EP4386092A2 - Stahlflachprodukt mit farbveränderung - Google Patents
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- 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
- 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
- C23C2/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
- C23C2/024—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas by cleaning or etching
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- 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
- 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
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- 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
- 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
- C23C2/14—Removing excess of molten coatings; Controlling or regulating the coating thickness
- C23C2/16—Removing excess of molten coatings; Controlling or regulating the coating thickness using fluids under pressure, e.g. air knives
- C23C2/18—Removing excess of molten coatings from elongated material
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- 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
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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
- C23C2/14—Removing excess of molten coatings; Controlling or regulating the coating thickness
- C23C2/16—Removing excess of molten coatings; Controlling or regulating the coating thickness using fluids under pressure, e.g. air knives
- C23C2/18—Removing excess of molten coatings from elongated material
- C23C2/20—Strips; Plates
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- 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
- 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
- C23C2/26—After-treatment
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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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
- C23C2/28—Thermal after-treatment, e.g. treatment in oil bath
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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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
- C23C2/28—Thermal after-treatment, e.g. treatment in oil bath
- C23C2/29—Cooling or quenching
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- 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
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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
- C23C2/34—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the shape of the material to be treated
- C23C2/36—Elongated material
- C23C2/40—Plates; Strips
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- 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
- 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
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
Definitions
- the invention relates to a flat steel product for producing a shaped sheet metal part by hot forming, a method for producing such a flat steel product, a method for checking a shaped sheet metal part and a method for producing a shaped sheet metal part.
- coatings of this type are produced by hot-dip coating.
- a coating is produced with a certain distribution of alkali or alkaline earth metals in the Al base layer. This distribution means that with annealing times above 4 minutes, a color change occurs in the flat steel product. Further diffusion processes change the concentration of alkali and alkaline earth metals near the surface, which in turn causes the color change. Comparative tests clearly show that this color change is much greater than with a coating without the addition of alkali or alkaline earth metals.
- a semi-finished product composed according to the alloy specified for the flat steel product according to the invention is provided.
- This can be a slab produced by conventional continuous slab casting or by thin slab casting.
- the flat steel product After leaving the molten bath, the flat steel product is blown off using a gas stream to adjust the thickness of the coating.
- the cooling rate is a maximum of 100 K/s, preferably a maximum of 50 K/s. This ensures that a sufficient proportion of the alkali or alkaline earth metals has diffused to the surface of the coating.
- the coated flat steel product can optionally be subjected to skin passing with a skin passing degree of up to 2% to improve the surface roughness of the flat steel product.
- the steel consists of iron and unavoidable impurities (in % by weight): C: 0.04 - 0.45 wt.% Yes: 0.02 - 1.2 wt.% Mn: 0.5 - 2.6 wt.% Al: 0.02 - 1.0 wt.% P: ⁇ 0.05 wt.% S: ⁇ 0.02 wt.% N: ⁇ 0.02 wt.% Sn: ⁇ 0.03 wt.% As: ⁇ 0.01 wt.% Approx: ⁇ 0.005 wt.% and optionally one or more of the elements "Cr, B, Mo, Ni, Cu, Nb, Ti, V" in the following contents: Cr: 0.08 - 1.0 wt.% B: 0.001 - 0.005% by weight Mon: ⁇ 0.5 wt.% No: ⁇ 0.5 wt.% Cu: ⁇ 0.2 wt.% N.b.: 0.02 - 0.08 wt.%, T
- the elements P, S, N, Sn, As, Ca are impurities that cannot be completely avoided during steel production. In addition to these elements, other elements may also be present as impurities in the steel. These other elements are summarized under the "unavoidable impurities".
- the total content of unavoidable impurities is preferably a maximum of 0.2 wt.%, preferably a maximum of 0.1 wt.%.
- the optional alloying elements Cr, B, Nb, Ti, for which a lower limit is specified, can also occur in the steel substrate as unavoidable impurities in contents below the respective lower limit.
- the C content of the steel is a maximum of 0.37 wt.% and/or at least 0.06 wt.%. In particularly preferred embodiments, the C content is in the range of 0.06-0.09 wt.% or in the range of 0.12-0.25 wt.% or in the range of 0.33-0.37 wt.%.
- the Si content of the steel is a maximum of 1.00 wt.% and/or at least 0.06 wt.%.
- the Mn content of the steel is a maximum of 2.4 wt.% and/or at least 0.75 wt.%. In particularly preferred variants, the Mn content is in the range of 0.75-0.85 wt.% or in the range of 1.0-1.6 wt.%.
- the Al content of the steel is a maximum of 0.75% by weight, in particular a maximum of 0.5% by weight, preferably a maximum of 0.25% by weight.
- the Al content is preferably at least 0.02%.
- the sum of the contents of silicon and aluminum is limited.
- the sum of the contents of Si and Al (usually referred to as Si+Al) is therefore a maximum of 1.5 wt.%, preferably a maximum of 1.2 % by weight.
- the sum of the contents of Si and Al is at least 0.06 wt. %, preferably at least 0.08 wt. %.
- the elements P, S and N are typical impurities that cannot be completely avoided during steel production.
- the P content is a maximum of 0.03% by weight.
- the S content is preferably a maximum of 0.012%.
- the N content is preferably a maximum of 0.009% by weight.
- the steel also contains chromium with a content of 0.08-1.0 wt.%.
- the Cr content is preferably a maximum of 0.75 wt.%, in particular a maximum of 0.5 wt.%.
- the sum of the contents of chromium and manganese is preferably limited.
- the sum is a maximum of 3.3% by weight, in particular a maximum of 3.15% by weight.
- the sum is at least 0.5% by weight, preferably at least 0.75% by weight.
- the steel optionally also contains boron in a content of 0.001-0.005 wt.%.
- the B content is a maximum of 0.004 wt.%.
- the steel may contain molybdenum in a content of not more than 0.5% by weight, in particular not more than 0.1% by weight.
- the steel can optionally contain nickel with a content of maximum 0.5 wt.%, preferably maximum 0.15 wt.%.
- the steel may also contain copper with a maximum content of 0.2 wt.%, preferably a maximum of 0.15 wt.%.
- the steel can optionally contain one or more of the microalloying elements Nb, Ti and V.
- the optional Nb content is at least 0.02 wt.% and a maximum of 0.08 wt.%, preferably a maximum of 0.04 wt.%.
- the optional Ti content is at least 0.01 wt.% and a maximum of 0.08 wt.%, preferably a maximum of 0.04 wt.%.
- the optional V content is a maximum of 0.2 wt.%, in particular a maximum of 0.1 wt.%, preferably a maximum of 0.05 wt.%.
- the sum of the contents of Nb, Ti and V is preferably limited.
- the sum is a maximum of 0.1 wt.%, in particular a maximum of 0.068 wt.%. Furthermore, the sum is preferably at least 0.015 wt.%.
- the flat steel product according to the invention comprises an aluminum-based coating arranged on at least one side of the steel substrate, wherein the coating has an Al base layer consisting of 1.0-15 wt.% Si, optionally 2-4 wt.% Fe, 0.1-5.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, and optionally further constituents, the contents of which are limited in total to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder being aluminum.
- Such a coating serves to protect the steel substrate from oxidation and corrosion during hot forming and when the steel component produced is used.
- the coating is therefore also referred to as a corrosion protection coating.
- the anti-corrosive coating can be applied to one or both sides of the flat steel product.
- the two large surfaces of the flat steel product that face each other are referred to as the two sides.
- the narrow surfaces are referred to as the edges.
- Such a corrosion protection coating is preferably produced by hot-dip coating the flat steel product.
- the flat steel product is passed through a liquid melt consisting of 0.1-15 wt.% Si, preferably more than 1.0 wt.% Si, optionally 2-4 wt.% Fe, 0.1 up to 5.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, preferably up to 1.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, and optionally further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder being aluminum.
- the Si content of the melt is 1.0-3.5 wt.% or 7-12 wt.%, in particular 8-10 wt.%.
- the content of alkali or alkaline earth metals in the melt comprises 0.1-1.0 wt.% Mg, in particular 0.1-0.7 wt.% Mg, preferably 0.1-0.5 wt.% Mg.
- the content of alkali or alkaline earth metals in the melt can comprise in particular at least 0.0015 wt.% Ca, in particular at least 0.01 wt.% Ca.
- the content of alkali or alkaline earth metals consists of 0.1-1.0 wt.% Mg, in particular 0.1-0.7 wt.% Mg, preferably 0.1-0.5 wt.% Mg.
- the content of alkali or alkaline earth metals consists of 0.1-1.0 wt.% Mg, in particular 0.1-0.7 wt.% Mg, preferably 0.1-0.5 wt.% Mg and at least 0.0015 wt.% Ca, in particular at least 0.01 wt.% Ca.
- the alloy layer lies on the steel substrate and is directly adjacent to it.
- the alloy layer is essentially made of aluminum and iron.
- the other elements from the steel substrate or the melt composition do not accumulate significantly in the alloy layer.
- the alloy layer preferably consists of 35-60% by weight of Fe, preferably ⁇ -iron, optional further components, the total contents of which are limited to a maximum of 5.0% by weight, preferably 2.0%, and the remainder aluminum, with the Al content preferably increasing towards the surface.
- the optional further components include in particular the other components of the melt (i.e. silicon and optionally alkali or alkaline earth metals, in particular Mg or Ca) and the remaining parts of the steel substrate in addition to iron.
- the Al base layer lies on the alloy layer and is directly adjacent to it.
- the composition of the Al base layer preferably corresponds to the composition of the melt of the melt bath. This means that it consists of 1.0-15 wt.% Si, optionally 2-4 wt.% Fe, 0.1-5.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, preferably up to 1.0 wt.% alkali or alkaline earth metals and optionally further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder being aluminum.
- Preferred compositions of the Al base layer correspond to the preferred melt compositions.
- the optional content of alkali or alkaline earth metals comprises 0.1-1.0 wt.% Mg, in particular 0.1-0.7 wt.% Mg, preferably 0.1-0.5 wt.% Mg.
- the optional content of alkali or alkaline earth metals in the Al base layer can comprise in particular at least 0.0015 wt.% Ca, in particular at least 0.1 wt.% Ca.
- the Si content in the alloy layer is lower than the Si content in the Al base layer.
- the anti-corrosive coating preferably has a thickness of 5-60 ⁇ m, in particular 10-40 ⁇ m.
- the coating weight of the anti-corrosive coating is in particular 30-360 g/m ⁇ 2 for double-sided anti-corrosive coatings or 15-180 g/m ⁇ 2 for the single-sided variant.
- the coating weight of the anti-corrosive coating is preferably 100-200 g/m ⁇ 2 for double-sided coatings or 50-100 g/m ⁇ 2 for single-sided coatings.
- the coating weight of the anti-corrosive coating is particularly preferably 120-180 g/m ⁇ 2 for double-sided coatings or 60-90 g/m ⁇ 2 for single-sided coatings.
- the thickness of the alloy layer is preferably less than 20 ⁇ m, particularly preferably less than 16 ⁇ m, particularly preferably less than 12 ⁇ m, in particular less than 10 ⁇ m.
- the thickness of the Al base layer results from the difference between the thicknesses of the anti-corrosive coating and the alloy layer.
- the thickness of the Al base layer is preferably at least 1 ⁇ m, even with thin anti-corrosive coatings.
- the flat steel product comprises an oxide layer arranged on the anti-corrosive coating.
- the oxide layer lies in particular on the Al base layer and preferably forms the outer finish of the anti-corrosive coating.
- the oxide layer consists in particular of more than 80% by weight of oxides, the majority of the oxides (ie more than 50% by weight of the oxides) being aluminum oxide.
- hydroxides and/or magnesium oxide are present in the oxide layer alone or as a mixture.
- the remainder of the oxide layer not taken up by the oxides and optionally present hydroxides consists of silicon, aluminum, iron and/or magnesium in metallic form.
- the oxide layer of the flat steel product has a thickness that is greater than 50 nm.
- the thickness of the oxide layer is a maximum of 500 nm.
- a blank which consists of a steel suitably composed in accordance with the above explanations (work step a)), which is then heated in a manner known per se so that at least partially the AC3 temperature of the blank is exceeded and the temperature T Einlg of the blank when placed in a forming tool intended for hot press forming (work step c)) is at least partially a temperature above Ms+100°C.
- Partially exceeding a temperature is understood in the sense of this application to mean that at least 30%, in particular at least 60%, of the volume of the blank exceeds a corresponding temperature.
- At least 30% of the blank When placed in the forming tool, at least 30% of the blank therefore has an austenitic structure, i.e. the transformation from The transformation from a ferritic to an austenitic structure does not have to be complete when the material is placed in the forming tool.
- up to 70% of the volume of the blank when it is placed in the forming tool can consist of other structural components, such as tempered bainite, tempered martensite and/or non- or partially recrystallized ferrite.
- certain areas of the blank can be kept at a lower temperature than others during heating. To do this, the heat supply can be directed only at certain sections of the blank, or the parts that are to be heated less can be shielded from the heat supply.
- Maximum strength properties of the resulting sheet metal part can be achieved by ensuring that the temperature at least partially reached in the sheet metal blank is between Ac3 and 1000°C, preferably between 850°C and 950°C.
