EP4516954A1 - Stahlflachprodukt mit einer schutzschicht gegen zunder - Google Patents

Stahlflachprodukt mit einer schutzschicht gegen zunder Download PDF

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EP4516954A1
EP4516954A1 EP24196372.7A EP24196372A EP4516954A1 EP 4516954 A1 EP4516954 A1 EP 4516954A1 EP 24196372 A EP24196372 A EP 24196372A EP 4516954 A1 EP4516954 A1 EP 4516954A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sheet metal
temperature
steel
metal part
blank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24196372.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan BIENHOLZ
Maria KÖYER
Sebastian STILLE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP4516954A1 publication Critical patent/EP4516954A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D8/02—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226—Hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0236—Cold rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite

Definitions

  • the invention relates to a flat steel product with a protective layer against scale, a method for producing such a flat steel product, a sheet metal part produced from such a flat steel product and a method for producing such a sheet metal part from a flat steel product.
  • Steel flat products for hot forming into sheet metal parts are known from the state of the art and have an aluminium-based or zinc-based coating.
  • the WO 2022/048990 A1 and the EP 2 993 248 B1 such flat steel products.
  • Such coatings are typically thicker than 20 ⁇ m and offer good corrosion protection.
  • Uncoated flat steel products for hot forming have the disadvantage that the surface may become scalded when heated for hot forming.
  • EP 3 924 528 A1 It is known that such scaling can be caused by a protective gas atmosphere (typically Nitrogen) during the furnace process.
  • a protective gas atmosphere typically Nitrogen
  • the use of a nitrogen-based protective gas leads to an effusion of carbon during austenitization on the surface of a flat steel product. This phenomenon is known as edge decarburization and leads to a drop in the material hardness at the edge. Depending on the application, this can be undesirable.
  • it is difficult to completely avoid scaling using a protective gas atmosphere since the heated sheet metal blank has to be transported to a forming tool. At this point at the latest, the heated surface comes into contact with ambient air, causing scale to form. Therefore, the surface of the sheet metal part is usually descaled by blasting. All granular blasting media are suitable as blasting media, for example steel balls, steel scrap, blast furnace slag, sand, corundum
  • the object of the present invention is to provide a cost-effective flat steel product that can be further processed in a conventional manner to form a sheet metal part without the formation of scale, so that additional blasting can be avoided.
  • the flat steel product should be less complex to manufacture than the known flat steel products with a thick aluminum-based or zinc-based coating.
  • the protective layer preferably consists of a maximum of 10 wt.% of other alloying elements, in particular a maximum of 5 wt.% of other alloying elements, preferably a maximum of 2 wt.% of other alloying elements and the remainder of magnesium or manganese.
  • the protective coating consists of the protective layer described.
  • the protective layer contacts the substrate on one side and forms the outer boundary of the flat steel product with its other surface.
  • the thickness is at least 20 nm, in particular at least 30 nm, preferably at least 40 nm. The thickness is also a maximum of 80 nm, preferably a maximum of 70 nm, in particular a maximum of 60 nm.
  • the thickness is at least 350 nm, in particular at least 400 nm, preferably at least 450 nm.
  • the thickness is also a maximum of 800 nm, preferably a maximum of 700 nm, in particular a maximum of 600 nm.
  • the produced sheet metal part is suitable for resistance spot welding at the above-mentioned thicknesses without the need for a subsequent blasting process.
  • the weldability is determined according to SEP 1220 Part 2 (2001).
  • the steel substrate is made of a steel that contains 0.1 - 3 wt.% Mn and optionally up to 0.01 wt.% B.
  • the structure of the steel can be converted into a martensitic or partially martensitic structure by hot forming.
  • the structure of the steel substrate of the sheet metal part described below is therefore preferably a martensitic or at least partially martensitic structure, since this has a particularly high hardness.
  • the steel substrate is a steel which, in addition to iron and unavoidable impurities (in wt. %), consists of C: 0.04 - 0.45 wt.%, Si: 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.% Ace: ⁇ 0.01 wt.% Ca: ⁇ 0.005 wt.% and optionally one or more of the elements "Cr, B, Mo, Ni, Cu, Nb, Ti, V, W" in the following contents Cr: 0.08 - 1.0 wt.%, B: 0.001 - 0.010 wt.% Mo: ⁇ 0.5 wt.% Ni: ⁇ 0.5 wt.% Cu: ⁇
  • the elements P, S, N, Sn, As and Ca are impurities that cannot be completely avoided during steel production. Ca is also occasionally deliberately added to alloys to bind sulphur. In such a case, the Ca content is at least 0.001% by weight. The maximum Ca content in this case is also 0.005% by weight.
  • unavoidable impurities 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 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 be present in the steel substrate as unavoidable impurities in contents below the respective lower limit. In this case, They are also counted among the unavoidable impurities, the total content of which is limited to a maximum of 0.2% by weight, preferably a maximum of 0.1% by weight.
  • the individual upper limits for the respective contamination of these elements are preferably as follows: Cr: ⁇ 0.050 wt.%, B: ⁇ 0.0005 wt.% Nb: ⁇ 0.005 wt.%, Ti: ⁇ 0.005 wt.%
  • 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 0.11 - 0.25 wt.% or in the range of 0.32 - 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 wt.%.
  • 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 wt.%, in particular a maximum of 3.15 wt.%.
  • the sum is at least 0.5 wt.%, preferably at least 0.75 wt.%.
  • the steel optionally also contains boron with a content of 0.001 - 0.010 wt.%.
