EP3807435A1 - Trennschicht für die warmumformung - Google Patents

Trennschicht für die warmumformung

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EP3807435A1
EP3807435A1 EP19733973.2A EP19733973A EP3807435A1 EP 3807435 A1 EP3807435 A1 EP 3807435A1 EP 19733973 A EP19733973 A EP 19733973A EP 3807435 A1 EP3807435 A1 EP 3807435A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cover layer
flat steel
steel product
coating
product according
Prior art date
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Pending
Application number
EP19733973.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Linke
Janko Banik
Maria KÖYER
Manuela Ruthenberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3807435A1 publication Critical patent/EP3807435A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • C23C2/12—Aluminium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/26—After-treatment
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    • C23C22/68—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous solutions with pH between 6 and 8
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/56—Electroplating: Baths therefor from solutions of alloys
    • C25D3/565—Electroplating: Baths therefor from solutions of alloys containing more than 50% by weight of zinc
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F11/00—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent
    • C23F11/08—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids
    • C23F11/10—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids using organic inhibitors
    • C23F11/167—Phosphorus-containing compounds
    • C23F11/1676—Phosphonic acids

Definitions

  • the present invention relates to a flat steel product which is suitable for shaping into a component by hot press molding and which has a steel substrate, a coating which is based on aluminum and / or zinc and which protects against corrosion being applied to at least one side of the steel substrate the coating protecting against corrosion is provided with a covering layer, the covering layer having a thickness of less than 100 nm, a method for producing this flat steel product comprising at least the following steps (A) providing a coating with a protective coating against corrosion on at least one side Aluminum and / or zinc based, provided steel substrate, (B) applying a cover layer to at least one side of the steel substrate provided with a protective coating against corrosion by applying a solution of the components contained in the cover layer, and (C) Setting the thickness of the deck ski and a method for producing a hot-pressed component, comprising at least the following steps (D) providing a flat steel product, (E) cutting a blank from the flat steel product from step (D), (F) heating the blank on a Temperature above 700 ° C, and
  • Processes for the production of flat steel products which are suitable for the production of components by hot press molding are known per se to the person skilled in the art.
  • the components manufactured in this way are characterized by very good mechanical properties.
  • the material thicknesses for applications in the automotive sector can be selected to be thinner, so that a weight reduction can be achieved.
  • a corrosion-protective coating based on aluminum and / or zinc must be applied to the flat steel products.
  • the correspondingly coated flat steel products have to be rolled during processing, for example, blanks have to be cut from them and the blanks have to be formed in a hot-forming process, for which the surface finish applied has to be suitable.
  • WO 2012/1 19973 A1 discloses a method in which the corrosion-protecting coating of a flat steel product is provided with a cover layer which contains an oxide, nitride, sulfide, carbide, hydrate or phosphate compound of a base metal.
  • the compounds mentioned are in particle form in the top layer.
  • the cover layer is 100 to 5000 nm thick.
  • the object of the present invention is therefore to provide a flat steel product and a method for its production, which avoids the night parts of the prior art.
  • a flat steel product which is suitable for shaping into a component by hot press molding and which has a steel substrate, a coating protecting against corrosion being applied to aluminum and... On at least one side of the steel substrate / or zinc, and there is a cover layer on the corrosion-protecting coating, the cover layer having a thickness of less than 100 nm.
  • a flat steel product is generally understood to be a sheet, a plate or a steel strip.
  • a steel strip is preferably understood as a flat steel product.
  • the flat steel product can be a hot strip or a cold strip.
  • the suitability of the flat steel product according to the invention to be formed into a component by hot press molding is generally demonstrated by the fact that when the flat steel product is heated, a predominantly austenitic structure develops due to the steel composition. forms, so that easy forming is ensured and that a predominantly martensitic structure with high strength is formed by rapid cooling.
  • the flat steel product according to the invention has a coating which is based on aluminum and / or zinc and protects against corrosion.
  • the coating is preferably on one side of the flat steel product. In a further embodiment, the coating is present on both sides of the flat steel product.
  • the coating protecting against corrosion is present, for example, with a coating weight of 20 to 200 g / m 2 , preferably 30 to 150 g / m 2 , particularly preferably 40 to 100 g / m 2, in each case on each side.
  • Coatings based on zinc and / or aluminum, in particular aluminum, can contain, in addition to zinc and / or aluminum, for example silicon, iron, magnesium, strontium and / or calcium.
  • a particularly preferred coating protecting against corrosion contains 0.01 to 1.5% by weight of aluminum and 0.01 to 3% of magnesium, the rest zinc and unavoidable impurities or 3-15% by weight of silicon (Si), preferably 9 to 10% by weight .-% Si, up to 3.5 wt .-% iron, balance aluminum and unavoidable impurities.
  • the coating protecting against corrosion can generally be applied in all ways known to the person skilled in the art.
  • the existing coatings can be applied, for example, by hot dipping, electrolytic processes, CVD, physical vapor deposition such as by means of steam spraying and / or plating.
  • the flat steel product according to the invention has a thickness of, for example, 0.6 to 3.5 mm, preferably 0.8 to 3.0 mm, particularly preferably 0.8 to 2.75 mm.
  • the cover layer there is a cover layer on the coating based on zinc and / or aluminum and protecting against corrosion, the cover layer having a thickness of less than 100 nm.
  • the cover layer has a thickness of at least 3 nm, more preferably at least 10 nm.
  • the present invention therefore relates to the flat steel product according to the invention, the cover layer having a thickness of at least 3 nm, more preferably at least 10 nm.
  • the thickness of the cover layer present is preferably 20 to 95 nm, more preferably 40 to 95 nm.
  • the cover layer thicknesses mentioned correspond to a cover layer coverage of 0.01 to 5 g / m 2 , preferably 0.05 to 1 g / m 3 .
  • the existing cover layer is preferably distributed heterogeneously, i.e. that the same amount of cover layer is not present at all points of the flat steel product, but that the indicated thicknesses of the cover layer are average values over the flat steel product.
  • the top layer according to the invention preferably contains at least one compound selected from the group consisting of phosphoric acid esters, phosphonic acid esters, sulfates and aluminum (Al (NO 3 ) 3 - and zinc nitrates (Zn (NO 3 ) 2 and mixtures thereof.
  • the sulfate contained in the top layer is selected from the group consisting of ammonium sulfate ((NH 4) 2 S0 4), alkali metal sulfates such as Na 2 S0 4, K 2 S0 4, alkaline earth metal, such as MgS0 4, CaS0 4 , transition metal sulfates, for example CuS0 4 , ZnS0 4 and mixtures thereof.
  • a particularly preferred phosphonic acid ester according to the invention is octadecylphosphonic acid ester.
  • a particularly preferred alkali metal sulfate according to the invention is K 2 S0 4 .
  • the flat steel product according to the invention is particularly suitable for use in the production of components by hot press molding.
