DE2909418B2

DE2909418B2 - Verfahren zur Herstellung von mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen plattiertem Stahlblech

Info

Publication number: DE2909418B2
Application number: DE2909418A
Authority: DE
Inventors: Yoji Nikko Tochigi Ishida; Seiji Shibamori
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1978-03-10
Filing date: 1979-03-09
Publication date: 1981-06-19
Also published as: DE2909418A1; DE2909418C3; US4202709A

Description

30

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen plattiertem Stahlblech gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

In der Praxis werden bereits aluminierte Stahlbleche verwendet, die im allgemeinen eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit besitzen und die man dadurch erhält, daß man Aluminium oder eine Aluminiumlegierung (nachfolgend gemeinsam als »Aluminium« bezeichnet) durch Schmelztauchen auf ein Stahlblech aufbringt Wegen der Verformbarkeit des Materials, wie der Biegsamkeit und des Tiefziehverhaltens usw., muß der Aluminiumüberzug des aluminierten Stahlbleches dünn sein, d. h. eine Dicke von 40 μηι oder weniger aufweisen. Dieser Überzug besitzt jedoch im allgemeinen Oberflächenfehler, wie feinster Löcher. Wegen dieser Fehler, wie der feinsten Löcher in der Oberfläche, ist es kaum möglich, ein ausreichendes Maß der Korrosionsbeständigkeit mit aluminierten Stahlblechen zu erreichen.

Es ist andererseits bekannt, daß Aluminium-Stahl-Verbundbleche, die man durch Vereinigen der Oberfläche des Stahls mit Aluminium erhält, eine hohe Korrosionsbeständigkeit besitzen und auch eine ausreichende Festigkeit aufweisen. Dieser Verbundwerkstoff wird in herkömmlicher Weise durch Explosionsplattierung oder durch ein anderes Plattierverfahren hergestellt

Bei der Explosionsplattierung wird der Explosionsdruck dazu verwendet die Preßverbindung zu bewirken. Diese Methode macht hohe Herstellungskosten erforderlich und ist für eine Massenproduktion nicht geeignet

Das Plattierverfahren umfaßt eine Methode, gemäß der ein Kaltwalzvorgang nach dem Plattieren durchgeführt wird, und ein Verfahren, bei dem ein Heißwalzvorgang unter Erhitzen nach dem Plattieren durchgeführt wird.

Im Fall des Kaltwalzens muß zur Erzielung einer guten Verbindungswirkung der Prozentsatz der Querschnittsverminderung des Walzvorgangs auf mindestens 70% eingestellt werden. Dies macht kräftige Walzstraßen und daher große Fabrikeinrichtungen erforderlich. Da das Material stark durchgearbeitet wird, neigt das Material zu einer Kaltverfestigung, wodurch es erschwert wird, als Oberflächenmaterial ein dünnes Aluminiumblech und als Kernmaterial ein dünnes Stahlblech zu verwenden.

Wenn andererseits nach dem Plattieren ein Heißwalzvorgang durchgeführt wird, genügt eine prozentuale Querschnittsverminderung von 15 bis 55%, um eine gute Verbindungswirkung zu erreichen. Bei diesem Verfahren ist es jedoch schwierig, das Plattierverhalten zu steuern, da das Aluminium sich schneller dehnt als Stahl. Zur Erzielung einer perfekten Verbindung muß die Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt werden, um die Hochtemperaturoxidation des Aluminiums und des Stahls zu verhindern. Dies führt zu höheren Vorrichtungs- und Betriebskosten im Vergleich zu dem normalen Warmwalzen.

Aus der DE-OS 20 45 600 ist ein Verfahren zum Verbinden gleich- oder verschiedenartiger Metalle, die zur Oxidation unter Bildung eines Oxidüberzugs neigen, wie Titan, Titanlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Stahl oder Stahllegierungen, bekannt Dabei werden die zu verbindenden Metalle zunächst mit einer Aluminiumschicht versehen, und zwar vorzugsweise durch Elektroplattieren bzw. Galvanisieren in einem geschmolzenen Salzelektrolyten. Anschließend werden die in dieser Weise vorbehandelten Teile erwärmt und miteinander verpreßt bis die Metalle über die Aluminiumschicht fest miteinander verbunden sind. Bei diesem Verfahren, bei dem das Stahlblech und die aufgelegte Aluminiumfolie gleichzeitig erhitzt werden, neigt die aufgelegte Aluminiumfolie dazu, sich zu verwerfen, Falten zu bilden und eine unebene Oberfläche selbst dann zu erzeugen, wenn die Materialien in flach aufeinandergelegtem Zustand zwischen die Walzen eingeführt werden. Dies hat zur Folge, das sich eine schlechte Haftung der plattierten Aluminiumfolie auf dem Stahlblech und ein unerwünschtes Wellenmuster auf der Oberfläche des plattierten Stahlblechs ergeben. Hierdurch wird es äußerst schwierig, eine glatte Oberflächenschicht ohne Fehler, Verwerfungen und Wellenmuster zu erzeugen.