  • the B content is a maximum of 0.005 wt.%, preferably 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 content of maximum 0.2 wt.%, preferably maximum 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 0.01 wt.%, in particular at least 0.02 wt.% and a maximum of 0.2 wt.%, preferably 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 0.10 wt.%, in particular a maximum of 0.08 wt.%, preferably a maximum of 0.04 wt.%.
  • the optional V content is a maximum of 0.3 wt.%, preferably 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.%.
  • Tungsten (W) can optionally be added to the alloy in amounts of 0.001 - 1.0 wt.% to slow down the formation of ferrite.
  • W can optionally be added to the alloy in amounts of 0.001 - 1.0 wt.% to slow down the formation of ferrite.
  • a positive effect on hardenability is already achieved with W contents of at least 0.001 wt.%.
  • a maximum of 1.0 wt.% tungsten is added.
  • 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 slab continuous casting or by thin slab continuous casting.
  • the alloy preferably has the composition explained above with regard to the substrate of the flat steel product.
  • step b) the semi-finished product is heated to a temperature (T1) of 1000 - 1400 °C. If the semi-finished product has cooled down after casting, it is first reheated to 1000 - 1400 °C for heating.
  • the heating temperature should be at least 1000 °C, preferably at least 1100 °C, to ensure good formability for the subsequent rolling process.
  • the heating temperature should not be more than 1400 °C to avoid molten phases in the semi-finished product.
  • the semi-finished product is pre-rolled to form an intermediate product.
  • Thin slabs are usually not subjected to pre-rolling.
  • Thick slabs that are to be rolled into hot strips can be subjected to pre-rolling if required.
  • the temperature of the intermediate product (T2) at the end of pre-rolling should be at least 1000 °C so that the intermediate product contains sufficient heat for the subsequent step of finish rolling.
  • high rolling temperatures can also promote grain growth during the rolling process, which has a detrimental effect on the mechanical properties of the flat steel product.
  • the temperature of the intermediate product at the end of pre-rolling should not exceed 1200 °C.
  • step d) the slab or thin slab or, if step c) has been carried out, the intermediate product is rolled into a hot-rolled flat steel product. If step c) has been carried out, the intermediate product is typically rolled immediately after rough rolling. finish-rolled. Typically, finish-rolling begins no later than 90 seconds after the end of rough rolling.
  • the slab, the thin slab or, if step c) has been carried out, the intermediate product are rolled at a final rolling temperature (T3).
  • the final rolling temperature i.e. the temperature of the finished hot-rolled flat steel product at the end of the hot rolling process, is 750 - 1000 °C.
  • the amount of free vanadium decreases because larger amounts of vanadium carbides are precipitated.
  • the vanadium carbides precipitated during finish-rolling are very large. They typically have an average grain size of 30 nm or more and are no longer dissolved in subsequent annealing processes, such as those carried out before hot-dip coating.
  • the final rolling temperature is limited to values of 1000 °C at most to prevent coarsening of the austenite grains.
  • final rolling temperatures of 1000 °C at most are relevant from a process engineering perspective for setting coiler temperatures (T4) below 700 °C.
  • the hot rolling of the flat steel product can be carried out as continuous hot strip rolling or as reversing rolling.
  • step e) provides for optional coiling of the hot-rolled flat steel product.
  • the hot strip is cooled to a coiling temperature (T4) within less than 50 s after hot rolling.
  • the cooling medium used for this can be, for example, water, air or a combination of both.
  • the coiling temperature (T4) should not exceed 700 °C in order to avoid the formation of large vanadium carbides. In principle, there is no lower limit on the coiling temperature. However, coiling temperatures of at least 500 °C have proven to be favorable for cold rolling.
  • the coiled hot strip is then cooled to room temperature in air in the conventional manner.
  • step f) the hot-rolled flat steel product is optionally descaled in a conventional manner by pickling or another suitable treatment. Alternatively or additionally, further cleaning steps in the form of annealing or plasma cleaning are also possible.
  • the hot-rolled flat steel product cleaned of scale can optionally be subjected to cold rolling before the annealing treatment in step g), for example to meet higher requirements for the thickness tolerances of the flat steel product.
  • the cold rolling degree (KWG) should be at least 30% in order to incorporate sufficient deformation energy into the flat steel product for to introduce rapid recrystallization.
  • the flat steel product before cold rolling is usually a hot strip with a hot strip thickness of d.
  • the flat steel product after cold rolling is usually also referred to as cold strip.
  • the cold rolling degree can in principle assume very high values of over 90%. However, cold rolling degrees of no more than 80% have proven to be beneficial in preventing strip breaks.
  • step h) the flat steel product is coated with a protective layer comprising Mg with a thickness of 20 - 80 nm or a protective layer comprising Mn with a thickness of 350 - 800 nm.
  • the coating is carried out by means of physical vapor deposition, in particular by means of a process as in the WO 2016/042079 A1 described.
  • the coating is carried out by means of electrolytic deposition.
  • the protective layer preferably consists of a maximum of 10 wt.% of other alloying elements, in particular a maximum of 5 wt.% of other alloying elements, preferably a maximum of 2 wt.% of other alloying elements and the remainder of magnesium or manganese.
  • the protective coating consists of the protective layer described.
  • the protective layer therefore contacts the substrate on one side and forms the outer boundary of the flat steel product with its other surface or borders on the optional oxide layer, which is described below.
  • the sheet metal part comprises an oxide layer arranged on the anti-corrosive coating.
  • the oxide layer lies in particular on the protective layer and preferably forms the outer edge of the anti-corrosive coating.
