WO2019076720A1 - Verfahren zur herstellung eines mit einem metallischen, vor korrosion schützenden überzug versehenen stahlbauteils - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines mit einem metallischen, vor korrosion schützenden überzug versehenen stahlbauteils Download PDF

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ThyssenKrupp AG
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    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/13—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by hot working

Definitions

  • the present invention relates to methods for producing a steel component comprising a substrate and a coating, a corresponding steel component and its use in the automotive sector.
  • WO 2015/036151 A1 discloses a method for producing a steel component provided with a metallic, corrosion-protective coating and a corresponding steel component.
  • the method according to this document comprises coating a flat steel product with an alloy of aluminum, zinc, magnesium and optionally silicon and iron, cutting a blank from the flat steel product, heating the blank and reshaping the blank to obtain the desired steel component.
  • DE 699 07 816 12 discloses a process for producing a coated hot and cold rolled steel sheet having very high strength after thermal treatment.
  • a flat steel product is provided with a coating and thermally treated.
  • the workpiece is heated to a temperature of over 750 ° C.
  • EP 2 993 248 A1 discloses a flat steel product with an aluminum-containing coating, which contains 0.005 to 0.7% by weight of at least one alkali and / or alkaline earth metal, and a process for its production.
  • the coated flat steel product is heated to a temperature of 700 to 900 ° C for 360 s, 600 s or 800 s and then reformed.
  • H dif f The content of H dif f reduces the duration of the steel tolerable stresses, and there may be spontaneous "hydrogen-induced" fractures under the presence of tensile stresses in the sheet. In order to avoid cracks in the stresses usually present in the body shop, the content of diffusible hydrogen should be below a component-specific value.
  • This value depends, among other things, on the complexity of the hot forming operation, the post-processing by, for example, laser cutting, punching, mechanical cutting or hot trimming and the installation situation and joining concept and thus the state of tension in the bodywork.
  • the amount of H diff remaining after processing should preferably be ⁇ 0.4 ppm (parts per million) prior to critical shell-building processes, depending on the processing mentioned.
  • the ratio of thickness decrease by rolling to starting thickness is called rolling degree.
  • the rolling degree applies according to the invention only for a rolling process in which the coating is already present on the substrate.
  • the rolled areas of lesser sheet thickness compared to the sheet thickness existing prior to rolling have a significantly higher defect density in the steel substrate due to rolling.
  • diffused hydrogen can accumulate better in the rolled regions than in the non-rolled regions, so that after the hot forming and the press-hardening a higher diffusible hydrogen content is present. Consequently, hydrogen-induced crack formation after hot forming and press hardening can occur much more quickly in the case of material rolled after coating.
  • a known method of reducing the content of diffusible hydrogen in the component is to lower the dew point in the furnace, in which the steel sheet is heated before forming, in order to prevent the formation of diffusible hydrogen from the existing moisture in the oxidation of the substrate To reduce furnace atmosphere and thereby lower the H diff intake of the steel component.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a method for the production of steel components comprising a substrate and a coating, can be obtained with the corresponding steel components, which have the lowest possible H diff content to the risk Hydrogen-induced cracking after hot forming and to minimize in subsequent use. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a method with which it is possible not to exceed a certain H diff content in a thermoformed component by selecting different furnace parameters depending on the Abwalzgrads and the sheet thickness of the used Stahlflach.
  • step (D) forming the heated flat steel product of step (B) in a mold with simultaneous cooling to obtain the steel component.
  • the method according to the invention serves to produce a steel component with a content of diffusible hydrogen H dif f of up to 0.4 ppm, preferably 0.01 to 0.4 ppm, particularly preferably 0.05 to 0.4 ppm, for example 0.1, 0.2, 0.3, or 0.4 ppm, each in the material after hot forming.
  • H diff describes the amount of hydrogen atoms present in the steel substrate after hot forming in dissolved form.
  • Methods for determining the H diff content are known per se to the person skilled in the art, for example desorption mass spectrometry with heated samples (Thermal Desorption Mass Spectrometry (TDMS)).
  • Step (A) of the process according to the invention comprises the provision of a flat steel product with a coating comprising (all data in% by weight) 3 to 15 Si, 1 to 3.5 Fe, 0.05 to 5.0 alkali and / or or alkaline earth metals, balance AI and unavoidable impurities, which has a Abwalzgrad-sheet thickness ratio of greater than 0.8 to 200.
  • a flat steel product with a suitable coating which appears suitable to the person skilled in the art can be used.
  • 0.06 to 0.50 preferably 0.18 to 0.37, particularly preferably 0.20 to 0.25 C,
  • 0.10 to 0.50 preferably 0.15 to 0.40, particularly preferably 0.20 to 0.30 Si,
  • Remainder Fe and unavoidable impurities containing a coating (all figures in% by weight)
  • 0.05 to 5.0 preferably 0.05 to 1, 5, particularly preferably 0, 11 to 0.6 alkali and / or alkaline earth metals, the radical AI and unavoidable impurities.
  • Unavoidable impurities in the substrate according to the invention are, for example, Cu, Mo, V, Ni and / or Sn.
  • the flat steel product used is preferably a strip, in particular a hot strip or a cold strip, around a sheet, ie. H. a piece of a hot strip or a cold strip, or a board made of a hot strip or a board made of a cold strip.
  • the present invention preferably relates to the method according to the invention, wherein the flat steel product is a board made of a hot strip or a board made of a cold strip.
  • the steel substrate used according to the invention preferably has a hardness structure, for example at least 80% martensite, the remainder bainite, ferrite and retained austenite.
  • the flat steel product according to the invention is provided with a coating, the coating preferably having 3 to 15, particularly preferably 7 to 12, very particularly preferably 9 to 10 Si, 1 to 3.5, preferably 2 to 3.5 Fe, 0.05 to 5.0, preferably 0.05 to 1, 5, particularly preferably 0, 11 to 0.6, alkali and / or alkaline earth metals, the radical AI and unavoidable impurities (all figures in wt .-%).
  • alkali metals and / or alkaline earth metals are preferably magnesium, calcium and / or lithium, particularly preferably magnesium.
  • the coating can be carried out by a fire coating, an electrolytic coating or by means of a piece coating process.
  • the present invention therefore preferably relates to the method according to the invention, wherein the coating takes place by means of a fire coating, an electrolytic coating or by means of a piece coating process.
  • the application of the aluminum-silicon-iron alloy preferably takes place by means of a continuous fire-coating process.
  • the temperature of the aluminum melt bath is between 660 ° C and 720 ° C.
  • Silicon in the coating acts as a diffusion blocker and serves to calm the melt bath when applying the coating formed from the aluminum alloy by means of fire coating.
  • the thickness of the coating according to the invention is preferably 5 to 60 ⁇ , preferably 10 to 40 ⁇ .
  • the present invention therefore preferably relates to the method according to the invention, wherein the coating weight of the double-sided coating is 20 to 240 g / m 2 .
  • the coating can be present on one side of the flat steel product or on both sides of the flat steel product.
  • the present invention therefore preferably relates to the method according to the invention, wherein the coating is present on one side of the flat steel product or on both sides of the flat steel product.
  • the flat steel product provided in step (A) of the process according to the invention has a rolling degree sheet thickness ratio of 0.8 to 200, preferably greater than 0.8 to 180, particularly preferably greater than 0.8 to 150.
  • the flat steel product provided according to the invention preferably has a rolling degree of from 0.5 to 75%, more preferably from 2.5 to 60%.
  • the degree of rolling is given in% according to the invention.