Dies trifft auch auf die Lehre der DE-AS 15 77 075 zu, die ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers aus nicht-rostendem Stahl und Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung offenbart, bei dem auf den zu verbindenden Oberflächen zunächst alle anhaftenden Verunreinigungen und Oxide mechanisch restlos entfernt und die Verbundmetalle in eng aneinanderliegendem Zustand unter einer nicht-oxidierenden Atmosphäre auf eine oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Aluminiums liegende Temperatur erwärmt und in diesem Zustand und unter einer Dickenreduzierung sowohl des nicht-rostenden Stahls als auch des Aluminiums bzw. der Aluminiumlegierung um höchstens 35% und mindestens 10% mittels Druck miteinander vereinigt werden, wobei das wesentliche Merkmal des vorbekannten Verfahrens darin besteht, auf das Aluminium bzw. die Aluminiumlegierung vor dem Aufbringen der Schicht aus nicht-rostendem Stahl eine Plattierungslage aus praktisch reinem Aluminium mit mechanisch gereinigter Oberfläche aufzubringen und den Verbundkörper nach der Vereinigung seiner

Schichtteile bei einer Temperatur von 371 bis 482° C zu glühen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zur wirtschaftlichen Herstellung von mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung plattiertem Stahlblech anzugeben, das eine ausgezeichnete Festigkeit, eine hohe Korrosionsbeständigkeit und gute Biegeeigenschaften besitzt, eine gute und fehlerfreie Oberfläche aufweist, eine gute Haftung der Aluminiumschicht an dem Stahlblech zeigt und das als Baumaterial, als Straßenbaumaterial, beispielsweise für Verkehrsschilder, Leitplanken usw. und als Material für die Herstellung von Fahrzeugen verwendet werden kann.

Es wurde nunmehr gefunden, daß man aluminiumplattiertes Stahlblech mit sowohl ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften des Stahlblechs als auch der guten Korrosionsbeständigkeit des Aluminiums bilden kann, indem wan eine ausreichende Bindung zwischen diesen beiden Blechen bei einem niedrigen Prozentsatz der Querschnittsverminderung bewirkt, ohne daß es erforderlich ist, unter bestimmten Bedingungen eine Wärmebehandlung durchzuführen, die eine reduzierende Atmosphäre erforderlich macht, wie es bei gewissen herkömmlichen Verfahren notwendig ist Dabei kann bei einer geringen Querschnittsverminderung während des Walzvorgangs eine ausreichende Bindung ohne Beeinträchtigung der ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und der Formbarkeit des Stahlblechs erreicht werden, so daß die Aluminiumschicht des aluminiumplattierten Stahlblechs sich höchstens dann ablöst, wenn beim Tiefziehen ein Bruch des Materials erfolgt

Die oben angesprochene Aufgabe wird daher gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan-Spruchs.

Gegenstand der Erfindung ist daher das Verfahren gemäß Patentanspruch.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die einfache und wirtschaftliche Herstellung von mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen plattiertem Stahlblech. Bei diesem Verfahren wird ein aluminiertes Stahlblech, das man durch Aufbringen von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Schmelztauchen oder Heißtauchen auf ein Stahlblech erhält, auf eine Temperatur von 100 bis 550" C erhitzt Anschließend wird ein Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, dessen Verbindungsoberfläche gereinigt ist und das Raumtemperatur aufweist, auf eine Seite oder auf beide Seiten des aluminierten Stahlblechs aufgelegt Die übereinandergelegten Bleche werden dann bei einer prozentualen Querschnittsverminderung von 10 bis 40% gewalzt um das oder die Bleche aus Aluminium oder der Aluminiumlegierung mit dem aluminierten Stahlblech zu verbinden. Dann werden die walzplattierten Bleche gewünschtenfalls entweder einem Fertigwalzvorgang und/oder einer Weichglühbehandlung unterworfen. In dieser Weise erhält man mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen plattierte Stahlbleche mit ausgezeichneter Festigkeit, hoher Korrosionsbeständigkeit und guter Biegsamkeit bzw. Verformbarkeit

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Schmelztauchbeschichtung mit Alumi nium unter Anwendung üblicher Aluminiumschmelztauchverfahren durchgeführt werden. Das Reinigen der Plattierungsoberfläche des auf das aluminierte Stahlblech aufzubringenden Aluminiumbleches kann bei-SDielsweise dadurch erreicht werden, daß man die Verbindungsfläche mit einer Drahtbürste poliert, daß man sie mit einer Salpetersäurelösung od. dgl. einer sauren Behandlung unterwirft oder daß man sie einer alkalischen Behandlung unter Verwendung einer Natriumhydroxidlösung mit einer Konzentration von einigen Prozent usw. unterzieht Diese Reinigungsbehandlung ist jedoch nicht erforderlich, wenn die Walzplattierungsoberfläche des Aluminiumbleches keine Substanzen aufnimmt, die die Verbindung beeinträchtigen würden. Der Walzvorgang, der unter einer prozentualen Querschnittsverminderung bzw. Dickenverminderung von 10 bis 40% durchgeführt wird, wird vorzugsweise in einem Vorgang durchgeführt unmittelbar nachdem man das Raumtemperatur (nicht mehr als 50° C) aufweisende Aluminiumblech mit gereinigter Verbindungsfläche auf das aluminierte Stahlblech aufgelegt hat Erforderlichenfalls kann man das durch Walzplattieren mit dem Aluminiumblech verbundene aluminierte Stahlblech einem Fertigwalzvorgang durch Kaltwalzen unterwerfen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Raumtemperatur aufweisende Aluminiumblech auf das auf eine Temperatur von 100 bis 550⁰C erhitzte aluminierte Stahlblech aufgebracht Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß dann, wenn das aluminierte Stahlblech auf eine Temperatur von weniger als 100⁰C erhitzt würde, die hohe prozentuale Querschnittsverminderung angewandt werden müßte, wie sie bei dem herkömmlichen Verfahren des Walzplattieren durch Kaltwalzen notwendig ist Wenn das aluminierte Stahlblech andererseits auf eine Temperatur von mehr als 550° C erhitzt wird, erfolgt die Oxidation an der Oberfläche des aluminierten Stahlbleches in einem solchen Ausmaß, daß durch den Walzvorgang keine ausreichende Verbindung der Bleche miteinander erreicht werden kann.