  • the present invention therefore also relates to the method for producing a flat steel product according to the invention, comprising at least the following steps:
  • Step (A) of the method according to the invention comprises the provision of a steel substrate provided on at least one side with a coating protecting against corrosion, which is based on aluminum and / or zinc.
  • the steel substrate provided in step (A) of the method according to the invention preferably has the following alloy components (all data in% by weight, remainder Fe and unavoidable impurities):
  • 0 to 0.05 particularly preferably 0 to 0.03, S, 0.001 to 0.050, particularly preferably 0.050 to 0.030, AI,
  • the steel substrate provided according to the invention has a coating which is based on aluminum and / or zinc and protects against corrosion.
  • the coating is preferably present on one side of the steel substrate. In a further embodiment, the coating is on both sides of the steel substrate provided in step (A).
  • the coating protecting against corrosion is present, for example, with a coating weight of 20 to 200 g / m 2 , preferably 30 to 150 g / m 2 , particularly preferably 40 to 100 g / m 2, in each case on each side.
  • Coatings based on zinc and / or aluminum, in particular aluminum, can contain, in addition to zinc and / or aluminum, for example silicon, iron, magnesium, strontium and / or calcium.
  • the coating protecting against corrosion can generally be applied in all ways known to the person skilled in the art.
  • the existing coatings can be applied, for example, by hot dipping, electrolytic processes, CVD, PVD and / or plating.
  • a coating based on aluminum which protects against corrosion is further preferably used. This is preferably applied by hot dipping.
  • the present invention therefore preferably relates to the method according to the invention, wherein in step (A) a steel substrate is provided which has a coating based on zinc which has been applied electrolytically.
  • the present invention preferably relates to the method according to the invention, a steel substrate being provided in step (A) which Has layering based on aluminum, which has been applied by hot dip coating.
  • the steel substrate provided according to the invention has a thickness of, for example, 0.6 to 3.5 mm, preferably 0.8 to 3.0 mm, particularly preferably 0.8 to 2.75 mm.
  • Step (B) of the method according to the invention comprises the application of a cover layer to at least one side of the steel substrate provided with a protective coating against corrosion by application of a solution of the components contained in the cover layer.
  • Suitable compounds or reagents which are used in step (B) of the process according to the invention are in particular selected from the group consisting of phosphoric acid esters, phosphonic acid esters, sulfates, nitrates and mixtures thereof.
  • a sulfate is particularly preferably selected from the group consisting of ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 S0 4 ), alkali metal sulfates, for example Na 2 S0, K 2 S0, alkaline earth metal sulfates, for example MgS0 4 , CaS0 4 , transition metal sulfates , for example CuS0 4 , Zn-S0 4 and mixtures thereof.
  • ammonium sulfate (NH 4 ) 2 S0 4 )
  • alkali metal sulfates for example Na 2 S0, K 2 S0
  • alkaline earth metal sulfates for example MgS0 4 , CaS0 4
  • transition metal sulfates for example CuS0 4 , Zn-S0 4 and mixtures thereof.
  • a particularly preferred phosphonic acid ester according to the invention is octadecylphosphonic acid ester.
  • a particularly preferred alkali metal sulfate according to the invention is K 2 S0 4 .
  • step (B) of the process according to the invention solutions or dispersions of the reagents mentioned are preferably used, particularly preferably aqueous solutions are used.
  • alcoholic solvents such as ethanol, isopropanol, methanol or mixtures thereof can also be used.
  • the present invention preferably relates to the method according to the invention, an aqueous or alcoholic solution being used in step (B).
  • Solutions in particular aqueous solutions, with a concentration of the reagent to be applied of 10 to 100 g / L, more preferably 20 to 80 g / L, are preferably used.
  • Step (B) of the method according to the invention can generally be carried out using all methods known to the person skilled in the art, for example spraying on, dipping, for example in a coater or a rinsing unit, and combinations thereof.
  • step (B) of the method according to the invention so much reagent or solution or dispersion of the reagent is generally applied that a cover layer with a thickness of less than 100 nm forms therefrom in the further course of the method.
  • the reagent or solution or dispersion thereof is applied in step (B) in an amount of 0.01 to 5 g / m 2 , preferably 0.05 to 1 g / m 2 , each per Side, angry.
  • step (C) comprises adjusting the thickness of the cover layer
  • step (C) of the process according to the invention can be carried out using any of the methods known to those skilled in the art, for example by squeezing through a pair of rollers.
  • step (C) of the process according to the invention further process steps known to the person skilled in the art can take place, for example drying the applied cover layer at belt temperatures between 20 to 250 ° C., preferably 20 to 120 ° C., particularly preferably 50 to 120 ° C.
  • step (C) or an optional drying are, for example, rolling up the steel strip obtained, trimming and / or blank cutting.
  • Appropriate methods are known per se to the person skilled in the art.
  • the steel strip is not dried after application of the cover layer, but is rolled up directly.
  • a flat steel product in particular a steel strip, which has a coating based on aluminum and / or zinc and has a cover layer explained above.
  • the flat steel product thus obtained is preferably used in step (D) of the method according to the invention for the production of a hot-pressed component.
  • the present invention therefore also relates to a method for producing a hot-pressed component, comprising at least the following steps:
  • step (E) cutting a blank from the flat steel product from step (D), (F) heating the board to a temperature above 700 ° C, and
  • step (G) Forming the heated blank from step (F) in a forming tool to obtain the hot-pressed component.
  • Step (D) of the method according to the invention comprises providing a flat steel product according to the invention.
  • This flat steel product is preferably produced by the process steps (A), (B) and (C) described above.
  • the flat steel product produced according to the invention is preferably provided as a roll and is therefore preferably rolled off and optionally smoothed before step (E).
  • the flat steel product provided in step (D) of the method according to the invention can be subjected to flexible rolling before step (E) of the method according to the invention.
  • variable sheet thicknesses are produced in almost any sequence in the rolling direction by a process known per se to the person skilled in the art by rolling with adjustable rolling forces which are set by means of a variable roll gap. Due to the flexible rolling, thickness differences of up to 70% are possible within one component.
  • Step (E) of the method according to the invention comprises cutting a blank from the flat steel product from step (D).
  • Methods with which step (E) of the method according to the invention can be carried out are known per se to the person skilled in the art, for example punching, laser cutting and combinations thereof.
  • Step (F) of the method according to the invention comprises heating the circuit board to a temperature above 700 ° C.
  • the circuit board is heated in step (F) to a temperature of 700 to 1000 ° C, particularly preferably 800 to 980 ° C; particularly preferably 850 to 940 ° C.
  • the circuit board is heated to the above-mentioned temperature in step (F) preferably for a time of 5 to 900 s, particularly preferably 5 to 600 s, particularly preferably 120 to 600 s, most preferably 150 to 450 s.
