EP4605576A1 - Stahlflachprodukt zur herstellung eines stahlbauteils durch warmumformen, verfahren zu seiner herstellung sowie verfahren zur herstellung des stahlbauteils - Google Patents

Stahlflachprodukt zur herstellung eines stahlbauteils durch warmumformen, verfahren zu seiner herstellung sowie verfahren zur herstellung des stahlbauteils

Info

Publication number
EP4605576A1
EP4605576A1 EP23797696.4A EP23797696A EP4605576A1 EP 4605576 A1 EP4605576 A1 EP 4605576A1 EP 23797696 A EP23797696 A EP 23797696A EP 4605576 A1 EP4605576 A1 EP 4605576A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flat steel
steel product
carbon particles
temperature
aqueous dispersion
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
EP23797696.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robin Dohr
Michael Stang
Maria KÖYER
Christian Altgassen
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 EP4605576A1 publication Critical patent/EP4605576A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/012—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of an iron alloy or steel, another layer being formed of aluminium or an aluminium alloy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C22C21/04—Modified aluminium-silicon alloys
    • 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
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/32—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with boron
    • 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
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
    • 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
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
    • 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

  • a shortened heating time of the flat steel product to the deformation temperature would mean that the corresponding roller hearth furnaces could be dimensioned shorter, which would have a positive effect on both the space required and the cost of purchasing them.
  • a shortened heating time could reduce the duration of the process.
  • the CO2 emissions generated during the process could also be reduced. Overall, this would result in an optimized process control option.
  • a flat steel product for producing a steel component by hot forming comprising a steel substrate consisting of a steel having 0.1-3 wt.% Mn and optionally up to 0.01 wt.% B, and an aluminum-based anti-corrosion coating applied to the steel substrate, wherein an absorption layer comprising carbon particles is arranged on the anti-corrosion coating.
  • carbon particles are particles made of elemental carbon.
  • Particles in the sense of the invention consist of a solid and have a hydrodynamic diameter of 1 to 500 nm.
  • Several of these primary particles can be connected to form aggregates with a hydrodynamic diameter of 50 to 1000 nm.
  • these aggregates are combined to form further agglomerates with diameters of 1 to 100 pm.
  • the hydrodynamic diameter of the particles is determined by means of dynamic light scattering (DLS).
  • the carbon particles are preferably those selected from the group consisting of graphite, fullerenes, graphene, carbon nanotubes and mixtures thereof.
  • the reflectance R in the infrared range is determined in the sense of this application by using a black body radiator as a reference.
  • the spectral radiation power i z (T) of the black body radiator at the temperature T is therefore multiplied by the measured spectral reflectivity p . and integrated over the wavelength range. This integral is standardized to the spectral radiation power integrated over the same wavelength range. The following therefore applies:
  • the absorption layer can also contain at least one polymer in addition to the surfactant.
  • An embodiment of the flat steel product according to the invention with an absorption layer comprising at least one surfactant and at least one polymer is therefore particularly preferred.
  • 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 composition of the melt do not accumulate significantly in the alloy layer.
  • the alloy layer preferably consists of 35 - 60 wt.% Fe, preferably a-iron, optional further components, the total contents of which are limited to a maximum of 5.0 wt.%, preferably 2.0 wt.%, 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.
  • alkali or alkaline earth metals preferably up to 1.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, optionally up to 15 wt.% Zn and optional further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder aluminium.
  • 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 steel substrate is a steel which, in addition to iron and unavoidable impurities (in wt. %), consists of
  • 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 in the steel as impurities. These other elements that may be present in the steel as impurities in addition to the elements P, S, N, Sn, As, Ca are summarized under "unavoidable impurities".
  • the total content of unavoidable impurities is preferably a maximum of 0.2% by weight, preferably a maximum of 0.1% by weight.
  • 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 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. Alternatively or additionally, 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 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 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 aqueous dispersion contains 1 - 70 wt.%, in particular 2 - 50 wt.% carbon particles based on the total weight of the aqueous dispersion.
  • the flat steel product is subjected to an activation treatment before step b), whereby an adhesion promoter is applied to the aluminum-based anti-corrosion coating.
  • an adhesion promoter is applied to the aluminum-based anti-corrosion coating.
  • the same polymers that have already been described in detail above with regard to the flat steel product according to the invention can serve as adhesion promoters.
  • the configurations of these polymers described there can be applied analogously to the method according to the invention.
  • the average heating rate is the product of the average heating speed from 30°C to 700°C and the sheet thickness.
  • the average heating rate is more than 15 Kmm/s, in particular more than 20 Kmm/s, preferably more than 25 Kmm/s, in particular more than 30 Kmm/s.
  • the heating in step a) preferably takes place in a furnace, in particular a roller hearth furnace. Therefore, heat radiation dominates over heat conduction when heating the sheet metal blanks.
  • the absorption layer according to the invention increases the proportion of absorbed heat radiation, resulting in the advantageous high average heating rates.
  • partially exceeding a temperature means that at least 30%, in particular at least 60%, of the volume of the blank has a corresponding temperature exceed.
  • 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 placed in the forming tool.
  • up to 70% of the volume of the blank when 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.
  • An optimally uniform distribution of properties can be achieved by completely heating the blank in step b).
  • the heating takes place in an oven with an oven temperature Tofen 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.
  • an oven temperature Tofen 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, preferably at least 0°C, particularly preferably at least +5°C and at most +25°C, preferably at most +20°C, in particular at most +15°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.
  • 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/wt.%], where C% is the C content, %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 and %Si is the Si content of the respective steel in wt.%.
  • AC1[°C] (739 — 22*%C - 7*%Mn + 2*%Si + 14*%Cr + 13*%Mo - 13*%Ni +20*%V )[°C/wt.%]
  • AC3[°C] (902 - 225*%C + 19*%Si - ll*%Mn - 5*%Cr + 13*%Mo - 20*%Ni +55*%V)[°C/wt.%], 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 sheet metal part After removal of the sheet metal part in step e), the sheet metal part is cooled to a cooling temperature TAB of less than 50°C within a cooling time tAB of 0.5 to 600 s. This is usually done by air cooling.
  • examples 1 to 7 according to the invention and a comparative example V were carried out.
  • steel blanks measuring 100 x 200 mm with a thickness of 1.5 mm and having a steel composition according to Table 1 were coated with an aluminum-based anti-corrosion coating by means of hot-dip coating.
  • the steel blanks thus prepared were treated with an aqueous dispersion comprising carbon particles in order to produce an absorption layer on the anti-corrosive coating (inventive examples 1 to 7).
  • the respective composition of the aqueous dispersion can be found in Table 3.
  • Table 3 also contains details of the treatment method. These include the application method, the pH value of the aqueous dispersion, the immersion time and the temperature of the steel blanks during treatment.
  • the resulting properties such as the coating weight of the absorption layer and the layer thickness of the absorption layer after drying, the average reflectance in the infrared range and the heating rate, are also listed in Table 3.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stahlflachprodukt zur Herstellung eines Stahlbauteils durch Warmumformen, umfassend ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,1 - 3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht, und einen auf dem Stahlsubstrat aufliegenden Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis, wobei auf dem Korrosionsschutzüberzug eine Absorptionsschicht angeordnet ist, die Kohlenstoffpartikel umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Stahlflachproduktes sowie die Verwendung von Kohlenstoffpartikeln in einer Absorptionsschicht auf einem mit einem Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis beschichteten Stahlflachprodukt zur Reduzierung der Reflektivität im Infrarotbereich. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Blechformteils aus einem erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt.