  • a flat steel product is used in step (A), which has areas which are rolled to a smaller sheet thickness than other areas.
  • the largest available degree of rolling is used for the respective component.
  • the dimensionless Abwalzgrad-sheet thickness ratio (WGB) is determined according to the invention according to the following formula (3): wherein the sheet thickness is set in mm and is identical to h v of the final thickness of the flat steel product after rolling.
  • the flat steel products used in step (A) of the process according to the invention are preferably in a sheet thickness (final thickness of 0.5 to 6 mm, more preferably 0.8 to 3 mm).
  • the coated flat steel product from step (A), after which process step (B) has been carried out is converted directly into the process step (C) according to the invention.
  • steps (A) and (B) or (C) further steps are carried out, for example separation of areas, in particular sheets or blanks of the flat steel product, for example by shearing or laser cutting, introducing holes by laser processing or punching, and / or previous heat treatments to alter the properties of the coating or substrate.
  • Step (B) of the method according to the invention comprises the determination comprises the determination of a WOP value as a function of the rolling degree-sheet thickness ratio WGB within a surface spanned by straight connecting lines between the points Pl l (WGB 0.8, WOP 100) and P 13 (WGB 0.8, WOP 800), P 13 (WGB 0.8, WOP 800) and P21 (WGB 26, WOP 650), P21 (WGB 26, WOP 650) and P41 (WGB 74, WOP 590), P41 (WGB 74, WOP 590) and P53 (WGB 150, WOP 520), P53 (WGB 150, WOP 520) and P51 (WGB 150, WOP 100) as well as P51 (WGB 150, WOP 100) and P ll (WGB 0.8, WOP 100) in a coordinate system in which the WOP value on the y-axis and the Abwalzgrad-sheet thickness ratio are plotted on the x-axis, as preferably shown in Figure 1.
  • a suitable WOP value range is determined, from which in turn a WOP value can be selected. According to the invention, however, all WOP values lying in the specific WOP value range fulfill the condition that a steel component with a content of diffusible hydrogen of not more than 0.4 ppm is obtained.
  • Step (B) of the process according to the invention serves to determine a WOP value as a function of the rolling degree / thickness ratio of the steel flat product used, where WOP means "hydrogen-related furnace parameter" and is unitless.
  • WOP value then provides information about which Sawparame- tern the heat treatment in step (C) should be done so that steel components are obtained with levels of diffusible hydrogen of not more than 0.4 ppm.
  • an area for matching WOP values is determined by the rolling degree-sheet thickness ratio. From this range, it is then possible to select a WOP value, which is then used to determine the value corresponding to the equation of the general formula (I) for T 0 fen, and T dew point . In general, however, all values present in the correspondingly determined range of WOP values are suitable for being inserted into the equation of general formula (I) in order to determine corresponding values for T 0 f en , dead and T dew point.
  • Step (B) of the method according to the invention is preferably carried out in that the WOP value is spanned within a surface by straight connecting paths between the points P II (WGB 0.8, WOP 100) and P 13 (WGB 0.8, WOP 800), P13 (WGB 0.8, WOP 800) and P21 (WGB 26, WOP 650), P21 (WGB 26, WOP 650) and P41 (WGB 74, WOP 590), P41 (WGB 74, WOP 590) and P53 (WGB 150, WOP 520), P53 (WGB 150, WOP 520) and P51 (WGB 150, WOP 100) and P51 (WGB 150, WOP 100) and P ll (WGB 0.8, WOP 100) in a coordinate system in which the WOP value on the y-axis and the Abwalzgrad-sheet thickness ratio are plotted on the x-axis, is determined graphically to a predetermined Abwalzgrad-sheet thickness ratio (area A).
  • the corresponding diagram
  • the determination of the WOP value according to step (B) of the method according to the invention is carried out within a surface by straight connecting paths between the points P12 (WGB 0.8, WOP 300) and P 13 (WGB 0, 8, WOP 800), P13 (WGB 0.8, WOP 800) and P21 (WGB 26, WOP 650), P21 (WGB 26, WOP 650) and P41 (WGB 74, WOP 590), P41 (WGB 74, WOP 590) and P53 (WGB 150, WOP 520), P53 (WGB 150, WOP 520) and P52 (WGB 150, WOP 200), P52 (WGB 150, WOP 200) and P32 (WGB 50, WOP 200), P32 ( WGB 50, WOP 200) and P33 (WGB 50, WOP 300) and P33 (WGB 50, WOP 300) and P12 (WGB 0.8, WOP 300) in a coordinate system in which the WOP value is on the
  • step (B) of the method WOP value can then be determined according to the invention, at which dew point of the furnace atmosphere T TaupU nkt, at which mean furnace temperature T 0 fen and for which duration t 0 f en step (C) of the invention Procedure is performed.
  • the furnace temperature T 0 f en (in K) is the average temperature prevailing in the furnace in step (C) of the process of the invention. According to the invention can take any value 0 f s T, the holding one skilled appropriate.
  • T 0 f en AC1 to 1373 K preference is given to T 0 f en AC1 to 1373 K, preferably 1113 to 1253 K, more preferably 1133 to 1223 K, most preferably 1153 to 1193 K.
  • AC1 means the first austenitizing temperature, which is dependent on the alloy composition.
  • the duration t 0 f en (in h) is the time over which the said furnace temperature T 0 f en prevails in step (C).
  • t 0 f en can assume any value which a person skilled in the art considers suitable.
  • t 0 f en describes in particular the period in which the flat steel product is moved through a continuous furnace or dwells in a stationary furnace.
  • inventive process is preferably 0 t f s 0.05 to 0.5 h, preferably from 0.067 to 0.25 h, particularly preferably 0.067 to 0.4 h.
  • the dew point temperature of the furnace T TaU point (in K) is for example 243, 15 to 333, 15 K, preferably 253, 15 to 303, 15 K, particularly preferably 263, 15 to 293, 15 K.
  • the dew point temperature of the furnace atmosphere of the furnace T dew point , duration t 0 f en and WOP value are used to calculate the oven temperature ⁇ 0 ⁇ by means of equation (1) and then set it.
  • the dew point temperature of the furnace atmosphere of the furnace T dew point, furnace temperature T 0 fen and WOP value are used to calculate and then set the duration t 0 f en by means of equation (1).
  • Step (C) of the process according to the invention can generally be carried out in any oven known to the person skilled in the art, for example roller hearth furnaces, chamber furnaces, multilayer chamber furnaces, walking beam furnaces.
  • Step (D) of the process according to the invention comprises forming the heated flat steel product from step (C) in a mold while simultaneously cooling to obtain the steel component.
  • step (D) of the process according to the invention all processes known to the person skilled in the art can be used for hot forming, for example described in hot forming in automotive engineering - processes, materials, surfaces, Landsberg / Lech: Verl. Moderne Industrie, 2012, Die reference of the technique.
  • step (D) of the process according to the invention the desired steel component is obtained from the flat steel product from step (C) by forming. So that the desired hardness structure, for example at least 80% martensite, the remainder bainite, ferrite and retained austenite, is formed in the steel component, the forming takes place with simultaneous cooling.
  • the cooling in step (C) of the process according to the invention is preferably carried out at a rate of 27 to 1000 K / s, more preferably 50 to 500 K / s.
  • the present invention therefore preferably relates to the process according to the invention, wherein the cooling in step (D) takes place at a cooling rate of 27 to 500 K / s.
