WO2020094285A1 - Gehärtetes bauteil umfassend ein stahlsubstrat und eine korrosionsschutzbeschichtung, entsprechendes bauteil zur herstellung des gehärteten bauteils sowie herstellverfahren und verwendung - Google Patents

Gehärtetes bauteil umfassend ein stahlsubstrat und eine korrosionsschutzbeschichtung, entsprechendes bauteil zur herstellung des gehärteten bauteils sowie herstellverfahren und verwendung Download PDF

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ThyssenKrupp AG
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Definitions

  • Hardened component comprising a steel substrate and an anti-corrosion coating, corresponding component for the production of the hardened component as well as manufacturing method and use
  • the present invention relates to a hardened component comprising a steel substrate and an anti-corrosion coating; the anti-corrosion coating includes manganese, iron and zinc.
  • the present invention also relates to a component for producing the hardened component according to the invention; the component comprises a steel substrate and a metallic layer contacting the steel substrate.
  • the present invention relates to a method for producing a component according to the invention and a method for producing a hardened component according to the invention.
  • the invention also relates to the use of a component according to the invention for producing a hardened component according to the invention.
  • a component according to the invention is often in the form of a steel sheet and in particular in the form of a PHS steel sheet (press-hardening steel sheet).
  • a hardened component according to the invention is preferably a shaped steel part which is produced from a corresponding press-hardening steel sheet.
  • press-hardening steel sheet (or “PHS steel sheet”)
  • PHS steel sheet for the term “press-hardening steel sheet” (or “PHS steel sheet”)
  • PHS steel sheet for the term “press-hardening steel sheet”
  • hardened components with extremely high strength can be manufactured from press-hardening steel sheets by heating the steel sheet above the austenitizing temperature and by cooling during pressing an essentially purely martensitic structure is obtained.
  • the present invention is not limited to the use of press-hardening steel sheet (as a component) or to steel moldings produced therefrom (as a hardened component).
  • the steel substrate of the component and the corresponding hardened component is preferably a manganese-boron steel.
  • corrosion protection coatings for example Al-Si coatings
  • Such Al-Si coatings only provide passive protection against corrosion due to their barrier effect.
  • the use of actively protecting Zn coatings is only possible to a limited extent due to the comparatively low melting point of pure zinc at 419 ° C. This is because it is observed that liquid zinc penetrates into the base material (the steel substrate) during forming and leads to cracking there (so-called liquid metal embrittlement).
  • a steel sheet is disclosed there, in particular a press-hardening steel sheet, with a steel substrate layer and a corrosion protection layer containing zinc and manganese.
  • the corrosion protection layer is applied galvanically to the substrate layer and has a manganese content of at least 5% by weight but a maximum of 25% by weight. According to the disclosure, a manganese content of 25% by weight should not be exceeded.
  • US 5,043,230 A discloses steel sheets coated with a plurality of layers of zinc-manganese alloys; the alloy layer that is adjacent to the steel surface has a higher manganese content than the layer or layers that are further away from the steel surface.
  • No. 5,043,230 A does not disclose the hot forming of corresponding steel sheets and therefore also not the products of such a hot forming.
  • Document WO 2016/071399 A1 discloses a method for producing hardened sheet steel components, wherein at least two metal layers are deposited one after the other on the steel sub-beach on a strip of a quench-hardenable steel alloy as a corrosion protection coating.
  • One metal layer is a layer made of zinc or based on zinc and the other is a layer made of a metal which forms intermetallically less noble phases with Zn or Fe and has a higher oxidation potential than Zn, namely Ni, Cu, Co, Mn or Mo, or a layer based on these metals.
  • the layer made of zinc or based on zinc is applied electrolytically or by a hot-dip process in accordance with WO 2016/071399 Al.
  • DE 10 2014 004 652 A1 discloses a component, in particular a structural component, for a motor vehicle, with a base body formed from a hot-formable steel, which is provided with a coating at least in a partial area.
  • the coating can be formed from zinc manganese.
  • the document does not contain information on the proportions of zinc and manganese in the coating.
  • WO 2015/090621 A1 discloses a steel substrate which is provided with a corrosion-resistant coating with a high melting temperature.