- An optimally uniform distribution of properties can be achieved by completely heating the blank in step b).
- the average heating rate r furnace of the sheet metal blank during heating in step b) is at least 3 K/s, preferably at least 5 K/s, in particular at least 10 K/s, preferably at least 15 K/s.
- the average heating rate r furnace is to be understood as the average heating rate from 30°C to 700°C.
- the heating takes place in a furnace with a furnace temperature T furnace of at least 850°C, preferably at least 880°C, particularly preferably at least 900°C, in particular at least 920°C, and a maximum of 1000°C, preferably a maximum of 950°C, particularly preferably a maximum of 930°C.
- a furnace temperature T furnace of at least 850°C, preferably at least 880°C, particularly preferably at least 900°C, in particular at least 920°C, and a maximum of 1000°C, preferably a maximum of 950°C, particularly preferably a maximum of 930°C.
- the dew point in the oven is at least -20°C, preferably at least -15°C, in particular at least -5°C, particularly preferably at least 0°C, in particular at least 5°C and a maximum of +25°C, preferably a maximum of +20°C, in particular a maximum of +15°C.
- the heating in step b) takes place step by step in areas with different temperatures.
- the heating takes place in a roller hearth furnace with different heating zones.
- the heating takes place in a first heating zone with a temperature (so-called furnace inlet temperature) of at least 650°C, preferably at least 680°C, in particular at least 720°C.
- the maximum temperature in the first heating zone is preferably 900°C, in particular a maximum of 850°C.
- the maximum temperature of all heating zones in the furnace is preferably a maximum of 1200°C, in particular a maximum of 1000°C, preferably a maximum of 950°C, particularly preferably a maximum of 930°C.
- the total time in the furnace t furnace which consists of a heating time and a holding time, is preferably at least 2 minutes, in particular at least 3 minutes, preferably at least 4 minutes for both variants (constant furnace temperature, gradual heating). Furthermore, the total time in the furnace for both variants is preferably a maximum of 20 minutes, in particular a maximum of 15 minutes, preferably a maximum of 12 minutes, in particular a maximum of 8 minutes. Longer total times in the furnace have the advantage that uniform austenitization of the sheet metal blank is ensured. On the other hand, holding for too long above Ac3 leads to grain coarsening, which has a negative effect on the mechanical properties.
- the blank heated in this way is removed from the respective heating device, which can be, for example, a conventional heating furnace, an equally known induction heating device or a conventional device for keeping steel components warm, and transported into the forming tool so quickly that its Temperature on arrival in the tool is at least partially above Ms+100°C, preferably above 600°C, in particular above 650°C, particularly preferably above 700°C.
- Ms refers to the martensite start temperature.
- the temperature is at least partially above the AC1 temperature.
- the temperature is in particular a maximum of 900°C.
- step c) the transfer of the austenitized blank from the heating device used to the forming tool is completed within preferably a maximum of 20 seconds, in particular a maximum of 15 seconds. Such rapid transport is necessary to avoid excessive cooling before deformation.
- the tool When the blank is inserted, the tool typically has a temperature between room temperature (RT) and 200°C, preferably between 20°C and 180°C, in particular between 50°C and 150°C.
- the tool can be tempered at least in some areas to a temperature T WZ of at least 200°C, in particular at least 300°C, in order to only partially harden the component.
- the tool temperature T WZ is preferably a maximum of 600°C, in particular a maximum of 550°C. It only has to be ensured that the tool temperature T WZ is below the desired target temperature T Target .
- the residence time in the tool t WZ is preferably at least 2s, in particular at least 3s, particularly preferably at least 5s.
- the maximum residence time in the tool is preferably 25s, in particular a maximum of 20s.
- the target temperature T target of the sheet metal part is at least partially below 400°C, preferably below 300°C, in particular below 250°C, preferably below 200°C, particularly preferably below 180°C, in particular below 150°C.
- the target temperature T target of the sheet metal part is particularly preferably below Ms-50°C, where Ms denotes the martensite start temperature.
- the target temperature of the sheet metal part is preferably at least 20°C, particularly preferably at least 50°C.
- %Mn is the Mn content
- %Mo is the Mo content
- %Cr is the Cr content
- %Ni is the Ni content
- %Cu is the Cu content
- %Co is the Co content
- %W is the W content
- %Si is the Si content of the respective steel in wt.%.
- %C is the C content
- %Si is the Si content
- %Mn is the Mn content
- %Cr is the Cr content
- %Mo is the Mo content
- %Ni is the Ni content
- +%V is the vanadium content of the respective steel ( Brandis H 1975 TEW-Techn. Ber. 1 8-10 )
- the blank is not only formed into the sheet metal part, but is also quenched to the target temperature at the same time.
- the cooling rate in the tool to the target temperature is in particular at least 20 K/s, preferably at least 30 K/s, in particular at least 50 K/s, in a special design at least 100 K/s.
- step f) after the sheet metal part has been removed in step e), the sheet metal part is cooled to room temperature within a cooling time t AB of 0.5-600s. This is usually done by air cooling.
- the sheet metal part preferably comprises an aluminum-based anti-corrosive coating.
- the anti-corrosive coating of the sheet metal part preferably comprises an alloy layer and an Al-base layer.
- the corrosion protection coating of the steel component comprises an alloy layer and an Al base layer.
- the alloy layer lies on the steel substrate and is directly adjacent to it.
- the alloy layer of the sheet metal part preferably consists of 35-90 wt.% Fe, 0.1-12 wt.% Si, optionally up to 0.5 wt.% Mg and optionally further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder aluminum. Due to the further diffusion of iron into the alloy layer, the proportions of Si and Mg are correspondingly lower than their respective proportions in the melt of the molten bath.
- the alloy layer preferably has a ferritic structure.
- the Al base layer of the sheet metal part lies on the alloy layer of the steel component and is directly adjacent to it.
- the Al base layer of the steel component preferably consists of 35-55 wt.% Fe, 0.4-10 wt.% Si, 0.1-5.0 wt.% alkali or alkaline earth metals and optional other components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder being aluminum.
- the content of alkali or alkaline earth metals comprises 0.1-1.0 wt.% Mg, in particular 0.1-0.7 wt.% Mg, preferably 0.1-0.5 wt.% Mg.
- the content of alkali or alkaline earth metals in the melt can comprise in particular at least 0.0015 wt.% Ca, in particular at least 0.01 wt.% Ca.
- the content of alkali or alkaline earth metals consists of 0.1-1.0 wt.% Mg, in particular 0.1-0.7 wt.% Mg, preferably 0.1-0.5 wt.% Mg.
- the content of alkali or alkaline earth metals consists of 0.1-1.0 wt.% Mg, in particular 0.1-0.7 wt.% Mg, preferably 0.1-0.5 wt.% Mg and at least 0.0015 wt.% Ca, in particular at least 0.01 wt.% Ca.
- the Al base layer can have a homogeneous silicon distribution in which the local silicon contents do not vary by more than 10%.
- Preferred variants of the Al base layer have silicon-poor phases and silicon-rich phases. Silicon-poor phases are areas whose average Si content is at least 20% less than the average Si content of the Al base layer. Silicon-rich phases are areas whose average Si content is at least 20% more than the average Si content of the Al base layer.
- the silicon-rich phases are arranged within the silicon-poor phase.
- the silicon-rich phases form at least a 40% continuous layer that is delimited by silicon-poor regions.
- the silicon-rich phases are arranged in the form of islands in the silicon-poor phase.
- island-shaped means an arrangement in which discrete, unconnected areas are enclosed by another material - i.e., "islands” of a certain material are located in another material.
- the steel component comprises an oxide layer arranged on the anti-corrosive coating.
- the oxide layer lies in particular on the Al base layer and preferably forms the outer finish of the anti-corrosive coating.
- the oxide layer of the steel component consists in particular of more than 80% by weight of oxides, with the majority of the oxides (i.e. more than 50% by weight of the oxides) being aluminum oxide.
- the majority of the oxides i.e. more than 50% by weight of the oxides
- hydroxides and/or magnesium oxide are present in the oxide layer alone or as a mixture.
- the remainder of the oxide layer not taken up by the oxides and optionally present hydroxides consists of silicon, aluminum, iron and/or magnesium in metallic form.
- the oxide layer preferably has a thickness of at least 50 nm, in particular of at least 100 nm. Furthermore, the thickness is preferably a maximum of 4 ⁇ m, in particular a maximum of 2 ⁇ m.
- a simple process namely determining one or more color values and comparing them with corresponding reference values, can be used to automatically determine whether the component has undergone the desired production process. In this way, every component can be easily tested in series production. This increases the certainty that no faulty components are reused.
- Previous testing methods required chemical analysis and/or the production of a metallographic section. Such methods are therefore not non-destructive. Consequently, only samples of the components could be tested. Using the method according to the invention, it is therefore possible to test the entire component production.
- the one or more reference values are one or more color values of a cooled reference sheet metal part that has been annealed in a furnace with a furnace temperature of 900°C for a reference annealing time of 4 minutes. Tests have shown that annealing at 900°C for 4 minutes in many cases produces a component with the desired properties. It is therefore advisable to use this as a reference process and to use the color values that are present on such a reference component as reference values.
- the determination of at least one color value or several color values is carried out using a photometer, in particular using a spectrophotometer.
- a photometer in particular using a spectrophotometer.
- the use of photometers has proven to be particularly useful because they work very reliably and can be easily integrated into an industrial series process. For example, it is easily possible to use a photometer to measure many components one after the other at short intervals.
- determining the one color value or the multiple color values of the coating comprises determining at least three color values in a color space.
- determining the one color value or the multiple color values of the coating consists of determining at least three color values in a color space.
- the three color values in a color space can, for example, be the values L*a*b in the standardized CIE-Lab color space. Alternatively, a selected RGB color space can also be used. In this case, the three color values are the corresponding RGB values.
- the three color values in a color space are of course three independent color values, so that the color in this color space can be clearly identified by specifying the three color values. By recording at least three color values in a color space, the color change can be better characterized because more information is available and the color can be clearly identified in the color space.
- comparing the one color value or the several color values with one or more reference values comprises the calculation of a color dynamic.
- the manufactured sheet metal parts are therefore checked as part of a quality control process to ensure that they have undergone the desired manufacturing process.
- the slabs were first pre-rolled to an intermediate product with a thickness of 40 mm, with the intermediate products, which can also be referred to as pre-strips in hot strip rolling, each having an intermediate product temperature T2 of 1100°C at the end of the pre-rolling phase.
- the pre-strips were fed to the finish rolling immediately after rough rolling, so that the intermediate product temperature T2 corresponds to the rolling start temperature for the finish rolling phase.
- the pre-strips were rolled out to hot strips with a final thickness of 4 mm and a final rolling temperature T3 of 890°C, cooled to the respective coiling temperature and wound into coils at a coiling temperature T4 of 580°C and then cooled in still air.
- the hot strips were descaled in the conventional manner by pickling before they were subjected to cold rolling until the thickness specified in Table 3 was achieved.
- the cold-rolled flat steel products were heated in a continuous annealing furnace to an annealing temperature T5 of 870°C and held at annealing temperature for 100s each before they were cooled at a cooling rate of 1 K/s to the immersion temperature T6 of 690°C.
- the cold strips were passed through a molten coating bath at a temperature of 676°C T7 at their respective immersion temperature T6.
- the strip speed was 76 m/min in all cases.
- the composition of the coating bath is shown in Table 2. After coating, the coated strips were blown off to adjust the coating weights. An air stream was used for this.
- the temperature of the air stream was 70°C in all cases.
- the thickness of the coating is shown in Table 3.
- the strips were first cooled to 660°C at an average cooling rate of 10-15 K/s. Between 660°C and 570°C, i.e. between the start of solidification and the end of solidification of the coating, the cooling rate was 21 K/s. During the further cooling process between 570°C and room temperature, the strips were cooled at a cooling rate of 5-12 K/s in each case. Blanks were cut from the steel strips produced in this way and used for further tests. In these tests, sheet metal part samples in the form of 200 x 300 mm 2 plates were hot-pressed from the respective blanks.
- the blanks were heated in a heating device, for example a conventional heating furnace, from room temperature with an average heating rate r furnace (between 30°C and 700°C) in a furnace with a furnace temperature T furnace of 900°C.
- the annealing time in the furnace which includes heating and holding, is designated as t furnace .
- the dew point of the furnace atmosphere was -5°C in all cases.
- the blanks were then removed from the heating device and placed in a forming tool which has the temperature T WZ . When they were removed from the furnace, the blanks had reached the furnace temperature.
- the transfer time t Trans which consists of the time required for removal from the heating device, transport to the tool and insertion into the tool, was 8s.
- the temperature T Einlg of the blanks when they were inserted into the forming tool was in all cases above the respective martensite start temperature +100°C.
- the blanks were formed into the respective sheet metal part in the forming tool, with the sheet metal parts being cooled in the tool at a cooling rate r WZ to a target temperature T Target .
- the residence time in the tool is referred to as t WZ .
- the samples were cooled in air to room temperature.