Auf der anderen Seite wird das Aluminiumblech mit einer Temperatur von Raumtemperatur bis zu nicht mehr als 50°C auf das erhitzte aluminierte Stahlblech aufgebracht Dies erfolgt mit dem Zweck, den Formänderungswiderstand des Aluminiumblechs weitgehend dem des aluminierten Stahlblechs anzunähern, um die Walzverbindung zu erleichtern und dabei gute Ergebnisse zu erzielen.

Der Grund für die Durchführung des Walzverbindungsverfahrens bei einer prozenzualen Querschnittsverminderung von 10 bis 40% unter Auflegen eines Aluminiumblechs mit Raumtemperatur auf ein erhitztes aluminiertes Stahlblech ist darin zu sehen, daß bei Anwendung einer prozentualen Querschnittsverminderung von weniger als 10% eine ausreichende Walzverbindung kaum erreicht werden kann. Wenn der Prozentsatz der Querschnittsverminderung mehr als 40% beträgt wird es erforderlich, kräftige Walzwerke zu verwenden, wobei selbst dann, wenn das Walzen mit einer derart hohen prozentualen Querschnittsverminderung die Verbindung der Bleche nicht beeinträchtigen würde, sich erhebliche Vorrichtungs- und Betriebskosten ergeben, was unwirtschaftlich ist

Das in dieser Weise erhaltene aluminiumplattierte Stahlblech kann erforderlichenfalls durch einen Fertig-Kaltwalzvorgang auf die gewünschte Dicke gebracht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann als kontinuierliches Walzverbindungsverfahren angewandt werden, bei dem ein erhitttes aluminiertes Stahlband mit einem darauf aufgelegten Aluminiumband, dessen Verbindungsoberfläche gereinigt worden ist, verbunden

wird. Die Erfindung ist jedoch auf diesen Anwendungszweck nicht eingeschränkt, sondern ist auch auf ein Verfahren anwendbar, bei dem ein erhitztes aluminiertes Stahlblech und ein Aluminiumblech, die jeweils auf eine kurze Standardlänge zerschnitten sind, durch Walzen miteinander verbunden werden.

Gemäß einer bevorzugten AusfJhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unterwirft man anschließend das bei dem Verfahren erhaltene, durch Walzen aluminiumplattierte Stahlblech einer Weichglühbehandiung bei einer Temperatur von 400 bis 58O⁰C.

Diese Ausführungsform wird wie folgt durchgeführt:

Man erhitzt ein aluminiertes Stahlblech, das man durch Aufbringen von Aluminium mit Hilfe eines üblichen Aluminiumschmelztauchverfahrens auf ein Stahlblech erhält, auf eine Temperatur von 100 bis 550° C Dann bedeckt man eine oder beide Seiten des aluminierten Stahlbleches mit einem Aluminiumblech, dessen Verbindungsfläche durch Polieren mit einer Drahtbürste, durch saure Reinigung mit Salpetersäure oder durch eine alkalische Behandlung mit einer Natriumhydroxidlösung mit einer Konzentration von einigen Prozent gereinigt worden ist und das Raumtemperatur aufweist Unmittelbar im Anschluß daran unterwirft man das aluminierte Stahlblech und das oder die darauf aufgelegten Aluminiumbleche einem Walzvorgang, der mit einer prozentualen Querschnittsverminderung von 10 bis 40% durchgeführt wird, um das oder die Aluminiumbleche durch Walzen mit dem Stahlblech zu verbinden. Dann wird das in dieser Weise erhaltene aluminiumplattierte Stahlblech erforderlichenfalls einem Fertigwalzvorgang unterzogen, der bei einer Querschnittsverminderung oder Dickenverminde-, rung von nicht mehr als 20% durchgeführt wird. Im v-, Anschluß an diesen Fertigwalzvorgang wird eine Weichglühbehandlung bei einer Temperatur von 400 bis 580° C durchgeführt

Bei diesem Verfahren wird das in der angegebenen Weise erhaltene aluminiumplattierte Stahlblech nach dem Fertigwalzvorgang, der mit einer Querschnittsverminderung beim Walzen von nicht mehr als 20% durchgeführt wird, um das aluminiumplattierte Stahlblech auf vorbestimmte Abmessungen zu bringen, einer Weichglühbehandlung oder Enthärtungsbehandlung bei « einer Temperatur von 400 bis 58O⁰C unterworfen, um den durch Walzen erreichten Walzverbindungseffekt zu verbessern, die Bearbeitbarkeit zu erleichtern und die Verformbarkeit des aluminiumplattierten Stahls durch die Weichglühbehandlung zu verbessern. Der Grund w hierfür ist darin zu sehen, daß der für die Verformung erwünschte Enthärtungseffekt nicht erreicht wird, wenn das aluminiumplattierte Stahlblech bei einer Temperatur von weniger als 400° C weichgeglüht wird. Wenn das Weichglühen bei einer Temperatur von mehr als 580⁰C durchgeführt wird, ergibt sich eine dicke und spröde Diffusionsschicht an der Stahl/Aluminium-Grenze, die zur Folge hätte, daß das Aluminiumblech sich während des Verformens von dem Stahlblech lösen würde. Die Weichglühbehandlung oder die Enthärtungsbehandlung kann an der Luft bei einer Temperatur zwischen 400 und 580⁰C durchgeführt werden, ohne daß es erforderlich ■st, eine besondere Atmosphäre auszuwählen.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Man erhitzt ein aluminiertes Stahlblech mit einer Dicke von 1,2 mm, das durch ein Schmelztauchverfahren auf beiden Oberflächen mit einer 7 bis 8 Gew.-% Silicium enthaltenden Aluminiumlegierung in einer Dicke von 20 bis 30 μΐπ beschichtet worden ist, auf die Temperaturen, die in der nachstehenden Tabelle I bei den Experimenten 1 bis 9 angegeben sind. Dann bedeckt man beide Seiten des aluminierten Stahlbleches mit einem halbharten, getemperten Aluminiumblech mit einer Reinheit von 99,0% mit einer Dicke von 03 mm, dessen Verbindungsoberfläche durch Polieren mit einer Drahtbürste gereinigt worden ist und das Raumtemperatur aufweist. Unmittelbar nach dem Auflegen der Aluminiumbleche auf beide Seiten des Stahlbleches werden die Bleche durch einen Walzvorgang miteinander verbunden, der unter Anwendung verschiedener prozentualer Querschnittsverminderungswerte durchgeführt wird, die in der nachstehenden Tabelle I bei den Experimenten 1 bis 9 angegeben sind. Bei den Experimenten 3 und 4 wird ein zusätzlicher Fertig-Kaltwalzvorgang durchgeführt. Man erhält bei diesen Experimenten jeweils ein aluminiumplattiertes Stahlblech.