Description

Stahlflachprodukt zur Herstellung eines Stahlbauteils durch Warmumformen, Verfahren zu seiner Herstellung sowie Verfahren zur Herstellung des Stahlbauteils
Die Erfindung betrifft ein Stahlflachprodukt zur Herstellung eines Stahlbauteils durch Warmumformen, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stahlflachprodukts, ein Verfahren zur Herstellung eines Blechformteils aus einem solchen Stahlflachprodukt sowie die Verwendung von Kohlenstoffpartikeln in einer Absorptionsschicht auf einem mit einem Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis beschichteten Stahlflachprodukt zur Reduzierung der Reflektivität im Infrarotbereich.
Unter dem Begriff "Stahlflachprodukt" werden vorliegend alle Walzprodukte verstanden, deren Länge um ein Vielfaches größer ist als deren Dicke. Hierzu zählen Stahlbänder und -bleche sowie daraus gewonnene Zuschnitte und Platinen.
Beim Warmumformen, auch Warmformen, Presshärten oder Warmpressformhärten genannt, werden Stahlflachprodukte, beispielsweise Stahlplatinen, die von kalt- oder warmgewalztem Stahlband abgeteilt sind, auf eine in der Regel oberhalb der Austenitisierungstemperatur (AC3) des jeweiligen Stahls liegende Verformungstemperatur erwärmt und im erwärmten Zustand in das Werkzeug einer Umformpresse gelegt. Im Zuge der anschließend durchgeführten Umformung erfährt der Blechzuschnitt bzw. das aus ihm geformte Bauteil durch den Kontakt mit dem kühlen Werkzeug eine schnelle Abkühlung. Die Abkühlraten sind dabei so eingestellt, dass sich im Stahlsubstrat ein Härtegefüge ergibt. Dabei wird das Gefüge in ein zumindest teilweise martensitisches Gefüge umgewandelt. Im Ergebnis wird durch das Warmumformen ein gehärtetes Stahlbauteil erhalten.
Die Erwärmung des Stahlflachproduktes erfolgt typischerweise in einem vorgeheizten Rollenherdofen, den das Stahlflachprodukt durchläuft. In der Praxis ergibt sich dabei das Problem, dass die Strahlungswärme an den glatten und spiegelnden Oberflächen der jeweils auf das Stahlflachprodukt aufgetragenen metallischen Korrosionsschutzbeschichtung reflektiert wird. Dies führt zu einer deutlichen Verzögerung des Erwärmungsvorgangs mit der Folge, dass ein höherer Zeit- und Energieaufwand für die Erwärmung erforderlich ist.
Unter dem Gesichtspunkt der optimalen Energienutzung wäre es daher wünschenswert bei der Erwärmung eine möglichst wirkungsvolle Übertragung der in der Regel als Wärmestrahlung eingebrachten Wärmeenergie in das Stahlflachprodukt zu erreichen. Eine verkürzte Erwärmungszeit des Stahlflachprodukts auf die Verformungstemperatur würde dazu führen, dass die entsprechenden Rollenherdöfen kürzer dimensioniert werden könnten, was sich sowohl auf den erforderlichen Platzbedarf als auch auf die Kosten der Anschaffung derselben günstig auswirken würde. Darüber hinaus könnte durch eine verkürzte Erwärmungszeit die Verfahrensdauer reduziert werden. Auch die bei dem Verfahren entstehenden CO2- Emissionen könnten reduziert werden. Insgesamt würde sich folglich eine optimierte Möglichkeit der Prozesssteuerung ergeben.
Aus der WO 2012/120081 A2 sind Stahlflachprodukte mit verschiedenen Korrosionsschutzüberzügen bekannt. Zur Verbesserung des Aufheizverhaltens werden verschiedene Deckschichten vorgeschlagen, die eine aus der Gruppe der Oxid, Nitrid-, Sulfid-, Sulfat-, Carbid-, Carbonat-, Fluorid-, Hydrat-, Hydroxid- oder Phosphat- Verbindungen stammende metallische Verbindung enthalten. Nachteilig an diesen Deckschichten ist, dass diese sich negativ auf die Produkteigenschaften, wie Verzunderungsschutz, Korrosionsneigung, Schweißbarkeit und/oder Lackierbarkeit, auswirkt.
Vor diesem Hintergrund bestand die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in der Bereitstellung eines Stahlflachprodukts, das sich innerhalb kürzerer Erwärmungszeiten auf die für das Warmumformen erforderliche Ausgangstemperatur bringen lässt. Darüber hinaus sollte ein Verfahren, das die Herstellung eins solchen Stahlflachprodukts erlaubt, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem solchen Stahlflachprodukt hergestellten Blechformteils angegeben werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Stahlflachprodukt zur Herstellung eines Stahlbauteils durch Warmumformen, umfassend ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,1-3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht, und einen auf dem Stahlsubstrat aufliegenden Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium- Basis, wobei auf dem Korrosionsschutzüberzug eine Absorptionsschicht angeordnet ist, die Kohlenstoffpartikel umfasst.
Im Sinne der Erfindung sind Kohlenstoffpartikel Partikel aus elementarem Kohlenstoff. Partikel im Sinne der Erfindung bestehen aus einem Feststoff und weisen einen hydrodynamischen Durchmesser von 1 bis 500 nm auf. Mehrere dieser Primärpartikel können zu Aggregaten mit einem hydrodynamischen Durchmesser von 50 bis 1000 nm verbunden sein. Typischerweise sind diese Aggregate zu weiteren Agglomeraten mit Durchmessern von 1 bis 100 pm zusammengeschlossen. Der hydrodynamische Durchmesser der Partikel wird mittels dynamischer Lichtstreuung (DLS) bestimmt.
Bei den Kohlenstoffpartikeln handelt es sich bevorzugt um solche, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Graphit, Fullerenen, Graphen, Kohlenstoffnanoröhren sowie deren Mischungen.
Kohlenstoffpartikel haben den Vorteil, dass sich bereits bei Verwendung von kleinen Mengen in der Absorptionsschicht eine signifikante Absorption im Infrarotbereich, und damit eine Reduzierung der Reflektivität im Infrarotbereich ergibt. Gerade der Infrarotbereich ist der Bereich des Strahlungsspektrums, in dem das Ofeninnere Strahlung emittiert, die im Wesentlichen zum Aufheizen der Blechzuschnitte auf die Verformungstemperatur dient. Das Herabsetzen der Reflektivität des Stahlflachprodukts bzw. der Anstieg der Absorption im Infrarotbereich durch die Kohlenstoffpartikel umfassende Absorptionsschicht führt damit zu einer schnelleren Erwärmung des Stahlflachprodukts auf die Verformungstemperatur. Darüber hinaus wird die Absorptionsschicht, umfassend Kohlenstoffpartikel während des Warmumformens bei 920°C nahezu vollständig verbrannt, so dass sich die Absorptionsschicht nicht nachteilig auf die Eigenschaften, wie beispielsweise Schweißbarkeit, Korrosionsneigung, Verzunderungsschutz sowie Lackierbarkeit, des aus dem Stahlflachprodukt nach dem Warmumformen erhaltenen Blechformteils auswirkt.
Unter Infrarotbereich wird im Sinne dieser Anmeldung der Bereich der Wellenzahl von 667-10000 cm'1 verstanden. Dies entspricht dem Wellenlängenbereich von 1- 15 pm.
Zudem lässt sich eine gut haftende Absorptionsschicht mit Kohlenstoffpartikeln auf einfache Weise erzeugen, indem das Stahlflachprodukt in eine Kohlenstoffpartikel umfassende wässrige Dispersion eingetaucht oder mit einer solchen Dispersion besprüht oder im Coil-Coating-Verfahren oder mittels chemischer oder physikalischer Gasscheidenabscheidung (CVD oder PVD) belegt wird. Beim anschließenden Trocknen des Stahlflachproduktes kommt es an der Aluminium-haltigen Oberfläche des Korrosionsschutzüberzuges zur Bildung einer Absorptionsschicht mit Kohlenstoffpartikeln, die den stark reflektierenden Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis verdeckt.