- Table 4 summarized again in Table 4, where "RT" abbreviates room temperature.
- the coating was varied. Sheet metal types 1 and 2 were used, which only differed in the coating type ⁇ or ⁇ (see Table 3).
- the annealing time in the furnace was also varied between 4 minutes and 11 minutes.
- the color in the CIE Lab color space was determined for the sheet metal parts produced in this way using a spectrophotometer and a light source with the CIE standard illuminant A and a 10° field of view. The color values in the RGB space were calculated from this data. From this, the color dynamics D were determined. The results are shown in Table 5.
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Abstract
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Stahlflachprodukt zur Herstellung eines Blechformteils durch Warmumformen, aufweisenda. ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,1-3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht undb. einen auf mindestens einer Seite des Stahlsubstrats angeordneten Überzug auf Aluminium-Basis,wobei der Überzug eine Al-Basisschicht aufweist, die aus 1,0-15 Gew.-% Si, optional 2-4 Gew.-% Fe, 0,1-5,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium besteht und wobei die Alkali- oder Erdalkalimetalle in der Al-Basisschicht eine derartige Verteilung aufweisen, dass das Stahlflachprodukt im abgekühlten Zustand nach einer Glühung in einem Ofen mit einer Ofentemperatur von 900°C für eine Glühdauer von 9 Minuten eine Farbveränderung im Vergleich zum abgekühlten Zustand nach einer Referenz-Glühdauer von 4 Minuten erfährt, wobei die Farbveränderung eine Farbdynamik von größer 100 aufweist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Stahlflachprodukt zur Herstellung eines Blechformteils durch Warmumformen, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stahlflachprodukts, ein Verfahren zum Überprüfen eines Blechformteils und ein Verfahren zum Herstellen eines Blechformteils.
- Wenn nachfolgend von einem "Stahlflachprodukt" oder auch von einem "Blechprodukt" die Rede ist, so sind damit Walzprodukte, wie Stahlbänder oder -bleche, gemeint aus den für die Herstellung von beispielsweise Karosseriebauteilen "Blechzuschnitte" (auch Platinen genannt) abgeteilt werden. "Blechformteile" oder "Blechbauteile" der erfindungsgemäßen Art sind aus derartigen Blechzuschnitten hergestellt, wobei hier die Begriffe "Blechformteil" und "Blechbauteil" synonym verwendet werden.
- Alle Angaben zu Gehalten der in der vorliegenden Anmeldung angegebenen Stahlzusammensetzungen sind auf das Gewicht bezogen, sofern nicht ausdrücklich anders erwähnt. Alle nicht näher bestimmten, im Zusammenhang mit einer Stahllegierung stehenden "%-Angaben" sind daher als Angaben in "Gew.-%" zu verstehen. In diesem Text gemachte Angaben zu den Gehalten der Bestandteile einer Atmosphäre beziehen sich auf das Volumen (Angabe in "Vol.-%").
- Aus der
WO 2022/048990 A1 und derEP 2 993 248 B1 sind Stahlflachprodukte mit ähnlichen aluminiumbasierten Beschichtungen und Verfahren zu deren Herstellung bekannt. - Derartige Stahlflachprodukte weisen einen Überzug auf Aluminium-Basis auf und werden mittels Warmumformen zum Blechformteilen weiterverarbeitet. Dabei werden Zuschnitte aus den Stahlflachprodukten über eine gewisse Glühdauer (z.B. 4 Minuten) auf eine Warmumformtemperatur (z.B. 900°C) erwärmt. Während dieser Glühdauer diffundiert Eisen aus dem Stahlsubstrat in den Überzug auf Aluminium-Basis. Hierdurch ergibt sich ein Überzug, der sehr effektiv gegen Korrosion schützt. Der heiße Zuschnitt wird anschließend in einem Umformwerkzeug zu einem Blechformteil umgeformt und schnell abgekühlt, wodurch sich ein Härtegefüge (z.B. Martensit) im Stahlsubstrat bildet. Im Ergebnis erhält man ein Blechformteil mit hoher Festigkeit und einem Überzug, der sehr gut gegen Korrosion schützt.
- Problematisch ist jedoch, dass sich nur dann der gewünschte Korrosionsschutz einstellt, wenn die Verarbeitungsbedingungen, insbesondere die Glühdauer, sehr genau eingehalten werden. Eine zu lange Glühdauer führt zu mehr Diffusion von Eisen in den Überzug, wodurch der Schichtaufbau empfindlich gestört wird. In der industriellen Produktion kann es jedoch immer mal wieder zu Abweichungen aufgrund von Störungen im Betriebsablauf kommen. Daher ist es erforderlich, Blechformteile, die versehentlich unter falschen Bedingungen hergestellt wurden, zu identifizieren und auszusortieren. Prinzipiell ist dies beispielsweise durch Anfertigung eines metallographischen Schnittes oder durch chemische Analyse der Oberfläche möglich. Solche Untersuchungen sind jedoch sehr aufwendig und zudem nicht zerstörungsfrei.
- Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Stahlflachprodukt derart weiterzuentwickeln, dass ohne großen Aufwand am umgeformten Blechformteil festgestellt werden kann, ob die gewünschten Herstellungsbedingungen eingehalten wurden.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Stahlflachprodukt zur Herstellung eines Blechformteils durch Warmumformen, aufweisend
- a. ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,1-3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht und
- b. einen auf mindestens einer Seite des Stahlsubstrats angeordneten Überzugs auf Aluminium-Basis,
- Dabei weisen die Alkali- oder Erdalkalimetalle in der Al-Basisschicht eine derartige Verteilung auf, dass das Stahlflachprodukt im abgekühlten Zustand nach einer Glühung in einem Ofen mit einer Ofentemperatur von 900° für eine Glühdauer von 9 Minuten eine Farbveränderung im Vergleich zum abgekühlten Zustand nach einer Referenz-Glühdauer von 4 Minuten erfährt, wobei die Farbveränderung eine Farbdynamik von größer 100 aufweist.
- Typischerweise werden Überzuge dieser Art mittels Schmelztauchbeschichten hergestellt. Dabei hat sich überraschend gezeigt, dass sich durch die Zugabe von 0,1-5,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetallen in die Schmelze und bestimmte Abkühlbedingungen, die im späteren detailliert erläutert werden, ein Überzug ergibt, mit einer bestimmten Verteilung der Alkali- oder Erdalkalimetalle in der AI-Basisschicht. Diese Verteilung führt dazu, dass es bei Glühdauern oberhalb von 4 Minuten zu einer Farbveränderung des Stahlflachproduktes kommt. Durch weitere Diffusionsvorgänge ändert sich die oberflächennahe Konzentration von Alkali- und Erdalkalimetallen, was wiederum die Farbveränderung verursacht. Anhand von Vergleichsversuchen ist deutlich erkennbar, dass diese Farbveränderung wesentlich stärker ist als bei Überzug ohne Zugabe von Alkali- oder Erdalkalimetallen. Daher ist es möglich, durch die Messung von Farbwerten am umgeformten Blechformteil und Vergleich mit Referenzfarbwerten eines abgekühlten Referenz-Blechformteils festzustellen, ob das Blechformteil den gewünschten Glühprozess durchlaufen hat. Dabei wurde das Referenz-Blechformteil für 4 Minuten in einem Ofen mit einer Ofentemperatur von 900°C geglüht. Unter dem abgekühlten Blechformteil (bzw. Referenz-Blechformteil) ist zu verstehen, dass das Blechformteil (bzw. Referenz-Blechformteil) Raumtemperatur angenommen hat.
- Dabei wird die Farbdynamik einer Farbveränderung wie folgt bestimmt:
Mittels eines Spektralphotometers und einer Lichtquelle mit der CIE-Normlichtart A (kann mit hinreichender Genauigkeit durch eine gasgefüllte Wolfram-Glühlampe der Verteilungstemperatur TV≈2856 K realisiert werden) und einem 10° Sichtfeld gemäß der Konvention CIE 1964 wird die Farbe des Blechformteils im CIE-Lab Farbraum erstellt. Dieser ist gemäß EN ISO 11664-4 "Colorimetry - Part 4: CIE 1976 L*a*b* Colour space" genormt. Aus dem CIE-Lab Farbraum werden die Werte in den sRGB8-Farbraum umgerechnet. Bei dem verwendeten sRGB8-Farbraum handelt es sich um die 8-Bit-Variante, bei der die Farbwerte Integerzahlen von 0-255 annehmen. Die Umrechnung ist dem Fachmann geläufig und beispielsweise auf httDs://convertingcolors.com/cielab-color-1.00 1.00 1.00.html online durchführbar. - Im Ergebnis erhält man eindeutige RGB-Werte für das Blechformteil. Analog werden die Referenzfarbwerten (RrefGrefBref) eines korrekt prozessierten Blechformteils (Referenz-Blechformteil) ermittelt.
-
- Es hat sich gezeigt, dass die so definierte Farbdynamik besonders gut geeignet ist, die Farbveränderung zu quantifizieren.
- Ein solch erfindungsgemäßes Stahlflachprodukt wird mithilfe des nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt. Dabei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Stahlflachproduktes für die Warmumformung mit einem Überzug folgende Arbeitsschritte:
- a) Zurverfügungstellen einer Bramme oder einer Dünnbramme, die aus einem Stahl besteht, der 0,1-3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist;
- b) Durcherwärmen der Bramme oder Dünnbramme bei einer Temperatur (T1) von 1000-1400°C;
- c) Optionales Vorwalzen der durcherwärmten Bramme oder Dünnbramme zu einem Zwischenprodukt mit einer Zwischenprodukttemperatur (T2) von 1000-1200°C;
- d) Warmwalzen zu einem warmgewalzten Stahlflachprodukt, wobei die Endwalztemperatur (T3) 750-1000°C beträgt;
- e) Optionales Haspeln des warmgewalzten Stahlflachprodukts, wobei die Haspeltemperatur (T4) höchstens 700°C beträgt;
- f) Optionales Entzundern des warmgewalzten Stahlflachprodukts;
- g) Optionales Kaltwalzen des Stahlflachprodukts, wobei der Kaltwalzgrad mindestens 30 % beträgt;
- h) Glühen des Stahlflachprodukts bei einer Glühtemperatur (T5) von 650-900°C;
- i) Abkühlen des Stahlflachprodukts auf eine Eintauchtemperatur (T6), welche 650-800°C, bevorzugt 670-720°C beträgt;
- j) Beschichten des auf die Eintauchtemperatur abgekühlten Stahlflachprodukts mit einem Überzug durch
- i. Eintauchen in ein Schmelzbad mit einer Schmelzentemperatur (T7) 660-800°C, bevorzugt 670-710°C;
- ii. Abblasen des Stahlflachproduktes nach Austritt aus dem Schmelzbad mittels eines Gasstroms;
- k) Abkühlen des beschichteten Stahlflachprodukts auf Raumtemperatur, wobei eine Abkühlrate zwischen 660°C und 570°C mindestens 15 K/s beträgt;
- l) optionales Dressieren des beschichteten Stahlflachprodukts.
- In Arbeitsschritt a) wird ein entsprechend der erfindungsgemäß für das Stahlflachprodukt vorgegebenen Legierung zusammengesetztes Halbzeug zur Verfügung gestellt. Dies kann eine im konventionellen Brammenstrangguss oder im Dünnbrammenstrangguss erzeugte Bramme sein.
- In Arbeitsschritt b) wird das Halbzeug bei einer Temperatur (T1) von 1000-1400°C durcherwärmt. Sollte das Halbzeug nach dem Vergießen abgekühlt sein, so wird das Halbzeug zum Durcherwärmen zunächst auf 1000-1400°C wiedererwärmt. Die Durcherwärmungstemperatur sollte mindestens 1000°C betragen, um eine gute Verformbarkeit für den nachfolgenden Walzprozess sicherzustellen. Die Durcherwärmungstemperatur sollte nicht mehr als 1400°C betragen, um Anteile schmelzflüssiger Phasen im Halbzeug zu vermeiden.
- Im optionalen Arbeitsschritt c) wird das Halbzeug zu einem Zwischenprodukt vorgewalzt. Dünnbrammen werden üblicherweise keiner Vorwalzung unterzogen. Dickbrammen, die zu Warmbändern ausgewalzt werden sollen, können bei Bedarf einer Vorwalzung unterzogen werden. In diesem Fall sollte die Temperatur des Zwischenprodukts (T2) am Ende des Vorwalzens mindestens 1000°C betragen, damit das Zwischenprodukt genügend Wärme für den nachfolgenden Arbeitsschritt des Fertigwalzens enthält. Hohe Walztemperaturen können jedoch auch ein Kornwachstum während des Walzvorgangs fördern, was sich nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften des Stahlflachprodukts auswirkt. Um das Kornwachstum während des Walzvorgangs gering zu halten, soll die Temperatur des Zwischenprodukts am Ende des Vorwalzens nicht mehr als 1200°C betragen.