  • the circuit board is heated to the above-mentioned temperature in step (F) preferably at a heating rate of 1 to 200 ° C./s, particularly preferably 1 to 30 ° C./s, most preferably 3 to 20 ° C / s.
  • the heating can take place with a uniform heating rate.
  • step (F) of the method according to the invention can also be carried out using at least two different heating rates, the first average heating rate being particularly preferably 3 to 50 ° C./s, particularly preferably 6 to 20 ° C./s, in particular 8 to 16 ° C / s and the second heating rate is 1 to 10 ° C / s, particularly preferably 2 to 5 ° C / s.
  • the circuit board in step (F) can generally be heated in any atmosphere which appears to be suitable to the person skilled in the art, for example in an atmosphere having an oxygen content of 16 to 25% by volume, nitrogen content of 75 to 84% by volume, Noble gases and other impurities with a content of less than 3% by volume and dew points between -15 ° C and +25 ° C.
  • Step (F) of the method according to the invention can generally be carried out in any device or type of heating which appears to be suitable to the person skilled in the art, in particular in a roller hearth furnace, batch furnace and also by means of induction or conduction.
  • the flat steel product used preferably has a structure containing ferrite, bainite, pearlite.
  • the flat steel product After the flat steel product has been heated in step (F) of the method according to the invention as described above, it preferably has a structure containing austenite and ferrite.
  • Step (G) of the method according to the invention comprises the shaping of the heated blank from step (F) in a shaping tool in order to obtain the hot-pressed component.
  • Suitable forming tools are known per se to the person skilled in the art.
  • the shaping is known per se to the person skilled in the art and is described for example in EP 2 993 248 A1.
  • the transfer time i.e. the time from leaving the furnace in step (F) of the method according to the invention until the heated blank is introduced into the forming tool, 1 to 20 s, particularly preferably 3 to 12 s.
  • the present invention preferably relates to the method according to the invention, it having the following step (H) after step (G):
  • step (H) cooling the component from step (G) in order to obtain a hardness structure in the component.
  • step (H) the formed blank is cooled. This is preferably done at a cooling rate of 20 to 1000 ° C / s.
  • the formed component is obtained.
  • This preferably has a structure containing martensite, austenite and ferrite.
  • the present invention also relates to the use of a flat steel product according to the invention in the manufacture of motor vehicle parts, crash-relevant components such as e.g. B-pillars, sills, bumpers, tunnel systems and others.
  • crash-relevant components such as e.g. B-pillars, sills, bumpers, tunnel systems and others.
  • Example 1 (according to the invention):
  • a steel strip with the composition given in Table 1 is coated on both sides with a protective coating of 9% by weight Si, 2.5% by weight Fe, 1% by weight of unavoidable impurities and the rest of aluminum.
  • the edition is set to 70 g / m 2 per side.
  • the strip After passing through the melt pool, the strip passes through a coater in a direct line.
  • the coating is carried out with an aqueous potassium sulfate solution with a concentration of 50 g / l, the rollers applying 0.2 g / m 2 of potassium sulfate per surface.
  • a heterogeneously distributed layer with an average layer of 90 nm remains on the surface.
  • the tape is then wound up without further drying.
  • the steel strip is then rolled in such a way that there are sudden changes in thickness at short intervals, for example from 1.7 mm to 1.25 mm etc.
  • the coating acts as a release agent and there is a reduced cleaning effort, while remaining the surface of the tape preserved in their quality and quantity. This is followed by blank cutting and hot forming at 925 ° C and a holding time of 5 minutes.
  • a steel strip with the composition given in Table 2 is electrolytically coated with zinc.
  • the zinc coating has a circulation of 7 pm on each side.
  • the rinsing unit is used to spray octa-decylphosphonic acid ester dissolved in ethanol at a concentration of 1 mM / l onto the belt.
  • the liquid film is then squeezed off by means of rollers. A coating of 0.1 g / m 2 per side of the solution of the ester remains on the surface. There is then no drying step. A layer with an average layer of 10 nm per side remains on the surface.
  • the tape is then wound up. In a later processing step, the rolling takes place in different stages. Initial thickness is 3mm and the steps are as follows: 2.75mm, 2.2mm, 1.5mm and 1.35mm.
  • the octadecylphosphonic acid ester acts as a release agent between the surface of the anti-corrosion coating and the roller surface. With higher degrees of rolling there are increased forces, which in some cases allow the corrosion-protecting coating to be mechanically welded to the roller. In the presence of the octadecylphosphonic acid ester, this would partially remove the anti-corrosion coating.
  • a steel strip with the composition according to Table 3 is coated on both sides with a protective coating of 8.5% by weight Si, 2.5% by weight Fe, 1% by weight of unavoidable impurities and the rest of aluminum.
  • the overlay is set to 75 g / m 2 per side.
  • Table 3 Composition of the steel strip from Example 3
  • the strip After passing through the melt pool, the strip passes through a coater in a direct line. This is followed by coating with an aqueous potassium sulfate solution (as in Example 1) by applying the rollers at 0.4 g / m 2 on each side. A heterogeneously distributed layer with an average layer of 170 nm per side remains on the surface.
  • the tape is then wound up without a further drying unit.
  • the steel strip is then rolled in such a way that there are jumps in thickness at short intervals, for example from 1.7 mm to 1.25 mm. In this process, the coating acts as a release agent and there is less cleaning effort, while the surface and quality of the strip are retained. With layer thicknesses above, increased soiling can occur due to abrasion. This is followed by blank cutting and hot forming at 925 ° C and a holding time of 5 minutes.
  • Coated steel strips can be obtained by the method according to the invention, which show advantages in a subsequent hot forming step.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stahlflachprodukt, das für die Umformung zu einem Bauteil durch Warmpressformen geeignet ist und das ein Stahlsubstrat aufweist, wobei auf wenigstens einer Seite des Stahlsubstrats eine vor Korrosion schützende Beschichtung aufgebracht ist, die aus Aluminium und/oder Zink basiert und auf der vor Korrosion schützenden Beschichtung eine Deckschicht vorliegt, wobei die Deckschicht eine Dicke von kleiner als 100 nm aufweist, ein Verfahren zur Herstellung dieses Stahlflachprodukts umfassend wenigstens die folgenden Schritte (A) Bereitstellen eines zumindest einseitig mit einer vor Korrosion schützenden Beschichtung, die aus Aluminium und/oder Zink basiert, versehenen Stahlsubstrats, (B) Aufbringen einer Deckschicht auf mindestens eine mit einer vor Korrosion schützenden Beschichtung versehenen Seite des Stahlsubstrats durch Applikation einer Lösung der in der Deckschicht enthaltenden Komponenten, und (C) Einstellen der Dicke der Deckschicht, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines warmpressgeformten Bauteils aus diesem Stahlflachprodukt.

