DE102022122771A1 - Stahlblech für fleckenfreie Phosphatierung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein schmelztauchveredeltes und dressiertes Stahlblech, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie eine Verwendung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Stahlblech, welches schmelztauchveredelt und dressiert ist, wobei das Stahlblech ein Stahlsubstrat aus einer interstitiell freien (IF) Legierung nach DIN EN 10 346 und einen auf dem Stahlsubstrat ein- oder beidseitig angeordneten metallischen Überzug, welcher neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt von 0,5 bis zu 8,0 Gew.-% und Magnesium mit einem Gehalt von 0,5 bis zu 8,0 Gew.-% in dem Überzug enthält, umfasst. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines schmelztauchveredelten und dressierten Stahlblechs sowie eine Verwendung.
  • Beim Schmelztauchveredeln mit Al-haltigen Zinkschmelzen bildet sich während des Abkühlprozesses eine Al-haltige Oxidschicht aus. Bei zusätzlicher Zugabe von Mg zur Schmelze entsteht beim Abkühlprozess ein geschichteter Aufbau der Oxidschicht aus einer im Wesentlichen geschlossenen Mg-Oxidschicht und darunter befindlichen Al-Oxiden. Aufgrund des höheren Dipolmoments, entsprechend der Elektronegativitätsdifferenz von Mg-Oxid (ΔEN=2,27) gegenüber Al-Oxid (ΔEN=2,03) oder Zink-Oxid (ΔEN=1,84), werden auf die Mg-Oxidschicht aufgebrachte polarisierbare oder dipolare Verbindungen stärker an die Oberfläche gebunden. Typischerweise wird ein Korrosionsschutzsystem, beispielsweise ein Korrosionsschutzöl, nach der Schmelztauchveredelung auf die Oxidschicht aufgebracht. Da dieses aufgrund des hohen Dipolmoments verstärkt an Mg-Oxid haftet, verschlechtern sich die Reinigungseigenschaften der Oberfläche. Dies wirkt sich negativ auf Vor- und Nachbehandlungsprozesse aus, welche eine öl- und schmutzfreie Oberfläche erfordern. Insbesondere führt dies zu einer unerwünschten Fleckenbildung in der Phosphatierung.
  • Überzüge aus Zink, Aluminium und Magnesium oxidieren an Luft und bilden an der Oberfläche eine deckende, vorwiegend magnesiumreiche Oxidschicht. Diese Oxidschicht besitzt andere chemische Eigenschaften als etablierte Reinzink- oder Zink-Aluminium-Überzüge. Weiterverarbeitungsprozesse sind auf etablierte Schichten ausgerichtet. Bei Änderungen der chemischen Zusammensetzung der Oberfläche ändern sich auch die Weiterverarbeitungseigenschaften. Von automobiltypischen Verarbeitungsprozessen ist bekannt, dass sich magnesiumreiche Oberflächen schlechter Fügen, Reinigen und Phosphatieren lassen, als etablierte zinkhaltige Überzüge. Hierdurch ist die Bereitschaft der Automobilhersteller zum Einsatz in der Karosserie beschränkt. Zusätzlich müssen umfangreiche Prüfungen absolviert und bestanden werden.
  • Texturierte Dressierwalzen übertragen ihre Textur während eines Dressiervorganges auf die Oberfläche der zu verarbeitenden Stahlbleche als Negativ, d.h. Erhebungen auf der Walzenoberfläche resultieren in Vertiefungen in der Stahlblechoberfläche und umgekehrt. Die auf diese Weise in die Stahlblechoberfläche eingebrachten Dressierabdrücke (Vertiefungen), sogenannte geschlossene Leervolumina, dienen als Schmierstofftaschen, die einen auf die Stahlblechoberfläche aufgetragenen Schmierstoff halten und während des Umformprozesses mit sich führen können. Aus dem Stand der Technik sind mit einer stochastischen Oberflächenstruktur dressierte Stahlbleche beispielhaft aus der Patentschrift EP 2 006 037 B1 und mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressierte Stahlbleche beispielhaft aus der Patentschrift EP 2 892 663 B1 bekannt.