  • the present invention also relates to a steel component containing (all data in% by weight)
  • From 0.06 to 0.50 preferably from 0.18 to 0.37, particularly preferably from 0.20 to 0.25 C,
  • 0.10 to 0.50 preferably 0.15 to 0.40, particularly preferably 0.20 to 0.30 Si,
  • Remainder Fe and unavoidable impurities containing a coating (all figures in% by weight)
  • the coating weight of the coating on both sides of the steel component according to the invention is from 20 to 240 g / m 2 .
  • the steel component according to the invention preferably has an alloyed alloy layer between steel substrate and Al-based coating.
  • the steel component according to the invention has a fully alloyed layer in a thickness of 5 to 60 ⁇ , preferably 10 to 45 ⁇ , on.
  • the thickness of the alloy layer can be measured by methods known to the person skilled in the art (for example according to DIN EN ISO 1463).
  • the details and preferred embodiments mentioned with regard to the method according to the invention apply correspondingly to the steel component according to the invention.
  • the present invention also relates to the use of a coated steel component according to the invention in the automotive sector, in particular as a bumper support / reinforcement, door reinforcement, B-pillar reinforcement, A-pillar reinforcement, roof frame or sill.
  • a coated steel component according to the invention in the automotive sector, in particular as a bumper support / reinforcement, door reinforcement, B-pillar reinforcement, A-pillar reinforcement, roof frame or sill.
  • Figures Figure 1 shows a diagram in which the WOP value is plotted against the Abwalzgrad-sheet thickness ratio. Mean in it
  • FIG. 2 shows by way of example how, according to the invention, the WOP value is determined with a known rolling degree / thickness ratio, thereby
  • Sheets are used which have been obtained from melts with the alloying ingredients according to Table 1.
  • Table 1 Melt composition of the steel flat products used
  • the flat steel products used have a coating containing 9 to 10 wt .-% Si, 2 to 3.5 wt .-% iron, balance aluminum and the amount mentioned in Table 2 Mg.
  • Pad weight, sheet thickness and rolling degree of the flat steel products used are also mentioned in Table 2.
  • the corresponding WOP value is then determined in the diagram according to FIG. 1 via the rolling degree-sheet thickness ratio (formula 3), and then T 0 f en , dead and T Ta u P inkt of the furnace atmosphere are determined via formula (1) and set.
  • the heated flat steel product is then removed from the oven and, after a transport time of 6 seconds, placed in a mold.
  • a WOP value of 300 to 630 can be read from FIG. 1 or calculated using the specified points.
  • the steel component produced according to the invention has a low tendency to hydrogen-induced fractures at load voltages and can therefore be used advantageously in the automotive sector, aircraft construction or rail vehicle construction.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils umfassend ein Substrat und eine Beschichtung, ein entsprechendes Stahlbauteil und dessen Verwendung im Automobilsektor.

Description

Verfahren zur Herstellung eines mit einem metallischen, vor Korrosion schützenden Überzug versehenen
Stahlbauteils
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils umfassend ein Substrat und eine Beschichtung, ein entsprechendes Stahlbauteil und dessen Verwendung im Automobilsektor.
Technischer Hintergrund
Um die im modernen Karosseriebau geforderte Kombination aus geringem Gewicht, maximaler Festigkeit und Schutzwirkung zu bieten, werden heutzutage in den Bereichen der Karosserie, die im Fall eines Crashs besonders hohen Belastungen ausgesetzt sein können, Bauteile eingesetzt, die aus hochfesten Stählen warm umgeformt werden. Beim Warm umformen , auch Warmpresshärten genannt, werden Stahlplatinen , die zuvor von kalt- oder warmgewalztem Stahlband abgeteilt werden, auf eine Verformungstemperatur erwärmt, die im Allgemeinen oberhalb der Austenitisierungstemperatur des jeweiligen Stahls liegt, 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 Bauteil ein Härtegefüge ergibt.
WO 2015/036151 AI offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines mit einem metallischen , vor Korrosion schützenden Überzug versehenen Stahlbauteils und ein entsprechendes Stahlbauteil. Das Verfahren gemäß diesem Dokument umfasst das Beschichten eines Stahlflachproduktes mit einer Legierung aus Aluminium, Zink, Magnesium und gegebenenfalls Silizium und Eisen , Schneiden einer Platine aus dem Stahlflachprodukt, Erwärmen der Platine und Umformen der Platine, um das gewünschte Stahlbauteil zu erhalten .
DE 699 07 816 12 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten warm- und kaltgewalzten Stahlblechs mit sehr hoher Festigkeit nach thermischer Behandlung. Dazu wird ein Stahlflachprodukt mit einer Beschichtung versehen und thermisch behandelt. Bei der thermischen Behandlung wird das Werkstück auf eine Temperatur von über 750 °C erwärmt.
EP 2 993 248 AI offenbart ein Stahlflachprodukt mit einer aluminiumhaltigen Beschichtung, wobei diese 0,005 bis 0,7 Gew. -% wenigstens eines Alkali- und/oder Erdalkalimetalls enthält, und ein Verfahren zu dessen Herstellung. I n diesem Verfahren wird das beschichtete Stahlflachprodukt auf eine Temperatur von 700 bis 900 °C für 360 s, 600 s oder 800 s erhitzt und anschließend umgeformt.
Beim Erwärmen der Blechzuschnitte, bestehend aus einem Stahl-Substrat und einem aluminiumbasierten, metallischen Korrosionsschutzüberzug, diffundiert Wasserstoff infolge der Oberflächenreaktion der vorhandenen Feuchte im Ofen mit dem Aluminiumüberzug durch den metallischen Überzug in das Stahlsubstrat ein. Nach dem Presshär- ten kann der Wasserstoff nicht mehr aus dem Stahlsubstrat austreten, da der metallische Überzug bei Raumtemperatur eine Barriere für den diffusiblen Wasserstoff Hdiff darstellt. Der Gehalt an Hdiff reduziert die auf Dauer vom Stahl ertragbaren Spannungen , und es kann unter Vorliegen von Zugspannungen im Blech zu spontanen "wasserstoffinduzierten" Brüchen kommen . Um Risse bei den üblicherweise beim Rohkarosseriebau vorliegenden Spannungen zu vermeiden , sollte der Gehalt an diffusiblen Wasserstoff unterhalb eines bauteilspezifischen Wertes liegen. Dieser Wert hängt unter anderem von der Komplexität der Warmumformoperation , der Nachverarbeitung durch beispiels- weise Laserschneiden, Stanzen , mechanisches Schneiden oder Warmbeschnitt und der Verbausituation und Fügekonzept und damit dem Spannungszustand in der Karosserie ab. Die nach der Verarbeitung verbleibende Menge Hdiff soll abhängig von der genannten Verarbeitung bevorzugt < 0,4 ppm (parts per million) vor kritischen Rohbauprozessen betragen. Des Weiteren existieren Fertigungsverfahren , bei denen Bereiche von beschichteten Stahlbändern auf eine geringere Blechdicke gewalzt werden als andere