Description

Trennschicht für die Warmumformung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stahlflachprodukt, das für die Umformung zu einem Bauteil durch Warmpressformen geeignet ist, und das ein Stahlsubstrat aufweist, wobei auf wenigstens einer Seite des Stahlsubstrats eine vor Korrosion schützende Beschichtung aufgebracht ist, die auf Aluminium und/oder Zink basiert und auf der vor Korrosion schützenden Beschichtung eine Deckschicht vorliegt, wobei die Deckschicht eine Dicke von kleiner als 100 nm aufweist, ein Ver- fahren zur Herstellung dieses Stahlflachprodukts umfassend wenigstens die folgenden Schritte (A) Bereitstellen eines zumindest einseitig mit einer vor Korrosion schützenden Beschichtung, die auf Aluminium und/oder Zink basiert, versehenen Stahlsubstrats, (B) Aufbringen einer Deck- schicht auf mindestens eine mit einer vor Korrosion schützenden Beschichtung versehenen Sei- te des Stahlsubstrats durch Applikation einer Lösung der in der Deckschicht enthaltenden Kom- ponenten, und (C) Einstellen der Dicke der Deckschicht, sowie ein Verfahren zur Herstellung ei- nes warmpressgeformten Bauteils, umfassend wenigstens die folgenden Schritte (D) Bereitstel- len eines Stahlflachprodukts, (E) Schneiden einer Platine aus dem Stahlflachprodukt aus Schritt (D), (F) Erwärmen der Platine auf einer Temperatur oberhalb 700 °C, und (G) Umformen der er- wärmten Platine aus Schritt (F) in einem Umformwerkzeug, um das warmpressgeformte Bauteil zu erhalten.
Technischer Hintergrund
Verfahren zur Herstellung von Stahlflachprodukten, die zur Herstellung von Bauteilen durch Warm pressformen geeignet sind, sind dem Fachmann an sich bekannt. Die so hergestellten Bau- teile zeichnen sich durch sehr gute mechanische Eigenschaften aus. Dadurch können die Mate- rialdicken für Anwendungen im Automobilbereich dünner gewählt werden, so dass eine Gewichts- reduktion erzielt werden kann. Auf die Stahlflachprodukte muss eine gegen Korrosion schützen- de Beschichtung auf Basis von Aluminium und/oder Zink aufgebracht werden. Die entsprechend beschichteten Stahlflachprodukte müssen während der Verarbeitung beispielsweise gewalzt wer- den, aus ihnen müssen Platinen geschnitten werden und die Platinen müssen in einem Warmum- formprozess umgeformt werden, wozu die aufgebrachte Oberflächenveredelung entsprechend geeignet sein muss. Bei den bislang bekannten Produkten kann es aber zu verschiedenen Fehl- bildern kommen, beispielsweise Ablösung der Veredelung beim Walzen, Anhaftung der Verede- lung an der Walze, Schädigung der Diffusionsschicht und/oder Einwalzungen von Fremdstoffen. In der WO 2012/1 19973 A1 wird ein Verfahren offenbart, in der die vor Korrosion schützende Be- schichtung eines Stahlflachprodukts mit einer Deckschicht versehen wird, die eine Oxid-, Nitrid-, Sulfid-, Carbid-, Hydrat- oder Phosphat-Verbindung eines unedlen Metalls enthält. In der Deck- schicht liegen die genannten Verbindungen in Partikelform vor. Die Deckschicht ist 100 bis 5000 nm dick.
In der DE 699 06 555 T2 wird ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Zink-Oberflächen beschrieben. Dazu wird eine Lösung von Zinkhydroxysulfat auf die Zinkschicht aufgebracht.
Die Verfahren, die Optik und Qualität der nach dem Warmumformen erhaltenen Bauteile, sowie die Auswirkungen der Stahlflachprodukte auf das Presswerkzeug, jeweils gemäß Stand der Tech- nik, können noch weiter verbessert werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Stahlflachprodukt und ein Verfahren zu des- sen Herstellung bereitzustellen, welches die Nachtteile des Stands der Technik vermeidet. Ins- besondere ist es erfindungsgemäß eine Aufgabe, ein mit einer vor Korrosion schützenden Be- schichtung versehenes Stahlflachprodukt bereitzustellen, dass die oben genannten Fehlbilder nach der Warmumformung nicht aufweist.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch ein Stahlflachprodukt, das für die Umfor- mung zu einem Bauteil durch Warmpressformen geeignet ist, und das ein Stahlsubstrat aufweist, wobei auf wenigstens einer Seite des Stahlsubstrats eine vor Korrosion schützende Beschich- tung aufgebracht ist, die auf Aluminium und/oder Zink basiert, und auf der vor Korrosion schüt- zenden Beschichtung eine Deckschicht vorliegt, wobei die Deckschicht eine Dicke von kleiner als 100 nm aufweist.
Erfindungsgemäß wird unter einem Stahlflachprodukt im Allgemeinen ein Blech, eine Platine oder ein Stahlband verstanden. Erfindungsgemäß bevorzugt wird als Stahlflachprodukt ein Stahlband verstanden. Des Weiteren kann es sich bei dem Stahlflachprodukt um ein Warmband oder ein Kaltband handeln.
Die Eignung des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts durch Warmpressformen zu einem Bau- teil umgeformt zu werden, zeigt sich im Allgemeinen dadurch, dass sich beim Erhitzen des Stahl flachprodukts aufgrund der Stahlzusammensetzung ein überwiegend austenitisches Gefüge aus- bildet, so dass eine leichte Umformung gewährleistet ist, und dass sich durch schnelles Abküh- len ein überwiegend martensitisches Gefüge mit hoher Festigkeit ausbildet.
Bevorzugt wird in dem erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt ein Stahl eingesetzt, welcher die folgenden Inhaltsstoffe aufweist (alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunrei- nigungen):
0,01 bis 0,400, besonders bevorzugt 0,05 bis 0,35, C,
0,1 bis 1 ,0, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,6, Si,
0,1 bis 4,0, besonders bevorzugt 0,5 bis 2,0, Mn,
0 bis 0,05, besonders bevorzugt 0 bis 0,03, P,
0 bis 0,05, besonders bevorzugt 0 bis 0,03, S,
0,001 bis 0,050, besonders bevorzugt 0,050 bis 0,030, AI,
0 bis 0,8, besonders bevorzugt 0 bis 0,6, Nb,
0,005 bis 0,08, besonders bevorzugt 0,008 bis 0,06, Ti,
0 bis 0,010, besonders bevorzugt 0 bis 0,008, B,
0 bis 1 ,0, besonders bevorzugt 0 bis 0,6, Cr+Mo.
Das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt weist eine auf Aluminium und/oder Zink basierende und vor Korrosion schützende Beschichtung auf. Die Beschichtung liegt erfindungsgemäß bevor- zugt auf einer Seite des Stahlflachprodukts vor. In einer weiteren Ausführungsform liegt die Be- schichtung auf beiden Seiten des Stahlflachprodukts vor.