  • Durch den im Zuge des Dressierens auftretenden Kontakt der formgebenden Elemente der Dressierwalze mit der Stahlblechoberfläche kann die Oberflächenchemie der Kontaktfläche verändert werden. Hinsichtlich der Chemie sind schmelztauchveredelte Überzüge derart aufgebaut, dass sich auf dem primär im Überzug befindlichen Zink eine Schicht aus sauerstoffaffineren Legierungselementen bildet. Die mechanische Beanspruchung beim Dressieren kann dafür sorgen, dass an den Kontaktstellen von Dressierwalze und Stahlblech das Zink anstelle der Legierungselemente Magnesium und/oder Aluminium freigelegt werden. Schmelztauchveredelte Stahlbleche, welche mit einer stochastischen Oberflächenstruktur dressiert wurden, weisen in den Dressierabdrücken des beschichteten Stahlblechs eine andere Oberflächenchemie auf als auf den Erhebungen des beschichteten Stahlblechs. Während die chemische Zusammensetzung in den Dressierabdrücken zinkreicher ist, weisen die Erhebungen hohe Anteile der sauerstoffaffinen Legierungselemente (Mg und Al) auf, vgl. DE 10 2019 215 051 A1 .
  • Des Weiteren ist aus der EP 2 841 614 B1 bekannt, eine Konditionierung bzw. Veränderung der Oberflächenchemie an schmelztauchveredelten Stahlblechen durch mechanische Kräfte, wie zum Bespiel Bürsten oder Strahlen, vorzunehmen, um bessere Klebeeigenschaften zu erhalten, insbesondere um die native Oxidschicht im Wesentlichen zu entfernen.
  • In der EP 3 416 760 B1 ist offenbart, dass übliche spezifische Walzkräfte beim Dressieren im Bereich von 1,9 kN/mm liegen.
  • Auch sogenannte interstitiell freie Stähle sind bekannt, s. auch DIN EN 10346, welche im Automobilbereich eingesetzt werden und insbesondere zu Karosseriebauteilen werden. Ein IF-Stahl weist keine interstitiell eingelagerten Legierungselemente auf, d.h. dass im Metallgitter keine Eisenatome durch Kohlenstoff- oder Stickstoffatome blockiert sind. Dadurch entsteht ein sehr weicher Stahl mit sehr guten Umformeigenschaften. Er wird vor allem für komplizierte Tiefziehteile im Automobilbau eingesetzt. Stähle dieser Gattung sind unter der Norm-Bezeichnung DX52D, DX55D, DX54D, DX55D, DX56D, DX57D HX160YD, HX180YD, HX220YD und HX260YD erhältlich. Hierbei handelt es sich um kaltgewalzte Stähle.
  • Die Aufgabe ist daher, die Oberfläche schmelztauchveredelter Stahlbleche derart zu verändern, dass sich das Produkt wie etablierte Produkte verarbeiten lassen.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Die Erfinder haben festgestellt, dass die spezifische Walzkraft beim Dressieren nach dem Schmelztauchveredeln einen Einfluss auf die Oberfläche und damit auch auf die Oberflächenchemie hat, derart, dass mit Erhöhung der spezifischen Walzkraft eine reale vergrößerte Oberfläche gegenüber einer perfekt ebenen Oberfläche erzeugt werden kann. Im Rahmen des Dressierens stellt der Kontakt von formgebenden Elementen der Dressierwalze mit der Oberfläche des schmelztauchveredelten Stahlblechs eine mechanische Beanspruchung bereit, durch welche die unmittelbar unterhalb der magnesiumreichen Oxidschicht (native Oxidschicht kann an der Oberfläche respektive oberflächennah eine Dicke von > 0 bis zu 200 nm, insbesondere bis zu 100 nm, vorzugsweise bis zu 50 nm, innerhalb des Überzugs aufweisen und ist somit als Teil des Überzugs zu verstehen) liegenden Elemente Zink und Aluminium(-oxid) an die Oberfläche des Überzugs gelangen können. Über die spezifische Walzkraft, insbesondere deren Erhöhung gegenüber dem Standardprozess, kann eine Vergrößerung der Oberfläche realisiert werden. Diese Vergrößerung ergibt sich daraus, dass der nach ISO 25178 bestimmte Sdr-Wert mindestens 1,8 % beträgt. Der nach ISO 25178 bestimmte Sdr-Wert entspricht dabei dem Prozentsatz, um den die reale Oberfläche aufgrund ihrer durch die in die Oberfläche mittels Dressieren eingeformte Oberflächenstruktur größer ist als eine absolut ebene Oberfläche.