Bereiche und daraus dann entsprechende Blechzuschnitte mit unterschiedlichen Walzgraden entnommen werden. Dadurch lassen sich gewichtsoptimierte und belastungsangepasste Bauteile erzeugen. Das Verhältnis von Dickenabnahme durch das Walzen zu Startdicke wird Abwalzgrad genannt. Dabei gilt der Abwalzgrad erfindungsgemäß nur für einen Walzvorgang, bei dem die Beschichtung bereits auf dem Substrat vorhanden ist. Die gewalzten Bereiche mit geringerer Blechdicke verglichen mit der vor der Durchführung des Walzens vorhandenen Blechdicke weisen durch das Walzen eine deutlich höhere Fehlstellendichte im Stahlsubstrat auf. Dadurch kann sich in den gewalzten Bereichen diffusibler Wasserstoff besser als in den nicht gewalzten Bereichen anlagern , so dass nach der Warmumformung und dem Presshärten ein höherer diffusibler Wasserstoffgehalt vorliegt. Folglich kann es bei nach Beschichtung gewalztem Material deutlich schneller zu wasserstoffinduzierter Rissbil- dung nach Warmumformung und Presshärten kommen. Eine bekannte Methode, den Gehalt an diffusiblem Wasserstoff im Bauteil abzusenken, ist es, den Taupunkt im Ofen, in dem das Stahlblech vor dem Umformen erwärmt wird, abzusenken, um dadurch bei der Oxidation des Substrates die Bildung von diffusiblem Wasserstoff aus der vorhandenen Feuchte der Ofenatmosphäre zu reduzieren und dadurch auch die Hdiff-Aufnahme des Stahlbauteils abzusenken. Die Absenkung des Taupunktes ist jedoch umso aufwändiger, je niedriger der Taupunkt eingestellt werden muss. Erstrebenswert ist es also, den Taupunkt möglichst nicht zu beeinflussen und falls erforderlich nicht zu stark abzusenken.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung von Stahlbauteilen umfassend ein Substrat und eine Beschichtung zur Verfügung zu stellen , mit dem entsprechende Stahlbauteile er- halten werden können, die einen möglichst geringen Hdiff-Gehalt aufweisen , um das Risiko einer wasserstoffinduzierten Rissbildung nach dem Warmumformen und im anschließenden Gebrauch zu minimieren. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, mit dem es möglich ist, in einem warmgeformten Bauteil einen bestimmten Hdiff-Gehalt durch Auswahl verschiedener Ofenparameter in Abhängigkeit des Abwalzgrads und der Blechdicke des eingesetzten Stahlflachprodukts nicht zu überschreiten.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils mit einem Gehalt an diffusiblem Wasserstoff Hdiff von bis 0,4 ppm umfassend wenigstens die Schritte:
Bereitstellen eines Stahlflachproduktes mit einer Beschichtung enthaltend (alle Angaben in Gew.-%) 3 bis 15 Si, 1 bis 3,5 Fe, 0,05 bis 5,0 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle, Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, welches ein Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis (WGB) von 0,8 bis 200, aufweist, (B) Bestimmung eines WOP-Werts in Abhängigkeit des Abwalzgrad-Blechdickenverhältnisses WGB innerhalb einer Fläche aufgespannt durch gerade Verbindungsstrecken zwischen den Punkten P l l (WGB 0,8, WOP 100) und P 13 (WGB 0,8, WOP 800), P 13 (WGB 0,8, WOP 800) und P21 (WGB 26, WOP 650), P21 (WGB 26, WOP 650) und P41 (WGB 74, WOP 590), P41 (WGB 74, WOP 590) und P53 (WGB 150, WOP 520), P53 (WGB 150, WOP 520) und P51 (WGB 150, WOP 100) sowie P51 (WGB 150, WOP 100) und P l l (WGB 0,8, WOP 100) in einem Koordinatensystem, in dem der WOP-Wert auf der y-Achse und das Abwalzgrad-Blechdicken- verhältnis auf der x-Achse aufgetragen sind, wie bevorzugt in Figur 1 dargestellt,
(C) Behandeln des Stahlflachproduktes bei einer mittleren Ofentemperatur T0fen (in Kelvin (K)) für eine Dauer t0fen (in Stunden (h)), wobei die Taupunkttemperatur der Ofenatmosphäre des Ofens TTauPunkt (in Kelvin (K)), die mittlere Ofentemperatur T0fen (in K) und die Dauer t0fen (in h) gemäß der folgenden Gleichung der allgemeinen Formel (1)
Figure imgf000005_0001
eingestellt werden , und
(D) Umformen des aufgeheizten Stahlflachproduktes aus Schritt (B) in einem Formwerkzeug unter gleichzeitigem Abkühlen, um das Stahlbauteil zu erhalten.
Des Weiteren werden diese Aufgaben auch gelöst durch ein entsprechendes Stahlbauteil und durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Stahlbauteils im Automobilsektor, insbesondere als StoßstangenträgerAverstär- kung, Türverstärkung, B-Säulen-Verstärkung, A-Säulen-Verstärkung, Dachrahmen oder Schweller.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden detailliert beschrieben .
Das erfindungsgemäße Verfahren dient dazu, ein Stahlbauteil mit einem Gehalt an diffusiblem Wasserstoff Hdiff von bis 0,4 ppm, bevorzugt 0,01 bis 0,4 ppm, besonders bevorzugt 0,05 bis 0,4 ppm, beispielsweise 0, 1 , 0,2, 0,3, oder 0,4 ppm, jeweils im Werkstoff nach Warmumformen herzustellen. Hdiff beschreibt dabei die Menge an Wasserstoffatomen , die in dem Stahlsubstrat nach Warmumformen in gelöster Form vorliegen . Methoden zur Bestimmung des Hdiff-Gehalts sind dem Fachmann an sich bekannt, beispielsweise Desorptionsmassenspektrometrie mit erwärmten Proben (Thermal Desorption Mass Spectrometry (TDMS)).
Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Bereitstellen eines Stahlflachproduktes mit einer Be- schichtung enthaltend (alle Angaben in Gew.-%) 3 bis 15 Si, 1 bis 3,5 Fe, 0,05 bis 5,0 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle, Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, welches ein Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis von größer 0,8 bis 200 aufweist. Erfindungsgemäß kann in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens jedes dem Fachmann als geeignet erscheinende Stahlflachprodukt mit einer entsprechenden Beschichtung verwendet werden. Erfindungsgemäß bevorzugt wird ein dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Stahlflachprodukt eingesetzt, enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)
0,06 bis 0,50, bevorzugt 0, 18 bis 0,37 , besonders bevorzugt 0,20 bis 0,25 C,
0,50 bis 3 ,0, bevorzugt 0,80 bis 2,00, besonders bevorzugt 1 ,00 bis 1 ,60 Mn,
0, 10 bis 0,50, bevorzugt 0, 15 bis 0,40, besonders bevorzugt 0,20 bis 0,30 Si,
0,01 bis 1 ,00, bevorzugt 0, 10 bis 0,5, besonders bevorzugt 0, 10 bis 0,40 Cr,
bis zu 0,20, bevorzugt 0,01 bis 0, 10, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,05 Ti,
bis zu 0, 10, bevorzugt 0,01 bis 0,05 , besonders bevorzugt 0,02 bis 0,05 AI,
bis zu 0, 10, bevorzugt 0,00 bis 0,05 , besonders bevorzugt 0,00 bis 0,02 P,
bis zu 0, 1 , bevorzugt 0,001 bis 0, 1 Nb,
bis zu 0,01 N ,
bis zu 0,05, bevorzugt 0,00 bis 0,005, besonders bevorzugt 0,00 bis 0,003 S und
bis zu 0, 1 , bevorzugt 0,001 bis 0,05 , besonders bevorzugt 0,002 bis 0,0035 B,
Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen , mit einer Beschichtung enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)
3 bis 15 Si,
1 bis 3,5 Fe,
0,05 bis 5,0, bevorzugt 0,05 bis 1 ,5, besonders bevorzugt 0, 11 bis 0,6 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle, Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen.