Auf dem erfindungsgemäß eingesetzten Stahlflachprodukt liegt die gegen Korrosion schützende Beschichtung beispielsweise mit einem Auflagengewicht von 20 bis 200 g/m2, bevorzugt 30 bis 150 g/m2, besonders bevorzugt 40 bis 100 g/m2 jeweils pro Seite, vor.
Auf Zink und/oder Aluminium, insbesondere Aluminium basierende Beschichtungen können ne- ben Zink und/oder Aluminium beispielsweise Silizium, Eisen, Magnesium, Strontium und/oder Calcium enthalten.
Eine besonders bevorzugte vor Korrosion schützende Beschichtung enthält 0,01 bis 1 ,5 Gew. Aluminium und 0,01 bis 3 % Magnesium, Rest Zink und unvermeidbare Verunreinigungen oder 3-15 Gew.-% Silizium (Si), bevorzugt 9 bis 10 Gew.-% Si, bis zu 3,5 Gew.-% Eisen, Rest Alumi- nium und unvermeidbare Verunreinigungen. Die vor Korrosion schützende Beschichtung kann im Allgemeinen auf alle dem Fachmann be- kannten Arten aufgebracht werden. Die vorhandenen Beschichtungen können beispielsweise durch Schmelztauchen, elektrolytische Verfahren, CVD, physikalische Gasphasenabscheidung wie z.B. mittels Dampfspritze und/oder Plattieren aufgebracht werden.
Erfindungsgemäß bevorzugt wird als vor Korrosion schützende Beschichtung rein Zink (einge- setzt, welches weiter bevorzugt elektrolytisch aufgebracht wird sowie Zinklegierungen (0,01 bis 1 ,5 Gew. Aluminium und 0,01 bis 3 % Magnesium) die durch das Schmelztauchverfahren aufge- bracht wird. Weiter bevorzugt wird eine auf Aluminium basierende vor Korrosion schützende Be- schichtung eingesetzt, welche weiter durch Schmelztauchen aufgebracht wird.
Das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt weist eine Dicke von beispielsweise 0,6 bis 3,5 mm, bevorzugt 0,8 bis 3,0 mm, besonders bevorzugt 0,8 bis 2,75 mm, auf.
Erfindungsgemäß liegt auf der auf Zink und/oder Aluminium basierenden und gegen Korrosion schützenden Beschichtung eine Deckschicht vor, wobei die Deckschicht eine Dicke von kleiner als 100 nm aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Deckschicht eine Dicke von mindestens 3 nm, weiter bevorzugt mindestens 10 nm, auf. Die vorliegende Erfindung betrifft daher das erfindungs- gemäße Stahlflachprodukt, wobei die Deckschicht eine Dicke von mindestens 3 nm, weiter be- vorzugt mindestens 10 nm, aufweist.
Bevorzugt beträgt die Dicke der der vorhandenen Deckschicht 20 bis 95 nm, weiter bevorzugt 40 bis 95 nm. Die genannten Deckschichtdicken entsprechen einer Deckschichtauflage von 0,01 bis 5 g/m2, bevorzugt 0,05 bis 1 g/m3.
Die vorhandene Deckschicht ist bevorzugt heterogen verteilt, d.h., dass nicht an allen Stellen des Stahlflachprodukts die gleiche Menge an Deckschicht vorliegt, sondern dass die angegebenen Dicken der Deckschicht Durchschnittswerte über das Stahlflachprodukt sind.
Die erfindungsgemäß vorliegende Deckschicht enthält bevorzugt wenigstens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Phosphorsäurestern, Phosphonsäureestern, Sulfa- ten sowie Aluminium (AI(N03)3- und Zinknitrate (Zn(N03)2 und Mischungen davon enthält. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das in der Deckschicht enthaltene Sulfat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ammoniumsulfat ((NH4)2S04), Alkalimetallsulfaten, beispielswei- se Na2S04, K2S04, Erdalkalimetallsulfaten, beispielsweise MgS04, CaS04, Übergangsmetallsul- faten, beispielsweise CuS04, ZnS04 und Mischungen davon.
Ein erfindungsgemäß besonders bevorzugter Phosphonsäureester ist Octadecylphosphonsäu- reester. Ein erfindungsgemäß besonders bevorzugtes Alkalimetallsulfat ist K2S04.
Aufgrund der erfindungsgemäß vorliegenden vorteilhaften Oberfläche ist das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt besonders geeignet, zur Herstellung von Bausteilen durch Warmpressformen eingesetzt zu werden.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung auch das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsge- mäßen Stahlflachprodukts umfassend wenigstens die folgenden Schritte:
(A) Bereitstellen eines zumindest einseitig mit einer vor Korrosion schützenden Beschichtung, die auf Aluminium und/oder Zink basiert, versehenen Stahlsubstrats,
(B) Aufbringen einer Deckschicht auf mindestens eine mit einer vor Korrosion schützenden Beschichtung versehenen Seite des Stahlsubstrats durch Applikation einer Lösung der in der Deckschicht enthaltenden Komponenten, und
(C) Einstellen der Dicke der Deckschicht.
Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Bereitstellen eines zumindest einsei- tig mit einer vor Korrosion schützenden Beschichtung, die auf Aluminium und/oder Zink basiert, versehenen Stahlsubstrats.
Das in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte Stahlsubstrat weist bevor- zugt die folgenden Legierungskomponenten auf (alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unver- meidbare Verunreinigungen):
0,01 bis 0,400, besonders bevorzugt 0,05 bis 0,35, C,
0,1 bis 1 ,0, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,6, Si,
0,1 bis 4,0, besonders bevorzugt 0,5 bis 2,0, Mn,
0 bis 0,05, besonders bevorzugt 0 bis 0,03, P,
0 bis 0,05, besonders bevorzugt 0 bis 0,03, S, 0,001 bis 0,050, besonders bevorzugt 0,050 bis 0,030, AI,
0 bis 0,8, besonders bevorzugt 0 bis 0,6, Nb,
0,005 bis 0,08, besonders bevorzugt 0,008 bis 0,06, Ti,
0 bis 0,010, besonders bevorzugt 0 bis 0,008, B,
0 bis 1 ,0, besonders bevorzugt 0 bis 0,6, Cr+Mo.
Das erfindungsgemäß bereitgestellte Stahlsubstrat weist eine auf Aluminium und/oder Zink ba- sierende und vor Korrosion schützende Beschichtung auf. Die Beschichtung liegt erfindungsge- mäß bevorzugt auf einer Seite des Stahlsubstrats vor. In einer weiteren Ausführungsform liegt die Beschichtung auf beiden Seiten des in Schritt (A) bereitgestellten Stahlsubstrats vor.
Auf dem erfindungsgemäß eingesetzten Stahlsubstrat liegt die gegen Korrosion schützende Be- schichtung beispielsweise mit einem Auflagengewicht von 20 bis 200 g/m2, bevorzugt 30 bis 150 g/m2, besonders bevorzugt 40 bis 100 g/m2 jeweils pro Seite, vor.