- In Arbeitsschritt d) wird die Bramme oder Dünnbramme oder, wenn Arbeitsschritt c) ausgeführt wurde, das Zwischenprodukt zu einem warmgewalzten Stahlflachprodukt gewalzt. Wurde Arbeitsschritt c) ausgeführt, so wird das Zwischenprodukt typischerweise unmittelbar nach dem Vorwalzen fertiggewalzt. Typischerweise beginnt das Fertigwalzen spätestens 90s nach dem Ende des Vorwalzens. Die Bramme, die Dünnbramme oder, wenn Arbeitsschritt c) ausgeführt wurde, das Zwischenprodukt werden bei einer Endwalztemperatur (T3) ausgewalzt. Die Endwalztemperatur, das heißt die Temperatur des fertig warmgewalzten Stahlflachprodukts am Ende des Warmwalzvorgangs, beträgt 750-1000°C. Bei Endwalztemperaturen kleiner 750°C nimmt die Menge an freiem Vanadium ab, da größere Mengen an Vanadiumkarbiden ausgeschieden werden. Die beim Fertigwalzen ausgeschiedenen Vanadiumkarbide sind sehr groß. Sie weisen typischerweise eine mittlere Korngröße von 30nm oder mehr auf und werden in nachfolgenden Glühprozessen, wie sie zum Beispiel vor dem Schmelztauchbeschichten durchgeführt werden, nicht mehr aufgelöst. Die Endwalztemperatur ist auf Werte von höchstens 1000°C begrenzt, um einer Vergröberung der Austenitkörner vorzubeugen. Außerdem sind Endwalztemperaturen von höchstens 1000°C prozesstechnisch relevant zur Einstellung von Haspeltemperaturen (T4) kleiner 700°C.
- Das Warmwalzen des Stahlflachprodukts kann als kontinuierliches Warmbandwalzen oder als reversierendes Walzen erfolgen. Arbeitsschritt e) sieht für den Fall des kontinuierlichen Warmbandwalzens ein optionales Haspeln des warmgewalzten Stahlflachprodukts vor. Dazu wird das Warmband nach dem Warmwalzen innerhalb von weniger als 50s auf eine Haspeltemperatur (T4) abgekühlt. Als Kühlmedium kann hierfür beispielsweise Wasser, Luft oder eine Kombination aus beidem verwendet werden. Die Haspeltemperatur (T4) sollte höchstens 700°C betragen, um die Bildung großer Vanadiumkarbide zu vermeiden. Die Haspeltemperatur ist prinzipiell nicht nach unten beschränkt. Allerdings haben sich Haspeltemperaturen von mindestens 500°C als günstig für die Kaltwalzbarkeit erwiesen. Anschließend wird das gehaspelte Warmband in konventioneller Weise an Luft auf Raumtemperatur abgekühlt.
- In Arbeitsschritt f) wird das warmgewalzte Stahlflachprodukt optional in konventioneller Weise durch Beizen oder durch eine andere geeignete Behandlung entzundert.
- Das von Zunder gereinigte warmgewalzte Stahlflachprodukt kann vor der Glühbehandlung in Arbeitsschritt g) optional einem Kaltwalzen unterzogen werden, um beispielsweise höhere Anforderungen an die Dickentoleranzen des Stahlflachprodukts zu erfüllen. Der Kaltwalzgrad (KWG) sollte dabei mindestens 30 % betragen, um in das Stahlflachprodukt genügend Verformungsenergie für eine schnelle Rekristallisation einzubringen. Unter dem Kaltwalzgrad KWG wird dabei der Quotient aus der Dickenabnahme beim Kaltwalzen ΔdKW durch die Warmbanddicke d verstanden:
- Mit ΔdKW = Dickenabnahme beim Kaltwalzen in mm und d = Warmbanddicke in mm, wobei sich die Dickenabnahme ΔdKW aus der Differenz der Dicke des Stahlflachprodukts vor dem Kaltwalzen zur Dicke des Stahlflachprodukts nach dem Kaltwalzen ergibt. Beim Stahlflachprodukt vor dem Kaltwalzen handelt es sich üblicherweise um ein Warmband der Warmbanddicke d. Das Stahlflachprodukt nach dem Kaltwalzen wird üblicherweise auch als Kaltband bezeichnet. Der Kaltwalzgrad kann prinzipiell sehr hohe Werte von über 90 % annehmen. Allerdings haben sich Kaltwalzgrade von höchstens 80 % als günstig zur Vermeidung von Bandrissen erwiesen.
- In Arbeitsschritt h) wird das Stahlflachprodukt einer Glühbehandlung bei Glühtemperaturen (T5) von 650-900°C unterzogen. Dazu wird das Stahlflachprodukt zunächst innerhalb von 10-120s auf die Glühtemperatur erwärmt und dann 30-600s bei der Glühtemperatur gehalten. Die Glühtemperatur beträgt mindestens 650°C, bevorzugt mindestens 720°C. Glühtemperaturen oberhalb von 900°C sind aus ökonomischen Gründen nicht wünschenswert.
- In Arbeitsschritt i) wird das Stahlflachprodukt nach dem Glühen auf eine Eintauchtemperatur (T6) abgekühlt, um es für die anschließende Beschichtungsbehandlung vorzubereiten. Die Eintauchtemperatur ist kleiner als die Glühtemperatur und wird auf die Temperatur des Schmelzbads abgestimmt. Die Eintauchtemperatur beträgt 600-800°C, bevorzugt mindestens 650°C, besonders bevorzugt mindestens 670°C, besonders bevorzugt höchstens 700°C. Für eine besonders homogene Grenzschichtausbildung ist es wichtig, dass genügend thermische Energie in der Grenzschicht zwischen Stahlsubstrat und Aluminiumschmelze vorliegt. Dies ist bei tieferen Temperaturen als 600°C nicht der Fall, so dass sich unerwünschte Verbindungen bilden können, deren spätere Rückumwandlung zu Poren führen kann. Ab den bevorzugten Eintauchtemperaturen erhöht sich die Diffusionsgeschwindigkeit von Eisen in Aluminium nochmals signifikant, so dass bereits zu Beginn des Überzugsprozesses vermehrt Eisen in die noch flüssige Grenzschicht eindiffundieren kann. Die Dauer der Abkühlung des geglühten Stahlflachprodukts von der Glühtemperatur T5 auf die Eintauchtemperatur T6 beträgt bevorzugt 10-180s. Insbesondere weicht die Eintauchtemperatur T6 von der Temperatur des Schmelzenbades T7 um nicht mehr als 30K, insbesondere nicht mehr als 20K, bevorzugt nicht mehr als 10K ab.
- Das Stahlflachprodukt wird in Arbeitsschritt j) einer Beschichtungsbehandlung unterzogen. Die Beschichtungsbehandlung erfolgt bevorzugt mittels kontinuierlichem Schmelztauchbeschichten. Die Beschichtung kann nur auf einer Seite, auf beiden Seiten oder auf allen Seiten des Stahlflachprodukts aufgebracht werden. Die Beschichtungsbehandlung erfolgt bevorzugt als Schmelztauchbeschichtungsprozess, insbesondere als kontinuierlicher Prozess. Dabei kommt das Stahlflachprodukt üblicherweise auf allen Seiten mit dem Schmelzbad in Kontakt, so dass es allseits beschichtet wird. Das Schmelzbad, das die auf das Stahlflachprodukt aufzubringende Legierung in flüssiger Form enthält, weist typischerweise eine Temperatur (T7) von 660-800°C, bevorzugt 670-740°C, besonders bevorzugt 670-710°C auf. Als zum Beschichten alterungsbeständiger Stahlflachprodukte mit einem Korrosionsschutzüberzug besonders geeignet haben sich Legierungen auf Aluminiumbasis erwiesen. In einem solchen Fall enthält das Schmelzbad 1,0-15 Gew.-% Si, optional 2-4 Gew.-% Fe, optional 0,1-5,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, bevorzugt bis zu 1,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, und optionale weitere Bestandteile, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium. Bei einer bevorzugten Variante beträgt der Si-Gehalt der Schmelze 1,0-3,5 Gew.-% oder 7-12 Gew.-%, insbesondere 8-10 Gew.-%. Bei einer bevorzugten Variante umfasst der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Schmelze 0,1-1,0 Gew.-% Mg, insbesondere 0,1-0,7 Gew.-% Mg, bevorzugt 0,1-0,5 Gew.-% Mg. Weiterhin kann der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Schmelze insbesondere mindestens 0,0015 Gew.-% Ca, insbesondere mindestens 0,01 Gew.-% Ca, umfassen.
- Nach dem Austritt aus dem Schmelzbad wird das Stahlflachprodukt mittels eines Gasstroms abgeblasen, um die Dicke des Überzuges einzustellen.
- Nach der Beschichtungsbehandlung wird das beschichtete Stahlflachprodukt in Arbeitsschritt k) auf Raumtemperatur abgekühlt. Dabei beträgt eine mittlere Abkühlrate zwischen 660°C und 570°C mindestens 15 K/s, bevorzugt mindestens 20 K/s. Dies entspricht dem Bereich zwischen dem Beginn der Verfestigung und dem Ende der Verfestigung des Überzuges. Bei einer Abkühlung auf 660°C beginnt die Verfestigung des Überzuges und bei einer weiteren Abkühlung auf 570°C ist der Überzug vollständig verfestigt. Bevorzugt beträgt die mittlere Abkühlrate maximal 100 K/s, besonders bevorzugt maximal 50 K/s. Es hat sich gezeigt, dass aufgrund dieser zügigen Abkühlung eine bestimmte Verteilung der Alkali- oder Erdalkalimetalle in der Al-Basisschicht des Überzuges entsteht, die zu der beschriebenen vorteilhaften Farbveränderung beim anschließenden Umformprozess führt. Grundsätzlich neigen die Alkali- oder Erdalkalimetalle dazu, sich oberflächennah zu konzentrieren. Während die Alkali- oder Erdalkalimetalle in der Schmelze also noch gleich verteilt sind, diffundieren die Alkali- oder Erdalkalimetalle im Überzug zur Oberfläche hin. Dies ist möglich, solange ausreichend thermische Energie für Diffusionsvorgänge zur Verfügung steht. Bei einer zu langsamen Abkühlrate zwischen Beginn und Ende der Verfestigung ist der Großteil der Alkali- oder Erdalkalimetalle bereits zur Oberfläche diffundiert. Beim späteren Glühen für den Umformprozess findet daher keine signifikante Diffusion der Alkali- oder Erdalkalimetalle zur Oberfläche mehr statt. Daher tritt in einem solchen Fall auch keine signifikante Farbveränderung der Oberfläche auf. Die Diffusion muss also nach der Beschichtungsbehandlung so schnell beendet werden, dass beim späteren Glühen für den Umformprozess noch ausreichend Diffusionsvorgänge stattfinden können, die die Farbveränderung verursachen. Dies wird durch eine mittlere Abkühlrate zwischen 660°C und 570°C, das heißt zwischen dem Beginn der Verfestigung und dem Ende der Verfestigung, erreicht, die mindestens 15 K/s beträgt. Die Diffusion darf aber auch nicht zu schnell beendet werden. Ein gewisser Anteil der Alkali- oder Erdalkalimetalle muss bereits an der Oberfläche aufkonzentriert sein. Die Beigabe der Alkali- oder Erdalkalimetalle hat ja den Zweck, dass sich beim späteren Glühprozess vor der Umformung an der Oberfläche des Überzuges Oxide der Alkali- oder Erdalkalimetalle anstelle von Aluminiumoxiden bilden. Dies hat den Vorteil, dass dabei weniger freier Wasserstoff entsteht als bei der Bildung von Al2O3. (Der bei der Oxidation gebundene Sauerstoff entstammt in der Regel Wassermolekülen aus der Atmosphäre, so dass bei der Oxidation zwangsläufig der verbleibende Wasserstoff frei wird). Der freie Wasserstoff diffundiert in das Stahlsubstrat und führt dort zu unerwünschter Wasserstoffversprödung. Die Beigabe von Alkali- oder Erdalkalimetallen führt zur Reduzierung des freien Wasserstoffs und damit zur Reduzierung der Wasserstoffversprödung. Diesen Effekt können die Alkali- oder Erdalkalimetalle jedoch nur bewirken, wenn sie sich während des Glühprozesses vor dem Umformen nahe der Oberfläche des Substrates befinden. Daher ist es vorteilhaft, wenn ein gewisser Anteil der Alkali- oder Erdalkalimetalle bereits während des Erstarrens an die Oberfläche diffundiert ist. Dann steht nämlich sofort ab Beginn des Glühprozesses vor dem Umformen ein ausreichender Anteil von Alkali- oder Erdalkalimetallen für den beschriebenen Oxidationsvorgang zur Verfügung. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Abkühlrate maximal 100 K/s, bevorzugt maximal 50 K/s beträgt. Hierdurch wird sichergestellt, dass ein ausreichender Anteil der Alkali- oder Erdalkalimetalle an die Oberfläche des Überzuges diffundiert ist. Durch diese gezielte Wahl des Abkühlvorgangs wird eine Verteilung der Alkali- oder Erdalkalimetalle im Überzug (speziell in der Al-Basisschicht des Überzuges) erreicht, die einerseits ausreichend oberflächennahe Alkali- oder Erdalkalimetalle aufweist, um den freien Wasserstoff sofort ab Beginn der späteren Glühung zu reduzieren und andererseits immer noch genügend Diffusion zu ermöglicht, die zu der erfindungsgemäßen Farbveränderung führt.