Die Absorptionsschicht liegt auf dem Korrosionsschutzüberzug und grenzt unmittelbar an diesen an. Insbesondere ist die Absorptionsschicht eine Deckschicht, die den auf dem erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt ausgebildeten Schichtaufbau auf jeder seiner außenliegenden Seiten abschließt.
Es hat sich als besonders praxisgerecht erwiesen, wenn die Absorptionsschicht ein Auftragsgewicht (trocken) von 0,09 bis 10 g/m2, insbesondere 0,5 bis 5 g/m2, pro Seite des Stahlflachprodukts aufweist. Auftragsgewichte von weniger als 0,09 g/m2 weisen keine ausreichende Reduzierung des Absorptionsgrads auf, während bei Auftragsgewichten von mehr als 10 g/m2, insbesondere von mehr als 5 g/m2, eine Sättigung des Effekts eintritt. Das Aufbringen eines höheren Auftragsgewichts ist daher zwar möglich aber unökonomisch.
Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts beträgt die Dicke der Absorptionsschicht 0,05 bis 5 pm. Unter der Dicke ist die Dicke pro Seite des Stahlflachprodukts zu verstehen. Als die beiden Seiten des Stahlflachproduktes werden die beiden sich gegenüberliegenden großen Flächen des Stahlflachproduktes bezeichnet. Die schmalen Flächen werden als Kanten bezeichnet. Bei beidseitig beschichteten Stahlflachprodukten mit Absorptionsschicht auf beiden Seiten beträgt also die Dicke auf jeder der beiden Seiten 0,05 bis 5 pm. Es hat sich gezeigt, dass bereits derartig geringe Dicken der Absorptionsschicht zu einer deutlichen Reduzierung des Reflexionsgrades führen.
Der Reflexionsgrad R im Infrarotbereich wird im Sinne dieser Anmeldung bestimmt, indem ein Schwarzkörperstrahler als Referenz verwendet wird. Der Schwarzkörper hat dabei eine Temperatur von T=920°C, was einer mittleren Ofentemperatur entspricht. Es wird also die spektrale Strahlungsleistung iz(T) des Schwarzkörperstrahlers bei der Temperatur T mit der gemessenen spektralen Reflektivität p . multipliziert und über den Wellenlängenbereich integriert. Dieses Integral wird genormt auf die spektrale Strahlungsleistung integriert über den gleichen Wellenlängenbereich. Es gilt also
Dabei ergibt sich iz(T)aus dem Planck’schen Strahlungsgesetz mit der Lichtgeschwindigkeit c, dem Planck’schen Wirkungsquantum h und der Boltzmann-Konstante kB. Die Integration erfolgt jeweils über den Bereich der Wellenlänge, der den Wellenzahlen von 667 - 10000 cm-1 entspricht, d.h. von Xi= 1 pm bis Ä2= 15 pm. Der nachfolgend verwendete Reflexionsgrad R ist definiert als R (920°C).
Erfindungsgemäß umfasst die Absorptionsschicht Kohlenstoffpartikel. Der Anteil der Kohlenstoffpartikel in der trockenen Absorptionsschicht kann 10-99 Gew.-%, vorzugsweise 30-99 Gew.-%, besonders bevorzugt, 50-99 Gew.-% betragen. Der erfindungsgemäße Effekt tritt bereits bei sehr geringen Mengen an Kohlenstoffpartikeln in der Absorptionsschicht ein und verstärkt sich mit zunehmender Menge an Kohlenstoffpartikeln. Eine besonders hohe Absorption im Infrarotbereich, und damit eine besonders vorteilhafte Reduzierung der Reflektivität im Infrarotbereich wird erreicht, wenn der Anteil der Kohlenstoffpartikel in der trockenen Absorptionsschicht 60-99 Gew.-%, insbesondere 80-99 Gew.-%, vorzugsweise 90-99 Gew.-% und besonders bevorzugt 95-99 Gew-% beträgt.
Die weitere Ausgestaltung der Kohlenstoffpartikel in der Absorptionsschicht wurde oben bereits beschrieben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts weist die Absorptionsschicht mindestens ein Tensid auf. Das Vorhandensein des mindestens einen Tensids führt zu einer verbesserten Benetzbarkeit der Absorptionsschicht auf dem Korrosionsschutzüberzug.
Geeignete Tenside sind beispielsweise anionische, kationische, zwitterionische und nichtionische Tenside sowie deren Mischungen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts ist das mindestens eine Tensid ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Alkylsulfaten, Alkylsulfonaten, Alkylphosphonaten, alkoxylierten Fettalkohlen, alkoxylierten Fettsäuren, alkoxylierten Fettsäureaminen, alkoxylierten Alkylphenolen, oder Alkylpolyglycosiden.
Es hat sich als besonders praxisgerecht erwiesen, wenn das „Alkyl" der vorgenannten Alkylsulfate, Alkylsulfonate, Alkylphosphonate, Alkylphenole und/oder Alkylpolyglycoside eine Kettenlänge von 8 bis 22 Kohlenstoffatomen aufweist.
Bevorzugt werden alkoxylierte Fettalkohole, Fettsäuren, und/oder Fettsäureamine eingesetzt, die eine Alkylkettenlänge von 6 bis 22 Kohlenstoffatomen aufweisen.
Die alkoxylierten Fettalkohole, Fettsäuren, Fettsäureamine und/oder Alkylphenole können ethoxylierte, propoxylierte oder butoxylierte Fettalkohole, Fettsäuren, Fettsäureamine und/oder Alkylphenole sein. Dabei kann der Ethoxylierungs-, Propoxylierungs- oder Butoxylierungsgrad von 1-18, bevorzugt von 3-10, betragen.
Der Anteil des mindestens einen Tensids an der trockenen Absorptionsschicht beträgt 0,01 bis 5 Gew.-%, insbesondere von 0,5 bis 2 Gew.-%. Ein Mindestgehalt von 0,01 Gew.-% hat sich als erforderlich erwiesen, um die Benetzbarkeit des Korrosionsschutzüberzugs auf Aluminium-Basis zu gewährleisten. Ein Anteil von mehr als 5 Gew.-% Tensid in der Absorptionsschicht führt zu keiner weiteren Verbesserung der Benetzbarkeit und ist daher aus ökonomischen Gesichtspunkten nicht sinnvoll.
Um neben der Benetzbarkeit der Blechoberfläche zusätzlich die Haftung der Absorptionsschicht auf dem Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis zu verbessern, kann die Absorptionsschicht neben dem Tensid ferner mindestens ein Polymer enthalten. Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts mit einer Absorptionsschicht, die mindestens ein Tensid und mindestens ein Polymer aufweist, ist somit besonders bevorzugt.
Geeignete Polymere sind beispielsweise Polyalkylenglycole sowie deren Mischungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts ist das mindestens eine Polymer ausgewählt aus Polyethlyenglycolen oder Polypropylenglycolen. Gute Ergebnisse ließen sich dabei insbesondere mit Polyethylenglycolen oder Polypropylenglycolen erzielen, deren Molekulargewicht im Bereich von 400 bis 5000 g/mol liegt.
Der Anteil des mindestens einen Polymers an der trockenen Absorptionsschicht kann 1 bis 90 Gew.-% betragen. Dabei ist ein Mindestgehalt von 1 Gew.-% erforderlich, um die genannte vorteilhafte Haftungsverbesserung zu erhalten. Die Zugabe von mehr als 90 Gew.-%wirkt sich nachteilig auf den Reflexionsgrad und die Trocknung der Beschichtung aus.
Der Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis kann einseitig oder beidseitig auf dem Stahlflachprodukt aufgebracht sein. „Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium- Basis", wie hier verwendet, bedeutet, dass der Korrosionsschutzüberzug zu mehr als 50 Gew.-% aus Aluminium besteht.