Auf Zink und/oder Aluminium, insbesondere Aluminium basierende Beschichtungen können ne- ben Zink und/oder Aluminium beispielsweise Silizium, Eisen, Magnesium, Strontium und/oder Calcium enthalten.
Die vor Korrosion schützende Beschichtung kann im Allgemeinen auf alle dem Fachmann be- kannten Arten aufgebracht werden. Die vorhandenen Beschichtungen können beispielsweise durch Schmelztauchen, elektrolytische Verfahren, CVD, PVD und/oder Plattieren aufgebracht werden.
Erfindungsgemäß bevorzugt wird als vor Korrosion schützende Beschichtung Zink oder einge- setzt. Dieses wird weiter bevorzugt elektrolytisch aufgebracht. Weiter bevorzugt wird eine auf Alu- minium basierende vor Korrosion schützende Beschichtung eingesetzt. Diese wird bevorzugt durch Schmelztauchen aufgebracht.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei in Schritt (A) ein Stahlsubstrat bereitgestellt wird, welches eine Beschichtung auf Basis Zink auf- weist, die elektrolytisch aufgebracht worden ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einer weiteren Ausführungsform bevorzugt das erfindungs- gemäße Verfahren, wobei in Schritt (A) ein Stahlsubstrat bereitgestellt wird, welches eine Be- Schichtung auf Basis Aluminium aufweist, die durch Schmelztauchbeschichtung aufgebracht worden ist.
Das erfindungsgemäß bereitgestellte Stahlsubstrat weist eine Dicke von beispielsweise 0,6 bis 3,5 mm, bevorzugt 0,8 bis 3,0 mm, besonders bevorzugt 0,8 bis 2,75 mm, auf.
Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Aufbringen einer Deckschicht auf mindestens eine mit einer vor Korrosion schützenden Beschichtung versehenen Seite des Stahl substrats durch Applikation einer Lösung der in der Deckschicht enthaltenden Komponenten.
Geeignete Verbindungen bzw. Reagenzien, die in Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden, sind insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Phosphorsäu- restern, Phosphonsäureestern, Sulfaten, Nitraten und Mischungen davon enthält.
Besonders bevorzugt wird in Schritt (B) ein Sulfat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ammoniumsulfat ((NH4)2S04), Alkalimetallsulfaten, beispielsweise Na2S0 , K2S0 , Erdalkalime- tallsulfaten, beispielsweise MgS04, CaS04, Übergangsmetallsulfaten, beispielsweise CuS04, Zn- S04 und Mischungen davon, eingesetzt.
Ein erfindungsgemäß besonders bevorzugter Phosphonsäureester ist Octadecylphosphonsäu- reester. Ein erfindungsgemäß besonders bevorzugtes Alkalimetallsulfat ist K2S04.
In Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bevorzugt Lösungen oder Dispersio- nen der genannten Reagenzien eingesetzt, insbesondere bevorzugt werden wässrige Lösun- gen eingesetzt. Zusätzlich zu oder anstelle von Wasser können auch alkoholische Lösungsmit- tel wie Ethanol, Iso-Propanol, Methanol oder Mischungen davon können eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei in Schritt (B) eine wässrige oder alkoholische Lösung verwendet wird.
Bevorzugt werden Lösungen, insbesondere wässrige Lösungen, mit einer Konzentration des aufzubringenden Reagenzes von 10 bis 100 g/L, weiter bevorzugt 20 bis 80 g/L, eingesetzt.
Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann im Allgemeinen mit allen dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise Aufsprühen, Tauchen, beispielsweise in einem Coater oder einer Spüleinheit, und Kombinationen davon. In Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Allgemeinen so viel Reagenz bzw. Lö- sung oder Dispersion des Reagenzes aufgetragen, dass sich im weiteren Verlauf des Verfahrens daraus eine Deckschicht mit einer Dicke von kleiner als 100 nm bildet. In einer bevorzugten Aus- führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt (B) das Reagenz bzw. Lösung oder Dispersion davon in einer Auflagenmenge von 0,01 bis 5 g/m2, bevorzugt 0,05 bis 1 g/m2, jeweils pro Seite, aufgebracht.
Optional umfasst Schritt (C) das Einstellen der Dicke der Deckschicht
Im Allgemeinen kann Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens mit allen dem Fachmann bekannten Methoden erfolgen, beispielsweise mittels Abquetschen durch ein Walzenpaar.
Nach Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens können weitere dem Fachmann bekannte Verfahrensschritte erfolgen, beispielsweise ein Trocknen der aufgetragenen Deckschicht bei Bandtemperaturen zwischen 20 bis 250 °C, bevorzugt 20 bis 120 °C, besonders bevorzugt 50 bis 120 °C.
Weitere optionale Schritte, die sich an Schritt (C) bzw. ein optionales Trocknen anschließen sind beispielsweise Aufrollen des erhaltenen Stahlbands, Besäumen und/oder Platinenzuschnitte. Entsprechende Verfahren sind dem Fachmann an sich bekannt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Stahl band nach Aufbringen der Deckschicht nicht getrocknet, sondern direkt aufgerollt.
Nach Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Stahlflachprodukt, insbesondere ein Stahlband, erhalten, welches eine Beschichtung, die auf Aluminium und/oder Zink basiert, und darauf eine oben erläuterte Deckschicht aufweist. Erfindungsgemäß bevorzugt wird das so erhaltene Stahlflachprodukt in Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung ei- nes warmpressgeformten Bauteils eingesetzt.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zur Herstellung eines warmpressge- formten Bauteils, umfassend wenigstens die folgenden Schritte:
(D) Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts,
(E) Schneiden einer Platine aus dem Stahlflachprodukt aus Schritt (D), (F) Erwärmen der Platine auf einer Temperatur oberhalb 700 °C, und
(G) Umformen der erwärmten Platine aus Schritt (F) in einem Umformwerkzeug, um das warmpressgeformte Bauteil zu erhalten.
Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts. Die Herstellung dieses Stahlflachprodukts erfolgt bevorzugt durch die oben beschriebenen Verfahrensschritte (A), (B) und (C). Das erfindungsgemäß hergestellte Stahl- flachprodukt wird bevorzugt als Rollenware bereitgestellt und daher vor Schritt (E) bevorzugt ab- gerollt und gegebenenfalls geglättet.
Das in Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte Stahlflachprodukt kann in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor Schritt (E) des erfindungsgemä- ßen Verfahrens einem flexiblen Walzen unterworfen werden. Dabei wird durch ein dem Fach- mann an sich bekanntes Verfahren durch Walzen mit einstellbaren Walzkräften, welche durch einen veränderlichen Walzspalt eingestellt werden, variable Blechdicken in nahezu beliebiger Abfolge in Walzrichtung erzeugt. Durch das flexible Walzen sind Dickenunterschiede bis zu 70% innerhalb eines Bauteils möglich.
Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Schneiden einer Platine aus dem Stahlflachprodukt aus Schritt (D). Methoden, mit denen Schritt (E) des erfindungsgemäßen Ver- fahrens durchgeführt werden kann, sind dem Fachmann an sich bekannt, beispielsweise Stan- zen, Laserschnitt und Kombinationen davon.
Schritt (F) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Erwärmen der Platine auf einer Temperatur oberhalb 700 °C.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Erwär- men der Platine in Schritt (F) auf eine Temperatur von 700 bis 1000 °C, besonders bevorzugt 800 bis 980 °C; besonders bevorzugt 850 bis 940 °C.
Das Erwärmen der Platine in Schritt (F) auf die oben genannte Temperatur erfolgt erfindungs- gemäß bevorzugt für eine Zeit von 5 bis 900 s, besonders bevorzugt 5 bis 600 s, besonders be- vorzugt 120 bis 600 s, am meisten bevorzugt 150 bis 450 s.
Das Erwärmen der Platine in Schritt (F) auf die oben genannte Temperatur erfolgt erfindungs- gemäß bevorzugt mit einer Aufheizrate von 1 bis 200 °C/s, besonders bevorzugt 1 bis 30 °C/s, am meisten bevorzugt 3 bis 20 °C/s. Das Aufheizen kann mit einer einheitlichen Aufheizrate er- folgen. In einer weiteren Ausführungsform kann Schritt (F) des erfindungsgemäßen Verfahrens auch unter Verwendung von mindestens zwei unterschiedlichen Aufheizraten erfolgen, wobei besonders bevorzugt die erste mittlere Aufheizrate 3 bis 50 °C/s, besonders bevorzugt 6 bis 20 °C/s, insbesondere 8 bis 16 °C/s und die zweite Aufheizrate 1 bis 10 °C/s, besonders bevorzugt 2 bis 5 °C/s, beträgt.
Das Erwärmen der Platine in Schritt (F) kann im Allgemeinen in jeder dem Fachmann als geeig- net erscheinenden Atmosphäre erfolgen, beispielsweise in einer Atmosphäre aufweisend einen Sauerstoffgehalt von 16 bis 25 Vol.-%, Stickstoffgehalt von 75 bis 84 Vol.-%, Edelgase und wei- teren Verunreinigungen mit einem Gehalt von kleiner 3 Vol.-% und Taupunkte zwischen -15 °C bis +25 °C.
Schritt (F) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann im Allgemeinen in jeder dem Fachmann als geeignet erscheinenden Vorrichtung bzw. Aufheizart erfolgen, insbesondere in einem Rollen- herdofen, Batchofen wie auch mittels Induktion, Konduktion.
Vor Schritt (F) des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das eingesetzte Stahlflachprodukt be- vorzugt ein Gefüge auf, enthaltend Ferrit, Bainit, Perlit. Nachdem das Stahlflachprodukt in Schritt (F) des erfindungsgemäßen Verfahrens wie oben beschrieben erwärmt worden ist, weist es be- vorzugt ein Gefüge auf, enthaltend Austenit und Ferrit.
Schritt (G) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Umformen der erwärmten Platine aus Schritt (F) in einem Umformwerkzeug, um das warmpressgeformte Bauteil zu erhalten. Ge- eignete Umformwerkzeuge sind dem Fachmann an sich bekannt. Des Weiteren ist das Umfor- men an sich dem Fachmann bekannt und beispielsweise in EP 2 993 248 A1 beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Transferzeit, d.h. die Zeit ab dem Verlassen des Ofens in Schritt (F) des erfindungsgemäßen Verfahrens bis zum Einbringen der erwärmten Platine in das Umformwerkzeug, 1 bis 20 s, besonders bevorzugt 3 bis 12 s.
Die vorliegende Erfindung betrifft bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei es an Schritt (G) anschließend den folgenden Schritt (H) aufweist:
(H) Abkühlen des Bauteils aus Schritt (G), um in dem Bauteil ein Härtegefüge zu erhalten. In Schritt (H) wird die umgeformte Platine abgekühlt. Dies erfolgt weiter bevorzugt mit einer Ab- kühlrate von 20 bis 1000 °C/s.
Nach Schritt (G) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das umgeformte Bauteil erhalten. Die- ses weist bevorzugt ein Gefüge auf, enthaltend Martensit, Austenit und Ferrit.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Stahlflach- produkts bei der Herstellung von Kraftfahrzeugteilen, crashrelevanten Bauteilen wie z.B. B-Säu- len, Schweller, Bumper, Tunnelsysteme und weitere.
Beispiele
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung.
Beispiel 1 (erfindunqsqemäß):
Ein Stahlband mit der in Tabelle 1 genannten Zusammensetzung wird im Schmelztauchverfah- ren beidseitig mit einem Schutzüberzug aus 9 Gew.-% Si, 2,5 Gew.-% Fe, 1 Gew.-% unvermeid- bare Verunreinigungen und Rest Aluminium beschichtet. Die Auflage wird je Seite auf 70 g/m2 eingestellt.
Tabelle 1 : Zusammensetzung des Stahlbands aus Beispiel 1
Alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und Verunreinigungen
Nach Durchlaufen des Schmelzbads durchläuft das Band in direkter Linie einen Coater. In die- sem wird die Beschichtung mit einer wässrigen Kaliumsulfat-Lösung mit einer Konzentration von 50 g/l durchgeführt, wobei die Walzen 0,2 g/m2 Kaliumsulfat je Oberflächen auftragen. Auf der Oberfläche verbleibt eine heterogen verteilte Schicht mit einer mittleren Auflage von 90 nm. Im Anschluss wird das Band ohne weitere Trocknung aufgewickelt. Das Stahlband wird dann an- schließend so gewalzt, dass es in kurzen Abständen zu Dickensprüngen kommt, beispielsweise von 1 ,7 mm auf 1 ,25 mm usw. Bei diesem Prozess wirkt die Beschichtung als Trennmittel und es kommt zu einem verringerten Reinigungsaufwand, gleichzeitig bleibt die Oberfläche des Bandes in Ihrer Qualität und Quantität erhalten. Im Anschluss erfolgen dann der Platinen-Zuschnitt und die Warmumformung bei 925 °C und einer Haltezeit von 5 Minuten.
Beispiel 2 (erfindunqsqemäß'):
Ein Stahlband mit der in Tabelle 2 genannten Zusammensetzung wird elektrolytisch mit Zink be- schichtet. Der Zinküberzug weist eine Auflage von jeweils 7 pm pro Seite auf.