Unvermeidbare Verunreinigungen im Substrat sind erfindungsgemäß beispielsweise Cu , Mo, V, Ni und/oder Sn.
Bevorzugt handelt es sich bei dem eingesetzten Stahlflachprodukt um ein Band, insbesondere ein Warmband oder ein Kaltband, um ein Blech, d. h. ein Stück eines Warmbandes oder eines Kaltbandes, oder um eine Platine aus einem Warmband oder eine Platine aus einem Kaltband. Die vorliegende Erfindung betrifft bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren , wobei das Stahlflachprodukt eine Platine aus einem Warmband oder eine Platine aus einem Kaltband ist.
Verfahren zur Herstellung eines Warmbandes bzw. eines Kaltbandes sind dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise beschrieben in (Hoffmann, Hartmut; Neugebauer, Reimund; Spur, Günter (2012): Handbuch Umformen . München : Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG. Seiten 109 bis 165 und Seiten 196 bis 207).
Das erfindungsgemäß eingesetzte Stahlsubstrat weist bevorzugt ein Härtegefüge auf, beispielsweise mindestens 80% Martensit, Rest Bainit, Ferrit und Restaustenit. Das erfindungsgemäß beschaffene Stahlflachprodukt wird mit einer Beschichtung versehen, wobei die Beschichtung bevorzugt 3 bis 15, besonders bevorzugt 7 bis 12, ganz besonders bevorzugt 9 bis 10 Si, 1 bis 3,5, bevorzugt 2 bis 3,5 Fe, 0,05 bis 5,0, bevorzugt 0,05 bis 1 ,5, besonders bevorzugt 0, 11 bis 0,6, Alkali- und/oder Erdalkalimetalle, Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen enthält (alle Angaben in Gew.-%). Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Alkali- und/oder Erdalkalimetalle bevorzugt Magnesium, Kalzium und/oder Lithium, besonders bevorzugt Magnesium.
Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden beschichteten Stahlflachproduktes sind dem Fachmann an sich bekannt, beispielsweise kann die Beschichtung durch eine Feuerbeschichtung, eine elektrolytische Beschichtung oder mittels eines Stückbeschichtungsprozesses erfolgen. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei die Beschichtung durch eine Feuerbeschichtung, eine elektrolytische Beschichtung oder mittels eines Stückbeschichtungsprozesses erfolgt.
Vorzugsweise erfolgt das Aufbringen der Aluminium-Silizium-Eisen-Legierung mittels eines kontinuierlichen Feuer- beschichtungsprozesses. Vorzugsweise liegt bei der Beschichtung die Temperatur des Aluminium-Schmelzbades zwischen 660 °C und 720 °C.
Silizium in der Beschichtung wirkt als Diffusionsblocker und dient der Beruhigung des Schmelzenbades beim Aufbringen des aus der Aluminium-Legierung gebildeten Überzuges mittels Feuerbeschichtung.
Die Dicke der Beschichtung liegt erfindungsgemäß bevorzugt bei 5 bis 60 μηι, vorzugsweise 10 bis 40 μηι. Daraus ergibt sich ein erfindungsgemäßes Auflagengewicht der beidseitigen Beschichtung von 20 bis 240 g/m2, bevorzugt 40 bis 200 g/m2, besonders bevorzugt 50 bis 180 g/m2, beispielsweise 60, 80 oder 150 g/m2. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren , wobei das Auflagegewicht der beidseitigen Be- Schichtung 20 bis 240 g/m2 beträgt.
Erfindungsgemäß kann die Beschichtung auf einer Seite des Stahlflachproduktes oder auf beiden Seiten des Stahlflachproduktes vorliegen. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei die Beschichtung auf einer Seite des Stahlflachproduktes oder auf beiden Seiten des Stahlflachproduktes vorliegt.
Das in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte Stahlflachprodukt weist ein Abwalzgrad-Blech- dickenverhältnis von 0,8 bis 200, bevorzugt größer 0,8 bis 180, besonders bevorzugt größer 0,8 bis 150, auf. Das erfindungsgemäß bereitgestellte Stahlflachprodukt weist dabei bevorzugt einen Abwalzgrad von 0,5 bis 75%, besonders bevorzugt 2,5 bis 60%, auf. Der Abwalzgrad wird erfindungsgemäß in % angegeben . I m Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet Abwalzgrad das Verhältnis von Dickenabnahme durch das Walzen zu Ausgangsdicke des Stahlflachproduktes, insbesondere wird der Abwalzgrad nach folgender Formel (2) bestimmt: Abwalzgrad = - (2), mit h gleich der Dickenabnahme durch das Walzen, d. h . Startdicke - Enddicke [ΔΚ = Q - und h0 gleich der
Startdicke des Stahlflachprodukts, jeweils in mm. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt (A) ein Stahlflachprodukt eingesetzt, welches Bereiche aufweist, die auf eine geringere Blechdicke gewalzt werden als andere Bereiche. In diesem erfindungsgemäß bevorzugten Fall wird für das jeweili- ge Bauteil der größte vorliegende Abwalzgrad zugrunde gelegt.
Das dimensionslose Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis (WGB) wird erfindungsgemäß nach folgender Formel (3) bestimmt:
Figure imgf000008_0001
wobei die Blechdicke in mm angesetzt wird und identisch mit hv der Enddicke des Stahlflachproduktes nach dem Walzen ist. Erfindungsgemäß bevorzugt liegen die in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten Stahlflachprodukte in einer Blechdicke (Enddicke von 0,5 bis 6 mm, besonders bevorzugt 0,8 bis 3 mm, vor.
Erfindungsgemäß bevorzugt wird das beschichtete Stahlflachprodukt aus Schritt (A), nach dem Verfahrensschritt (B) durchgeführt worden ist, direkt in den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt (C) überführt. Es ist allerdings auch möglich, dass zwischen den Schritten (A) und (B) bzw. (C) weitere Schritte durchgeführt werden , beispielsweise Abtrennen von Bereichen, insbesondere Blechen oder Platinen des Stahlflachproduktes, beispielsweise durch Scherschneiden oder Laserschneiden, Einbringen von Löchern durch Laserbearbeitung oder Stanzen, und/oder vorangehende Wärmebehandlungen zur Veränderung der Eigenschaften der Beschichtung oder des Substrates. Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Bestimmung umfasst die Bestimmung eines WOP- Werts in Abhängigkeit des Abwalzgrad-Blechdickenverhältnisses WGB innerhalb einer Fläche aufgespannt durch gerade Verbindungsstrecken zwischen den Punkten Pl l (WGB 0,8, WOP 100) und P 13 (WGB 0,8, WOP 800), P 13 (WGB 0,8, WOP 800) und P21 (WGB 26, WOP 650), P21 (WGB 26, WOP 650) und P41 (WGB 74, WOP 590), P41 (WGB 74, WOP 590) und P53 (WGB 150, WOP 520), P53 (WGB 150, WOP 520) und P51 (WGB 150, WOP 100) sowie P51 (WGB 150, WOP 100) und P l l (WGB 0,8, WOP 100) in einem Koordinatensystem, in dem der WOP- Wert auf der y-Achse und das Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis auf der x-Achse aufgetragen sind, wie bevorzugt in Figur 1 dargestellt. Erfindungsgemäß wird so ein geeigneter WOP-Wert- Bereich bestimmt, aus dem dann wiederum ein WOP-Wert ausgewählt werden kann. Erfindungsgemäß erfüllen aber alle in dem bestimmten WOP-Wert- Bereich liegenden WOP-Werte die Bedingung, dass ein Stahlbauteil mit einem Gehalt an diffusiblem Wasserstoff von maximal 0,4 ppm erhalten wird.
Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens dient dazu , in Abhängigkeit des Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis- ses des eingesetzten Stahlflachprodukts einen WOP-Wert zu bestimmen , wobei WOP„wasserstoffbezogener Ofenparameter" bedeutet und einheitenlos ist. Der WOP-Wert gibt dann Auskunft darüber, mit welchen Prozessparame- tern die Wärmebehandlung in Schritt (C) erfolgen soll, damit Stahlbauteile mit Gehalten an diffusiblem Wasserstoff von maximal 0,4 ppm erhalten werden .
Bei der Bestimmung des WOP-Werts gemäß der vorliegenden Erfindung wird über das Abwalzgrad-Blechdicken- Verhältnis ein Bereich für passende WOP-Werte ermittelt. Aus diesem Bereich kann dann bevorzugt ein WOP-Wert ausgesucht werden, der dann dazu verwendet wird mit der Gleichung der allgemeinen Formel (I) entsprechende Wert für T0fen, und TTaupunkt zu ermitteln . Im Allgemeinen sind aber alle in dem entsprechend ermittelten Bereich der WOP-Werte vorliegenden Werte geeignet, in die Gleichung der allgemeinen Formel (I) eingesetzt zu werden , um entsprechende Wert für T0fen, toten und TTaupunkt zu ermitteln.
Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bevorzugt dadurch, dass der WOP-Wert innerhalb einer Fläche aufgespannt durch gerade Verbindungsstrecken zwischen den Punkten P l l (WGB 0,8, WOP 100) und P 13 (WGB 0,8, WOP 800), P13 (WGB 0,8, WOP 800) und P21 (WGB 26, WOP 650), P21 (WGB 26, WOP 650) und P41 (WGB 74, WOP 590), P41 (WGB 74, WOP 590) und P53 (WGB 150, WOP 520), P53 (WGB 150, WOP 520) und P51 (WGB 150, WOP 100) sowie P51 (WGB 150, WOP 100) und P l l (WGB 0,8, WOP 100) in einem Koordinatensystem, in dem der WOP-Wert auf der y-Achse und das Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis auf der x-Achse aufgetragen sind, zu einem vorgegebenen Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis graphisch bestimmt wird (Bereich A). Das entsprechende Diagramm ist in Figur 1 dargestellt, Bereich A ergibt sich durch eine Vereinigung der dargestellten Teilflächen„3" ,„4" und„5" in Figur 1.
I n einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Bestimmung des WOP- Werts gemäß Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb einer Fläche aufgespannt durch gerade Verbindungsstrecken zwischen den Punkten P12 (WGB 0,8, WOP 300) und P 13 (WGB 0,8, WOP 800), P13 (WGB 0,8, WOP 800) und P21 (WGB 26, WOP 650), P21 (WGB 26, WOP 650) und P41 (WGB 74, WOP 590), P41 (WGB 74, WOP 590) und P53 (WGB 150, WOP 520), P53 (WGB 150, WOP 520) und P52 (WGB 150, WOP 200), P52 (WGB 150, WOP 200) und P32 (WGB 50, WOP 200), P32 (WGB 50, WOP 200) und P33 (WGB 50, WOP 300) sowie P33 (WGB 50, WOP 300) und P12 (WGB 0,8, WOP 300) in einem Koordinatensystem, in dem der WOP-Wert auf der y-Achse und das Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis (WGB) auf der x-Achse aufgetragen sind (Bereich B). Das entsprechende Diagramm ist in Figur 1 dargestellt, Bereich B ist die dargestellte Teilflächen „5" ohne die Teilflä- chen„3 " und„4" in Figur 1.
Mit dem in Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten WOP-Wert kann dann erfindungsgemäß bestimmt werden, bei welcher Taupunkttemperatur der Ofenatmosphäre TTaupUnkt, bei welcher mittleren Ofentemperatur T0fen und für welche Dauer t0fen Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird.
Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Behandeln des Stahlflachproduktes bei einer mittleren Ofentemperatur T0fen (in K) für eine Dauer t0fen (in h), wobei die Taupunkttemperatur der Ofenatmosphäre TTaupunkt (in K), die mittlere Ofentemperatur T0fen (in K) und die Dauer t0fen (in h) gemäß der folgenden Gleichung der allgemeinen Formel (1) WOP =— · log ^ + 1,15J + (— - 243,
so eingestellt werden , dass sich der WOP-Wert in dem mithilfe von Figure 1 festgelegten Intervall zwischen dem minimalen und dem maximalen WOP-Wert befindet.
Die Ofentemperatur T0fen (in K) ist die Temperatur, die im Mittel in dem Ofen , in dem Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt, vorherrscht. Erfindungsgemäß kann T0fen jeden Wert annehmen , den ein Fachmann für geeignet hält. Bevorzugt beträgt in dem erfindungsgemäßen Verfahren T0fen AC1 bis 1373 K, bevorzugt 1113 bis 1253 K, besonders bevorzugt 1133 bis 1223 K, ganz besonders bevorzugt 1153 bis 1193 K, beträgt. Dabei bedeutet AC1 die erste Austenitisierungstemperatur, die abhängig von der Legierungs-zusammensetzung ist.
Die Dauer t0fen (in h) ist die Zeit, über die die genannte Ofentemperatur T0fen in Schritt (C) vorherrscht. Erfindungsgemäß kann t0fen jeden Wert annehmen, den ein Fachmann für geeignet hält. In dem erfindungsgemäßen Verfah- ren beschreibt t0fen insbesondere den Zeitraum, in dem das Stahlflachprodukt durch einen Durchlaufofen bewegt wird oder in einem stationären Ofen verweilt. Bevorzugt beträgt in dem erfindungsgemäßen Verfahren t0fen 0,05 bis 0,5 h, bevorzugt 0,067 bis 0,25 h, besonders bevorzugt 0,067 bis 0,4 h.
I n einer Ausführungsform werden Ofentemperatur T0fen, Dauer t0fen und WOP-Wert verwendet, um mittels der Glei- chung (1) die Taupunkttemperatur der Ofenatmosphäre des Ofens TTaupunkt zu berechnen und dann einzustellen . Die Taupunkttemperatur des Ofens TTaUpunkt (in K) beträgt beispielsweise 243 , 15 bis 333, 15 K, bevorzugt 253, 15 bis 303, 15 K, besonders bevorzugt 263, 15 bis 293, 15 K.
I n einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden Taupunkttemperatur der Ofenatmosphäre des Ofens TTau- punkt, Dauer t0fen und WOP-Wert verwendet, um mittels der Gleichung (1) die Ofentemperatur Τ0ίθη zu berechnen und dann einzustellen.
I n einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden Taupunkttemperatur der Ofenatmosphäre des Ofens TTau- punkt, Ofentemperatur T0fen und WOP-Wert verwendet, um mittels der Gleichung (1) die Dauer t0fen zu berechnen und dann einzustellen.
Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann im Allgemeinen in jedem dem Fachmann bekannten Ofen durchgeführt werden, beispielsweise Rollenherdöfen, Kammeröfen, Mehrlagenkammeröfen , Hubbalkenöfen. Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Umformen des aufgeheizten Stahlflachproduktes aus Schritt (C) in einem Formwerkzeug unter gleichzeitigem Abkühlen, um das Stahlbauteil zu erhalten.