  • the oxide layer of the sheet metal part consists in particular of more than 80 wt.% oxides, whereby the main proportion of the oxides (i.e. more than 50 wt.% of the oxides) is magnesium oxide in the first variant or manganese oxide in the second variant.
  • the oxide layer preferably has a thickness of at least 50 nm, in particular of at least 100 nm. Furthermore, the thickness is a maximum of 4 ⁇ m, in particular a maximum of 2 ⁇ m.
  • the steel substrate of the sheet metal part has a structure with at least partially more than 90% martensite, in particular at least partially more than 95%, particularly preferably at least partially more than 98%.
  • partially having is to be understood as meaning that there are areas of the sheet metal part that have the mentioned structure.
  • the sheet metal part therefore has the mentioned structure in sections or in regions.
  • the steel of the steel substrate of the sheet metal part is preferably designed as explained above with respect to the steel substrate of the flat steel product.
  • a blank which consists of a flat steel product suitably assembled in accordance with the above explanations (work step a)), which is then heated in a manner known per se so that the AC3 temperature of the blank is at least partially 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 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.
  • the blank When placed in the forming tool This means that at least 30% of the blank has an austenitic structure, i.e. the transformation from a ferritic to an austenitic structure does not have to be complete when it 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 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.
  • 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 at most 1000 °C, preferably at most 950 °C, particularly preferably at most 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 at most 1000 °C, preferably at most 950 °C, particularly preferably at most 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 may 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 preferably within a maximum of 20 seconds, in particular within 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 Ziel .
  • the residence time in the tool t WZ is preferably at least 2 s, in particular at least 3 s, particularly preferably at least 5 s.
  • the maximum residence time in the tool is preferably 25 s, in particular a maximum of 20 s.
  • 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.
  • AC1[°C] (739 ⁇ 22*%C - 7*%Mn + 2*%Si + 14*%Cr + 13*%Ni + 20*%V)[)C/wt.-%]
  • AC3[°C] (902 - 225*%C + 19*%Si - 11*%Mn - 5*%Cr + 13*%Mo + 20*%Ni +55*%V)[)C/wt.-%] to be calculated, where %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 and +%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.
  • the sheet metal part 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 to 600 s. This is usually done by air cooling.
  • the sheet metal part according to the invention is preferably a component for a land vehicle, sea vehicle or aircraft. It is particularly preferably an automotive part, in particular a body part.
  • the component is a B-pillar, longitudinal member, A-pillar, sill or cross member.
  • the slabs were first pre-rolled to an intermediate product with a thickness of 40 mm, whereby the intermediate products, which can also be referred to as pre-strips in hot strip rolling, each had an intermediate product temperature T2 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 3 - 7 mm and the respective final rolling temperatures T3 given in Table 2, cooled to the respective coiling temperature and wound into coils at the respective coiling temperatures T4 and then cooled in still air.
  • the hot strips were descaled in the conventional manner by pickling before being subjected to cold rolling with the cold rolling degrees given in Table 2.
  • the strips were then coiled into coils using a tensile force given in Table 2.
  • the thickness of the steel strips produced was 1.6 mm in all tests.
  • Blanks were cut from the steel strips produced in this way and used for further tests.
  • the blanks were then coated with different protective layers, with one sample left uncoated for reference. In all cases, this was done using physical vapor deposition.
  • sheet metal 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 in a conventional heating oven, from room temperature with an average heating rate r oven (between 30 °C and 700 °C) in an oven with an oven temperature T oven .
  • the total time in the oven, which includes heating and holding is designated t Ofen .
  • 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 a 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 removal from the heating device, transport to the tool and insertion into the tool, was between 5 and 14 s.
  • 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 .
  • the residence time in the tool is designated t WZ .
  • the samples were cooled in air to room temperature.
  • the mass of the respective samples was determined and compared with the mass before heating and forming.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stahlflachprodukt zur Herstellung eines Blechformteils durch Warmumformen. Dabei weist das Stahlflachprodukt ein Stahlsubstrat und einen auf mindestens einer Seite des Stahlsubstrats angeordneten Schutzüberzug auf. Hierbei enthält der Schutzüberzug eine Schutzschicht umfassend Mg mit einer Dicke von 20 - 80 nm oder eine Schutzschicht umfassend Mn mit einer Dicke von 350 - 800 nm. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Herstellverfahren für ein derartiges Stahlflachprodukt und ein Umformverfahren zur Herstellung eines Blechformteils aus einem derartigen Stahlflachprodukt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Stahlflachprodukt mit einer Schutzschicht gegen Zunder, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stahlflachproduktes, ein Blechformteil hergestellt aus einem solchen Stahlflachprodukt und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Blechformteil aus einem Stahlflachprodukt.
  • 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 dem Stand der Technik sind Stahlflachprodukte für die Warmumformung zu Blechformteilen bekannt, die eine aluminiumbasierte oder zinkbasierte Beschichtung aufweisen. Beispielsweise zeigen die WO 2022/048990 A1 und die EP 2 993 248 B1 derartige Stahlflachprodukte. Solche Beschichtungen sind typischerweise dicker als 20µm und bieten einen guten Korrosionsschutz.
  • Ebenso sind aus dem Stand der Technik Stahlflachprodukte für die Warmumformung ohne Beschichtung bekannt. Solche Stahlflachprodukte sind beispielsweise aus der EP 3 924 528 A1 bekannt. Blechformteile, die aus solchen Stahlflachprodukten geformt werden, kommen typischerweise bei nicht so korrosionsanfälligen Anwendungen zum Einsatz.