  • Die ISO 25178 berücksichtigt Messungen und Spezifikationen von dreidimensionalen Oberflächentexturen (auf einer definierten Fläche betrachtet), indem sie dreidimensionale Texturparameter sowie die Operatoren zu deren Bestimmung definiert. Mit ihr können auch charakteristische Größen wie zum Beispiel die mittlere arithmetische Höhe Sa dreidimensional erfasst werden, was bisher nur zweidimensional durch Angabe der mittleren arithmetischen Rauheit Ra auf einer Linie über die ISO 4288, insbesondere längs oder quer zur Walzrichtung, möglich war. In einer Alternative wird der Sdr-Wert mittels Konfokalmikroskopie bestimmt.
  • Bei einem Sdr-Wert von weniger als 1,80 % ist die Einflussnahme auf die Oberflächenchemie zu gering und würde im Anschluss nicht zu einer fleckenfreien Phosphatierung führen. Hohe, über 8,0 % liegende Sdr-Werte sind zwar möglich, aber nur mit hohem apparativem Aufwand und damit aufwendig realisierbar, so dass eine optimale fleckenfreie Phosphatierung mit einem Sdr-Wert zwischen 1,80 und 8,0 %, insbesondere von mindestens 1,90 %, 2,20 %, 2,30 %, 2,40 %, vorzugsweise von mindestens 2,50 %, 2,70 %, 2,80 %, 3,0 %, bevorzugt von mindestens 3,10 %, 3,20 %, 3,30 %, 3,40 %, 3,50 % und insbesondere maximal 6,0 %, vorzugsweise maximal 5,0 %.
  • Als Flecken werden im Sinne der Erfindung augenscheinlich dunkle Bereiche (auf der Oberfläche) definiert. Bevorzugt wird ein dunkler Bereich durch dunkle Punkte begrenzt, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie dunkler sind als andere, mithin hellere Punkte in der unmittelbaren Nachbarschaft. Ein Punkt ist in diesem Sinne nicht als mathematischer Punkt zu verstehen, der ja keine Ausdehnung besitzt, sondern zum Beispiel als Pixel oder Gruppe von Pixel. Solch ein dunkler Punkt hat nur in einem Teilbereich seines Umfangs eine gemeinsame Grenze mit helleren Punkten. In dem restlichen Teilbereich seines Umfangs hat er eine gemeinsame Grenze mit dunklen Punkten, die im Wesentlichen dieselbe Helligkeit aufweisen wie dieser begrenzende dunkle Punkt. Ein oben genannter dunkler Bereich besteht somit im Wesentlichen aus letztgenannten dunklen Punkten und den zuerst genannten begrenzenden dunklen Punkten.
  • Stahlbleche mit zinkbasiertem Überzug weisen einen sehr guten kathodischen Korrosionsschutz auf, welche seit Jahren im Automobilbau eingesetzt werden. Da ein verbesserter Korrosionsschutz vorgesehen ist, weist der Überzug neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,5 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,8 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 1,1 Gew.-% auf. Zusätzlich ist auch Aluminium mit einem Gehalt von mindestens 0,5 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,8 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 1,1 Gew.-% vorhanden, um insbesondere eine Anbindung des Überzugs an das Stahlblech zu verbessern und insbesondere eine Diffusion von Eisen aus dem Stahlblech in den Überzug bei einer Wärmebehandlung des beschichteten Stahlblechs im Wesentlichen zu verhindern, damit die positiven Korrosionseigenschaften weiterhin erhalten bleiben. Dabei kann die Dicke des Überzugs zwischen 1 und 25 µm, insbesondere zwischen 2 und 20 µm, vorzugsweise zwischen 3 und 15 µm pro Seite betragen. Unterhalb der Mindestgrenze kann kein ausreichender kathodischer Korrosionsschutz gewährleistet werden und oberhalb der Höchstgrenze können Fügeprobleme beim Verbinden des erfindungsgemäßen Stahlblechs respektive eines daraus gefertigten Bauteils mit einem anderen Bauteil auftreten. Insbesondere kann bei Überschreiten der angegebenen Höchstgrenze der Dicke des Überzugs kein stabiler Prozess beim thermischen Fügen bzw. Schweißen sichergestellt werden.
  • Die mittlere arithmetische Höhe Sa kann mindestens 0,70 µm, insbesondere mindestens 0,80 µm, vorzugsweise mindestens 0,90 µm betragen. Sie kann auf maximal 2,0 µm, insbesondere auf maximal 1,80 µm, vorzugsweise auf maximal 1,60 µm beschränkt sein.