I m Allgemeinen können in Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens alle dem Fachmann bekannten Verfahren zum Warmumformen eingesetzt werden, beispielsweise beschrieben in Warmumformung im Automobilbau - Verfah- ren, Werkstoffe, Oberflächen, Landsberg/Lech: Verl. Moderne Industrie, 2012, Die Bibliothek der Technik. I n Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus dem Stahlflachprodukt aus Schritt (C) durch Umformen das gewünschte Stahlbauteil erhalten. Damit sich in dem Stahlbauteil das gewünschte Härtegefüge, beispielsweise mindestens 80% Martensit, Rest Bainit, Ferrit und Restaustenit, ausbildet, erfolgt das Umformen unter gleichzeiti- gern Abkühlen. Das Abkühlen in Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt dabei bevorzugt mit einer Rate von 27 bis 1000 K/s, besonders bevorzugt 50 bis 500 K/s. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren , wobei das Abkühlen in Schritt (D) bei einer Abkühlrate von 27 bis 500 K/s erfolgt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Stahlbauteil enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)
0,06 bis 0,50 bevorzugt 0, 18 bis 0,37 , besonders bevorzugt 0,20 bis 0,25 C,
0,50 bis 3 ,0, bevorzugt 0,80 bis 2,00, besonders bevorzugt 1 ,00 bis 1 ,60 Mn,
0, 10 bis 0,50, bevorzugt 0, 15 bis 0,40, besonders bevorzugt 0,20 bis 0,30 Si,
0,01 bis 1 ,00, bevorzugt 0, 10 bis 0,5, besonders bevorzugt 0, 10 bis 0,40 Cr,
bis zu 0,20, bevorzugt 0,01 bis 0, 10, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,05 Ti,
bis zu 0, 10, bevorzugt 0,01 bis 0,05 , besonders bevorzugt 0,02 bis 0,05 AI,
bis zu 0, 10, bevorzugt 0,00 bis 0,05 , besonders bevorzugt 0,00 bis 0,02 P,
bis zu 0, 1 , bevorzugt 0,001 bis 0, 1 Nb,
bis zu 0,01 N ,
bis zu 0,05, bevorzugt 0,00 bis 0,005, besonders bevorzugt 0,00 bis 0,003 S und
bis zu 0, 1 , bevorzugt 0,001 bis 0,05 , besonders bevorzugt 0,002 bis 0,0035 B,
Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen , mit einer Beschichtung enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)
3 bis 15 Si,
1 bis 3,5 Fe,
0,05 bis 5 ,0, bevorzugt 0,05 bis 1 ,5, besonders bevorzugt 0, 11 bis 0,6, Alkali- und/oder Erdalkalimetalle,
Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, hergestellt durch das erfindungsgemäße Verfahren. Bevorzugt beträgt das Auflagegewicht der beidseitigen Beschichtung des erfindungsgemäßen Stahlbauteils 20 bis 240 g/m2.
Das erfindungsgemäße Stahlbauteil weist bevorzugt eine durchlegierte Legierungsschicht zwischen Stahlsubstrat und Al-basierter Beschichtung auf. Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Stahlbauteil eine durchlegierte Legierungsschicht in einer Dicke von 5 bis 60 μηι, bevorzugt 10 bis 45 μηι, auf. Die Messung der Dicke der Legierungsschicht kann durch dem Fachmann bekannte Verfahren (z. B. nach DIN EN ISO 1463) erfolgen.
Die bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens genannten Details und bevorzugten Ausführungsformen gelten für das erfindungsgemäße Stahlbauteil entsprechend. Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen beschichteten Stahlbauteils im Automobilsektor, insbesondere als Stoßstangenträger/-verstärkung, Türverstärkung, B-Säulen-Verstärkung, A- Säulen-Verstärkung, Dachrahmen oder Schweller. Bezüglich der einzelnen Merkmale der erfindungsgemäßen Verwendung und der bevorzugten Ausführungsformen gilt das bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens Gesagte entsprechend.
Figuren Figur 1 zeigt ein Diagramm, in dem der WOP-Wert über dem Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis aufgetragen ist. Darin bedeuten
1 WOP-Wert (wasserstoffbezogener Ofenparameter-Wert)
2 WGB (Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis)
3 Teilfläche„3"
4 Teilfläche„4"
5 Teilfläche„5"
Figur 2 zeigt exemplarisch , wie erfindungsgemäß der WOP-Wert bei bekanntem Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis bestimmt wird, dabei bedeuten
E l Abwalzgrad 0,5%, Ausgangsblechdicke 3,0 mm, Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis 1 ,6, daraus folgen WOP-Wert von 300 bis 790.
E2 Abwalzgrad 2,5%, Ausgangsblechdicke 3,0 mm, Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis 3,8, daraus folgen WOP-Wert von 300 bis 780.
E3 Abwalzgrad 30%, Ausgangsblechdicke 1 ,5 mm, Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis 41 ,8, daraus folgen WOP-Wert von 300 bis 630.
E4 Abwalzgrad 50%, Ausgangsblechdicke 1 ,98 mm, Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis 63 ,6 oder Abwalzgrad 47%, Ausgangsblechdicke 1 ,5 mm, Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis 64,7, daraus folgen jeweils WOP- Wert von 200 bis 600.
Beispiele
Beispiel 1
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung.
Es werden Platinen eingesetzt, die aus Schmelzen mit den Legierungsbestandteilen gemäß Tabelle 1 erhalten worden sind. Tabelle 1: Schmelzenzusammensetzung der eingesetzten Stahlflachprodukte
Figure imgf000013_0001
Alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen
Die eingesetzten Stahlflachprodukte weisen eine Beschichtung auf, enthaltend 9 bis 10 Gew.-% Si, 2 bis 3,5 Gew.- % Eisen, Rest Aluminium und die in Tabelle 2 genannte Menge an Mg. Auflagengewicht, Blechdicke und Walzgrad der eingesetzten Stahlflachprodukte sind ebenfalls in Tabelle 2 genannt. Über das Abwalzgrad-Blechdickenverhält- nis (Formel 3) wird dann in dem Diagramm gemäß Figur 1 der entsprechende WOP-Wert ermittelt und über die Formel (1) werden anschließend T0fen, toten und TTauPunkt der Ofenatmosphäre ermittelt und eingestellt. Das so aufgeheizte Stahlflachprodukt wird anschließend aus dem Ofen entnommen und nach einer Transportzeit von 6 Se- künden in ein Formwerkzeug eingelegt. Nach dem Einlegen in das Formwerkzeug fährt dieses sogleich zusammen und verharrt im geschlossenen Zustand für ca. 20 Sekunden, um dadurch das Bauteil auf <80°C durch Kontakt mit den gekühlten Werkzeugen abzukühlen. Von den hergestellten Stahlbauteilen werden Proben entnommen , die mithilfe der Desorptionsmassenspektrometrie mit erwärmten Proben (Thermal Desorption Mass Spectrometry (TDMS)) untersucht werden im Hinblick auf die enthaltene Menge diffusiblen Wasserstoffs (Hdi{{).
Tabelle 2:
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000016_0001
V Vergleichsbeispiel
Beispiel 2
Beispielhafte Bestimmung zulässiger Werte für T0fen, toten und TTauPunkt zum Einhalten eines Hdiff-Wertes von 0,4 ppm in hergestellten Bauteilen aus Stahlflachprodukten .