  • Unbeschichtete Stahlflachprodukte für die Warmumformung haben den Nachteil, dass es bei der Aufheizung für die Warmumformung zu einer Verzunderung der Oberfläche kann. Aus der EP 3 924 528 A1 ist bekannt eine solche Verzunderung durch eine Schutzgasatmosphäre (typischerweise Stickstoff) beim Ofenprozess zu unterdrücken. Die Verwendung eines Schutzgases auf Stickstoffbasis führt jedoch zu einer Effusion von Kohlenstoff während der Austenitisierung an der Oberfläche eines Stahlflachprodukt. Dieses Phänomen ist als Randentkohlung bekannt und führt zu einem Abfall der Materialhärte am Rand. Je nach Anwendung kann dies unerwünscht sein. Zudem ist es schwierig die Verzunderung durch eine Schutzgasatmosphäre komplett zu vermeiden, da der aufgeheizte Blechzuschnitt zu einem Umformwerkzeug transportiert werden muss. Spätestens zu diesem Zeitpunkt kommt die aufgeheizte Oberfläche mit Umgebungsluft in Kontakt, so dass es zu Zunderbildung kommt. Daher wird im Regelfall die Oberfläche des Blechformteils mittels eines Abstrahlens entzundert. Als Strahlgut sind alle granulären Strahlmittel geeignet, beispielsweise Stahlkugeln, Stahlschrott, Hochofenschlacke, Sand, Korund, Glas etc.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein kostengünstiges Stahlflachprodukt bereitzustellen, dass in konventioneller Weise zu einem Blechformteil weiterverarbeitet werden kann, ohne dass es zu Zunderbildung kommt, so dass ein zusätzliches Abstrahlen vermieden werden kann. Zusätzlich soll das Stahlflachprodukt weniger aufwendig herzustellen sein als die bekannten Stahlflachprodukte mit dicker aluminiumbasierter oder zinkbasierter Beschichtung.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Stahlflachprodukt zur Herstellung eines Blechformteils durch Warmumformen, aufweisend
    1. a) ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,1 - 3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht und
    2. b) einen auf mindestens einer Seite des Stahlsubstrats angeordneten Schutzüberzug,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzüberzug eine Schutzschicht umfassend Mg mit einer Dicke von 20 - 80 nm enthält oder eine Schutzschicht umfassend Mn mit einer Dicke von 350 - 800 nm enthält.
  • Bevorzugt besteht die Schutzschicht aus maximal 10 Gew.-% sonstiger Legierungselemente, insbesondere maximal 5 Gew.-% sonstiger Legierungselemente, bevorzugt maximal 2 Gew.-% sonstiger Legierungselemente und als Rest aus Magnesium bzw. aus Mangan.
  • Insbesondere besteht der Schutzüberzug aus der beschriebenen Schutzschicht. Die Schutzschicht kontaktiert also auf der einen Seite das Substrat und bildet mit ihrer anderen Oberfläche die äußere Begrenzung des Stahlflachproduktes.
  • Versuche haben gezeigt, dass bereits eine dünne Schicht aus Magnesium oder Mangan zur Verhinderung der Zunderbildung führt. Dabei hat sich herausgestellt, dass es enge Grenzen für die Dicke dieser Schutzschicht gibt. Bei zu dünnen Schichten ist der Zunderschutz nicht ausreichend und es kommt dennoch zur Bildung von Zunder. Bei zu dicken Schichten kommt es hingegen beim nachfolgenden Umformprozess zu Delamination. Die Schutzschicht bzw. die Oxide der Schutzschicht beginnen abzublättern. Auch dies ist selbstverständlich zu vermeiden. Im Falle von Magnesium beträgt die Dicke mindestens 20 nm, insbesondere mindestens 30 nm, bevorzugt mindestens 40 nm. Ebenso beträgt die Dicke maximal 80 nm, bevorzugt maximal 70 nm, insbesondere maximal 60 nm. Im Falle von Mangan beträgt die Dicke mindestens 350 nm, insbesondere mindestens 400 nm, bevorzugt mindestens 450 nm. Ebenso beträgt die Dicke maximal 800 nm, bevorzugt maximal 700 nm, insbesondere maximal 600 nm.
  • Zusätzlich hat sich gezeigt, dass Schweißeignung beim Widerstandspunktschweißen des erzeugten Blechformteils bei den oben genannten Dicken jeweils gegeben ist, ohne dass ein nachfolgender Abstrahlprozess erforderlich ist.
  • Die Schweißeignung wird dabei gemäß SEP 1220 Teil 2 (2001) bestimmt.
  • Das Stahlsubstrat ist aus einem Stahl, der 0,1 - 3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist. Insbesondere ist das Gefüge des Stahls durch ein Warmumformen in ein martensitisches oder teilweise martensitisches Gefüge umwandelbar. Das Gefüge des Stahlsubstrates des nachfolgend beschriebenen Blechformteils ist also bevorzugt ein martensitisches oder zumindest teilweise martensitisches Gefüge, da dieses eine besonders hohe Härte aufweist.
  • Besonders bevorzugt ist das Stahlsubstrat ein Stahl, der 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.-%
    sowie optional einem oder mehreren der Elemente "Cr, B, Mo, Ni, Cu, Nb, Ti, V, W" in folgenden Gehalten
    Cr: 0,08 - 1,0 Gew.-%,
    B: 0,001 - 0,010 Gew.-%
    Mo: ≤ 0,5 Gew.-%
    Ni: ≤ 0,5 Gew.-%
    Cu: ≤ 0,2 Gew.-%
    Nb: 0,01 - 0,2 Gew.-%,
    Ti: 0,01 - 0,10 Gew.-%
    V: ≤ 0,3 Gew.-%
    W: 0,001 - 1,00 Gew.-%
    besteht.