  • Die IF-Legierung des Stahlsubstrats enthält oder besteht aus den folgenden Elementen in Gew.-%:
    • C: 0,0003 bis 0,015%, insbesondere 0,0005 bis 0,010%, vorzugsweise 0,001 bis 0,005%;
    • Si: 0,0005 bis 0,50%, insbesondere 0,0010 bis 0,40%, vorzugsweise 0,0010 bis 0,30%;
    • Mn: 0,0005 bis 1,60%, insbesondere 0,010 bis 1,55%, vorzugsweise 0,010 bis 1,50%;
    • P: bis 0,10%, insbesondere bis 0,080%, vorzugsweise 0,0002 bis 0,060%;
    • S: bis 0,050%, insbesondere bis 0,040%, vorzugsweise 0,0003 bis 0,050%;
    • N: bis 0,10%, insbesondere bis 0,080%, vorzugsweise 0,0001 bis 0,070%;
    • AI: 0,0010 bis 1,0%, insbesondere 0,0010 bis 0,90%, vorzugsweise 0,0010 bis 0,80%;
    • eine oder beide der folgenden Elemente:
      • Nb: 0,0001 bis 0,20%, insbesondere 0,0002 bis 0,10%, vorzugsweise 0,0003 bis 0,050%;
      • Ti: 0,0005 bis 0,20%, insbesondere 0,010 bis 0,150%, vorzugsweise 0,010 bis 0,120%;
      • optional eines oder mehrere folgender Elemente:
      • B bis 0,0050% und/oder Cu bis 0,20% und/oder Cr bis 0,20% und/oder Ni bis 0,20% und/oder Mo bis 0,150% und/oder Sn bis 0,10%;
      • Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
  • Die Oberfläche des Stahlblechs kann eine stochastische Oberflächenstruktur aufweisen. Diese wird mit Dressierwalzen erzeugt, deren Oberflächen in einem sogenannten EDT-Verfahren texturiert werden.
  • Alternativ kann die Oberfläche des Stahlblechs eine deterministische Oberflächenstruktur aufweisen. Diese wird mit Dressierwalzen erzeugt, deren Oberflächen mit Laser texturiert werden.
  • Auch eine mit einer pseudo-stochastischen Oberflächenstruktur aufweisende Oberfläche wäre denkbar. Diese Oberflächenstrukturen haben eine (quasi-)stochastische Anmutung, die sich aus stochastischen Elementen mit einer wiederkehrenden Struktur zusammensetzen.
  • Mit Erhöhung der spezifischen Walzkraft beim Dressieren und der damit verbundenen Oberflächenvergrößerung konnte festgestellt werden, dass der normierte Mg-Anteil an der Oberfläche abnimmt, so dass der Mg-Anteil maximal 55 %, insbesondere maximal 53 %, vorzugsweise maximal 52 %, bevorzugt maximal 50 % beträgt. Die Angabe des normierten Anteils entspricht insbesondere dem ermittelten Mittelwert, wobei Schwankungen im Rahmen von Messtoleranzen (Standardabweichung) vorliegen können. Ein Unterschreiten von 10 % ist nicht möglich. Der Mg-Anteil an der Oberfläche kann insbesondere mindestens 15 %, vorzugsweise mindestens 20 %, bevorzugt mindestens 25 % betragen.
  • Des Weiteren konnte auch beobachtet werden, dass mit Erhöhung der spezifischen Walzkraft beim Dressieren und der damit verbundenen Oberflächenvergrößerung, der normierte Zn-Anteil an der Oberfläche zunimmt, so dass der Zn-Anteil mindestens 13 %, insbesondere mindestens 14 %, vorzugsweise mindestens 15 %, bevorzugt mindestens 17 % beträgt. Die Angabe des normierten Anteils entspricht insbesondere dem ermittelten Mittelwert, wobei Schwankungen im Rahmen von Messtoleranzen (Standardabweichung) vorliegen können. Ein Überschreiten von 60 % ist nicht möglich. Der Zn-Anteil an der Oberfläche kann insbesondere maximal 50 %, vorzugsweise maximal 40 %, bevorzugt maximal 35 % betragen.
  • Die Summe der normierten Anteile von Magnesium, Aluminium und Zink beträgt immer 100 %.