- Das beschichtete Stahlflachprodukt kann optional einem Dressieren mit einem Dressiergrad von bis zu 2% unterzogen werden, um die Oberflächenrauheit des Stahlflachprodukts zu verbessern.
- Der verwendete Stahl beim Stahlflachproduktes und beim Verfahren zum Herstellen eines Stahlflachproduktes ist ein Stahl der 0,1-3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist. Entsprechendes gilt selbstverständlich auch für den Stahl des warmumgeformten Blechformteils. Insbesondere ist das Gefüge des Stahls durch ein Warmumformen in ein martensitisches oder teilweise martensitisches Gefüge umwandelbar. Das Gefüge des Stahlsubstrates des Blechformteils ist also bevorzugt ein martensitisches oder zumindest teilweise martensitisches Gefüge, da dieses eine besonders hohe Härte aufweist.
- Besonders bevorzugt besteht der Stahl bevorzugt neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) aus:
C: 0,04 - 0,45 Gew.-% Si: 0,02 - 1,2 Gew.-% Mn: 0,5 - 2,6 Gew.-% Al: 0,02 - 1,0 Gew.-% P: ≤ 0,05 Gew.-% S: ≤ 0,02 Gew.-% N: ≤ 0,02 Gew.-% Sn: ≤ 0,03 Gew.-% As: ≤ 0,01 Gew.-% Ca: ≤ 0,005 Gew.-% Cr: 0,08 - 1,0 Gew.-% B: 0,001 - 0,005Gew.-% Mo: ≤0,5 Gew.-% Ni: ≤0,5 Gew.-% Cu: ≤0,2 Gew.-% Nb: 0,02 - 0,08 Gew.-%, Ti: 0,01 - 0,08 Gew.-% V: ≤0,2 Gew.-% - Bei den Elementen P, S, N, Sn, As, Ca handelt es sich um Verunreinigungen, die bei der Stahlerzeugung nicht vollständig vermieden werden können. Neben diesen Elementen können auch noch weitere Elemente als Verunreinigungen im Stahl vorhanden sein. Diese weiteren Elemente werden unter den "unvermeidbaren Verunreinigungen" zusammengefasst. Bevorzugt beträgt der Gehalt an unvermeidbaren Verunreinigungen in Summe maximal 0,2 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,1 Gew.-%. Die optionalen Legierungselemente Cr, B, Nb, Ti, für die eine Untergrenze angegeben ist, können auch in Gehalten unterhalb der jeweiligen Untergrenze als unvermeidbare Verunreinigungen im Stahlsubstrat vorkommen. In dem Fall werden sie ebenfalls zu den unvermeidbaren Verunreinigungen gezählt, deren Gesamtgehalt auf maximal 0,2 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,1 Gew.-% begrenzt ist. Bevorzugt sind die individuellen Obergrenzen für die jeweilige Verunreinigung dieser Elemente wie folgt:
Cr: ≤ 0,050 Gew.-%, B: ≤ 0,0005 Gew.-% Nb: ≤ 0,005 Gew.-%, Ti: ≤ 0,005 Gew.-% - Dabei sind diese bevorzugten Obergrenzen als alternativ oder gemeinsam zu betrachten. Bevorzugte Varianten des Stahls erfüllen also eine oder mehrere dieser vier Bedingungen.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der C-Gehalt des Stahls maximal 0,37 Gew.-% und/oder mindestens 0,06 Gew.-%. Bei besonders bevorzugten Ausführungsvarianten liegt der C-Gehalt im Bereich von 0,06-0,09 Gew.-% oder im Bereich von 0,12-0,25 Gew.-% oder im Bereich von 0,33-0,37 Gew.-%.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Si-Gehalt des Stahls maximal 1,00 Gew.-% und/oder mindestens 0,06 Gew.-%.
- Der Mn-Gehalt des Stahls beträgt bei einer bevorzugten Variante maximal 2,4 Gew.-% und/oder mindestens 0,75 Gew.-%. Bei besonders bevorzugten Ausführungsvarianten liegt der Mn-Gehalt im Bereich von 0,75-0,85 Gew.-% oder im Bereich von 1,0-1,6 Gew.-%.
- Der Al-Gehalt des Stahls beträgt bei einer bevorzugten Variante maximal 0,75 Gew.-%, insbesondere maximal 0,5 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,25 Gew.-%. Alternativ oder ergänzend beträgt der Al-Gehalt bevorzugt mindestens 0,02%.
- Zudem hat sich gezeigt, dass es hilfreich sein kann, wenn die Summe der Gehalte von Silizium und Aluminium begrenzt sind. Bei einer bevorzugten Variante beträgt daher die Summe der Gehalte von Si und AI (üblicherweise bezeichnet als Si+Al) maximal 1,5 Gew.-%, bevorzugt maximal 1,2 Gew.-%. Ergänzend oder alternativ beträgt die Summe der Gehalte von Si und AI mindestens 0,06 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,08 Gew.-%.
- Bei den Elementen P, S, N handelt es sich um typische Verunreinigungen die bei der Stahlerzeugung nicht vollständig vermieden werden können. Bei bevorzugten Varianten beträgt der P-Gehalt maximal 0,03 Gew.-%. Unabhängig davon beträgt der S-Gehalt bevorzugt maximal 0,012%. Zusätzlich oder ergänzend beträgt der N-Gehalt bevorzugt maximal 0,009 Gew.-%.
- Optional enthält der Stahl zudem Chrom mit einem Gehalt von 0,08-1,0 Gew.-%. Bevorzugt beträgt der Cr-Gehalt maximal 0,75 Gew.-%, insbesondere maximal 0,5 Gew.-%.
- Im Falle einer optionalen Zulegierung von Chrom ist bevorzugt die Summe der Gehalte von Chrom und Mangan begrenzt. Die Summe beträgt maximal 3,3 Gew.-%, insbesondere maximal 3,15 Gew.-%. Weiterhin beträgt die Summe mindestens 0,5 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,75 Gew.-%.
- Bevorzugt enthält der Stahl optional zudem Bor mit einem Gehalt von 0,001-0,005 Gew.-%. Insbesondere beträgt der B-Gehalt maximal 0,004 Gew.-%.
- Optional kann der Stahl Molybdän mit einem Gehalt von maximal 0,5 Gew.-% enthalten, insbesondere maximal 0,1 Gew.-%.
- Weiterhin kann der Stahl optional Nickel enthalten mit einem Gehalt von maximal 0,5 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,15 Gew.-%.
- Optional kann der Stahl zudem Kupfer enthalten mit einem Gehalt von maximal 0,2 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,15 Gew.-%.
- Zudem kann der Stahl optional eines oder mehrere der Mikrolegierungselemente Nb, Ti und V enthalten. Dabei beträgt der optionale Nb-Gehalt mindestens 0,02 Gew.-% und maximal 0,08 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,04 Gew.-%. Der optionale Ti-Gehalt beträgt mindestens 0,01 Gew.-% und maximal 0,08 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,04 Gew.-%. Der optionale V-Gehalt beträgt maximal 0,2 Gew.-%, insbesondere maximal 0,1 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,05 Gew.-%.
- Im Falle einer optionalen Zulegierung von mehreren der Elemente Nb, Ti und V ist bevorzugt die Summe der Gehalte von Nb, Ti und V begrenzt. Die Summe beträgt maximal 0,1 Gew.-%, insbesondere maximal 0,068 Gew.-%. Weiterhin beträgt die Summe bevorzugt mindestens 0,015 Gew.-%.
- Die vorstehenden Erläuterungen zu bevorzugten Stahlsubstraten gelten selbstverständlich ebenso für das Stahlsubstrat des Stahlflachproduktes sowie für die Stahlsubstrate in den beschriebenen Herstellungsverfahren und auch für das nachfolgend beschriebene Verfahren zum Überprüfen eines Blechformteils.
- Das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt umfasst einen auf mindestens einer Seite des Stahlsubstrats angeordneten Überzugs auf Aluminium-Basis, wobei der Überzug eine Al-Basisschicht aufweist, die aus 1,0-15 Gew.-% Si, optional 2-4 Gew.-% Fe, 0,1-5,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium besteht.
- Ein solcher Überzug dient dazu das Stahlsubstrat beim Warmumformen und bei der Verwendung des erzeugten Stahlbauteils vor Oxidation und Korrosion zu schützen. Daher wird der Überzug auch als synonym als Korrosionsschutzüberzug bezeichnet.
- Dabei kann der Korrosionsschutzüberzug einseitig oder beidseitig auf dem Stahlflachprodukt aufgebracht sein. Als die beiden Seiten des Stahlflachproduktes werden die beiden sich gegenüberliegenden großen Flächen des Stahlflachproduktes bezeichnet. Die schmalen Flächen werden als Kanten bezeichnet.
- Ein solcher Korrosionsschutzüberzug wird bevorzugt durch Schmelztauchbeschichten des Stahlflachproduktes erzeugt. Dabei wird das Stahlflachprodukt durch eine flüssige Schmelze geführt, die aus 0,1-15 Gew.-% Si, bevorzugt mehr als 1,0 Gew-% Si, optional 2-4 Gew.-% Fe, 0,1 bis zu 5,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, bevorzugt bis zu 1,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium besteht.
- Bei einer bevorzugten Variante beträgt der Si-Gehalt der Schmelze 1,0-3,5 Gew.-% oder 7-12 Gew.-%, insbesondere 8-10 Gew.-%.
- Bei einer bevorzugten Variante umfasst der Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Schmelze 0,1-1,0 Gew.-% Mg, insbesondere 0,1-0,7 Gew.-% Mg, bevorzugt 0,1-0,5 Gew.-% Mg. Weiterhin kann der Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Schmelze insbesondere mindestens 0,0015 Gew.-% Ca, insbesondere mindestens 0,01 Gew.-% Ca, umfassen.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen aus 0,1-1,0 Gew.-% Mg, insbesondere 0,1-0,7 Gew.-% Mg, bevorzugt 0,1-0,5 Gew.-% Mg.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen aus 0,1-1,0 Gew.-% Mg, insbesondere 0,1-0,7 Gew.-% Mg, bevorzugt 0,1-0,5 Gew.-% Mg und mindestens 0,0015 Gew.-% Ca, insbesondere mindestens 0,01 Gew.-% Ca.
- Beim Schmelztauchbeschichten diffundiert Eisen aus dem Stahlsubstrat in den flüssigen Überzug, so dass der Korrosionsschutzüberzug des Stahlflachproduktes beim Erstarren insbesondere eine Legierungsschicht und eine Al-Basisschicht aufweist. Die Legierungsschicht liegt auf dem Stahlsubstrat auf und grenzt unmittelbar an dieses an. Die Legierungsschicht wird im Wesentlichen aus Aluminium und Eisen gebildet. Die übrigen Elemente aus dem Stahlsubstrat oder der Schmelzenzusammensetzung reichern sich nicht signifikant in der Legierungsschicht an. Bevorzugt besteht die Legierungsschicht aus 35-60 Gew.-% Fe, bevorzugt α-Eisen, optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 5,0 Gew.-%, bevorzugt 2,0% beschränkt sind, und als Rest Aluminium, wobei der Al-Gehalt bevorzugt in Richtung Oberfläche ansteigt. Die optionalen weiteren Bestandteile beinhalten insbesondere die übrigen Bestandteile der Schmelze (das heißt Silizium und gegebenenfalls Alkali- oder Erdalkalimetalle, insbesondere Mg bzw. Ca) und die übrigen Anteile des Stahlsubstrates zusätzlich zu Eisen.
- Die Al-Basisschicht liegt auf der Legierungsschicht und grenzt unmittelbar an diese an. Bevorzugt entspricht die Zusammensetzung der Al-Basisschicht der Zusammensetzung der Schmelze des Schmelzbades. Das heißt, sie besteht aus 1,0-15 Gew.-% Si, optional 2-4 Gew.-% Fe, 0,1-5,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, bevorzugt bis zu 1,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium. Bevorzugte Zusammensetzungen der Al-Basisschicht entsprechen den bevorzugten Schmelzenzusammensetzungen.
- Bei einer bevorzugten Variante der Al-Basisschicht umfasst der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen 0,1-1,0 Gew.-% Mg, insbesondere 0,1-0,7 Gew.-% Mg, bevorzugt 0,1-0,5 Gew.-% Mg. Weiterhin kann der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Al-Basisschicht insbesondere mindestens 0,0015 Gew.-% Ca, insbesondere mindestens 0,1 Gew.-% Ca, umfassen.
- Bei einer weiter bevorzugten Variante des Korrosionsschutzüberzuges ist der Si-Gehalt in der Legierungsschicht geringer als der Si-Gehalt in der Al-Basisschicht.
