11, 13) sämtliche geeignete Warmumformgüten einsetzbar sind, insbesondere 22MnB5, und/oder dass insbesondere die Stahlsubstrate (11, 13) der beiden Formplatinen (3, 5) aus artgleichen oder artfremden Warmumformgüten hergestellt sind, und zwar insbesondere unter Bildung einer Hart-Hart-Verbindung, etwa 22MnB5 mit 22MnB5, oder dass eine Hart-Weich-Verbindung gebildet wird, in der ein Stahlsubstrat einen geringeren Kohlenstoffanteil beziehungsweise im gehärteten Zustand eine geringere Festigkeit als das andere Stahlsubstrat aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that all suitable hot-forming grades can be used as the steel substrate (11, 13), in particular 22MnB5, and/or that in particular the steel substrates (11, 13) of the two blanks (3, 5) are made of the same type or Dissimilar hot forming grades are produced, in particular with the formation of a hard-hard compound, such as 22MnB5 with 22MnB5, or that a hard-soft compound is formed in which one steel substrate has a lower carbon content or, in the hardened state, lower strength than the other having steel substrate. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechdicken (s1, s2) der beiden Formplatinen (3, 5) identisch sind oder voneinander variieren.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sheet metal thicknesses (s 1 , s 2 ) of the two blanks (3, 5) are identical or vary from one another. Stahlblechbauteil (1), das in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.Sheet steel component (1) produced by a method according to any one of the preceding claims.
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