  • the coating can be a Zn-Mn coating with an Mn content of> 19% by weight.
  • the Mn content in the Zn-Mn coating can be in the range from 19 to 30% by weight.
  • Detailed information on the composition or structure of the steel substrate is not found in WO 2015/090621 Al.
  • WO 2015/027972 A1 discloses a zinc-based corrosion protection coating for steel sheets or steel strips, the corrosion protection coating being a coating applied using the hot-dip method and, in addition to a zinc content of at least 75% by weight and possibly present and avoidable impurities, 0.5 to 15.0% .-% contains manganese and 0.1 to 10.0 wt .-% aluminum. It is disclosed that the addition of aluminum in amounts of 0.1 to 10% by weight is necessary in order for the austenitization to take place in the course of the heating. temperature forms an aluminum oxide layer on the surface of the coating.
  • Corrosion protection coatings for steel sheets (components) and hot-formed steel sheets (hardened components) which contain zinc and manganese are thus already known from the prior art.
  • the already known corrosion protection coatings, components or hardened components and the processes for their respective production do not yet appear optimal.
  • the aim is to increase the throughput when using existing furnaces or to design the future furnace smaller for a given throughput when designing or purchasing new furnaces.
  • the present invention relates to individual or all of the aforementioned tasks or needs.
  • a hardened component comprising a steel substrate and a corrosion protection coating
  • the corrosion protection coating is a first alloy layer contacting the steel substrate, the two main components of which - le are iron and zinc, and a second alloy layer contacting the first alloy layer, the two main components of which are manganese and zinc, and the proportion of the total mass of manganese in the corrosion protection coating to the total mass of manganese and zinc in the corrosion protection coating is greater than 25%.
  • the first alloy layer and the second alloy layer are usually the result of segregation of a starting alloy, which is the main constituent of manganese and, because a hardened component according to the invention is regularly used to produce the hardened component according to the invention and a manufacturing method according to the invention is carried out
  • Zinc includes; Due to diffusion processes, the first alloy layer usually contains a high proportion of iron, which comes from the steel substrate.
  • the second alloy layer, the two main components of which are manganese and zinc, has one Melting point well above the temperatures usually used in hot forming. As a result, there is advantageously less tool and oven roll buildup.
  • the proportion of the total mass of manganese in the second alloy layer, the two main components of which are manganese and zinc is significantly higher than in the first alloy layer.
  • the main constituents are iron and zinc, which means that both the proportion of iron and the proportion of zinc in this first alloy layer are higher than the proportion of any other metal, including manganese.
  • manganese and zinc are the two main components, i.e. the proportion of manganese and the proportion of zinc are higher than the proportion of other alloy components, including iron.
  • the proportion of iron in the total mass of the second alloy layer in the second alloy layer can be up to 20% by weight. In some cases, locally the proportion of the total mass of iron can even be higher than the proportion of the total mass of zinc. Such local peculiarities are generally not a problem; For the purposes of the present invention, however, it is necessary that manganese and zinc are the two main components in the second alloy layer.
  • manganese and zinc are preferably the two main components and the three main components manganese, zinc and iron. This means that manganese and zinc are each contained in a larger amount in the second alloy layer as a whole than iron, but iron is contained in a larger amount than any other alloy component that may be present. As stated above, local concentration fluctuations are irrelevant for the determination of the main constituents in the second alloy layer, since the alloy layer as a whole and the total masses contained therein are important.
  • the thickness of the first alloy layer is preferably greater than or equal to the thickness of the second alloy layer. This preferably applies at least in 80% of the total area of the corrosion protection coating, particularly preferably in at least 90% by weight of the total area of the corrosion protection coating. This ensures particularly effective corrosion protection. Starting from components according to the invention and using manufacturing processes according to the invention (see below for details), the person skilled in the art can adjust the thickness of the alloy layers in the desired manner, in particular by varying the residence time at selected high temperatures.
  • a hardened component according to the invention (as described above, advantageously as referred to above as preferred) is preferred in the corrosion protection coating further comprising an outer layer comprising manganese oxide contacting the second alloy layer, the thickness of the first alloy layer preferably being greater or equal is the total thickness of the second alloy layer and the outer layer.