  • Bei den Elementen P, S, N, Sn, As, Ca handelt es sich um Verunreinigungen, die bei der Stahlerzeugung nicht vollständig vermieden werden können. Gelegentlich wird Ca auch bewusst zur Abbindung von Schwefel hinzulegiert. In einem solchen Fall beträgt der Gehalt von Ca mindestens 0,001 Gew.-%. Maximal beträgt der Ca-Gehalt auch in diesem Fall 0,005 Gew.-%.
  • 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 jeweilige 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 eine 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 0,11 - 0,25 Gew.-% oder im Bereich von 0,32 - 0,37 Gew.-%.
  • Bei einer eine 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. Bein einer bevorzugten Variante beträgt daher die Summe der Gehalte von Si und Al (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 Al 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 optionale 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 - 0,010 Gew.-%. Insbesondere beträgt der B-Gehalt maximal 0,005 Gew.-%, bevorzugt 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 0,01 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,02 Gew.-% und maximal 0,2 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,08 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,04 Gew.-%. Der optionale Ti-Gehalt beträgt mindestens 0,01 Gew.-% und maximal 0,10 Gew.-%, insbesondere maximal 0,08 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,04 Gew.-%. Der optionale V-Gehalt beträgt maximal 0,3 Gew.-%, bevorzugt 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.-%.
  • Wolfram (W) kann optional in Gehalten von 0,001 - 1,0 Gew.-% zur Verlangsamung der Ferritbildung hinzulegiert werden. Ein positiver Effekt auf die Härtbarkeit ergibt sich bereits bei W-Gehalten von mindestens 0,001 Gew.-%. Aus Kostengründen wird maximal 1,0 Gew.-% Wolfram hinzulegiert.
  • Die vorstehenden Erläuterungen zu bevorzugten Stahlsubstraten gelten selbstverständlich ebenso für das Stahlsubstrat des, im nachfolgenden beschriebene Blechformteils, sowie die Stahlsubstrate in den beschriebenen Herstellungsverfahren.
  • Ein derartiges Stahlflachprodukt wird mit Hilfe eines der nachfolgend beschriebenen Herstellungsverfahren erzeugt, dass die folgenden Arbeitsschritte umfasst:
    1. a) Zurverfügungstellen einer Bramme oder einer Dünnbramme, die aus Stahl, der 0,1 - 3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht;
    2. b) Durcherwärmen der Bramme oder Dünnbramme bei einer Temperatur (T1) von 1000 - 1400 °C;
    3. c) optionales Vorwalzen der durcherwärmten Bramme oder Dünnbramme zu einem Zwischenprodukt mit einer Zwischenprodukttemperatur (T2) von 1000 - 1200 °C;
    4. d) Warmwalzen zu einem warmgewalzten Stahlflachprodukt, wobei die Endwalz-temperatur (T3) 750 - 1000 °C beträgt;
    5. e) optionales Haspeln des warmgewalzten Stahlflachprodukts, wobei die Haspeltemperatur (T4) höchstens 700 °C beträgt;
    6. f) Optionales Entzundern des warmgewalzten Stahlflachprodukts;
    7. g) optionales Kaltwalzen des Stahlflachprodukts, wobei der Kaltwalzgrad mindestens 30 % beträgt;
    8. h) Beschichten des Stahlflachprodukt mit einer Schutzschicht umfassend Mg mit einer Dicke von 20 - 80nm umfasst oder einer Schutzschicht umfassend Mn mit einer Dicke von 350 - 800 nm.
  • 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. Die Legierung hat bevorzugt die Zusammensetzung die vorstehend im Hinblick auf das Substrat des Stahlflachproduktes erläutert ist.
  • 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, bevorzugt mindestens 1100 °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 90 s 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 30 nm 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 50 s 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. Alternativ oder ergänzend sind auch weitergehende Reinigungsschritte in Form von Glühen oder einer Plasmareinigung möglich.
  • 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: KWG = Δ dKW/d
    Figure imgb0001
     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 Schritt h) wird das Stahlflachprodukt mit einer Schutzschicht umfassend Mg mit einer Dicke von 20 - 80nm oder einer Schutzschicht umfassend Mn mit einer Dicke von 350 - 800 nm beschichtet.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Beschichten mittels physikalischer Gasphasenabscheidung, insbesondere mittels eines Verfahrens wie in der WO 2016/042079 A1 beschrieben. Bei einer alternativen Ausführungsform erfolgt die Beschichtung mittels elektrolytischen Abscheiden.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Blechformteil, insbesondere geformt aus einem zuvor erläuterten Stahlflachprodukt, aufweisend
    1. a) ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,1-3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht
    2. b) und einen auf mindestens einer Seite des Stahlsubstrats angeordneten Schutzüberzug,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzüberzug der Schutzüberzug eine Schutzschicht umfassend Mg mit einer Dicke von 20 - 80nm enthält oder eine Schutzschicht umfassend Mn mit einer Dicke von 350 - 800 nm enhält.
  • Bevorzugt besteht die Schutzschicht aus maximal 10 Gew.-% sonstiger Legierungselemente, insbesondere maximal 5 Gew.-% sonstiger Legierungselemente, bevorzugt maximal 2 Gew.-% sonstiger Legierungselemente und als Rest aus Magnesium bzw. aus Mangan.