Ein solcher Korrosionsschutzüberzug wird bevorzugt durch Schmelztauchbeschichten des Stahlflachproduktes erzeugt. Dabei wird das Stahlflachprodukt durch eine flüssige Schmelze geführt, die aus bis 15 Gew.-% Si, bevorzugt mehr als 1 Gew.-%, insbesondere mehr als 1,0 Gew.-%, Si, optional 2 bis 4 Gew.-% Fe, optional bis zu 5 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, bevorzugt bis zu 1,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, und optional bis zu 15 Gew.-% Zn, bevorzugt bis zu 10 Gew.-% Zn und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium besteht. Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts beträgt der Si-Gehalt der Schmelze 1 - 3,5 Gew.-% oder 7 - 12 Gew.-%, insbesondere 8 - 10 Gew.-%.
Bei einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts 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.-%. Weiterhin kann der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Schmelze insbesondere mindestens 0,0015 Gew.-% Ca, vorzugsweise mindestens 0,01 Gew.-% Ca, umfassen.
Beim Schmelztauchbeschichten diffundiert Eisen aus dem Stahlsubstrat in den flüssigen Überzug, so dass der Korrosionsschutzüberzug des Stahlflachproduktes beim Erstarren insbesondere eine Legierungsschicht und eine Aluminium- Basisschicht (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 Zusammensetzung der Schmelze reichern sich nicht signifikant in der Legierungsschicht an. Bevorzugt besteht die Legierungsschicht aus 35 - 60 Gew.-% Fe, bevorzugt a-Eisen, optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 5,0 Gew.-%, bevorzugt 2,0 Gew.-% 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- 15 Gew.-%, insbesondere 1,0 - 15 Gew.-%, Si, optional 2 - 4 Gew.-% Fe, optional zu
5 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, bevorzugt bis zu 1,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, optional bis zu 15 Gew.-% Zn und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium.
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-Basis-schicht 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 pm, insbesondere von 10 - 40 pm. Das Auflagengewicht des Korrosionsschutzüberzuges beträgt insbesondere 30 - 360 g/m2 bei beidseitigen Korrosionsschutzüberzügen bzw. 15 - 180 g/m2 bei der einseitigen Variante. Bevorzugt beträgt das Auflagengewicht des Korrosionsschutzüberzuges 100 - 200 g/m2 bei beidseitigen Überzügen bzw. 50 - 100 g/m2 für einseitige Überzüge. Besonders bevorzugt beträgt das Auflagengewicht des Korrosionsschutzüberzuges 120 - 180 g/m2 bei beidseitigen Überzügen bzw. 60 - 90 g/m2 für einseitige Überzüge.
Die Dicke der Legierungsschicht ist bevorzugt kleiner als 20 pm, besonders bevorzugt kleiner 16 pm, besonders bevorzugt kleiner 12 pm, insbesondere kleiner 10 pm. 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 1 pm. Bei einer bevorzugten Variante des Stahlflachproduktes ist der mittlere Reflexionsgrad R im Infrarotbereich kleiner als 0,55, insbesondere kleiner 0,50, bevorzugt kleiner als 0,45 insbesondere kleiner als 0,40, bevorzugt kleiner als 0,35, besonders bevorzugt kleiner als 0,30, insbesondere kleiner als 0,25, bevorzugt kleiner 0,20, insbesondere kleiner 0,15. Je kleiner der Reflexionsgrad im Infrarotbereich ist, umso stärker ist die Aufheizrate beim anschließenden Herstellen eines Stahlbauteils.
Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung von Kohlenstoffpartikeln in einer Absorptionsschicht auf einem mit einem Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium- Basis beschichteten Stahlflachprodukt zur Reduzierung der Reflektivität im Infrarotbereich. Die Verwendung hat dabei die gleichen Vorteile, die vorstehend in Bezug auf das Stahlflachprodukt erläutert wurden. Weiterhin betrifft die Erfindung auch die Verwendung der vorstehend genannten speziell weitergebildeten Absorptionsschichten und insbesondere die Verwendung einer Mischung von Kohlenstoffpartikeln mit mindestens einem Tensid und/oder Polymer in einer Absorptionsschicht auf einem Korrosionsschutzüberzug mit 0,1 - 1,0 Gew.-% Mg in der Al-Basisschicht.
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 Stahlbauteils 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" in folgenden Gehalten
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: <0,1 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. Neben diesen Elementen können auch noch weitere Elemente als Verunreinigungen im Stahl vorhanden sein. Diese neben den Elementen P, S, N, Sn, As, Ca im Stahl als Verunreinigungen möglicherweise enthaltenen 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 Stahlsubstratvorkommen. 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 ist. Bei 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 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.-%. Ins-besondere 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 0,1 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 die Stahlsubstrate in den nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Stahlflachproduktes umfassend mindestens folgende Arbeitsschritte: a) Bereitstellen eines Stahlflachproduktes umfassend ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,1 - 3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht, und einen auf dem Stahlsubstrat aufliegenden Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis, b) Applizieren einer Absorptionsschicht, umfassend Kohlenstoffpartikel, auf das Stahlflachprodukt, insbesondere durch
(i) Eintauchen des Stahlflachproduktes in eine Kohlenstoffpartikel umfassende wässrige Dispersion oder
(ii) Besprühen des Stahlflachproduktes mit einer Kohlenstoffpartikel umfassenden wässrigen Dispersion oder
(iii) Belegen des Stahlflachproduktes mit einer Kohlenstoffpartikel umfassenden wässrigen Dispersion im Coil-Coating-Verfahren oder durch chemische oder physikalische Gasphasenabscheidung.
Durch diese Behandlung wird die wässrige Dispersion mit Kohlenstoffpartikeln gleichmäßig über die gesamte Oberfläche verteilt, so dass sich eine homogene flächendeckende Absorptionsschicht bildet, die Kohlenstoffpartikel umfasst.
Alternativ wird die homogene flächendeckende Absorptionsschicht durch chemische oder physikalische Gasphasenabscheidung ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der pH-Wert der wässrigen Dispersion bei maximal 14, insbesondere bei maximal 13, vorzugsweise bei maximal 12, besonders bevorzugt bei maximal 10. Hierdurch ist sichergestellt, dass es zu einer guten Benetzbarkeit des Korrosionsschutzüberzugs auf Aluminium-Basis kommt und damit zu einer besonders gleichmäßigen Verteilung der wässrigen Dispersion sowie der darin enthaltenen Kohlenstoffpartikel. Als besonders praxisgerecht hat es sich dabei erwiesen, wenn der pH-Wert der wässrigen Dispersion mindestens 8 und maximal 12, insbesondere mindestens 8 und maximal 10 beträgt.