  • Die Bestimmung der relativen Konzentration von Zink, Magnesium und Aluminium erfolgt durch Bestimmung der absoluten Konzentration dieser Elemente und anschließende Normierung auf 100 %. Dabei wird die Summe der Konzentration an Zink, Magnesium und Aluminium gleich 100 gesetzt und der Anteil des jeweiligen Elements an diesem 100 % als relative Konzentration, also bezogen auf 100 %, gewertet bzw. gewichtet. Die relative Konzentration eines Elements (Al, Mg, Zn) bezieht sich mithin auf die Summe der Konzentrationen der Elemente Mg, Zn und Al, indem diese Summe 100 % darstellt. Da die absolute Konzentration der Elemente Zn, Mg und AI von Überzug zu Überzug variieren kann, erfolgt die Angabe als relative Konzentration in Prozentpunkten, um Änderungen genau zu definieren. Dabei wird das Vorkommen der Elemente Zink, Magnesium und Aluminium im Sinne der Erfindung unabhängig von der Form erfasst, in welche diese vorliegen. Es spielt mithin keine Rolle, ob diese Elemente als neutrale Atome oder als Ionen, in einem Verbund, wie zum Beispiel Legierung oder intermetallische Phasen oder in einer Verbindung wie zum Beispiel komplexe, Oxide, Salze, Hydroxide oder Ähnliches, vorliegen. Somit können die Begriffe „Zink“, „Aluminium“ und „Magnesium“ im Sinne der Erfindung nicht nur die Elemente in reiner Form, sondern zusätzlich oxidische und/oder hydroxidische bzw. jegliche Form von Verbindungen, die diese Elemente enthalten, erfassen.
  • Die Neigung der Fleckenbildung in der Phosphatierung nimmt mit sinkendem normierten Mg-Anteil und mit steigendem normiertem Zn-Anteil an der Oberfläche ab.
  • Ermittelt werden können die relativen Konzentrationsunterschiede bezüglich Magnesium, Aluminium und Zink an der Oberfläche des Überzugs, d.h. auf der „nativen“ (magnesiumreichen) Oxidschicht, durch Aufnahme der örtlichen Verteilung der Signale für diese Legierungselemente mittels Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometer (Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, ToF-SIMS) im abbildenden Modus oder in ähnlicher Weise mittels Augerelektronen- oder Photoelektronenspektroskopie. Die ToF-SIMS stellt ein Analyseverfahren zur Bestimmung der chemischen Oberflächenzusammensetzung der obersten 1-3 Monolagen dar.
  • Mittels ToF-SIMS werden bestimmte relative Konzentrationsunterschiede gemessen, in dem die zu analysierende Oberfläche innerhalb einer repräsentativen Messfläche rasternd untersucht wird. Dabei wird an jeder Position des Rasters ein Spektrum in der positiven Polarität aufgenommen und die Rohsignale für die Hauptbestandteile (Legierungselemente) aufgenommen. Die relative Konzentration des Elements X, welches in diesem Fall für eines der im schmelztauchveredelten und dressierten Überzug befindlichen Legierungselemente steht, ergibt sich aus dem Quotienten [X-Rohsignal-Integral / (Zn-Rohsignal-Integral + Mg-Rohsignal-Integral + AI-Rohsignal-Integral)], wobei im Nenner des Quotienten die Summe der Rohsignal-Integrale aller im Überzug befindlichen Legierungselemente steht. „Rohsignal“ des Elementes X bei dieser Definition ist die Intensität bzw. Peak-Fläche des Elementes X im Massenspektrum bzw. „Rohsignal-Integral“ des Elementes X ist die integrierte Intensität, welche über eine definierte zusammenhänge Fläche von Rasterpositionen dargestellt und dem jeweiligen Element X zugeordnet wird. Die ToF-SIMS Charakterisierung kann in einer Messfläche von 200x200 µm2 oder 500x500 µm2 erfolgen. Die internen ToF-SIMS-Messungen wurden können mittels eines Geräts TOF.SIMS 5, der Firma ION-TOF GmbH durchgeführt werden.
  • Die Bestimmung der oberflächennahen chemischen Zusammensetzung erfolgt beispielsweise mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), wobei die Vorgehensweise zur Bestimmung der einzelnen chemischen Zusammensetzungen aus dem Stand der Technik geläufig sind. Im Sinne der Erfindung entspricht die XPS-typische Informationstiefe einer Schicht mit einer Dicke von im Wesentlichen 5 nm. Die Messung kann beispielsweise mit dem Gerät Phi Quantera II SXM Scanning XPS Microprobe von Physical Electronics GmbH durchgeführt werden. Die mittels der XPS gemessenen Elementkonzentrationen können Übersichtsspektren entnommen werden, die bei beispielsweise einer Durchlassenergie von 280eV im Zuge von mindestens 7 Zyklen aufgenommen werden und sich beispielsweise auf eine Messfläche von 100x100 µm2 beziehen können. Wie oben beschrieben, erfolgt eine Normierung auf 100 % zur Angabe der relativen Konzentrationen.