  • Insbesondere besteht der Schutzüberzug aus der beschriebenen Schutzschicht. Die Schutzschicht kontaktiert also auf der einen Seite das Substrat und bildet mit ihrer anderen Oberfläche die äußere Begrenzung des Stahlflachproduktes bzw. grenzt mit der anderen Oberfläche an die optionale Oxidschicht, die nachfolgend beschrieben ist.
  • Neben den erläuterten Vorteilen, dass die Zunderbildung bei der Herstellung vermieden werden kann, weisen derartige Blechformteile eine ausgezeichnete Schweißeignung auf.
  • Bei einer bevorzugten Variante umfasst das Blechformteil eine auf dem Korrosionsschutzüberzug angeordnete Oxidschicht. Die Oxidschicht liegt dabei insbesondere auf der Schutzschicht und bildet bevorzugt den äußeren Abschluss des Korrosionsschutzüberzuges.
  • Die Oxidschicht des Blechformteils besteht insbesondere zu mehr als 80 Gew.-% aus Oxiden, wobei der Hauptanteil der Oxide (d.h. mehr als 50 Gew.-% der Oxide) Magnesiumoxid bei der ersten Variante bzw. Manganoxid bei der zweiten Variante ist.
  • Die Oxidschicht hat bevorzugt eine Dicke von mindestens 50nm, insbesondere von mindestens 100nm. Weiterhin beträgt die Dicke maximal 4µm, insbesondere maximal 2µm.
  • Bei einer speziellen Weiterbildung weist das Stahlsubstrat des Blechformteils ein Gefüge mit zumindest teilweise mehr als 90 % Martensit, insbesondere zumindest teilweise mehr als 95 %, besonders bevorzugt zumindest teilweise mehr als 98 % auf. Unter teilweise aufweisen ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass es Bereiche des Blechformteils gibt, die das genannte Gefüge aufweisen. Zusätzlich kann es auch Bereiche des Blechformteils geben, die ein anderes Gefüge aufweisen. Das Blechformteil weist also abschnittsweise oder bereichsweise das genannte Gefüge auf.
  • Der Stahl des Stahlsubstrat des Blechformteils ist bevorzugt so ausgebildet wie vorstehend in Bezug auf das Stahlsubstrat des Stahlflachproduktes erläutert.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Blechformteils, insbesondere eines Blechformteils wie vorstehend beschrieben. Dabei umfasst das Verfahren die folgenden Arbeitsschritte:
    1. a. Bereitstellen eines Blechzuschnitts aus einem zuvor erläuterten Stahlflachprodukt;
    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;
    3. 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 20 s, bevorzugt höchstens 15 s, beträgt;
    4. d. Warmpressformen des Blechzuschnitts zu dem Blechformteil, wobei der Zuschnitt im Zuge des Warmpressformens über eine Dauer tWZ von mehr als 1 s mit einer zumindest teilweise mehr als 30 K/s betragenden Abkühlgeschwindigkeit rWZ auf die Zieltemperatur TZiel abgekühlt und optional dort gehalten wird;
    5. e. Entnehmen des auf die Zieltemperatur TZiel abgekühlten Blechformteils aus dem Werkzeug;
    6. f. Abkühlen des Blechformteils auf Raumtemperatur.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird somit ein Zuschnitt, der aus einem entsprechend den voranstehenden Erläuterungen in geeigneter Weise zusammengesetzten Stahlflachprodukt 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 Mindesttemperatur Ac3 gemäß der von HOUGARDY, HP. in Werkstoffkunde Stahl Band 1: Grundlagen, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf, 1984, p. 229., angegebenen Formel Ac3 = 902 − 225 * % C + 19 *%Si − 11 *%Mn − 5 *%Cr + 13 *%Mo − 20 *%Ni + 55 *%V ° C
    Figure imgb0002
     mit %C = jeweiliger C-Gehalt, %Si = jeweiliger Si-Gehalt, %Mn = jeweiliger Mn-Gehalt, %Cr = jeweiliger Cr-Gehalt, %Mo = jeweiliger Mo-Gehalt, %Ni =jeweiliger Ni-Gehalt und %V = jeweiliger V-Gehalt des Stahls, aus dem der Zuschnitt besteht, bestimmt.
  • 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 beträgt 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 20 s, insbesondere von maximal 15 s 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 2 s, insbesondere mindestens 3 s, besonders bevorzugt mindestens 5 s. Maximal beträgt die Verweilzeit im Werkzeug bevorzugt 25 s, insbesondere maximal 20 s.
  • 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: Ms [°C] = (490,85 ― 302,6 %C ― 30,6 %Mn - 16,6 %Ni ― 8,9 %Cr + 2,4 %Mo―11,3 %Cu + 8,58 %Co + 7,4 %W ― 14,5 %Si)[°C/Gew.-%] zu berechnen, wobei hier mit C% der C-Gehalt, mit %Mn der Mn-Gehalt, mit %Mo der Mo-Gehalt, mit %Cr der Cr-Gehalt, mit %Ni der Ni-Gehalt, mit %Cu der Cu-Gehalt, mit %Co der Co-Gehalt, mit %W der W-Gehalt und mit %Si der Si-Gehalt des jeweiligen Stahls in Gew.-% bezeichnet sind.