Insbesondere enthält die wässrige Dispersion 1 - 70 Gew.-%, insbesondere 2 - 50 Gew.-% Kohlenstoffpartikel bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Dispersion.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält die wässrige Dispersion zusätzlich mindestens ein Tensid. Hierdurch kann die Stabilität der Dispersion verbessert werden. Ferner wirkt sich die Gegenwart des mindestens einen Tensids in der wässrigen Dispersion auch vorteilhaft auf die Benetzbarkeit des Korrosionsschutzüberzugs auf Aluminium-Basis aus. Durch zusätzliches Hinzufügen mindestens eines Polymers in die wässrige Dispersion kann ferner eine verbesserte Haftung der Absorptionsschicht auf dem Korrosionsschutzüberzug erhalten werden.
Dabei gilt für die jeweilige Ausgestaltung des Tensids und des Polymers das bereits oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt Ausgeführte entsprechend.
Der Anteil des mindestens einen Tensids an der wässrigen Dispersion beträgt 0 bis 5 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Dispersion. Dabei ist ein Mindestgehalt von 0,1 Gew.-% erforderlich, um die genannten vorteilhaften Wirkungen zu erhalten. Die Zugabe von mehr als 5 Gew.-% wirkt sich ist aus ökonomischen Gründen nicht sinnvoll, da eine Steigerung der vorteilhaften Wirkungen nicht mehr beobachtet werden kann.
Der Anteil des mindestens einen Polymers an der wässrigen Dispersion beträgt 0 bis 50 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Dispersion. Dabei ist ein Mindestgehalt von 1 Gew.-% erforderlich, um die genannten vorteilhaften Wirkungen zu erhalten. Die Zugabe von mehr als 50 Gew.-% wirkt sich wirkt sich nachteilig auf den Reflexionsgrad und die Trocknung der aus der wässrigen Dispersion erhaltenen Absorptionsschicht aus.
Dabei versteht es sich von selbst, dass der Anteil der Kohlenstoffpartikel sowie der Anteil des gegebenenfalls vorhandenen mindestens einen Tensids und des gegebenenfalls zusätzlich vorhandenen mindestens einen Polymers in der wässrigen Dispersion je nach Applikationsart variiert werden kann, um einen gewünschten Anteil des Kohlenstoffpartikels sowie des gegebenenfalls vorhandenen mindestens einen Tensids und des gegebenenfalls zusätzlich vorhandenen mindestens einen Polymers an der trockenen Absorptionsschicht einzustellen. So kann es beispielsweise praxisgerecht sein für ein Eintauchen eine wässrige Dispersion mit einem wesentlich geringeren Anteil an Kohlenstoffpartikeln einzusetzen, während für ein Belegen ein höherer Anteil der Kohlenstoffpartikel in der wässrigen Dispersion erforderlich ist, um den gleichen gewünschten Anteil an Kohlenstoffpartikeln in der trockenen Absorptionsschicht zu erhalten.
Im Falle des Eintauchens gemäß (i) von Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Eintauchen bevorzugt für eine Tauchzeit von 0,5 bis 30 s, bevorzugt 1 bis 5 s. Eine längere Tauchzeit hat den Vorteil, dass die Benetzung des Stahlflachprodukts sichergestellt ist. Allerdings ist für eine industrielle Fertigung eine kürzere Tauchzeit vorteilhaft, um den Herstellungsprozess effizient zu gestalten. Die genannten Zeiten haben sich in dieser Hinsicht als ein guter Kompromiss erwiesen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens weist das Stahlflachprodukt beim Applizieren der wässrigen Dispersion, insbesondere beim Eintauchen oder Besprühen oder Belegen im Coil-Coating-Verfahren oder beim Belegen durch chemische Gasabscheidung, eine Temperatur von 40°C bis 100°C, bevorzugt 50°C bis 80°C, auf. Eine höhere Temperatur beschleunigt im Falle des Applizierens der wässrigen Dispersion die Trocknung der Absorptionsschicht und damit die Schichtbildung, bei einer zu hohen Temperatur verdampft jedoch die wässrige Dispersion zu schnell, sodass die Schichtbildung nicht zuverlässig abgeschlossen ist. Für die chemische Gasphasenabscheidung sind die genannten Temperaturbereiche vorteilhaft, um die Reaktionen an der Oberfläche zu beschleunigen.
Im Falle des Belegens gemäß (iii) von Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) oder physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD), kann das Belegen derart ausgeführt werden, dass beispielsweise die Verbrennung von Gas, beispielsweise Methan, Propan, Butan oder Acetylen, an einer heißen Stahlflachproduktoberfläche, die durch den Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis gebildet ist, erfolgt oder das Belegen über eine Flüssigzufuhr-Flammensprühpyrolyse erfolgt, bei der ein Kohlenstoff- haltiger Precursor, beispielsweise Methan, Propan, Butan oder Acetylen, unvollständig verbrannt wird und die dabei erzeugten Kohlenstoffpartikel an der Oberfläche des Stahlflachprodukts anhaften oder das Belegen erfolgt aus einem Kohlenstofftarget, beispielsweise aus Graphit oder amorphem Kohlenstoff, durch ein sputterndes PVD- Verfahren im Vakuum.
Bei einer alternativen bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Stahlflachprodukt vor Schritt b) einer Aktivierungsbehandlung unterzogen, wobei auf den Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis ein Haftungsvermittler aufgetragen wird. Als Haftungsvermittler können dabei dieselben Polymere dienen, die in Bezug auf das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt oben bereits ausführlich beschrieben wurden. Dabei sind die dort beschriebenen Ausgestaltungen dieser Polymere auf das erfindungsgemäße Verfahren analog anwendbar. Durch das Aufbringen einer haftungsvermittelnden Schicht auf den Korrosionsschutzüberzug kann eine besonders gute Haftung der in der Absorptionsschicht enthaltenen Kohlenstoffpartikel auch dann gewährleistet werden, wenn diese über CVD oder PVD aufgebracht werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Blechformteils umfassend folgende Arbeitsschritte: a) Bereitstellen eines Blechzuschnitts aus einem erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt; b) Erwärmen des Blechzuschnitts derart, dass zumindest teilweise die AC3 Temperatur des Zuschnitts überschritten ist und die Temperatur TEinig 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, wobei die mittlere Aufheizrate größer ist als 15 Kmm/s; c) Einlegen des erwärmten Blechzuschnitts in ein Umformwerkzeug, wobei die für das Entnehmen aus der Erwärmungseinrichtung und das Einlegen des Zuschnitts benötigte Transferdauer trrans 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 Tziei abgekühlt und optional dort gehalten wird; e) Entnehmen des auf die Zieltemperatur Tziei abgekühlten Blechformteils aus dem Werkzeug.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird somit ein Zuschnitt, der aus einem zuvor erläuterten erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt besteht, bereitgestellt (Arbeitsschritt a)). Dieser wird mit einer mittleren Aufheizrate größer 15 Kmm/s derart erwärmt, dass zumindest teilweise die AC3 Temperatur des Zuschnitts überschritten ist und die Temperatur TEinig des Zuschnitts beim Einlegen in ein für ein Warmpressformen vorgesehenes Umformwerkzeug (Arbeitsschritt c)) zumindest teilweise eine Temperatur oberhalb von Ms+100°C beträgt.