  • Im Sinne der Erfindung bedeutet der Begriff im Wesentlichen in Bezug auf ein Merkmal oder einen Vorgang, dass dieses Merkmal oder Vorgang fast komplett erfüllt wird, es verbleibt jedoch ein Unterschied von maximal 50 %, 45%, 40 %, bevorzugt 30%, 25%, besonders bevorzugt 20%, 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, insbesondere 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1% oder 0,5%, 0,1% bis zu einer 100%-igen Übereinstimmung.
  • Unter Stahlblech ist allgemein ein kaltgewalztes Stahlflachprodukt zu verstehen, welches in Blechform bzw. in Platinenform oder in Bandform bereitgestellt werden kann. Die Dicke des Stahlblechs kann zwischen 0,45 und 2,5 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm vorzugsweise mindestens 0,6 mm und insbesondere maximal 2,0 mm, vorzugsweise maximal 1,8 mm betragen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines schmelztauchveredelten und dressierten Stahlblechs, umfassend folgende Schritte: - Bereitstellen eines Stahlsubstrats aus einer interstitiell freien Legierung nach DIN EN 10346, - ein- oder beidseitiges Schmelztauchveredeln des Stahlsubstrats mit einem metallischen Überzug, welcher neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt von 0,5 bis zu 8,0 Gew.-% und Magnesium mit einem Gehalt von 0,5 bis zu 8,0 Gew.-% in dem Überzug enthält, - Dressieren des schmelztauchveredelten Stahlblechs, wobei eine Dressierkraft beim Dressieren derart eingestellt wird, dass sich auf der Oberfläche des schmelztauchveredelten und dressierten Stahlblechs Oberfläche Sdr-Wertvon mindestens 1,80 % ergibt, bestimmt gemäß ISO 25178.
  • Die Oberfläche (positive Form) der Dressierwalze bildet durch Krafteinwirkung auf die Oberfläche des Stahlblechs eine Oberflächenstruktur aus, welche Vertiefungen (negative Form) definiert und entspricht im Wesentlichen der Oberfläche mit Erhebungen (positive Form) der Dressierwalze. Durch die eingestellte spezifische Walzkraft kann positiv Einfluss genommen werden, indem die Oberflächenchemie und im Wesentlichen die sauerstoffaffinen Legierungselemente wie Magnesium und Aluminium durch Krafteinwirkung während des Dressierens an der Oberfläche des Überzugs im Wesentlichen verdrängt werden und auch die Oberfläche erhöht werden kann. Da Magnesium sauerstoffaffiner ist als Aluminium, bildet sich an der Oberfläche im Überzug bzw. oberflächennah eine magnesiumreiche Oxidschicht insbesondere im Zuge des Schmelztauchveredelns aus. Durch die Krafteinwirkung können insbesondere gezielt störende Schichten, wie zum Beispiel die magnesiumreichen Oxidschichten im Wesentlichen verdrängt werden, so dass Zink und optional Aluminium in der relativen Konzentration an der Oberfläche zunimmt, was sich wiederum bei der Nachbehandlung und somit bei der Phosphatierung zu einer fleckenfreien Oberfläche führen kann.
  • Um Wiederholungen zu vermeiden, wird jeweils auf die Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen schmelztauchveredelten und dressierten Stahlblech verwiesen.
  • Um insbesondere die relative Konzentration an Magnesium an der Oberfläche des Überzugs in den Talbereichen zu reduzieren respektive um die magnesiumreiche Oxidschicht zu verdrängen, wird gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine spezifische Walzkraft beim Dressieren von mindestens 1,8 kN/mm eingestellt, so dass dadurch die Oberfläche erhöht werden kann. Eine weitere Erhöhung ist möglich, wenn eine spezifische Walzkraft beim Dressieren insbesondere von mindestens 2,0 kN/mm, vorzugsweise von mindestens 2,2 kN/mm, bevorzugt mindestens 2,3 kN/mm eingestellt wird. Spezifische Walzkräfte oberhalb von 10 kN/mm bringen keinen Vorteil und erhöhen nur Arbeitskräfte respektive den apparativen Aufwand. Zudem nimmt der beim Dressieren aufgrund der Scherkräfte zwischen Blech- und Dressierwalzenoberfläche außerhalb der Fließscheide erzeugte Abrieb bzw. Verschleiß mit der spezifischen Walzkraft zu.