  • Die AC1-Temperatur und die AC3-Temperatur eines im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorgaben liegenden Stahls ist gemäß den Formeln: AC1[°C] = (739 ― 22*%C - 7*%Mn + 2*%Si + 14*%Cr + 13*%Ni + 20*%V)[)C/Gew.-%] AC3[°C] = (902 - 225*%C + 19*%Si - 11*%Mn - 5*%Cr + 13*%Mo + 20*%Ni +55*%V)[)C/Gew.-%] zu berechnen, wobei auch hiermit mit %C der C-Gehalt, mit %Si der Si-Gehalt mit %Mn der Mn-Gehalt mit %Cr der Cr-Gehalt, mit %Mo der Mo-Gehalt, mit %Ni der Ni-Gehalt und mit +%V der Vanadium-Gehalt des jeweiligen Stahls bezeichnet sind (Brandis H 1975 TEW-Techn. Ber. 1 8-10).
  • Im Werkzeug wird der Zuschnitt somit nicht nur zu dem Blechformteil geformt, sondern gleichzeitig auch 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.
  • Nach dem Entnehmen des Blechformteils in Schritt e) erfolgt ein Abkühlen des Blechformteils auf Raumtemperatur innerhalb einer Abkühldauer tAB von 0,5 bis 600 s. Dies geschieht im Regelfall durch eine Luftabkühlung.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Blechformteil handelt es sich bevorzugt um ein Bauteil für ein Landfahrzeug, Seefahrzeug oder Luftfahrzeug. Besonders bevorzugt handelt es sich um ein Automobilteil, insbesondere um ein Karrosserieteil. Bevorzugt ist das Bauteil eine B-Säule, Längsträger, A-Säule, Schweller oder Querträger.
  • Näher erläutert wird die Erfindung im Zusammenhang mit den nachfolgenden Tabellen.
  • Zum Nachweis der Wirkung der Erfindung wurden mehrere Versuche durchgeführt. Dafür wurden Brammen mit der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen mit einer Dicke von 200 - 280 mm und Breite von 1000 - 1200 mm erzeugt, in einem Stoßofen auf eine jeweilige Temperatur T1 aufgeheizt und 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 Herstellungsparameter sind in Tabelle 2 angegeben. 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 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 3 - 7 mm und den in Tabelle 2 angegebenen jeweiligen Endwalztemperaturen T3 ausgewalzt, auf die jeweilige Haspeltemperatur abgekühlt und bei den jeweiligen Haspeltemperaturen T4 zu Coils aufgewickelt und dann in ruhender Luft abgekühlt. Die Warmbänder wurden in konventioneller Weise mittels Beizen entzundert, bevor sie einem Kaltwalzen mit den in Tabelle 2 angegebenen Kaltwalzgraden unterzogen wurden. Anschließend wurden die Bänder zu Coils gehaspelt, wobei eine Zugkraft verwendet wurde, die in Tabelle 2 angegeben ist. Die Dicke der erzeugten Stahlbänder lag bei allen Versuchen bei 1,6 mm.
  • Von den so erzeugten Stahlbändern sind jeweils Zuschnitte abgeteilt worden, die für die weiteren Versuche verwendet worden sind. Die Zuschnitte wurden anschließend jeweils unterschiedlichen Schutzschichten beschichtet, wobei zur Referenz auch eine Probe unbeschichtet belassen wurde. Dies geschah in allen Fällen mittels physikalischer Gasphasenabscheidung. Für die weiteren Versuche 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 erwärmt worden. Die Gesamtdauer im Ofen, die eine Erwärmen und eine 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 lag zwischen 5 und 14 s. 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 abgekühlt wurden. Die Verweildauer im Werkzeug wird mit tWZ bezeichnet. Abschließend sind die Proben an Luft auf Raumtemperatur abgekühlt worden. In Tabelle 3 sind diese Parameter nochmals zusammengefasst, wobei "RT" die Raumtemperatur abkürzt.
  • Nach dem Umformprozess wurde die Masse der jeweiligen Proben bestimmt und mit der Masse vor dem Erhitzen und Umformen verglichen.
  • Weiterhin wurde nach dem Umformen die Schweißeignung mittels des genannten Verfahrens bestimmt.
  • In Tabelle 4 sind die Gesamtergebnisse zusammengestellt. In Spalte 4 ist der Beschichtungsstoff angegeben. Die ersten drei Proben waren mit Magnesium beschichtet, so dass sich eine Schutzschicht aus Magnesium und unvermeidbaren Verunreinigungen (<1 Gew-%) ergab. Die Proben 4-6 waren mit Mangan beschichtet, so dass sich eine Schutzschicht aus Mangan und unvermeidbaren Verunreinigungen (<1 Gew-%) ergab. In der Spalte 6 ist die relative Massenänderung während des Umformprozesses angegeben. Idealerweise kommt es bei der Wärmebehandlung lediglich zu einer geringen Massenzunahme durch Oxidation der Schutzschicht. Bei Massenzunahmen von 0,5% und mehr ist die Oxidation zu stark und ein effektiver Zunderschutz ist nicht gegeben. Im Falle der Varianten Mg 100nm und Mn 1000nm sinkt die Masse trotz Oxidation. Bei den Proben kam es beim Umformprozess zur Delamination von oxidischen Überzugsanteilen. Auch diese Schichten sind daher als Zunderschutz ungeeignet. Zwischen beiden Extrema ist jedoch bei beiden Beschichtungen ein Auflagenfenster gegeben, bei dem nur eine moderate und gewünschte Massenzunahme entsteht. Zusätzlich konnte festgestellt werden, dass sich die Schweißeignung (WPS) der Proben mit geringer Massenzunahme verbessert (In Tabelle 4 mit "i.O."= "in Ordnung" gekennzeichnet im Gegensatz zu "n.i.O."="nicht in Ordnung"). Tabelle 1 (Stahlsorten)
    Stahl C Si Mn Al Cr Nb Ti B P S N Sn As Cu Mo Ca Andere
    A 0,235 0,3 1,3 0,05 0,28 0,003 0,04 0,0035 0,02 0,003 0,007 0,03 0,01 0,03 0,03 0,005
    Tabelle 2 (Herstellungsbedingungen Stahlflachprodukt)
    Prozess-variante T1 [°C] T2 [°C] T3 [°C] T4 [°C] KWG [%] Zugkraft Haspeln [daN]
    a 1205 1060 820 550 55 1000
    Angaben teilweise gerundet
    Tabelle 3 (Parameter Warmumformung)
    Warmumformvariante Mittlere Aufheiz-geschwindigkeit rOfen [30 - 700 °C] [K/s] TOfen [°C] t Ofen [min.] Transfer-zeit [s] Taupunkt Ofen [°C] TEinlg [°C] TWZ [°C] tWZ [s] Abkühl- geschwindigkeit rWZ [K/s] TZiel [°C]
    I 8 920 4 8 5 800 RT 15 50 50
    Angaben teilweise gerundet
    Tabelle 4 (Ergebnisse)
    Versuch-Nr. Stahl Dicke des Stahlbandes [mm] Beschichtungsstoff Dicke der Schutzschicht [nm] Relative Massenänderung Δ m m
    Figure imgb0003
    [%]    		 Schweiß-eignung
    1* A 1,6 Mg 10 0,5 n.i.O.