Unter der mittleren Aufheizrate ist dabei das Produkt aus mittlerer Aufheizgeschwindigkeit von 30°C auf 700°C und Blechdicke zu verstehen. Die mittlere Aufheizrate beträgt mehr als 15 Kmm/s, insbesondere mehr als 20 Kmm/s, bevorzugt mehr als 25 Kmm/s, insbesondere mehr als 30 Kmm/s. Die Erwärmung in Schritt a) findet bevorzugt in einem Ofen, insbesondere einem Rollenherdofen statt. Daher dominiert die Wärmestrahlung gegenüber der Wärmeleitung bei der Erwärmung der Blechzuschnitte. Durch die erfindungsgemäße Absorptionsschicht wird der Anteil der absorbierten Wärmestrahlung erhöht, so dass sich die vorteilhaften hohen mittleren Aufheizraten ergeben.
Unter teilweisem Überschreiten einer Temperatur (hier AC3 bzw. 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 AC 3 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 - ll*%Mn - 5*%Cr + 13*%Mo - 20*%Ni + 55*%V) °C 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 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 mindestens -20°C, bevorzugt mindestens - 15°C, insbesondere mindestens -5°C, bevorzugt mindestens 0°C, besonders bevorzugt mindestens +5°C und maximal +25°C, bevorzugt maximal +20°C insbesondere maximal +15°C.
Bei einer speziellen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens 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 1 Minute, insbesondere mindestens 2 Minuten, bevorzugt mindestens 3 Minuten. Weiterhin beträgt die Gesamtzeit im Ofen bei beiden Varianten bevorzugt maximal 12 Minuten, insbesondere maximal 10 Minuten, bevorzugt maximal 8 Minuten, insbesondere maximal 6 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 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 ACl-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 Tziei 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 Tziei 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 Tziei 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 - ll,3%Cu + 8,58 %Co + 7,4 %W - 14,5 %Si) [°C/Gew.-%] zu berechnen, wobei auch 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 ACl-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*%Mo - 13*%Ni +20*%V )[°C/Gew.-%] AC3[°C] = (902 - 225*%C + 19*%Si - ll*%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 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, besonders bevorzugt mindestens 100 K/s.
Nach dem Entnehmen des Blechformteils in Schritt e) erfolgt ein Ab kühlen des Blechformteils auf eine Abkühltemperatur TAB von weniger als 50°C innerhalb einer Abkühldauer tAB von 0,5 bis 600 s. Dies geschieht im Regelfall durch eine Luftabkühlung.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Figuren zeigen:
Figur 1 Reflexionsgrad als Funktion der Wellenlänge für das Vergleichsbeispiel V sowie für das erfindungsgemäße Beispiel 7;
Figur 2 Aufheizdiagramm des Vergleichsbeispiels V und des erfindungsgemäßen Beispiels 7;
Figur 3 Reflexionsgrad als Funktion des Auftragsgewichts der Absorptionsschicht; Figur 4 Aufheizrate als Funktion des Auftragsgewichts der Absorptionsschicht.
Zum Nachweis der Wirkung der Erfindung wurden die erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 7 sowie ein Vergleichsbeispiel V durchgeführt. Dazu wurden Stahlzuschnitte von 100x200 mm mit einer Dicke von 1,5 mm mit einer Stahlzusammensetzung gemäß Tabelle 1 mittels Schmelztauchbeschichten mit einem Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis beschichtet.
Die Schmelzenanalyse der Korrosionsschutzbeschichtung ist in Tabelle 2 angegeben. Der sich ergebende Korrosionsschutzüberzug wies jeweils eine Al-Basisschicht auf, deren Zusammensetzung der Schmelzenanalyse entspricht. Die einseitige Dicke des Korrosionsschutzüberzuges betrug 25 pm.
Die so bereitgestellten Stahlzuschnitte wurden mit einer Kohlenstoffpartikel umfassenden wässrigen Dispersion behandelt, um eine Absorptionsschicht auf dem Korrosionsschutzüberzug zu erzeugen (erfindungsgemäße Beispiele 1 bis 7). Die jeweilige Zusammensetzung der wässrigen Dispersion ist Tabelle 3 zu entnehmen.
In Tabelle 3 sind ferner die Details der Behandlungsmethode angegeben. Dies sind die Aufbringmethode, der pH-Wert der wässrigen Dispersion, die Tauchzeit sowie die Temperatur der Stahlzuschnitte während der Behandlung. Die sich hieraus ergebenden Eigenschaften, wie Auflagengewicht der Absorptionsschicht sowie Schichtdicke der Absorptionsschicht jeweils nach Trocknung und der mittlere Reflexionsgrad im Infrarotbereich sowie die Aufheizrate, sind ebenfalls in Tabelle 3 aufgeführt.
Der Tabelle 3 kann entnommen werden, dass die erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 7 im Vergleich zum Vergleichsbeispiel V deutlich geringere mittlere Reflexionsgrade im Infrarotbereich aufweisen (s. auch Figur 3). Ferner ist die Aufheizrate für die erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 7 deutlich höher als für das Vergleichsbeispiel V (s. - ZI - auch Figur 4). Der mittlere Reflexionsgrad nimmt bei steigendem Auftragsgewicht bzw. steigender Schichtdicke der trockenen Absorptionsschicht, betrachtet für die Verwendung einer wässrigen Dispersion mit dem gleichen Anteil an Kohlenstoffpartikeln, ab, während die Aufheizrate entsprechend zunimmt (s. Vergleich der erfindungsgemäßen Beispiele 3 bis 7), Ein Vergleich der erfindungsgemäßen Beispiele 6 und 7 zeigt dabei, dass ab einem bestimmten Auftragsgewicht bzw. ab einer bestimmten Schichtdicke der Absorptionsschicht eine Sättigung des erfindungsgemäßen Effekts eintritt (s. auch Figuren 3 und 4).
Die so erzeugten Stahlzuschnitte sind anschließend mittels Warmumformen zu einem Blechformteil verarbeitet worden. Dazu sind die Zuschnitte in einem Rollenherdofen von Raumtemperatur mit einer mittleren Aufheizrate rofen (zwischen 30°C und 700°C) mit einer Ofentemperatur von 920°C erwärmt worden. Die mittlere Aufheizrate ist in Tabelle 3 angegeben.
Anschließend sind die Zuschnitte in konventioneller Weise weiterverarbeitet worden. Hierzu sind die Zuschnitte aus dem Rollenherdofen entnommen und in ein Umformwerkzeug eingelegt worden. Beim Entnehmen 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 Transferzeit lag bei ca. 10 s. Die Temperatur der Zuschnitte beim Einlegen in das Umformwerkzeug lag in allen Fällen oberhalb der jeweiligen ACl-Temperatur und damit auch oberhalb von Ms+100°C.
Im auf Raumtemperatur temperierten Umformwerkzeug sind die Zuschnitte zum jeweiligen Blechformteil umgeformt worden, wobei die Blechformteile im Werkzeug mit einer Abkühlgeschwindigkeit von ca. 50 K/s für ca. 15 s abgekühlt wurden. Abschließend sind die Proben aus dem Werkzeug entnommen worden und auf Raumtemperatur abgekühlt worden. Die Abkühlung erfolgte dabei an ruhender Luft mit einer Abkühlrate von 7 K/s. Tabelle 1:
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen. Angaben jeweils in Gew.-%.
Tabelle 2:
Angaben der Schmelzenanalyse jeweils in Gew.-%.
Tabelle 3:

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Stahlflachprodukt zur Herstellung eines Stahlbauteils durch Warmumformen, umfassend ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,1 - 3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht, und einen auf dem Stahlsubstrat aufliegenden Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis, wobei auf dem Korrosionsschutzüberzug eine Absorptionsschicht angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsschicht Kohlenstoffpartikel umfasst. Stahlflachprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffpartikel ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Graphit Fullerenen, Graphen, Kohlenstoffnanoröhren sowie deren Mischungen. Stahlflachprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Absorptionsschicht 0,05 bis 5 pm beträgt. Stahlflachprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis aus 1 - 15 Gew.-% Si, optional 2-4 Gew.-% Fe, optional bis zu 5 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, optional bis zu 15 Gew.-% Zn und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium besteht. Stahlflachprodukt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis bis zu 1,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle enthält und vorzugsweise 0,1 - 1,0 Gew.-% Mg umfasst. Stahlflachprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Reflexionsgrad im Infrarotbereich kleiner ist als kleiner ist als 0,45, insbesondere kleiner ist als 0,35, bevorzugt kleiner ist als 0,25. Verwendung von Kohlenstoffpartikeln in einer Absorptionsschicht auf einem mit einem Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis beschichteten Stahlflachprodukt zur Reduzierung der Reflektivität im Infrarotbereich. Verfahren zur Herstellung eines Stahlflachproduktes nach einem der Ansprüche
1 bis 6 umfassend folgende Arbeitsschritte: a) Bereitstellen eines Stahlflachproduktes umfassend ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,1 - 3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht, und einen auf dem Stahlsubstrat aufliegenden Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis, b) Applizieren einer Absorptionsschicht, umfassend Kohlenstoffpartikel, auf das Stahlflachprodukt, insbesondere durch
(i) Eintauchen des Stahlflachproduktes in eine Kohlenstoffpartikel umfassende wässrige Dispersion oder
(ii) Besprühen des Stahlflachproduktes mit einer Kohlenstoffpartikel umfassenden wässrigen Dispersion oder
(iii) Belegen des Stahlflachproduktes mit einer Kohlenstoffpartikel umfassenden wässrigen Dispersion im Coil-Coating-Verfahren oder durch chemische oder physikalische Gasphasenabscheidung. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der wässrigen Dispersion bei mindestens 8 und maximal 12 liegt, insbesondere bei maximal 10.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintauchen in eine Kohlenstoffpartikel umfassende wässrige Dispersion für eine Tauchzeit von 0,5 bis 30 s, bevorzugt 1 bis 5 s, erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlflachprodukt beim Eintauchen in, Besprühen oder Belegen mit der Kohlenstoffpartikel umfassenden wässrigen Dispersion oder beim Belegen durch chemische Gasphasenabscheidung eine Temperatur von 40°C bis 100°C, bevorzugt 50°C bis 80°C, aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Dispersion ferner mindestens ein Tensid enthält, und vorzugsweise ergänzend mindestens ein Polymer enthält.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Tensid ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Alkylsulfaten, Alkylsulfonaten, Alkylphosphonaten, alkoxylierten Fettalkohlen, alkoxylierten Fettsäuren, alkoxylierten Fettsäureaminen, alkoxylierten Alkylphenolen, oder Alkylpolyglycosiden, und das vorzugsweise ergänzend enthaltene mindestens eine Polymer ausgewählt ist aus Polyethlyenglycolen oder Polypropylenglycolen.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Dispersion einen Feststoffanteil von 1 bis 70 Gew.-%, insbesondere bis 50 Gew.-% aufweist.
15. Verfahren zur Herstellung eines Blechformteils umfassend folgende Arbeitsschritte: a) Bereitstellen eines Blechzuschnitts aus einem Stahlflachprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 6; b) Erwärmen des Blechzuschnitts derart, dass zumindest teilweise die AC3 Temperatur des Zuschnitts überschritten ist und die Temperatur TEinigdes Zuschnitts beim Einlegen in ein für ein Warmpressformen vorgesehenes Umformwerkzeug (Arbeitsschritt c) zumindest teilweise eine Temperatur oberhalb von Ms+100°C auf-weist, wobei Ms die der Martensitstarttemperatur bezeichnet, wobei die mittlere Aufheizrate größer ist als 15 Kmm/s; c) Einlegen des erwärmten Blechzuschnitts in ein Umformwerkzeug, wobei die für das Entnehmen aus der Erwärmungseinrichtung und das Einlegen des Zuschnitts benötigte Transferdauer trrans 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 Tziei abgekühlt und optional dort gehalten wird; e) Entnehmen des auf die Zieltemperatur Tziei abgekühlten Blechformteils aus dem Werkzeug.
EP23797696.4A 2022-10-20 2023-10-20 Stahlflachprodukt zur herstellung eines stahlbauteils durch warmumformen, verfahren zu seiner herstellung sowie verfahren zur herstellung des stahlbauteils Pending EP4605576A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022127696 2022-10-20
PCT/EP2023/079226 WO2024084018A1 (de) 2022-10-20 2023-10-20 Stahlflachprodukt zur herstellung eines stahlbauteils durch warmumformen, verfahren zu seiner herstellung sowie verfahren zur herstellung des stahlbauteils