  • Such a hardened component according to the invention thus also comprises, in the corrosion protection coating, in addition to the first alloy layer and the second alloy layer, at least the outer layer comprising manganese oxide. During the production of the hardened component, this is regularly done by reacting manganese (as is also present in the second alloy layer in particular) with oxygen, e.g. B. the oxygen of the ambient air.
  • Such an outer layer comprising manganese oxide is distinguished by the fact that it reflects only a little radiation due to its dark color in an oven. As a result, the surface absorbs more radiation energy and can be heated up quickly. Corresponding advantages also relate in particular to the manufacturing method according to the invention.
  • Hardened components according to the invention can be produced in a particularly efficient manner and avoiding the disadvantages which have been customary to date.
  • a hardened component according to the invention is preferred (preferably as referred to above as preferred), the proportion of the total mass of manganese in the corrosion protection coating to the total mass of manganese and zinc in the corrosion protection layer being greater than or equal to 27%, preferably greater than or equal to 30% is.
  • the proportion of the total mass of manganese in the corrosion protection coating to the total mass of manganese and zinc in the corrosion protection coating being less than 40%, preferably less than 35%. is. It has been shown that if a manganese content of 40% is exceeded (based on the total mass of manganese and zinc in the corrosion protection coating as a whole), the individual advantages discussed above can no longer be achieved reproducibly.
  • a hardened component according to the invention is particularly preferred (preferably as referred to above as preferred), the proportion of the total mass of manganese in the corrosion protection coating to the total mass of manganese and zinc in the corrosion protection coating being in the range from greater than 25% to 40%, preferably in Range from greater than 25% to 35%, particularly preferably in the range from 27% to 35%.
  • the advantages mentioned above are particularly pronounced in the concentration ranges mentioned.
  • hardened components according to the invention contain iron in the second alloy layer, the two main components of which are manganese and zinc, in an amount of up to 20% by weight, based on the second alloy layer. Reference is made to the above statements.
  • a hardened component according to the invention is preferred, the second alloy layer being at a temperature of 880 ° C. at least 70% by volume, preferably at least 80% by volume, in the solid state.
  • the steel substrate of a hardened component according to the invention is preferably a manganese-boron steel.
  • Steel substrates are preferably used, the composition of which is defined as follows:
  • Steel substrates are particularly preferred, the composition of which is defined as follows: 0.07-0.4 wt% C, 1.0-2 wt% Mn, 0.06-0.4 wt% Si, up to 0.03 wt% P, up to 0.01% by weight of S, up to 0.1% by weight of AI, up to 0.15% by weight of Ti, up to 0.6% by weight of Nb, up to 0.005% by weight of B , up to 0.5% by weight of Cr, up to 0.5% by weight of Mo, the sum of the Cr and Mo contents being at most 0.5% by weight, the rest being iron and unavoidable impurities.
  • steel substrates which are defined as follows, are particularly preferred:
  • P up to 0.01 wt% S, up to 0.05 wt% AI, up to 0.15 wt% Ti, up to 0.6 wt% Nb, up to 0.005 wt % B, up to 0.5% by weight Cr, up to 0.5% by weight Mo, the sum of the contents of Cr and Mo being at most 0.5% by weight, the rest iron and unavoidable Impurities.
  • the steel material used for the steel substrate can be used both in pure form and in combination in the form of layers (3-5 layers, sheets on top of one another, which are connected beforehand by a rolling process to form a steel strip) or joined steel sheets (e.g. combination of two steel strips, which are joined to a steel strip by a laser weld seam or in the form of blanks tailored blanks).
  • the thickness of the steel substrate is preferably in the range from 0.6 mm to 7 mm, preferably in the range from 0.8 to 4 mm and particularly preferably in the range from 0.8 to 3 mm.
  • a hardened component according to the invention (preferably as referred to above as preferred) is preferred, the steel substrate being a steel with a martensitic structure, preferably a manganese-boron steel with a martensitic structure.
  • martensitic structures can be achieved which guarantee the strengths desired by the person skilled in the art. Ren. Due to the anti-corrosion coating, there is excellent corrosion protection.