Neben diesen Experimenten, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wurden, werden auch aluminiumplattierte Stahlbleche unter Anwendung andersartiger Verfahren hergestellt, die zu Vergleichszwecken unter Anwendung von Bedingungen durchgeführt werden, die sich von denen des erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheiden. Diese Experimente sind als die Experimente 10 bis 13 ebenfalls in der nachstehenden Tabelle I angegeben.

Tabelle 1	Aluminiertes Stahlblech	1,2	Temperatur	Aluminiumblech	Temperatur	Quer	Dicke nach	Quer	Dicke des
Experiment		1,2				schnittsver	dem Walzen	schnittsver	fertiggestell
Nr.	Dicke	1,2		Dicke		minderung		minderung	ten Bleches
		1,2	( C)		( C)	beim Ver		beim Fer
		1.2	Verfahren:			binden		tigwalzen
	(mm)		150	(mm)	Raumtemp.	(%)	(mm)	(%)	(mm)
	Erfindungsgemäßes	400		Raumtemp.
	1	400	0,3	Raumtemp.	20	1,44	-	1,44
	2	400	0,3	Raumtemp.	20	1,44	-	1,44
3	500	0,3	Raumtemp.	20	1,44	10	1.30
4		0,3		20	1,44	20	1.15
S		0.3	20	1,44	-	1.44

l-oi-tscl/uiiü

l:\perimenl Aluminiertes .Stahlblech Aluminiumblech Quer- Dicke nach Quer- Dicke des

Nr. schnitlsvcr- dem Walzen schnillsver- 1 erligjicslcll-

Dicke Temperatur Dkmj Temperatur minderung minderung ten Bleches

heim Ver- beim ler-

hinden ligwalzen

(m ni I

(mm l

Aluminiertes Stahlblech mit einer Dicke von 1,2 mm: 14

(mm)

Hrfindungsgemaßes Verfahren:	1,2	200	Vergleichsverfahren:	1,2	400	0.3	Raumtemp.	10	1,62	1,62
6	1,2	100	10			0,3	Raumtemp.	30	1,26	1,26
7	1,2	550		1,2	400	0,3	Raumtemp.	10	1,62	1,62
8	1,2	550	11	1,2	580	0,3	Raumtemp.	30	1,26	1,26
9	12
	1.2	Raum-	0,3	Raumtemp.	3	nicht	-
13		temp.				verbunden
		0,3	Raumtemp.	6	1,69	1,69
0,3	Raumtemp.	20	nicht	-
			verbunden
0,3	Raumtemp.	20	nicht	-
			verbunden

1,20

Aus den bei den Experimenten 1 bis 13 erhaltenen Materialien werden Testproben geschnitten. Jede Probe wird bezüglich ihrer Zugfestigkeit und ihrer Dehnung geprüft Weiterhin wird jede Probe einem Biegetest durch Umbiegen um 180⁰C und einem Salzsprühtest unterworfen, bei dem die Probe während 5 Tagen mit Gew.-% Natriumchlorid enthaltendem Salzwasser besprüht wird. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in der nachstehenden Tabelle Il zusammengestellt.

Zu Vergleichszwecken führt man die Untersuchung der Zugfestigkeit und der Korrosionsbeständigkeit auch bei der aluminierten Stahlblechprobe (Experiment Nr. 14) mit einer Dicke von 1,2 mm durch, welches Material als Kernmaterial verwendet wird. Auch die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle II zusammengestellt.

Tabelle Ii

Probe
Nr.

liigensi'haflen

Mechanische
I'.iccnschiiftcn

Zugfestig
keit
<N/mm^:)

Wirkung der Walzverbindung

Dehnung F.inmal um <"·,) 180° IR - ti*)

gebogen

Korrosionsbeständigkeit:

(Sai/wassersprühtcst. 5" ,.ige NaCI-Lösune)

Erfindungsgemäßes Verfahren:

1 376.7

442.4
449.3
468.9
466.Q

6.7

5,5
5,0

4.2

4.7

Keine
Ablösung

desgl.
desgl.
desgl.
desgl.

Keine

Änderung

desgl.

desgl. Probe

Nr.

I igenschalien

Mechanische
l-.igonsc halten

/Ug-

lesti«-
keit
(N/mnv I

Wirkung der Walzverbindung:

Dehnung Hinmal um IM IS(I⁰IR - U*)

gebogen

Korrosionsbeständigkeit:

(Sal/wasscrsprühtcst. 5",.ige NaC'l-Lösune)

lirfindungsgemäßcs Vi

357.1

412.0
364,9
462.1

11.6

4.1
10,5

3.7

rfahren:

Keine

Ablösung

desgl.