    2 A 1,6 Mg 50 0,2 i.O.
    3* A 1,6 Mg 100 -0,4 n.i.O.
    4* A 1,6 Mn 250 0,5 n.i.O.
    5 A 1,6 Mn 500 0,3 i.O.
    6* A 1,6 Mn 1000 -0,3 i.O.
    7* A 1,6 - -0,03 n.i.O.
    * nicht erfindungsgemäße Referenzbeispiele

Claims (11)

  1. 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 Schutzüberzug,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzüberzug eine Schutzschicht umfassend Mg mit einer Dicke von 20 - 80 nm enthält oder eine Schutzschicht umfassend Mn mit einer Dicke von 350 - 800 nm enthält.
  2. 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.-%,
    sowie optional einem oder mehreren der Elemente "Cr, B, Mo, Ni, Cu, Nb, Ti, V, W" in folgenden Gehalten Cr: 0,08 - 1,0 Gew.-%, B: 0,001 - 0,010 Gew.-%,
    Mo: ≤ 0,5 Gew.-%, Ni: ≤ 0,5 Gew.-%, Cu: ≤ 0,2 Gew.-%, Nb: 0,01 - 0,2 Gew.-%, Ti: 0,01 - 0,10 Gew.-%, V: ≤ 0,3 Gew.-%, W: 0,001 - 1,00 Gew.-%,
    besteht.
  3. 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 Endwalz-temperatur (T3) 750 - 1000 °C beträgt;
    e) optionales Haspeln des warmgewalzten Stahlflachprodukts, wobei die Haspel-Temperatur (T4) höchstens 700 °C beträgt;
    f) Optionales Entzundern des warmgewalzten Stahlflachprodukts;
    g) optionales Kaltwalzen des Stahlflachprodukts, wobei der Kaltwalzgrad mindestens 30 % beträgt;
    h) Beschichten des Stahlflachprodukt mit einer Schutzschicht umfassend Mg mit einer Dicke von 20 - 80nm oder einer Schutzschicht umfassend Mn mit einer Dicke von 350 - 800 nm.
  4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichten mittels physikalischer Gasphasenabscheidung oder elektrolytischer Abscheidung erfolgt.
  5. Blechformteil, insbesondere geformt aus einem Stahlflachprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 2, aufweisend
    a) ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,1 - 3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht
    b) und einen auf mindestens einer Seite des Stahlsubstrats angeordneten Schutzüberzug,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzüberzug der Schutzüberzug eine Schutzschicht umfassend Mg mit einer Dicke von 20 - 80nm enthält oder eine Schutzschicht umfassend Mn mit einer Dicke von 350 - 800 nm enhält.
  6. Blechformteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechformteil eine auf dem Korrosionsschutzüberzug angeordnete Oxidschicht umfasst.
  7. Blechformteil nach einem der Ansprüche 5 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlsubstrat des Blechformteils ein Gefüge mit zumindest teilweise mehr als 80 % Martensit, bevorzugt zumindest teilweise mehr als 90 % Martensit, aufweist.
  8. Blechformteil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, 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.-%,
    sowie optional einem oder mehreren der Elemente "Cr, B, Mo, Ni, Cu, Nb, Ti, V, W" in folgenden Gehalten Cr: 0,08 - 1,0 Gew.-%, B: 0,001 - 0,010 Gew.-%, Mo: ≤ 0,5 Gew.-%, Ni: ≤ 0,5 Gew.-%, Cu: ≤ 0,2 Gew.-%, Nb: 0,01 - 0,2 Gew.-%, Ti: 0,01 - 0,10 Gew.-%, V: ≤ 0,3 Gew.-%, W: 0,001 - 1,00 Gew.-%,
    besteht.
  9. 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 20 s, bevorzugt höchstens 15 s, beträgt;
    d. Warmpressformen des Blechzuschnitts zu dem Blechformteil, wobei der Zuschnitt im Zuge des Warmpressformens über eine Dauer tWZ von mehr als 1 s 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.
  10. 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.
  11. 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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