- Der Korrosionsschutzüberzug hat bevorzugt eine Dicke von 5-60 µm, insbesondere von 10-40 µm. Das Auflagengewicht des Korrosionsschutzüberzuges beträgt insbesondere 30-360g/m^2 bei beidseitigen Korrosionsschutzüberzügen bzw. 15-180 g/m^2 bei der einseitigen Variante. Bevorzugt beträgt das Auflagengewicht des Korrosionsschutzüberzuges 100-200g/m^2 bei beidseitigen Überzügen bzw. 50-100g/m^2 für einseitige Überzüge. Besonders bevorzugt beträgt das Auflagengewicht des Korrosionsschutzüberzuges 120-180g/m^2 bei beidseitigen Überzügen bzw. 60-90g/m^2 für einseitige Überzüge.
- Die Dicke der Legierungsschicht ist bevorzugt kleiner als 20 µm, besonders bevorzugt kleiner 16µm, besonders bevorzugt kleiner 12µm, insbesondere kleiner 10 µm. Die Dicke der Al-Basisschicht ergibt sich aus der Differenz der Dicken von Korrosionsschutzüberzug und Legierungsschicht. Bevorzugt beträgt die Dicke der Al-Basisschicht auch bei dünnen Korrosionsschutzüberzügen mindestens 1µm.
- Bei einer bevorzugten Variante umfasst das Stahlflachprodukt eine auf dem Korrosionsschutzüberzug angeordnete Oxidschicht. Die Oxidschicht liegt dabei insbesondere auf der Al-Basisschicht und bildet bevorzugt den äußeren Abschluss des Korrosionsschutzüberzuges.
- Die Oxidschicht besteht insbesondere zu mehr als 80 Gew.-% aus Oxiden, wobei der Hauptanteil der Oxide (d.h. mehr als 50 Gew.-% der Oxide) Aluminiumoxid ist. Insbesondere sind in der Oxidschicht zusätzlich zu Aluminiumoxid Hydroxide und/oder Magnesiumoxid alleine oder als Mischung vorhanden. Bevorzugt besteht der nicht von den Oxiden und optional vorhandenen Hydroxiden eingenommene Rest der Oxidschicht aus Silizium, Aluminium, Eisen und/oder Magnesium in metallischer Form.
- Bevorzugt hat die Oxidschicht des Stahlflachproduktes eine Dicke, die größer ist als 50nm. Insbesondere beträgt die Dicke der Oxidschicht maximal 500nm.
- Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Blechformteils, umfassend folgende Arbeitsschritte:
- a. Bereitstellen eines Blechzuschnitts aus einem zuvor beschriebenen Stahlflachprodukt;
- b. Erwärmen des Blechzuschnitts derart, dass zumindest teilweise die AC3 Temperatur des Zuschnitts überschritten ist und die Temperatur TEinlg des Zuschnitts beim Einlegen in ein für ein Warmpressformen vorgesehenes Umformwerkzeug (Arbeitsschritt c)) zumindest teilweise eine Temperatur oberhalb von Ms+100°C aufweist, wobei Ms die der Martensitstarttemperatur bezeichnet;
- c. Einlegen des erwärmten Blechzuschnitts in ein Umformwerkzeug, wobei die für das Entnehmen aus der Erwärmungseinrichtung und das Einlegen des Zuschnitts benötigte Transferdauer tTrans höchstens 20s, bevorzugt höchstens 15s, beträgt;
- d. Warmpressformen des Blechzuschnitts zu dem Blechformteil, wobei der Zuschnitt im Zuge des Warmpressformens über eine Dauer tWZ von mehr als 1s mit einer zumindest teilweise mehr als 30 K/s betragenden Abkühlgeschwindigkeit rWZ auf die Zieltemperatur TZiel abgekühlt und optional dort gehalten wird;
- e. Entnehmen des auf die Zieltemperatur TZiel abgekühlten Blechformteils aus dem Werkzeug;
- f. Abkühlen des Blechformteils auf Raumtemperatur
- Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird somit ein Zuschnitt, der aus einem entsprechend den voranstehenden Erläuterungen in geeigneter Weise zusammengesetzten Stahl besteht, bereitgestellt (Arbeitsschritt a)), der dann in an sich bekannter Weise so erwärmt wird, dass zumindest teilweise die AC3 Temperatur des Zuschnitts überschritten ist und die Temperatur TEinlg des Zuschnitts beim Einlegen in ein für ein Warmpressformen vorgesehenes Umformwerkzeug (Arbeitsschritt c)) zumindest teilweise eine Temperatur oberhalb von Ms+100°C beträgt. Unter teilweisem Überschreiten einer Temperatur (hier AC3 bzw. Ms+100°C) wird im Sinne dieser Anmeldung verstanden, dass mindestens 30%, insbesondere mindestens 60%, des Volumens des Zuschnitts eine entsprechende Temperatur überschreiten. Beim Einlegen in das Umformwerkzeug weist also mindestens 30% des Zuschnitts ein austenitisches Gefüge auf, d.h. die Umwandlung vom ferritischen ins austenitische Gefüge muss beim Einlegen in das Umformwerkzeug noch nicht abgeschlossen sein. Vielmehr können bis zu 70% des Volumens des Zuschnitts beim Einlegen in das Umformwerkzeug aus anderen Gefügebestandteilen, wie angelassenem Bainit, angelassenem Martensit und/oder nicht bzw. teilweise rekristallisiertem Ferrit bestehen. Zu diesem Zweck können bestimmte Bereiche des Zuschnitts während der Erwärmung gezielt auf einem niedrigeren Temperaturniveau gehalten werden als andere. Hierzu kann die Wärmezufuhr gezielt nur auf bestimmte Abschnitte des Zuschnitts gerichtet werden oder die Teile, die weniger erwärmt werden sollen, gegen die Wärmezufuhr abgeschirmt werden. In dem Teil des Zuschnittmaterials, dessen Temperatur niedriger bleibt, entsteht im Zuge der Umformung im Werkzeug kein oder nur deutlich weniger Martensit, so dass das Gefüge dort deutlich weicher ist als in den jeweils anderen Teilen, in denen ein martensitisches Gefüge vorliegt. Auf diese Weise kann im jeweils geformten Blechformteil gezielt ein weicherer Bereich eingestellt werden, indem beispielsweise eine für den jeweiligen Verwendungszweck optimale Zähigkeit vorliegt, während die anderen Bereiche des Blechformteils eine maximierte Festigkeit besitzen.
- Maximale Festigkeitseigenschaften des erhaltenen Blechformteils können dadurch ermöglicht werden, dass die zumindest teilweise im Blechzuschnitt erreichte Temperatur zwischen Ac3 und 1000°C, bevorzugt zwischen 850°C und 950°C liegt.
- Dabei ist die zu überschreitende MindesttemperaturAc3 gemäß der von HOUGARDY, HP. in "Werkstoffkunde Stahl Band 1: Grundlagen", Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf, 1984, p. 229., angegebenen Formel
- Eine optimal gleichmäßige Eigenschaftsverteilung lässt sich dadurch erreichen, dass der Zuschnitt im Arbeitsschritt b) vollständig durcherwärmt wird.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante beträgt die mittlere Aufheizgeschwindigkeit rOfen des Blechzuschnittes beim Erwärmen in Schritt b) mindestens 3 K/s, bevorzugt mindestens 5 K/s, insbesondere mindestens 10 K/s, bevorzugt mindestens 15 K/s. Die mittlere Aufheizgeschwindigkeit rOfen ist dabei als mittlere Aufheizgeschwindigkeit von 30°C auf 700°C zu verstehen.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante erfolgt die Erwärmung in einem Ofen mit einer Ofentemperatur TOfen von mindestens 850°C, bevorzugt mindestens 880°C, besonders bevorzugt mindestens 900°C, insbesondere mindestens 920°C, und maximal 1000°C, bevorzugt maximal 950°C, besonders bevorzugt maximal 930°C.
- Bevorzugt beträgt der Taupunkt im Ofen hierbei mindestens -20°C, bevorzugt mindestens -15°C, insbesondere mindestens -5°C, besonders bevorzugt mindestens 0°C, insbesondere mindestens 5°C und maximal +25 °C, bevorzugt maximal +20 °C insbesondere maximal +15 °C.
- Bei einer speziellen Ausführungsvariante erfolgt die Erwärmung in Schritt b) stufenweise in Bereichen mit unterschiedlicher Temperatur. Insbesondere erfolgt die Erwärmung in einem Rollenherdofen mit unterschiedlichen Heizzonen. Hierbei erfolgt die Erwärmung in einer ersten Heizzone mit einer Temperatur (sogenannte Ofeneinlauftemperatur) von mindestens 650°C, bevorzugt mindestens 680°C, insbesondere mindestens 720°C. Maximal beträgt die Temperatur in der ersten Heizzone bevorzugt 900°C, insbesondere maximal 850°C. Weiterhin bevorzugt beträgt die maximale Temperatur aller Heizzonen im Ofen maximal 1200°C, insbesondere maximal 1000°C, bevorzugt maximal 950°C, besonders bevorzugt maximal 930°C.
- Die Gesamtzeit im Ofen tOfen, die sich aus einer Erwärmungszeit und einer Haltezeit zusammensetzt, beträgt bei beiden Varianten (konstante Ofentemperatur, stufenweise Erwärmung) bevorzugt mindestens 2 Minuten, insbesondere mindestens 3 Minuten, bevorzugt mindestens 4 Minuten. Weiterhin beträgt die Gesamtzeit im Ofen bei beiden Varianten bevorzugt maximal 20 Minuten, insbesondere maximal 15 Minuten, bevorzugt maximal 12 Minuten, insbesondere maximal 8 Minuten. Längere Gesamtzeiten im Ofen haben den Vorteil, dass eine gleichmäßige Austenitisierung des Blechzuschnittes sichergestellt ist. Andererseits führt ein zu langes Halten oberhalb von Ac3 zu einer Kornvergröberung, die sich negativ auf die mechanischen Eigenschaften auswirkt.
- Der so erwärmte Zuschnitt wird aus der jeweiligen Erwärmungseinrichtung, bei der es sich beispielsweise um einen konventionellen Erwärmungsofen, eine ebenso an sich bekannte Induktionserwärmungseinrichtung oder eine konventionelle Einrichtung zum Warmhalten von Stahlbauteilen handeln kann, entnommen und so schnell in das Umformwerkzeug transportiert, dass seine Temperatur beim Eintreffen in dem Werkzeug zumindest teilweise oberhalb von Ms+100°C liegt, bevorzugt oberhalb von 600°C, insbesondere oberhalb von 650°C, besonders bevorzugt oberhalb von 700°C. Hierbei bezeichnet Ms die Martensitstarttemperatur. Bei einer besonders bevorzugten Variante liegt die Temperatur zumindest teilweise oberhalb der AC1-Temperatur. Bei allen diesen Varianten beträgt die Temperatur insbesondere maximal 900°C. Durch diese Temperaturbereiche wird insgesamt eine gute Umformbarkeit des Materials gewährleistet.
- Im Arbeitsschritt c) wird der Transfer des austenitisierten Zuschnitts von der jeweils zum Einsatz kommenden Erwärmungseinrichtung zum Umformwerkzeug innerhalb von vorzugsweise höchstens 20s, insbesondere von maximal 15s absolviert. Ein derart schneller Transport ist erforderlich, um eine zu starke Abkühlung vor der Verformung zu vermeiden.
- Das Werkzeug besitzt beim Einlegen des Zuschnitts typischerweise eine Temperatur zwischen Raumtemperatur (RT) und 200°C, bevorzugt zwischen 20°C und 180°C, insbesondere zwischen 50°C und 150°C. Optional kann das Werkzeug in einer besonderen Ausführungsform zumindest bereichsweise auf eine Temperatur TWZ von mindestens 200°C, insbesondere mindestens 300°C temperiert sein, um das Bauteil nur partiell zu härten. Weiterhin beträgt die Werkzeugtemperatur TWZ bevorzugt maximal 600°C, insbesondere maximal 550°C. Es ist lediglich sicherzustellen, dass die Werkzeugtemperatur TWZ unterhalb der gewünschten Zieltemperatur TZiel liegt. Die Verweilzeit im Werkzeug tWZ beträgt bevorzugt mindestens 2s, insbesondere mindestens 3s, besonders bevorzugt mindestens 5s. Maximal beträgt die Verweilzeit im Werkzeug bevorzugt 25s, insbesondere maximal 20s.
- Die Zieltemperatur TZiel des Blechformteils liegt zumindest teilweise unterhalb 400°C, bevorzugt unterhalb 300°C, insbesondere unterhalb von 250°C, bevorzugt unterhalb von 200°C, besonders bevorzugt unterhalb von 180°C, insbesondere unterhalb von 150°C. Alternativ liegt die Zieltemperatur TZiel des Blechformteils besonders bevorzugt unter Ms-50°C, wobei Ms die Martensitstarttemperatur bezeichnet. Weiterhin beträgt die Zieltemperatur des Blechformteils bevorzugt mindestens 20°C, besonders bevorzugt mindestens 50°C.
- Die Martensitstarttemperatur eines im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorgaben liegenden Stahls ist gemäß der Formel
- Die AC1-Temperatur und die AC3-Temperatur eines im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorgaben liegenden Stahls ist gemäß den Formeln
- Im Werkzeug wird der Zuschnitt somit nicht nur zu dem Blechformteil geformt, sondern gleichzeitig auch auf die Zieltemperatur abgeschreckt. Die Abkühlrate im Werkzeuge rWZ auf die Zieltemperatur beträgt insbesondere mindestens 20 K/s, bevorzugt mindestens 30 K/s, insbesondere mindestens 50 K/s, in besonderer Ausführung mindestens 100 K/s.