Keine

Änderung

desgl.

,,ι Vergleichsverfahren:
10

11 290.4 36.7 Ablösung

12 v, 13

Aluminiertcs Stahlblech mit einer Dicke von 1,2 mm: 14 322.8 38.1 - es entwickelt

sich roter Rost

■■" *) Der BegrilTlR M) bedeutet, daß der bei der Biegeprüfung I IXI)") angewandte innere Biegeradius gleich ist der Blechsiiirkc.

Es zeigt sich, daß die mit Hilfe des erfindungsgemä- -» Ben Verfahrens erhaltenen Proben (1 bis 9) eine ausgezeichnete Walzverbindung zwischen dem Aluminium und dem Stahl zeigen. Bei den Experimenten, die bei Bedingungen durchgeführt wurden, die von denen

des erfindungsgemäßen Verfahrens abweichen (Nr. 10 bis 13) erfolgt entweder keine Verbindung des Aluminiums mit dem Stahl bei dem Walzvorgang oder es ergibt sich dann, wenn eine Bindungswirkung erreicht worden ist, eine Ablösung des plattierten Materials, wenn man die Probe um 180' biegt. Weiterhin zeigt das aluminierte Stahlblech bei dem Salzwassersprühtest die Bildung von rotem Rost. Im Gegensatz dazu zeigt das

10

mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte aluminiumpalltierte Stahlblech die gleiche Korrosionsbeständigkeit wie Aluminium.

Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene aluminiumplattierte Stahlblech zeigt eine höhere Zugfestigkeit als das aluminierte Stahlblech und somit eine verbesserte Festigkeit.

Beispiel 2

Man verwendet das in Beispiel 1 eingesetzte aluminierte Stahlblech mit einer Dicke von 1,2 mm (das auf beiden Seiten durch Schrnelztauchen mit einer 7 bis 8 Gew.-% Silicium enthaltenden Aluminium-Silicium-Legierung beschichtet worden ist). Man erhitzt das aluminierte Stahlblech auf die in der nachstehenden Tabelle III bezüglich der Experimente 15 bis 23 angegebenen Temperaturen. Dann bedeckt man beide Seiten des aluminierten Stahlblechs mit einem halbharten, getemperten Blech aus einer Aluminiumlegierung (Al—1,2% Mn—0,5 Cu) mit einer Dicke von 0,3 mm, das Raumtemperatur aufweist und dessen Verbindungsoberfläche durch Polieren mit einer Drahtbürste gereinigt worden ist. Unmittelbar nach dem Aufbringen des Bleches aus der Aluminiumlegierung auf beiden

1) Seiten des aluminierten Stahlbleches werden diese Materialien mit einem Walzvorgang, der unter den bezüglich der Experimente 15 bis 23 angegebenen Bedingungen durchgeführt wird, miteinander verbunden. Bei den Experimenten 17 und 18 wird zusätzlich ein

2(i Fertig-Kaltwalzvorgang durchgeführt. Man erhält in dieser Weise aluminiumplattierte Stahlbleche.

Zu Vergleichszwecken stellt man unter Anwendung von Bedingungen, die sich von denen des erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheiden, aluminiumplattierte

2) Stahlbleche gemäß den Experimenten 24 bis 27 her, die ebenfalls in der Tabelle III angegeben sind.

Tabelle III

Experiment Aluminiertes Stahlblech Aluminiumblech
Nr.

Dicke Temperatur Dicke

(mm)

( C)

(mm)

Quer- Dicke nach

schnittsver- dem Walzen
Temperatur minderung
beim Verbinden

Quer- Dicke des

schnittsver- fertiggestell-

minderung ten Bleches beim Fertigwalzen

Erfindungsgemäßes Verfahren:

15	1,2	150	Vergleichsverfahren:	1,2	450	0,3	Raumtemp.	20	1,44
16	1,2	400	24			0,3	Raumtemp.	20	1,44
17	1,2	400		1,2	400	0,3	Raumtemp.	20	1,44
18	1,2	400	25	1,2	580	0,3	Raumtemp.	20	1,44
19	,2	500	26			0,3	Raumtemp.	20	1,44
20	,2	200		1,2	Raum-	0,3	Raumtemp.	10	1,62
21	,2	100	27		temp.	0,3	Raumtemp.	28	1,30
22	,2	550		0,3	Raumtemp.	10	1,62
23	550	0,3	Raumtemp.	28	1,30

0,3	Raumtemp.	3	nicht
			verbunden
0,3	Raumtemp.	6	1,69
0,3	Raumtemp.	20	nicht
			verbunden
0,3	Raumtemp.	28	nicht
			verbunden

10
20

1,44 1,44 1,30 1,15 1,44 1,62 1,30 1,62 1,30

1,69

Man schneidet aus den Materialien der Experimente 15 bis 27 Testproben aus, die man bezüglich ihrer Zugfestigkeit und ihrer Dehnung untersucht Weiterhin werden die Proben dem Biegetest bei einer Biegung von 180° unterworfen. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle IV angegeben.