  • In einer weiteren Ausgestaltung wird das oben beschriebene schmelztauchveredelte und dressierte Stahlblech mit einem Korrosionsschutzmittel auf Mineralölbasis geölt. Mineralöle und Korrosionsschutzmittel auf Mineralölbasis sind dem Fachmann bekannt. Mineralöle werden aus Kohle, Torf, Holz, Erdöl oder Erdgas hergestellt und enthalten im Unterschied zu Ölen aus Organismen im Wesentlichen keine Fettsäuretriglyceride. Korrosionsschutzmittel auf Mineralölbasis enthalten über 50%, bevorzugt über 70% besonders bevorzugt über 90% Mineralöle oder bestehen daraus, sowie gegebenenfalls weitere Additive und/oder so genannte synthetische Öle, die eine spezielle Molekülstruktur besitzen, wie sie in dieser Form beim Ausgangsstoff (zum Beispiel Rohöl) nicht vorkommt.
  • Der Fachmann weiß, was unter spezifischer Walzkraft beim Dressieren zu verstehen ist. Die spezifische Walzkraft ist absolute Walzkraft in N dividiert durch Bandbreite in mm.
  • Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung eines erfindungsgemäß schmelztauchveredelten und dressierten Stahlblechs, welches insbesondere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist, für Teile im Fahrzeugbau, vorzugsweise für Außenhautteile am Fahrzeug.
  • Aus einem kaltgewalzten Stahlsubstrat der Güte DX56D mit einer Dicke von 0,7 mm wurden Proben abgetrennt, welche im Labormaßstab mit unterschiedlichen metallischen Überzügen schmelztauchveredelt und mit unterschiedlichen Dressierparameter dressiert und weiteren Untersuchungen zugeführt worden sind. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengefasst. Die Dicke des Überzugs (inkl. Oxidschicht) betrug 6 µm pro Seite. Die Proben 1, 2 und 4 wurden mit einem Dressierwalzenpaar mit einer stochastischen Oberflächentextur dressiert und die Proben 5, 7 und V8 mit einem Dressierwalzenpaar mit einer deterministischen Oberflächentextur dressiert. Proben V3, V6, V9 und V10 wurden konventionell mit einem Dressierwalzenpaar mit einer stochastischen Oberflächentextur dressiert. Tabelle 1
    Probe spez. Walz. [kN/mm] Überzug [Gew.%], Rest Zn und Verunreinigungen XPS relativ [%], Mg+Al+Zn=100% Sdr [%]; Sa [µm] Flecken
    1 2,31 Mg: 2,0 %, Al: 1,7 % Mg=38%, Al=35%, Zn=27% 2,19; 1,02 nein
    2 2,69 Mg: 2,0 %, Al: 1,7 % Mg=36%, Al=34%, Zn=30% 2,45; 1,12 nein
    V3 1,5 Mg: 1,2 %, Al: 0,4 % Mg=62%, Al=16%, Zn=22% 1,61; 0,99 ja
    4 2,86 Mg: 1,4 %, Al: 1,8 % Mg=34%, Al=32%, Zn=34% 2,63; 1,31 nein
    5 3,55 Mg: 1,4 %, Al: 1,8 % Mg=28%, Al=33%, Zn=39% 4,2; 1,42 nein
    V6 1,61 Mg: 5,7 %, Al: 6,1 % Mg=52%, Al=48%, Zn=6% 1,51; 0,95 ja
    7 3,2 Mg: 5,7 %, Al: 6,1 % Mg=57%, Al=42%, Zn=21% 2,5; 1,21 nein
    V8 3,45 Mg: 9,3 %, Al: 10,2 % Mg=57%, Al=33%, Zn=10% 3,11; 1,39 ja
    V9 1,21 Mg: 1,8 %, Al: 1,2 % Mg=48%, Al=43%, Zn=9% 0,78; 0,67 ja
    V10 1,35 Mg: 1,8 %, Al: 1,2 % Mg=50%, Al=43%, Zn=7% 0,87; 0,71 ja
  • Bei allen Proben lag die Oxidschichtdicke bei < 60 nm. Gut zu erkennen ist, dass der Dressierprozess im Wesentlichen Einfluss auf die Oberflächenchemie eines mit einem Mg-Al-Zn-Überzug schmelztauchveredelten Stahlblechs nimmt, derart, dass mit Erhöhung der spezifischen Walzkraft und der damit verbundenen Oberflächenvergrößerung auch die Oberflächenchemie positiv eingestellt werden kann, indem die magnesiumreichen Anteile reduziert werden.