- In Schritt f) nach dem Entnehmen des Blechformteils in Schritt e) erfolgt ein Abkühlen des Blechformteils auf Raumtemperatur innerhalb einer Abkühldauer tAB von 0,5-600s. Dies geschieht im Regelfall durch eine Luftabkühlung.
- Während der Erwärmung des Stahlflachproduktes vor der Warmumformung erfolgt eine weitere Diffusion von Eisen in den Korrosionsschutzüberzug. So stellt sich schon innerhalb kurzer Erwärmungsdauer ein mit Eisen durchlegierter Korrosionsschutzüberzug ein, der einen Fe-Gehalt von mindestens 35 Gew.-% aufweist. Zudem ergibt sich bevorzugt ein spezieller Aufbau des Korrosionsschutzüberzuges des Blechformteils, der im Folgenden beschrieben ist:
Bei einer speziellen Ausführungsform umfasst das Blechformteil bevorzugt einen Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis. Bevorzugt umfasst der Korrosionsschutzüberzug des Blechformteils eine Legierungsschicht und eine Al-Basisschicht. - Bevorzugt umfasst der Korrosionsschutzüberzug des Stahlbauteils eine Legierungsschicht und eine Al-Basisschicht.
- Die Legierungsschicht liegt dabei auf dem Stahlsubstrat auf und grenzt unmittelbar an dieses an. Bevorzugt besteht die Legierungsschicht des Blechformteils aus 35-90 Gew.-% Fe, 0,1-12 Gew.-% Si, optional bis zu 0,5 Gew.-% Mg und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium. Durch das weitere Eindiffundieren von Eisen in die Legierungsschicht sind die Anteile von Si und Mg entsprechend niedriger als ihr jeweiliger Anteil in der Schmelze des Schmelzbades.
- Die Legierungsschicht hat bevorzugt ein ferritisches Gefüge.
- Die Al-Basisschicht des Blechformteils liegt auf der Legierungsschicht des Stahlbauteils und grenzt unmittelbar an diese an. Bevorzugt besteht die Al-Basisschicht des Stahlbauteils aus 35-55 Gew.-% Fe, 0,4-10 Gew.-% Si, 0,1-5,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium.
- Bei einer bevorzugten Variante umfasst der Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen 0,1-1,0 Gew.-% Mg, insbesondere 0,1-0,7 Gew.-% Mg, bevorzugt 0,1-0,5 Gew.-% Mg. Weiterhin kann der Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Schmelze insbesondere mindestens 0,0015 Gew.-% Ca, insbesondere mindestens 0,01 Gew.-% Ca, umfassen.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen aus 0,1-1,0 Gew.-% Mg, insbesondere 0,1-0,7 Gew.-% Mg, bevorzugt 0,1-0,5 Gew.-% Mg.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen aus 0,1-1,0 Gew.-% Mg, insbesondere 0,1-0,7 Gew.-% Mg, bevorzugt 0,1-0,5 Gew.-% Mg und mindestens 0,0015 Gew.-% Ca, insbesondere mindestens 0,01 Gew.-% Ca.
- Die Al-Basisschicht kann eine homogene Siliziumverteilung aufweisen, bei der die lokalen Siliziumgehalte um nicht mehr als 10% variieren. Bevorzugte Varianten der Al-Basisschicht weisen dagegen siliziumarme Phasen und siliziumreiche Phasen auf. Siliziumarme Phasen sind dabei Gebiete, deren mittlerer Si-Gehalt mindestens 20% weniger beträgt als der mittlere Si-Gehalt der Al-Basisschicht. Siliziumreiche Phasen sind dabei Gebiete, deren mittlerer Si-Gehalt mindestens 20% mehr beträgt als der mittlere Si-Gehalt der Al-Basisschicht.
- Bei einer bevorzugten Variante sind die siliziumreichen Phasen innerhalb der siliziumarmen Phase angeordnet. Insbesondere bilden die siliziumreichen Phasen mindestens eine 40% durchgehende Schicht, die von siliziumarmen Gebieten begrenzt ist. Bei einer alternativen Ausführungsvariante sind die siliziumreichen Phasen inselförmig in der siliziumarmen Phase angeordnet.
- Unter "inselförmig" wird im Sinne dieser Anmeldung eine Anordnung verstanden, bei der diskrete unzusammenhängende Bereiche von einem anderen Material umschlossen werden - es sich also "Inseln" eines bestimmten Materials in einem anderen Material befinden.
- Bei einer bevorzugten Variante umfasst das Stahlbauteil eine auf dem Korrosionsschutzüberzug angeordnete Oxidschicht. Die Oxidschicht liegt dabei insbesondere auf der Al-Basisschicht und bildet bevorzugt den äußeren Abschluss des Korrosionsschutzüberzuges.
- Die Oxidschicht des Stahlbauteils besteht insbesondere zu mehr als 80 Gew.-% aus Oxiden, wobei der Hauptanteil der Oxide (d.h. mehr als 50 Gew.-% der Oxide) Aluminiumoxid ist. Optional sind in der Oxidschicht zusätzlich zu Aluminiumoxid Hydroxide und/oder Magnesiumoxid alleine oder als Mischung vorhanden. Bevorzugt besteht der nicht von den Oxiden und optional vorhandenen Hydroxiden eingenommene Rest der Oxidschicht aus Silizium, Aluminium, Eisen und/oder Magnesium in metallischer Form.
- Die Oxidschicht hat bevorzugt eine Dicke von mindestens 50nm, insbesondere von mindestens 100nm. Weiterhin beträgt die Dicke bevorzugt maximal 4µm, insbesondere maximal 2µm.
- Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist das Überprüfen eines warmumgeformten Blechformteils mit einem Überzug auf Aluminium-Basis, insbesondere eines Blechformteils das wie vorstehend weitergebildet ist und/oder nach dem vorstehend erläuterten Verfahren erzeugt wurde. Dabei umfasst das Verfahren zum Überprüfen mindestens die folgenden Schritte:
- 1. Bestimmen eines Farbwertes oder mehrerer Farbwerte des Überzuges
- 2. Vergleichen des einen Farbwertes oder der mehreren Farbwerte mit einem oder mehreren Referenzwerten
- 3. Aussortieren des Blechformteils auf Basis eines Ergebnisses des Vergleichs
- Durch ein einfaches Verfahren, nämlich das Bestimmen eines oder mehrerer Farbwerte und den Vergleich mit entsprechenden Referenzwerten, kann automatisiert festgestellt werden, ob das Bauteil den gewünschten Erzeugungsprozess durchlaufen hat. Auf diese Weise kann bei einer Serienfertigung problemlos jedes Bauteil geprüft werden. Dies erhöht die Sicherheit, dass keine fehlerhaften Bauteile weiterverwendet werden. Bisherige Prüfungsverfahren erforderten eine chemische Analyse und/oder die Anfertigung eines metallographischen Schnittes. Solche Verfahren sind daher nicht zerstörungsfrei. Folglich konnten nur Stichproben der Bauteile geprüft werden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher die Prüfung der gesamten Bauteil-Produktion möglich.
- Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens sind der eine oder die mehreren Referenzwerte ein oder mehrere Farbwerte eines abgekühlten Referenz-Blechformteils sind, das eine Glühung in einem Ofen mit einer Ofentemperatur von 900°C für eine Referenz-Glühdauer von 4 Minuten erfahren hat. Versuche haben gezeigt, dass eine Glühung bei 900°C für 4 Minuten in vielen Fällen ein Bauteil mit den gewünschten Eigenschaften liefert. Daher bietet es sich an, dies als Referenz-Prozess zu verwenden und die Farbwerte, die an einem solchen Referenz-Bauteil vorliegen als Referenzwerte zu verwenden.
- Bei einer speziellen Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Bestimmen des mindestens einen Farbwertes oder der mehreren Farbwerte mittels eines Photometers, insbesondere mittels eines Spektralphotometers erfolgt. Die Verwendung von Photometern hat sich als besonders sinnvoll erwiesen, da diese sehr zuverlässig funktionieren und problemlos in einen industriellen Serienprozess integriert werden können. Beispielsweise ist es ohne weiteres möglich mit einem Photometer viele Bauteile hintereinander mit kurzem zeitlichen Abstand zu vermessen.
- Besonders bevorzugt umfasst das Bestimmen des einen Farbwertes oder der mehreren Farbwerte des Überzuges ein Bestimmen von mindestens drei Farbwerten in einem Farbraum. Insbesondere besteht das Bestimmen des einen Farbwertes oder der mehreren Farbwerte des Überzuges aus einem Bestimmen von mindestens drei Farbwerten in einem Farbraum. Bei den drei Farbwerten in einem Farbraum kann es sich beispielsweise um die Werte L*a*b im genormten CIE-Lab Farbraum handeln. Alternativ kann auch ein ausgesuchter RGB-Farbraum verwendet werden. Dann handelt es sich bei den drei Farbwerten um die entsprechenden RGB-Werte. Bei den drei Farbwerten in einem Farbraum handelt es sich selbstverständlich um drei unabhängige Farbwerte, so dass durch die Angabe der drei Farbwerte die Farbe in diesem Farbraum eindeutig identifiziert werden kann. Durch die Aufnahme von mindestens drei Farbwerten in einem Farbraum kann die Farbveränderung besser charakterisiert werden, da mehr Informationen vorliegen und die Farbe in dem Farbraum eindeutig identifiziert werden kann.
- Bei einer besonders bevorzugten Variante umfasst das Vergleichen des einen Farbwertes oder der mehreren Farbwerte mit einem oder mehreren Referenzwerten die Berechnung einer Farbdynamik. Insbesondere handelt es sich bei den Farbwerten und den Referenzwerten um RGB-Werte und die Farbdynamik D wird als die Summe der Beträge der Differenzen der RGB-Werte und der RGB-Referenzwerte berechnet:
- Versuche haben gezeigt, dass eine solche Farbdynamik D besonders sensitiv auf die hier auftretenden Farbveränderungen ist. Daher eignet sich eine solche Farbdynamik gut, um das Blechformteil auf Basis der, im Rahmen des Vergleichs, berechneten Farbdynamik auszusortieren, beispielsweise wenn die Farbdynamik größer ist als 270.
- Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des zuvor erläuterten Verfahrens zum Herstellen eines Blechformteils schließt sich an die beschriebenen Verfahrensschritte a) - f), insbesondere unmittelbar, der Schritt g) an:
g. Überprüfen des abgekühlten Blechformteils mit dem erläuterten Verfahren zum Überprüfen eines Blechformteils - Die hergestellten Blechformteile werden also im Sinne einer Qualitätskontrolle abgeprüft, ob sie das gewünschte Herstellungsverfahren durchlaufen haben.