Tabelle IV

Higenscliiiften
Mechanische Higcnschaflcn

Zugfestigkeit Dehnung
(N/mm²) (%)

Wirkung der Walzverbindung

um 180° (R = t)*) gebogen

Erfindungsgemäßes Verfahren:

15
16
17
18
19
20
21
22
23

375,7
444,4
447,3
475,8
467,9
351 !2
431,6
362,9
456,2

Vergleichsverfahren:

25 323,7

6,6
5,6
4,8
5,1
4,2

11,4
5,2

10,2
5,0

36,5

Keine Keine Keine Keine Keine Keine Keine Keine Keine

Ablösung Ablösung Ablösung Ablösung Ablösung Ablösung Ablösung Ablösung Ablösung

Ablösung

*) Der Begriff (R = t) bedeutet, daß der bei der Biegeprüfung (180°) angewandte innere Biegeradius gleich ist der Blechstarke.

Wie aus der obigen Tabelle IV zu ersehen ist, zeigt das aluminiumplattierte Stahlblech eine höhere Zugfestigkeit als das aluminierte Stahlblech, wobei die plattierte Aluminiumschicht sich bei dem 180°-Biegetest nicht ablöst

Wenn man andererseits die Aluminiumplatuerung ohne Erhitzen des aluminierten Stahlbleches aufbringt, wie es bei dem Experiment Nr. 27 der Fall ist, oder wenn man die Aluminiumplattierung auf ein aluminiertes Stahlblech aufbringt das auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt ist wie es bei dem Experiment Nr. 26 der Fall ist, ergibt sich beim Walzvorgang keine Verbindung der Bleche. Wenn die beim Walzen bewirkte Querschnittsverminderung niedrig ist wie es bei dem Experiment Nr. 24 des Vergleichsverfahrens der Fall ist so ergibt sich entweder keine Verbindung des Aluminiums mit dem Stahl oder es zeigt sich eine Ablösung des plattierten Aluminiums bei dem 180°-Biegetest. Somit ist es mit Hilfe der Vergleichsverfahren nicht möglich, eine gute Bindungswirkung zu erreichen.

Beispiel 3

Man verwendet ein aluminiertes Stahlblech mit einer Zugfestigkeit von 269,8 N/mm², einer Dehnung von 38,1%, einer Formbarkeit entsprechend einem Erichsen-Wert von 11,2 und einer Dicke von 1,2 mm, das auf

ι > beiden Seiten mit einem 20 bis 30 μιτι starken Überzug aus einer 7 bis 8 Gew.-% Silicium enthaltenden Aluminium-Silicium-Legierung bedeckt ist. Dieses aluminierte Stahlbelch wird auf die in der nachstehenden Tabelle V angegebene Temperatur erhitzt. Dann

21) bedeckt man beide des erhitzten aluminierten Stahlbleches mit einem halbharten, getemperten Aluminiumblech (99,0% A!) mit einer Dicke von 0,3 mm, das Raumtemperatur aufweist und dessen Verbindungsoberfläche durch Polieren mit einer Drahtbürste

2^r> gereinigt worden ist. Die Bleche werden dann sofort einem Walzvorgang unterworfen, der unter Anwendung der in der nachstehenden Tabelle V angegebenen Bedingungen durchgeführt wird. Anschließend wird ein Fertigwalzvorgang durchgeführt worauf die mit Hilfe

in dieser Walzbehandlungen erhaltenen aluminiumplattierten Stahlbleche einer Weichglühbehandlung oder einer Enthärtungsbehandlung unterzogen werden. Weiterhin werden zu Vergleichszwecken nach den herkömmlichen Verfahren unter Anwendung der in der

r> nachstehenden Tabelle V angegebenen Bedingungen aluminiumplattierte Stahlbleche hergestellt

Dann werden aus den aluminiumplattierten Stahlblechen Probestücke herausgeschnitten, deren Zugfestigkeits- und Dehnungs-Werte ermittelt werden. Weiterhin

4(i werden auch der 180°-Biegetest und der Erichsen-Test durchgeführt Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle VI angegeben.

Bei den Experimenten, die unter Anwendung der herkömmlichen Verfahren durchgeführt wurden, wurde

4") ein Tiefzieh-Stahlblech mit einer Zugfestigkeit von 304,1 N/mm², einer Dehnung von 46% und einem Erichsen-Wert von 10,7 verwendet

Tabelle V

Expe	Aluminiertes	Aluminiumblech	Temperatur	Quer	Dicke nach	Quer	Dicke des	Weichglüh-
riment	Stahlblech		(Q	schnittsver	dem Walzen	schnittsver	fertiggestell	behandlungs-
Nr.			minderung		minderung	ten Bleches	temperatur
			beim Ver		be^;m Fer
	Dicke Temperatur	Dicke	binden		tigwalzen
	(mm) ( C)	(mm)	(%)	(mm)	(%)	(mm)	(C)

Erfindungsgemäßes Verfahren:

28 1,2 270 0,3

29 1,2 500 0,3

500 0,3

400 0,3

150 0,3

30	1,2
31	1,2
32	1,2

Raumtemp. 27

Raumtemp. 20

Raumtemp. 10

Raumtemp. 20

Raumtemp. 25

1,31
1,44
1,62
1,44
1,35

18

10

20

1,07
1,44
1,62
1,30
1,08

560
560
500
450
500

loilsct/iini!

K χ pe- Aluminiertes
rinienl Stahlblech

Aluminiumblech

Quer· schniltsverminderung heim Ver-Dicke Temperatur Dicke Temperatur binden

(mm) ( C| imni] ( ( I ("..I

Dicke nach Quer- Dicke des

dem Walzen schnilts\cr- lerliggestell-

mindcrung ten Bleches

heim l^;cr-

ligwal/en

Weichglüh-

hchandlungs-

tempcralur

(mm)

(mm ι

Vergleichsverfahren:	400	I	450	0,3	Raumtemp.	5	nicht verbunden	10	1,30	300
13 1,2	400		0,3	Raumtemp.	20	1,44	10	1,30	600
34 1,2	400	Raum-	0,3	Raumtemp.	20	1,44
35 1.2	500		0,3	Raumtemp.	20	nirhi verbunden
36 1,2	Raum temp.	0,3	Raumtemp.	20	nicht verbunden
37 1,2	Herkömmliche Verfahren:
Warmwalzer					0	1,05	500
38 1,2	0,3	450	41,8	1,05
Kaltwalzen					0	0,84	550
39 1,2	0,3	Raumtemp.	70	0,84

temp.