  • a hardened component according to the invention is preferably a press-hardened component, preferably a component of a motor vehicle, preferably selected from the group consisting of bumper cross member, side impact member, pillars and body reinforcements.
  • the present invention relates to a component, in particular for producing a hardened component according to the invention, as defined in the claims and discussed above.
  • a component according to the invention comprises a steel substrate and a single or multi-layer metallic layer contacting the steel substrate, the two main components of which are zinc and manganese, the structure of the steel substrate being convertible into a martensitic structure, in which one contacting the steel substrate - or multi-layer metallic layer, the proportion of the total mass of manganese in the total mass of manganese and zinc is greater than 25%, preferably greater than or equal to 27%, preferably greater than 30%, and particularly preferably less than 40% .
  • hardened components according to the invention discussed above can be produced by treating a component according to the invention.
  • the steel substrate being a steel with a ferritic-pearlitic structure.
  • a steel is preferably a manganese-boron steel with a ferritic-pearlitic structure and particularly preferably a manganese-boron steel with a ferritic-pearlitic structure, which can be converted into a martensitic structure by thermal hardening treatment.
  • Corresponding types of steel are known to the person skilled in the art.
  • a component according to the invention is particularly preferred (preferably a component as referred to above as preferred), the total proportion of manganese and zinc being greater than 90% by weight in the single or multi-layer metallic layer contacting the steel substrate, is preferably greater than 95% by weight, particularly preferably is greater than 99% by weight and very particularly preferably is greater than 99.9% by weight, and / or the proportion of iron is less than 10% by weight. -%, preferably less than 2% by weight, and / or no aluminum or aluminum is contained in a maximum amount of 0.05% by weight.
  • the single or multi-layer metallic layer contacting the steel substrate being a single-layer alloy layer, the two main components of which are zinc and manganese.
  • the present invention relates to a method for producing a component according to the invention, with the following steps:
  • a single or multi-layer metallic layer the two main components of which are zinc and manganese
  • the proportion of the total mass of manganese in the total mass of manganese and zinc being greater than 25%, preferably in the single or multi-layer metallic layer is greater than or equal to 27%, preferably greater than 30% and particularly preferably less than 40%.
  • a method according to the invention is preferred, the application of the single- or multi-layer metallic layer being carried out by means of a method which is selected from the group consisting of electrolytic deposition, galvanic deposition, physical gas phase deposition, chemical vapor deposition, immersion method, slurry method , thermal spraying and combinations thereof, preferably electrolytically or by means of physical vapor deposition, and particularly preferably by means of physical vapor deposition.
  • Another aspect of the present invention relates to a method for producing a hardened component according to the invention. Such a method according to the invention comprises the following steps:
  • the provided or manufactured component (preferably a component according to the invention) is preferably treated in the usual way, preferably thermally, for example by hot forming or press hardening. Due to the single-layer or multi-layer metallic layer provided in the component according to the invention, which contacts the steel substrate, the two main components of which are zinc and manganese, scaling of the surface of the steel substrate during the hot working is largely or completely in the presence of oxygen suppressed. Liquid metal embrittlement only occurs to a small extent or is avoided.
  • a manganese oxide layer forms on the surface, so that a particularly high level of radiation energy can be absorbed, so that the component as a whole, and in particular its steel substrate, can be heated more quickly to a temperature above Ac3. This in turn can reduce the oven downtime.
  • the component provided or manufactured comprises a steel with a structure as a steel substrate, which can be converted into a martensitic structure, preferably comprises a steel with a ferritic-pearlitic structure, particularly preferably a manganese-boron steel ferritic-pearlitic structure, and the treatment includes: a thermal hardening treatment, in which the structure is converted into a martensitic structure, and preferably a mechanical treatment, preferably mechanical forming, before, during and / or after the thermal hardening treatment (preferably during).
  • the properties of the hardened component produced depend on the properties of the component used, that is to say, provided or manufactured, and on the configuration of the thermal hardening treatment. In this respect, the above statements apply accordingly.
  • the person skilled in the art knows how he can carry out a thermal hardening treatment and, if necessary, a (preferably simultaneously) mechanical treatment using a provided or manufactured component according to the invention in order to achieve the desired mechanical properties of the hardened component to be produced .