- Zum Nachweis der Wirkung der Erfindung wurden mehrere Versuche durchgeführt. Dafür wurden Brammen mit den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen mit einer Dicke von 240 mm und Breite von 1200 mm erzeugt, in einem Stoßofen auf eine Temperatur T1 von 1200°C aufgeheizt. Anschließend wurden die Brammen zwischen 30 und 450 min auf T1 gehalten, bis die Temperatur T1 im Kern der Brammen erreicht war und die Brammen somit durcherwärmt waren. Die Brammen wurden mit ihrer jeweiligen Durcherwärmungstemperatur T1 aus dem Stoßofen ausgetragen und einem Warmwalzen unterzogen. Die Versuche wurden als kontinuierliche Warmbandwalzung ausgeführt. Dazu wurden die Brammen zunächst zu einem Zwischenprodukt der Dicke 40 mm vorgewalzt, wobei die Zwischenprodukte, welche bei der Warmbandwalzung auch als Vorbänder bezeichnet werden können, am Ende der Vorwalzphase jeweils eine Zwischenprodukttemperatur T2 von 1100°C aufwiesen. Die Vorbänder wurden unmittelbar nach der Vorwalzung dem Fertigwalzen zugeführt, sodass die Zwischenprodukttemperatur T2 der Walzanfangstemperatur für die Fertigwalzphase entspricht. Die Vorbänder wurden zu Warmbänder mit einer Enddicke von 4 mm und einer Endwalztemperatur T3 von 890°C ausgewalzt, auf die jeweilige Haspeltemperatur abgekühlt und bei einer Haspeltemperaturen T4 von 580°C zu Coils aufgewickelt und dann in ruhender Luft abgekühlt. Die Warmbänder wurden in konventioneller Weise mittels Beizen entzundert, bevor sie einem Kaltwalzen unterzogen wurden bis sich die in Tabelle 3 angegebene Dicke ergab. Die kaltgewalzten Stahlflachprodukte wurden in einem Durchlaufglühofen auf eine Glühtemperatur T5 von 870°C erwärmt und für jeweils 100s auf Glühtemperatur gehalten, bevor sie mit einer Abkühlrate von 1 K/s auf die Eintauchtemperatur T6 von 690°C abgekühlt wurden. Die Kaltbänder wurden mit ihrer jeweiligen Eintauchtemperatur T6 durch ein schmelzflüssiges Beschichtungsbad der Temperatur T7 von 676°C geführt. Die Bandgeschwindigkeit betrug dabei in allen Fällen 76 m/min. Die Zusammensetzung des Beschichtungsbads ist in Tabelle 2 angegebenen. Nach dem Beschichten wurden die beschichteten Bänder abgeblasen, um die Auflagengewichte einzustellen. Hierfür wurde ein Luftstrom verwendet. Die Temperatur des Luftstroms betrug in allen Fällen 70°C. Die Dicke des Überzuges ist in Tabelle 3 angegeben. Die Bänder wurden zunächst mit einer mittleren Abkühlrate von 10-15 K/s auf 660°C abgekühlt. Zwischen 660°C und 570°C, d.h. zwischen dem Beginn der Verfestigung und dem Ende der Verfestigung des Überzuges, betrug die Abkühlrate 21 K/s. Im weiteren Abkühlverlauf zwischen 570°C und Raumtemperatur wurden die Bänder mit einer Abkühlrate von jeweils 5-12 K/s abgekühlt. Von den so erzeugten Stahlbändern sind jeweils Zuschnitte abgeteilt worden, die für die weiteren Versuche verwendet worden sind. Bei diesen Versuchen sind aus den jeweiligen Zuschnitten Blechformteil-Proben in Form von 200 x 300 mm2 großen Platten warmpressgeformt worden. Dazu sind die Zuschnitte in einer Erwärmungseinrichtung, beispielsweise in einem konventionellen Erwärmungsofen, von Raumtemperatur mit einer mittleren Aufheizgeschwindigkeit rOfen (zwischen 30°C und 700°C) in einem Ofen mit einer Ofentemperatur TOfen von 900°C erwärmt worden. Die Glühdauer im Ofen, die ein Erwärmen und ein Halten umfasst, ist mit tOfen bezeichnet. Der Taupunkt der Ofenatmosphäre betrug in allen Fälle -5°C. Anschließend sind die Zuschnitte aus der Erwärmungseinrichtung entnommen und in ein Umformwerkzeug, welches die Temperatur TWZ besitzt, eingelegt worden. Beim Zeitpunkt des Entnehmens aus dem Ofen hatten die Zuschnitte die Ofentemperatur angenommen. Die sich aus der für das Entnehmen aus der Erwärmungseinrichtung, den Transport zum Werkzeug und das Einlegen ins Werkzeug zusammensetzende Transferdauer tTrans betrug 8s. Die Temperatur TEinlg der Zuschnitte beim Einlegen in das Umformwerkzeug lag in allen Fällen oberhalb der jeweiligen Martensitstarttemperatur +100°C. Im Umformwerkzeug sind die Zuschnitte zum jeweiligen Blechformteil umgeformt worden, wobei die Blechformteile im Werkzeug mit einer Abkühlgeschwindigkeit rWZ auf eine Zielttemperatur TZiel abgekühlt wurden. Die Verweildauer im Werkzeug wird mit tWZ bezeichnet. Abschließend sind die Proben an Luft auf Raumtemperatur abgekühlt worden. In Tabelle 4 sind die genannten Parameter nochmals zusammengefasst, wobei "RT" die Raumtemperatur abkürzt.
- Bei dem beschriebenen Prozess wurde zum einen die Beschichtung variiert. Es wurden die Blechtypen 1 und 2 verwendet, die sich nur durch den Beschichtungstyp α oder β unterschieden (siehe Tabelle 3). Zum anderen wurde die Glühdauer im Ofen zwischen 4 Minuten und 11 Minuten variiert. Für die so erzeugten Blechformteile wurden mittels eines Spektralphotometers und einer Lichtquelle mit der CIE-Normlichtart A und einem 10° Sichtfeld die Farbe im CIE-Lab Farbraum bestimmt. Aus diesen Daten wurden die Farbwerte im RGB-Raum errechnet. Hieraus wurde wiederum die Farbdynamik D bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt.
Tabelle 1 (Stahlsorten) Stahl C Si Mn Al Cr Nb Ti B P S N Sn As Cu Mo Ca Ni CEV A 0,235 0,3 1,3 0,05 0,28 0,003 0,040 0,0035 0,02 0,003 0,007 0,03 0,01 0,03 0,03 0,005 0,025 0,52 Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen. Angaben jeweils in Gew.-%; Tabelle 2 (Beschichtungsvarianten) Beschichtungsvariante Schmelzenanalyse Si Fe Mg Sonstig e Al α 9,5 3 <0,0 1 <1% Rest β 10 3 0,5 <1% Rest Tabelle 3 (Aufbau) Aufbau Stahls orte Besch ichtun g Blech dicke [mm] Überzugs dicke [µm] 1* A α 1,5 27 2 A β 1,5 27 * nicht erfindungsgemäße Referenzbeispiele Tabelle 4 (Warmumformparameter) Mittlere Aufheizgeschwindigkeit rOfen [30 - 700 °C] [K/s] TOfen [°C] Transferzeit [s] Taupunkt Ofen [°C] TEinlg [°C] TZW [°C] TZW [s] Abkühlgeschwindigkeit rWZ [K/s] TZiel [°C] 8 900 8 -5 800 RT 15 50 50 Tabelle 5 (Ergebnisse) Aufbau Glühdauer tOfen [Minuten] L a b R G B D 1* 4 39,94 1,35 3,09 99 93 89 0 (Referenz) 1* 5 37,22 1,58 0,39 91 87 87 16 1* 6 34,02 0,33 -5,74 76 80 89 40 1* 7 34,46 -1,16 -7,99 72 82 94 51 1* 8 34,14 -2,93 -10,77 65 82 97 61 1* 9 35,70 -5,00 -12,61 61 87 104 77 1* 10 37,23 -6,33 -13,00 61 92 108 86 1* 11 37,27 -4,63 -14,67 63 91 111 92 2 4 38,41 -0,78 -6,38 84 91 101 0 (Referenz) 2 5 36,70 -3,78 -11,66 68 89 105 22 2 6 38,65 -1,61 -4,82 84 92 99 47 2 7 42,00 -5,76 -10,23 78 103 116 81 2 8 53,68 -5,76 -9,13 108 132 144 168 2 9 45,29 -4,77 -5,68 93 110 116 233 2 10 45,31 -0,46 6,10 111 107 97 273 2 11 50,79 -2,87 6,99 121 122 109 310
Claims (11)
- Stahlflachprodukt zur Herstellung eines Blechformteils durch Warmumformen, aufweisenda. ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,1-3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht undb. einen auf mindestens einer Seite des Stahlsubstrats angeordneten Überzug auf Aluminium-Basis,wobei der Überzug eine Al-Basisschicht aufweist, die aus 1,0-15 Gew.-% Si, optional 2-4 Gew.-% Fe, 0,1-5,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium besteht,dadurch gekennzeichnet, dassdie Alkali- oder Erdalkalimetalle in der Al-Basisschicht eine derartige Verteilung aufweisen, dass das Stahlflachprodukt im abgekühlten Zustand nach einer Glühung in einem Ofen mit einer Ofentemperatur von 900° für eine Glühdauer von 9 Minuten eine Farbveränderung im Vergleich zum abgekühlten Zustand nach einer Referenz-Glühdauer von 4 Minuten erfährt, wobei die Farbveränderung eine Farbdynamik von größer 100 aufweist.
- Stahlflachprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) aus
C: 0,04-0,45 Gew.-%, Si: 0,02-1,2 Gew.-%, Mn: 0,5-2,6 Gew.-%, Al: 0,02-1,0 Gew.-%, P: ≤ 0,05 Gew.-%, S: ≤ 0,02 Gew.-%, N: ≤ 0,02 Gew.-%, Sn: ≤ 0,03 Gew.-%, As: ≤ 0,01 Gew.-%, Ca: ≤ 0,005 Gew.-%, Cr: 0,08-1,0 Gew.-%, B: 0,001-0,005 Gew.-%, Mo: ≤0,5 Gew.-%, Ni: ≤0,5 Gew.-%, Cu: ≤0,2 Gew.-%, Nb: 0,02-0,08 Gew.-%, Ti: 0,01-0,08 Gew.-%, V: ≤0,2 Gew.-%, - Verfahren zum Herstellen eines Stahlflachproduktes für die Warmumformung mit einem Überzug umfassend folgende Arbeitsschritte:a) Zurverfügungstellen einer Bramme oder einer Dünnbramme, die aus einem Stahl besteht, der 0,1-3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist;b) Durcherwärmen der Bramme oder Dünnbramme bei einer Temperatur (T1) von 1000-1400°C;c) optionales Vorwalzen der durcherwärmten Bramme oder Dünnbramme zu einem Zwischenprodukt mit einer Zwischenprodukttemperatur (T2) von 1000-1200°C;d) Warmwalzen zu einem warmgewalzten Stahlflachprodukt, wobei die Endwalztemperatur (T3) 750-1000°C beträgt;e) optionales Haspeln des warmgewalzten Stahlflachprodukts, wobei die Haspeltemperatur (T4) höchstens 700°C beträgt;f) Optionales Entzundern des warmgewalzten Stahlflachprodukts;g) optionales Kaltwalzen des Stahlflachprodukts, wobei der Kaltwalzgrad mindestens 30 % beträgt;h) Glühen des Stahlflachprodukts bei einer Glühtemperatur (T5) von 650-900°C;i) Abkühlen des Stahlflachprodukts auf eine Eintauchtemperatur (T6), welche 600-800°C, bevorzugt 680-720°C beträgt;j) Beschichten des auf die Eintauchtemperatur abgekühlten Stahlflachprodukts mit einem Überzug durchi. Eintauchen in ein Schmelzbad mit einer Schmelzentemperatur (T7) 660-800°C, bevorzugt 670-710°C;ii. Abblasen des Stahlflachproduktes nach Austritt aus dem Schmelzbad mittels eines Gasstroms;k) Abkühlen des beschichteten Stahlflachprodukts auf Raumtemperatur, wobei eine mittlere Abkühlrate zwischen 660°C und 570°C mindestens 15 K/s beträgt;l) optionales Dressieren des beschichteten Stahlflachprodukts.
- Verfahren zum Überprüfen eines warmumgeformten Blechformteils mit einem Überzug auf Aluminium-Basis umfassend mindestens die folgenden Schritte:a. Bestimmen eines Farbwertes oder mehrerer Farbwerte des Überzuges;b. Vergleichen des einen Farbwertes oder der mehreren Farbwerte mit einem oder mehreren Referenzwerten;c. Aussortieren des Blechformteils auf Basis eines Ergebnisses des Vergleichs.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Referenzwerte ein oder mehrere Farbwerte eines abgekühlten Referenz-Blechformteils sind, das eine Glühung in einem Ofen mit einer Ofentemperatur von 900°C für eine Referenz-Glühdauer von 4 Minuten erfahren hat.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des mindestens einen Farbwertes oder der mehreren Farbwerte mittels eines Photometers, insbesondere mittels eines Spektralphotometers erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des einen Farbwertes oder der mehreren Farbwerten des Überzuges ein Bestimmen von mindestens drei Farbwerten in einem Farbraum umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichen des einen Farbwertes oder der mehreren Farbwerte mit einem oder mehreren Referenzwerten die Berechnung einer Farbdynamik umfasst.
- Verfahren zum Herstellen eines Blechformteils umfassend folgende Arbeitsschritte:a. Bereitstellen eines Blechzuschnitts aus einem Stahlflachprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 2;b. Erwärmen des Blechzuschnitts derart, dass zumindest teilweise die AC3 Temperatur des Zuschnitts überschritten ist und die Temperatur TEinlg des Zuschnitts beim Einlegen in ein für ein Warmpressformen vorgesehenes Umformwerkzeug (Arbeitsschritt c)) zumindest teilweise eine Temperatur oberhalb von Ms+100°C aufweist, wobei Ms die der Martensitstarttemperatur bezeichnet;c. Einlegen des erwärmten Blechzuschnitts in ein Umformwerkzeug, wobei die für das Entnehmen aus der Erwärmungseinrichtung und das Einlegen des Zuschnitts benötigte Transferdauer tTrans höchstens 20s, bevorzugt höchstens 15s, beträgt;d. Warmpressformen des Blechzuschnitts zu dem Blechformteil, wobei der Zuschnitt im Zuge des Warmpressformens über eine Dauer tWZ von mehr als 1s mit einer zumindest teilweise mehr als 30 K/s betragenden Abkühlgeschwindigkeit rWZ auf die Zieltemperatur TZiel abgekühlt und optional dort gehalten wird;e. Entnehmen des auf die Zieltemperatur TZiel abgekühlten Blechformteils aus dem Werkzeug;f. Abkühlen des Blechformteils auf Raumtemperatur;g. Überprüfen des abgekühlten Blechformteils mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8.
- Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zumindest teilweise im Blechzuschnitt erreichte Temperatur in Schritt b) zwischen Ac3 und 1000°C, bevorzugt zwischen 850°C und 950°C liegt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei die Zieltemperatur TZiel des Blechformteils zumindest teilweise unterhalb 400°C, bevorzugt unterhalb 300°C liegt.
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