Tabelle VI

Pro	Mechanische	Dehnung	)	Verformbarkeit	225,6	45,8	412.0	7.2	Keine Ablösung	lirichsen-
be	Eigenschaften	(%)		237,4	47,1	-	-	Keine Ablösung	Wert
Nr.				300,2	31,5	-	-	Keine Ablösung
	Zug	l80°-Biegetest	327,6	25,0	_	—	Keine Ablösung
	festig	*(R =1))**	295.3	32,3	Keine Ablösung
	keit		Vergleichsverfahren:		11,6
	(N/mm³		34	Keine Ablösung	11,6
	Lrfindungsgemäßes Verfahren:	35	Ablösung	10,8
28	36	-	10,1
29	37	_	11,0
30
31		7,0
32		-
-
_

Herkömmliche Verfahren:

Warmwalzen

38 380,6 14,0 Keine Ablösung 8,7

Kaltwalzen

39 304,1 17,5 Keine Ablösung 7,6

*) Der Begriff (R = t) bedeutet, daß der bei der Biegeprüfung (180°) angewandte innere Biegeradius gleich ist der Blechstärke.

Wie aus der obigen Tabelle Vl zu ersehen ist, nehmen die Dehnungswerte und die Erichsen-Werte in beiden Fällen der herkömmlichen Verfahren ab, während bei sämtlichen Experimenten, die im Einklang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt wurden, die Dehnungswerte und die Erichsen-Werte sich nur in geringfügigem Ausmaß von den Werten des aluminierten Stahlblechs unterscheiden. Bei dem 180°-Biegetest zeigen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Proben keine Ablösung des mit dem Stahlblech verbundenen Aluminiums. Dies weist auf die ausgezeichnete Formbarkeit des mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen aluminiumplattierten Stahlblechs hin. Wie aus den Experimenten der Vergleichsverfahren zu ersehen ist, ergibt sich keine Verbindung bei dem Walzvorgang, wenn die prozentuale Querschnittsverminderung des Walzvorgangs geringer ist als der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren definierte Wert, wie es das Experiment Nr. 33 erkennen läßt Der Dehnungswert und der Erichsen-Wert nehmen in starkem Maße ab, wenn die Weichglühbehandlungstemperatur derart niedrig ist, wie es bei dem Experiment Nr. 34 der Fall ist. Bei dem Experiment Nr. 35, bei dem eine hohe Weichglühbehandlungstemperatur angewandt wird, ergibt sich bei dem 180°-Biegetest eine Ablösung der plattierten Aluminiumschicht. Bei den Experimenten 36 und 37, bei denen das aluminierte Stahlblech entweder auf eine zu hohe Temperatur oder auf eine zu tiefe Temperatur erhitzt wird, erfolgt bei dem Walzvorgang keine Verbindung der Bleche. Es ist daher aus diesen Experimenten ersichtlich, daß ohne Anwendung der besonderen Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die den Bereich der Aufheiztemperatur des aluminierten Stahlbleches, den Bereich des Prozentsatzes der Querschnittsverminderung und der Temperaturbereich der Weichglühbehand-

lung einschließen, keine zufriedenstellenden aluminiumpiattierten Stahlbleche erhalten werden können.

Beispiel 4

Man verwendet das in Beispiel 3 eingesetzte aluminierte Stahlblech mit einer Dicke von 1,2 mm, einer Zugfestigkeit von 2693 N/mm², einer Dehnung von 38,1% und einem Erichsen-Wert von 11,2, das auf beiden Seiten durch Schmelztauchen mit einer mit 8 Gew.-% Silicium enthaltenden Aluminium-Silicium-Legierung in einer Dicke von 20 bis 30 um beschichtet worden ist Das aluminierte Stahlblech wird auf die in der nachstehenden Tabelle VII angegebenen Temperaturen erhitzt Dann werden beiden Seiten des aluminierten Stahlblechs mit einem halbharten, ge tem-

ίο

perten Blech aus einer Aluminiumlegierung (Al—1,2% Mn—0,5% Cu) mit einer Dicke von 03 mm bedeckt, das Raumtemperatur aufweist und dessen Bindungsoberfläche durch Polieren mit einer Drahtbürste gereinigt worden ist Anschließend erfolgt der die Verbindung der Materialien bewirkende Walzvorgang unter Anwendung der in der nachstehenden Tabelle VII angegebenen Bedingungen. Nach dem Walzvorgang wird ein Fertigwalzvorgang, gefolgt von einer Weichglühbehandlung durchgeführt, um ein aluminiumplattiertes Stahlblech zu bilden. Aus den erhaltenen aluminiumplattierten Stahlblechen werden Testproben geschnitten die bezüglich ihrer Zugfestigkeit und ihrer Dehnung untersucht werden. Weiterhin werden diese Testprober dem 180°-Biegetest und dem Erichsen-Test unterworfen. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in dei nachstehenden Tabelle VIII angegeben.