  • Alle Proben durchliefen anschließend folgende Prozessstufen: Beölung mit einem Korrosionsschutzmittel auf Mineralölbasis, Entfetten, Reinigen, Spülen, Aktivieren, Spülen, Phosphatieren, Spülen und Trocknen. Diese Prozessstufen wurden konventionell durchgeführt mit dem Fachmann geläufigen Mittel. Die phosphatierten Proben wurden einer Sichtprüfung unterzogen, wobei die Proben V6 und V8 bis V10 sehr markante und auffällige Flecken aufwiesen. Weitere Untersuchungen hatten gezeigt, dass in den dunklen Bereichen eine mittlere Kristallgröße der phosphathaltigen Kristalle (sogenannte Phosphatkristalle) von (5+/-2) µm im Mittelwert und ihrer Standardabweichung deutlich überschritten wurde.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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    • EP 2892663 B1 [0004]
    • DE 102019215051 A1 [0005]
    • EP 2841614 B1 [0006]
    • EP 3416760 B1 [0007]

Claims (11)

  1. Stahlblech, welches schmelztauchveredelt und dressiert ist, wobei das Stahlblech ein Stahlsubstrat aus einer interstitiell freien Legierung nach DIN EN 10346 und einen auf dem Stahlsubstrat ein- oder beidseitig angeordneten metallischen Überzug, welcher neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt von 0,5 bis zu 8,0 Gew.-% und Magnesium mit einem Gehalt von 0,5 bis zu 8,0 Gew.-% in dem Überzug enthält, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelztauchveredelte und dressierte Stahlblech eine Oberfläche mit einem gemäß ISO 25178 bestimmten Sdr-Wert von mindestens 1,80 % aufweist.
  2. Stahlblech nach Anspruch 1, wobei die IF-Legierung des Stahlsubstrats enthält oder besteht aus den folgenden Elementen in Gew.-%: C: 0,0003 bis 0,0150 %; Si: 0,0005 bis 0,50 %; Mn: 0,020 bis 1,60 %; P: bis 0,10 %; S: bis 0,050 %; N: bis 0,10%; Al: 0,010 bis 1,0 %;
    eines oder beide der folgenden Elemente: Nb: 0,0001 bis 0,20 %; Ti: 0.0005 bis 0,20 %;
    optional eines oder mehrere folgender Elemente: B: bis 0,0050% und/oder Cu: bis 0,20% und/oder Cr: bis 0,20% und/oder Ni: bis 0,20% und/oder Mo: bis 0,150% und/oder Sn: bis 0,10%;
    Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
  3. Stahlblech nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche eine stochastische Oberflächenstruktur aufweist.
  4. Stahlblech nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche eine deterministische Oberflächenstruktur aufweist.
  5. Stahlblech nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche eine pseudo-deterministische Oberflächenstruktur aufweist.
  6. Stahlblech nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche einen relativen Mg-Anteil von maximal 55 % aufweist, wobei die Summe der relativen Anteile von Magnesium, Aluminium und Zink 100 % beträgt, wobei mittels XPS bestimmt wird.
  7. Stahlblech nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche einen relativen Zn-Anteil von mindestens 13 % aufweist, wobei die Summe der relativen Anteile von Magnesium, Aluminium und Zink 100 % beträgt, wobei mittels XPS bestimmt wird.
  8. Verfahren zum Herstellen eines schmelztauchveredelten und dressierten Stahlblechs, umfassend folgende Schritte: - Bereitstellen eines Stahlsubstrats aus einer interstitiell freien Legierung nach DIN EN 10346, - ein- oder beidseitiges Schmelztauchveredeln des Stahlsubstrats mit einem metallischen Überzug, welcher neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt von 0,5 bis zu 8,0 Gew.-% und Magnesium mit einem Gehalt von 0,5 bis zu 8,0 Gew.-% in dem Überzug enthält, - Dressieren des schmelztauchveredelten Stahlblechs, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dressierkraft beim Dressieren derart eingestellt wird, dass sich auf der Oberfläche des schmelztauchveredelten und dressierten Stahlblechs Oberfläche Sdr-Wert von mindestens 1,80 % ergibt, bestimmt gemäß ISO 25178.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Dressierkraft mit mindestens 1,8 kN/mm eingestellt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das schmelztauchveredelte und dressierte Stahlblech mit einem Korrosionsschutzmittel auf Mineralölbasis geölt wird.
  11. Verwendung eines schmelztauchveredelten und dressierten Stahlblechs nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere hergestellt nach einem der Ansprüche 8 bis 10, für Teile im Fahrzeugbau.
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