  • a method according to the invention is preferred, the treatment comprising at least the following steps:
  • step (iii) cooling the component from the temperature above Ac3, during and / or after the mechanical shaping, preferably to a temperature of less than 100 ° C., so that a martensitic structure is formed, preferably with a cooling rate> 20 K / s.
  • the mechanical shaping of the component is preferably carried out during the thermal treatment.
  • the treatment can advantageously be carried out in a conventional oven in the presence of atmospheric oxygen, without this being disadvantageous for the desired success.
  • the method according to the invention is preferably carried out in such a way that an external layer comprising manganese oxide which contacts the second alloy layer of the finished hardened component forms during the thermal hardening treatment by reaction of manganese present in the metallic layer of the component with atmospheric oxygen.
  • This outer layer of manganese oxide has a dark color and allows the efficient absorption of radiation energy in the manner already described above.
  • the present invention also relates to a method, preferably a method according to the invention, as described above, for producing a hardened component, preferably a hardened component according to the invention, with the following steps:
  • a single or multi-layer metallic layer the two main components of which are zinc and manganese
  • the proportion of the total mass of manganese in the total mass of manganese and zinc being greater than 25%, preferably in the single or multi-layer metallic layer is greater than or equal to 27%, is preferably greater than 30% and is particularly preferably less than 40%, so that a component results, preferably an inventive component as described above as preferred, wherein the total proportion of manganese and zinc in the single or multi-layer metallic layer contacting the steel substrate is preferably greater than 90% by weight, preferably greater than 95% by weight and particularly preferably greater than 99% by weight
  • the application of the single or multi-layer metallic layer preferably being carried out electrolytically or by means of physical vapor deposition, preferably by means of physical vapor phase deposition, wherein preferably the single or multi-layer metallic layer contacting the steel substrate is a single-layer alloy layer, the two main components of which are zinc and Are manganese, the structure of the steel substrate preferably being convertible into
  • the hardened component comprising a steel substrate and an anti-corrosion coating, the anti-corrosion coating a first alloy layer contacting the steel substrate, the two main components of which are iron and zinc and a second alloy layer contacting the first alloy layer, the two main components of which are manganese and zinc and preferably comprises a layer comprising manganese oxide contacting the second layer, the proportion of the total mass of manganese in the corrosion protection coating to the total mass of manganese and zinc in the corrosion protection coating being greater than 25%, and preferably the component produced as a steel substrate comprises a steel with a ferritic-pearlitic structure, preferably a manganese-boron steel with a ferritic-pearlitic structure, and the treatment preferably comprises a thermal hardening treatment in which the structure is converted into a martensitic structure.
  • the present invention also relates to the use of a component according to the invention for producing a hardened component according to the invention.
  • the statements relating to corresponding methods according to the invention apply accordingly. The invention is explained in more detail below with the aid of examples.
  • a single-layer coating made of a ZnMn alloy is applied to a steel sheet made of manganese-boron steel, for example electrolytically or in a PVD process.
  • the steel substrate has a ferritic-pearlitic structure, which can be converted into a martensitic structure by a thermal hardening treatment.
  • the manganese concentration in the coating is selected so that high-melting phases can form in the coating.
  • the total proportion of manganese and zinc in the ZnMn alloy is greater than 99.9% by weight.
  • the proportion of iron is thus less than 0.1% by weight.
  • the alloy contains aluminum in a maximum amount of 0.05% by weight, preferably it contains no aluminum at all.
  • the proportion of the total mass of manganese in the total mass of manganese and zinc in the coating is adjusted so that it is greater than 30% and less than 40%.
  • the resulting component is subjected to a thermal hardening treatment, namely a hot-forming process in which temperatures of 880 ° C. and higher are reached, ie temperatures above the austenitizing temperature.
  • a thermal hardening treatment namely a hot-forming process in which temperatures of 880 ° C. and higher are reached, ie temperatures above the austenitizing temperature.
  • the formation of liquid phases in the coating is reduced and liquid metal embrittlement during mechanical shaping is reduced to such an extent that the formation of substrate cracks is substantially contained.
  • the ZnMn alloy of the previously applied coating is segregated.