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4605576A1 true EP4605576A1 (de) 2025-08-27

Family

ID=88585316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23797696.4A Pending EP4605576A1 (de) 2022-10-20 2023-10-20 Stahlflachprodukt zur herstellung eines stahlbauteils durch warmumformen, verfahren zu seiner herstellung sowie verfahren zur herstellung des stahlbauteils

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4605576A1 (de)
WO (1) WO2024084018A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102024110964B3 (de) * 2024-04-19 2025-06-05 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Effizientes Umformverfahren

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5098352B2 (ja) * 2007-02-13 2012-12-12 Ｊｆｅスチール株式会社 ホットプレス用鋼板
JP5042924B2 (ja) * 2008-06-02 2012-10-03 新日本製鐵株式会社 機器筐体
JP5573195B2 (ja) * 2010-01-25 2014-08-20 新日鐵住金株式会社 昇温特性に優れた熱間プレス用Ａｌめっき鋼板及びその製造方法
EP2536857B1 (de) * 2010-02-19 2019-08-21 Tata Steel Nederland Technology B.V. Bande, feuille ou ébauche adaptée au formage à chaud et son procédé de production
DE102011001140A1 (de) * 2011-03-08 2012-09-13 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Stahlflachprodukt, Verfahren zum Herstellen eines Stahlflachprodukts und Verfahren zum Herstellen eines Bauteils
WO2015150848A1 (fr) * 2014-03-31 2015-10-08 Arcelormittal Investigación Y Desarrollo Sl Procede de fabrication a haute productivite de pieces d'acier revêtues et durcies a la presse
EP4268989A4 (de) * 2021-04-08 2024-01-31 Nippon Steel Corporation Stahlblech für heissprägen und heissgeprägtes element

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024084018A1 (de) 2024-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2683843B1 (de) Stahlflachprodukt und verfahren zum herstellen eines stahlflachprodukts
DE69907816T2 (de) Beschichtetes warmgewalztes und kaltgewalztes Stahlblech mit sehr hoher Festigkeit nach thermischer Behandlung
DE2325138C3 (de) Verfahren zur Bildung von Schutzüberzügen auf Metallsubstraten
WO2009021897A1 (de) Dualphasenstahl, flachprodukt aus einem solchen dualphasenstahl und verfahren zur herstellung eines flachprodukts
EP2553133A2 (de) Stahl, stahlflachprodukt, stahlbauteil und verfahren zur herstellung eines stahlbauteils
EP2655674A2 (de) Verfahren zum umformen und härten von beschichteten stahlblechen
WO2008138412A1 (de) Verfahren zum erzeugen und entfernen einer temporären schutzschicht für eine kathodische beschichtung
DE102015118869A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Korrosionsschutzbeschichtung für härtbare Stahlbleche und Korrosionsschutzschicht für härtbare Stahlbleche
EP3658307B9 (de) Blechbauteil, hergestellt durch warmumformen eines stahlflachprodukts und verfahren zu dessen herstellung
WO2020094285A1 (de) Gehärtetes bauteil umfassend ein stahlsubstrat und eine korrosionsschutzbeschichtung, entsprechendes bauteil zur herstellung des gehärteten bauteils sowie herstellverfahren und verwendung
EP4605576A1 (de) Stahlflachprodukt zur herstellung eines stahlbauteils durch warmumformen, verfahren zu seiner herstellung sowie verfahren zur herstellung des stahlbauteils
DE102020204356A1 (de) Gehärtetes Blechbauteil, hergestellt durch Warmumformen eines Stahlflachprodukts und Verfahren zu dessen Herstellung
DE69408739T2 (de) Oberflächenbehandeltes Stahlblech und Methode zur Herstellung desselben
WO2024126085A1 (de) Blechformteil mit verbessertem härteverlauf
DE102024110964B3 (de) Effizientes Umformverfahren
DE102024104377A1 (de) Blechformteil mit verbessertem kathodischem Korrosionsschutz
EP4673571A1 (de) Verfahren zum warmpressformen mit verbesserten eigenschaften
DE102021128545A1 (de) Stahlflachprodukt mit schnellaufheizender Beschichtung
WO2004031418A2 (de) Verfahren zum herstellen von produkten durch umformen bei erhöhten temperaturen
DE102023114525A1 (de) Stahlflachprodukt mit unterschiedlichen Dicken
EP4511522A1 (de) Stahlflachprodukt mit einer al-beschichtung, verfahren zu dessen herstellung, stahlbauteil und verfahren zu dessen herstellung
DE10306063A1 (de) Verfahren zum Bearbeiten von Panzerstahl
EP4339324A1 (de) Stahlflachprodukt mit einer aktivierungsschicht für die warmumformung
WO2024200152A1 (de) Schmelztauchbeschichtetes und phosphatiertes stahlflachprodukt für die warmumformung, warmumgeformtes bauteil und herstellungsverfahren
WO2024110306A1 (de) Verfahren zum warmpressformen mit verbessertem prozessfenster

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20250520

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)