Tabelle 2: Zusammensetzung des Stahlbands aus Beispiel 2
Alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen
Direkt im Anschluss an die elektrolytische Beschichtung wird die Spüleinheit genutzt, um Octa- decylphosphonsäureester gelöst in Ethanol mit einer Konzentration von 1 mM/l auf das Band zu sprühen. Um eine geeignete Belegung einzustellen, erfolgt danach das Abquetschen des Flüs sigkeitsfilms mittels Walzen. Es verbleibt auf der Oberfläche eine Auflage von 0,1 g/m2 je Seite der Lösung des Esters. Es erfolgt im Anschluss kein Trocknungsschritt. Auf der Oberfläche ver- bleibt eine Schicht mit einer mittleren Auflage von 10 nm je Seite. Das Band wird danach aufge- wickelt. In einem späteren Verarbeitungsschritt findet dann die Walzung in verschiedenen Stufen statt. Ausgangsdicke ist 3 mm und die Stufen sind wie folgt: 2,75 mm, 2,2 mm, 1 ,5 mm und 1 ,35 mm. Der Octadecylphosphonsäureester fungiert dabei als Trennmittel zwischen der Oberfläche des korrosionsschützenden Überzuges und der Walzenoberfläche. Bei erhöhten Walzgraden kommt es zu erhöhten Kräften, die teilweise eine mechanische Verschweißung des korrosions- schützenden Überzuges mit der Walze ermöglichen. Dadurch käme es in Anwesenheit des Oc- tadecylphosphonsäureester zu einer teilweisen Entfernung des korrosionsschützenden Überzu- ges.
Beispiel 3 (nicht erfindunqsqemäß):
Ein Stahlband mit der Zusammensetzung gemäß Tabelle 3 wird im Schmelztauchverfahren beid- seitig mit einem Schutzüberzug aus 8,5 Gew.-% Si, 2,5 Gew.-% Fe, 1 Gew.-% unvermeidbare Verunreinigungen und Rest Aluminium beschichtet. Die Auflage wird je Seite auf 75 g/m2 einge- stellt. Tabelle 3: Zusammensetzung des Stahlbands aus Beispiel 3
Alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe unc unvermeidbare Verunreinigungen
Nach dem Durchlaufen des Schmelzbads durchläuft das Band in direkter Linie einen Coater. In diesem erfolgt eine Beschichtung mit einer wässrigen Kaliumsulfat-Lösung (wie in Beispiel 1 ), in- dem die Walzen 0,4 g/m2 je Seite auftragen. Auf der Oberfläche verbleibt eine heterogen verteil- te Schicht mit einer mittleren Auflage von 170 nm je Seite. Im Anschluss wird das Band ohne wei- tere Trocknungseinheit aufgewickelt. Das Stahlband wird dann anschließend so gewalzt, dass es in kurzen Abständen zu Dickensprüngen kommt, beispielsweise von 1 ,7 mm auf 1 ,25 mm. Bei diesem Prozess wirkt die Beschichtung als Trennmittel und es kommt zu einem verringerten Rei- nigungsaufwand, gleichzeitig bleibt die Oberfläche des Bandes in Ihrer Qualität und Quantität er- halten. Bei Schichtdicken oberhalb kann es aufgrund Abrieb zu erhöhten Verschmutzungen kom- men. Im Anschluss erfolgen dann der Platinen-Zuschnitt und die Warmumformung bei 925 °C und einer Haltezeit von 5 Minuten.
Die hohe Auflage von 170 nm je Seite führt zu Verunreinigungen im Phosphatbad, welches für die sich anschließende kathodische Tauchlackierung benötigt wird, und führt beim Walzen und im Presswerkzeug zu einer erhöhten Staubentwicklung. Gewerbliche Anwendbarkeit
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können beschichtete Stahlbänder erhalten werden, die Vorteile in einem anschließenden Warmumformschritt zeigen.

Claims

Patentansprüche
1. Stahlflachprodukt, das für die Umformung zu einem Bauteil durch Warmpressformen ge- eignet ist und das ein Stahlsubstrat aufweist, wobei auf wenigstens einer Seite des Stahl substrats eine vor Korrosion schützende Beschichtung aufgebracht ist, die auf Aluminium und/oder Zink basiert, und auf der vor Korrosion schützenden Beschichtung eine Deck- schicht vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht eine Dicke von kleiner als 100 nm aufweist.
2. Stahlflachprodukt nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht we nigstens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Phosphorsäures- tern, Phosphonsäureestern, Sulfaten, Nitrate und Mischungen davon enthält.
3. Stahlflachprodukt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sulfat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ammoniumsulfat, Alkalimetallsulfaten, Erdalkalimetall- sulfaten, Übergangsmetallsulfaten und Mischungen davon.
4. Stahlflachprodukt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht Oc- tadecylphosphonsäureester enthält.
5. Stahlflachprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht eine Dicke von mindestens 3 nm aufweist.
6. Stahlflachprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch dass die Deckschicht he- terogen verteilt vorliegt.
7. Verfahren zur Herstellung eines Stahlflachprodukts nach einem Ansprüche 1 bis 6 umfas- send wenigstens die folgenden Schritte:
(A) Bereitstellen eines zumindest einseitig mit einer vor Korrosion schützenden Beschich- tung, die auf Aluminium und/oder Zink basiert, versehenen Stahlsubstrats,
(B) Aufbringen einer Deckschicht auf mindestens eine mit einer vor Korrosion schützen- den Beschichtung versehenen Seite des Stahlsubstrats durch Applikation einer Lö- sung der in der Deckschicht enthaltenden Komponenten, und
(C) Einstellen der Dicke der Deckschicht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (B) eine wässrige oder alkoholische Lösung verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (A) ein Stahl- substrat bereitgestellt wird, welches eine Beschichtung auf Basis Zink aufweist, die elek- trolytisch aufgebracht worden ist.
10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (A) ein Stahl- substrat bereitgestellt wird, welches eine Beschichtung auf Basis Aluminium aufweist, die durch Schmelztauchbeschichtung aufgebracht worden ist.
1 1. Verfahren zur Herstellung eines warm pressgeformten Bauteils, umfassend wenigstens die folgenden Schritte:
(D) Bereitstellen eines Stahlflachprodukts gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
(E) Schneiden einer Platine aus dem Stahlflachprodukt aus Schritt (D),
(F) Erwärmen der Platine auf einer Temperatur oberhalb 700 °C, und
(G) Umformen der erwärmten Platine aus Schritt (F) in einem Umformwerkzeug, um das warmpressgeformte Bauteil zu erhalten.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es an Schritt (G) anschlie- ßend den folgenden Schritt (H) aufweist:
(H) Abkühlen des Bauteils aus Schritt (G), um in dem Bauteil ein Härtegefüge zu erhal- ten.
13. Verwendung eines Stahlflachprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bei der Her- stellung von Kraftfahrzeugteilen.
EP19733973.2A 2018-06-18 2019-06-13 Trennschicht für die warmumformung Pending EP3807435A1 (de)

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