Tabelle VII	t Stahlblech	Aluminiumblech	(mm) ( C)	1,2	350	1,2	70	Mechanische	Dehnung	0,3 Raumtemp.	Quer	55	180°-Biegetest Erichsen-	247,2	46,6	Keine Ablösung 16,6	hO	Pro	Dicke nach Quer-	Dicke des	- - -	'-Biegetest	daß der bei der	Weichglüh-
			Erfindungsgemäßes Verfahren:	1,2	100			Eigenschaften	(%)	0,3 Raumtemp.		(R =t)*) Wen	302,1	32,4	Keine Ablösung 10,7		be	dem Walzen schnittsver-	fertigge	- - -	= 0*)	180°) angewandte innere Biegeradius gleicr ■t-ir\tf*	behandlungs-
Experi- Aluminiertes	Dicke		40	1,2	400	1,2	580			0,3 Raumtemp.			338,4	25,0	Keine Ablösung 10.1		Nr.	minderung	stellten				temperatur
menl		Tempe- Dicke Temperatur	41	1,2	400			Zug		0,3 Raumtemp.	schnittsver		298,2	31,3	Keine Ablösung 11,0			tx.im Fer	Bleches
Nr.	(mm)	ratur	42	1,2	500	1,2	450	festig	0,3 Raumtemp.	minderung	Erfindungsgemäßes Verfahren:	296,3	32,0	Keine Ablösung 11,0			tigwalzen
		( C)	43	Vergleichsverfahren:			keit (N/mm²)		beim Ver	40				(mm) (%)	(mm)		( <-)
			44	45	1,2	450		0,3 Raumtemp.	binden	41
		1,2	450			(%)	42			1,31 13	1,14		560
46	Tabelle VIII		0,3 Raumtemp.		43		1,31 20	1,05	421,8 7,0 Keine Ablösung	500
				27	44		1,44 10	1,30	- - Ablösung	400
47	Pro	0,3 Raumtemp.	27		1,35 0	1,35	Der Begriff (R = t) bedeutet.	500
	be		20		1,62 5	1,54	500
48	Nr.	0,3 Raumtemp.	25
49		0,3 Raumtemp.	10		nicht	-	500
				verbunden
		20		nicht	-	500
	Verformbarkeit			verbunden
		20		nicht	-	500
			verbunden
	5		1,44 0	1,44	300
		1,44 10	1,30	600
20			■ Mechanische Verformbarkeit
20		FiBPnirhiiflcn
		1~« If^^l I3L· I IdI IwIl
	Zug- Dehnung 180'	Iirichsen-
	festig- (%) (R =	Wcrt
	keit
(N/mm²)
Vergleichsverfahren:
AS
46	-
47	-
48	7,2
49	-
*) I	Bicgeprülur
(	ι ist der Blecl

130125/2!

Wie aus der obigen Tabelle VIII zu erkennen ist, zeigt das nut Hilfe des errindungsgemäSen Verfahrens erhaltene aluminiumplattierte Stahlblech annähernd die gleiche Zugfestigkeit und annähernd den gleichen Erichsen-Wert wie das aluminierte Stahlblech. Wenn s man dieses Material den·. 180°-Biegetest unterwirft, so löst sich das Aluminium niemals von dem Material ab, woraus die ausgezeichnete Formbarkeit des erhaltenen aluminiumplattierten Stahlblechs ersichtlich ist

Im Gegensatz dazu lassen die gemäß den Vergleichsverfahren durchgeführten Experimente erkennen, daß keine Walzverbindung bei dem Walzvorgang erreicht wird, wenn die Temperatur, auf die das aluminierte Stahlblech erhitzt wird, zu niedrig ist, wie es das Experiment Nr. 45 verdeutlicht, oder zu hoch, wie es das Experiment Nr. 46 erkennen läßt Die Verbindung durch das Walzen ist auch dann nicht möglich, wenn der Walzvorgang bei einer zu niedrigen prozentualen Querschnittsverminderung durchgeführt wird. Weiterhin nehmen die Dehnung, der Erichsen-Wert und die Formbarkeit ab, wenn die bei der Weichglühbehandlung angewandte Temperatur zu niedrig ist Wenn die bei der Weichglühbehandlung angewandte Temperatur andererseits zu hoch ist, nimmt die durch den Walzvorgang erreichte Bindungsstärke ab, was zur Folge hat, daß sich die Aluminiumschicht bei dem 180° -Biegetest ablöst

Es ist somit aus den obigen Beispielen ersichtlich, daß das erfindungsgemäüe Verfahren die einfache Herstellung von aluminiumplattierten Stahlblechen ermöglicht, die sowohl die ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften des Stahlblechs als auch die hervorragende Korrosionsbeständigkeit des Aluminiums besitzen und die durch den Walzvorgang derart gut gebunden sind, daß sie Biegebelastungen zu widerstehen vermögen.

Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen plattiertem Stahlblech, das dem Stahlblech bezüglich seines Tiefziehverhaltens, seiner mechanischen Eigenschaften und seiner Formbarkeit annähernd entspricht und dennoch eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen plattiertem Stahlblech, durch Aufbringen eines Überzugs aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf das Stahlblech im Schmelztauchverfahren, Bedecken einer oder beider Seiten des aluminierten Stahlblechs mit einem Blech aus AJuminium oder einer Aluminiumiegierung, dessen Verbindungsfläche gereinigt worden ist, und Walzen der übereinandergelegten Bleche unter Druckanwendung, dadurch gekennzeichnet, daß man

— ein durch Schmelztauchen aluminiertes Stahlblech auf eine Temperatur von 100 bis 550⁰C erhitzt;

— eine Seite oder beide Seiten des aluminierten Stahlblechs mit dem Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, das Raumtemperatur aufweist, bedeckt; und

— die übereinandergelegten Bleche einem Walzvorgang unterwirft, der mit einer prozentualen Querschnittsverminderung von 10 bis 40% durchgeführt wird.