Beispiel E3 aus Figure 2:
hQ = 2,143 mm; h1 = Blechdicke = 1,5 mm; Ah = 0,643 mm;Beschichtung mit Mg 0,35 Gew. - %
Ah 0,643 mm
AAbbwwaallzzgqrraadd =— = ττπτ, = 0,3 = 30 %
hn 2,143 mm
1 + Abwalzgrad · 100 1 + 0,3 - 100
WGB = 1,5 · = 1,5 , = 41,8
1 , , . , , . 1 /l,5 mm\
• (1 + j 'Blechdicke /mm) — . (\ + Γ'^ mmj
2 2 \ J mm I
Für den WGB-Wert von 41 ,8 lässt sich ein WOP-Wert von 300 bis 630 aus Figur 1 ablesen oder über die angegebenen Punkte berechnen . Nun lassen sich die drei Parameter T0fen, toten und TTauPunkt so festlegen, dass sich ein WOP Wert ergibt von: 300 < WOP < 630, beispielsweise: rofen = 930 °C = 1203,15 K; tofen = 400 s = 0,111 h
Taupunkt = 10 °C = 283,15 K
300 < WOP < 630
Taupunkt
+ I 224433,,15 < 630
Figure imgf000017_0001
1203,15 K /0,111 h \ /283,15 K ·1
<^300 < log ^ — + l,15j + ^ 243,15 ) < 630
<^300 < 487 < 630
<= wahre Aussage Da der errechnete WOP-Wert von 487 zwischen 300 und 630 liegt, lässt sich durch die gewählten Parameter ein maximaler Hdiff-Wert von 0,4 ppm im Bauteil eingehalten.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das erfindungsgemäß hergestellte Stahlbauteil weist eine geringe Neigung zu wasserstoffinduzierten Brüchen bei Lastspannungen auf und kann daher vorteilhaft im Automobilsektor, dem Luftfahrzeugbau oder Schienenfahrzeugbau verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils mit einem Gehalt an diffusiblem Wasserstoff Hdiff von bis 0,4 ppm umfassend wenigstens die Schritte:
(A) Bereitstellen eines Stahlflachproduktes mit einer Beschichtung enthaltend (alle Angaben in Gew.-%) 3 bis 15 Si, 1 bis 3,5 Fe, 0,05 bis 5,0 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle, Rest AI und unvermeid-bare Verunreinigungen, welches ein Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis (WGB) von größer 0,8 bis 200, aufweist,
(B) Bestimmung eines WOP-Werts in Abhängigkeit des Abwalzgrad-Blechdickenverhältnisses WGB innerhalb einer Fläche aufgespannt durch gerade Verbindungsstrecken zwischen den Punkten Pl l (WGB 0,8, WOP 100) und P13 (WGB 0,8, WOP 800), P13 (WGB 0,8, WOP 800) und P21 (WGB 26, WOP 650), P21 (WGB 26, WOP 650) und P41 (WGB 74, WOP 590), P41 (WGB 74, WOP 590) und P53 (WGB 150, WOP 520), P53 (WGB 150, WOP 520) und P51 (WGB 150, WOP 100) sowie P51 (WGB 150, WOP 100) und Pl l (WGB 0,8, WOP 100) in einem Koordinatensystem, in dem der WOP-Wert auf der y-Achse und das Abwalzgrad-Blechdickenverhältnis auf der x-Achse aufgetragen sind,
(C) Behandeln des Stahlflachproduktes bei einer mittleren Ofentemperatur T0fen (in K) für eine Dauer t0fen (in h), wobei die Taupunkttemperatur der Ofenatmosphäre des Ofens TTaupunkt (in K), die mittlere Ofentemperatur T0fen (in K) und die Dauer t0fen (in h) gemäß der folgen¬ den Gleichung der allgemeinen Formel (1)
WOP =— · log + 1.15J + (— - 243,15] (1), eingestellt werden, und
(D) Umformen des aufgeheizten Stahlflachproduktes aus Schritt (B) in einem Formwerkzeug unter gleichzeitigem Abkühlen, um das Stahlbauteil zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des WOP-Werts gemäß Schritt (B) innerhalb einer Fläche aufgespannt durch gerade Verbindungsstrecken zwischen den Punkten P12 (WGB 0,8, WOP 300) und P13 (WGB 0,8, WOP 800), P13 (WGB 0,8, WOP 800) und P21 (WGB 26, WOP 650), P21 (WGB 26, WOP 650) und P41 (WGB 74, WOP 590), P41 (WGB 74, WOP 590) und P53 (WGB 150, WOP 520), P53 (WGB 150, WOP 520) und P52 (WGB 150, WOP 200), P52 (WGB 150, WOP 200) und P32 (WGB 50, WOP 200), P32 (WGB 50, WOP 200) und P33 (WGB 50, WOP 300) sowie P33 (WGB 50, WOP 300) und P12 (WGB 0,8, WOP 300) in einem Koordinatensystem, in dem der WOP-Wert auf der y-Achse und das Abwalz- grad-Blechdickenverhältnis (WGB) auf der x-Achse aufgetragen sind, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stahlflachprodukt eingesetzt wird, enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)
0,06 bis 0,50 C,
0,50 bis 3,0 Mn,
0, 10 bis 0,50 Si,
0,01 bis 1,00 Cr,
bis zu 0,20 Ti,
bis zu 0, 10 AI,
bis zu 0, 10 P,
bis zu 0, 1 Nb,
bis zu 0,01 N ,
bis zu 0,05 S und
bis zu 0, 1 B,
Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass t0fen 0,05 bis 0,5 h, bevorzugt 0,060 bis 0,4 h, besonders bevorzugt 0,067 bis 0,25 h, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlflachprodukt eine Platine aus einem Warmband oder eine Platine aus einem Kaltband ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung durch eine Feuerbeschichtung, eine elektrolytische Beschichtung oder mittels eines Stückbe- schichtungsprozesses erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflagegewicht der beidseitigen Beschichtung 20 bis 240 g/m2 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen in Schritt (D) bei einer Abkühlrate von 10 bis 500 K/s bevorzugt oberhalb von 27 K/s erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an diffu- siblem Wasserstoff Hdiff 0, 1, 0,2, 0,3 oder 0,4 ppm im Werkstoff nach Warmumformen beträgt.
Stahlbauteil umfassend ein Substrat enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)
0,06 bis 0,50 C,
0,50 bis 3,0 Mn,
0, 10 bis 0,50 Si,
0,01 bis 1,00 Cr,
bis zu 0,20 Ti,
bis zu 0, 10, bevorzugt 0,01 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,02 bis 0,05 AI,
bis zu 0, 10, bevorzugt 0,00 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,00 bis 0,02 P,
bis zu 0, 1, bevorzugt 0,001 bis 0, 1 Nb,
bis zu 0,01 N,
bis zu 0,05, bevorzugt 0,00 bis 0,005, besonders bevorzugt 0,00 bis 0,003 S und
bis zu 0, 1, bevorzugt 0,001 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,002 bis 0,0035 B,
Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, mit einer Beschichtung enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)
3 bis 15 Si,
1 bis 3,5 Fe,
0,05 bis 5,0 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle,
Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, hergestellt durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
Stahlbauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflagegewicht der beidseitigen Beschichtung 20 bis 240 g/m2 beträgt.
Stahlbauteil nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass es eine durchlegierte Legierungsschicht in einer Dicke von 5 bis 60 μιη, bevorzugt 10 bis 45 μιη, aufweist.
13. Verwendung eines beschichteten Stahlbauteils nach einem der Ansprüche 10 bis 12 im Automobilsektor, insbesondere als Stoßstangenträger/-verstärkung, Türverstärkung, B-Säulen-Verstärkung, A-Säulen-Verstärkung, Dachrahmen oder Schweller.
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