  • a first alloy layer that contacts the steel substrate is formed, which is formed from an FeZn alloy (the main components of the layer are therefore iron and zinc).
  • This first alloy layer is suitable for actively protecting the steel substrate against corrosion.
  • a second alloy layer contacting the first alloy layer and close to the surface (and thus further away from the steel substrate) is formed from an MnZn alloy (the main components of the second alloy layer are therefore manganese and zinc).
  • the MnZn layer is special for the success according to the invention important because it has a melting point that is significantly higher than the temperature reached during hot forming. This at least largely suppresses tool and oven roll buildup.
  • the evaporation of zinc is suppressed by the second alloy layer (MnZn layer), which is of great importance for the service life of the furnaces used.
  • the high Mn concentration on the surface ensures that hardly any iron can diffuse from the steel substrate to the surface during the heat treatment. This reduces the formation of red rust in the event of corrosion attack.
  • Ferritic-pearlitic manganese-boron steels were simultaneously coated with zinc and manganese using a PVD process (electron beam evaporator).
  • ZnMn alloy layers single-layer metallic layers, the two main components of which are zinc and manganese
  • the resulting samples were then hot formed with different holding times at 880 ° C.
  • the thermal treatment resulted in a layer of an FeZn alloy close to the substrate and a layer of a MnZn alloy near the surface (first alloy layer with main components iron and zinc; second alloy layer with main components manganese and zinc).
  • FIG. 1 shows schematically for a component according to the invention the steel substrate 1 and the single-layer metallic layer 5 contacting the steel substrate, the two main components of which are zinc and manganese.
  • FIG. 2 schematically shows a component hardened according to the invention after the thermal treatment (hot forming).
  • a first alloy layer 2 Arranged on the steel substrate 1 in contacting manner is a first alloy layer 2, the two main components of which are iron and zinc.
  • a second alloy layer 3 Adjoining it and contacting the first alloy layer 2 is a second alloy layer 3, the two main components of which are manganese and zinc.
  • 3 schematically shows a component according to the invention with an additional oxidic layer 4, which essentially consists of manganese oxide.
  • the hardened component according to FIG. 3 thus comprises, on the steel substrate 1, in addition to the first alloy layer 2 and the second alloy layer 3, an outer layer 4 comprising manganese oxide contacting the second alloy layer.
  • Fig. 4 shows a series of microscopic micrographs.
  • a two-layer corrosion protection coating (two-layer structure) was formed on the steel substrate, which differs fundamentally from the initial state (single-layer metallic layer with main components zinc and manganese; not shown in the figures).
  • the thickness of the two layers more distant from the steel substrate (this is the second alloy layer), which contains manganese and zinc as main components, increases with increasing Mn content of the originally applied single-layer metallic layer of zinc and manganese.
  • a top layer an outer layer contacting the second alloy layer, which is oxidic in nature and essentially comprises manganese oxide, is formed on the second alloy layer with increasing annealing time.
  • first alloy layer which has iron and zinc as main components.
  • the top layer is much darker than the first alloy layer.
  • the outer layer of (essentially) manganese oxide can therefore absorb a particularly high level of radiation energy, cf. the discussion above.

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Abstract

Beschrieben wird ein gehärtetes Bauteil umfassend ein Stahlsubstrat und eine Korrosionsschutzbeschichtung; die Korrosionsschutzbeschichtung umfasst Mangan, Eisen und Zink. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Bauteil zur Herstellung des erfindungsgemäßen gehärteten Bauteils; das Bauteil umfasst ein Stahlsubstrat und eine das Stahlsubstrat kontaktierende metallische Schicht.

Description

Gehärtetes Bauteil umfassend ein Stahlsubstrat und eine Korrosionsschutzbeschichtung, entsprechendes Bauteil zur Herstellung des gehärteten Bauteils sowie Herstellverfahren und Verwendung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein gehärtetes Bauteil umfassend ein Stahlsub- strat und eine Korrosionsschutzbeschichtung; die Korrosionsschutzbeschichtung umfasst Mangan, Eisen und Zink. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Bau- teil zur Herstellung des erfindungsgemäßen gehärteten Bauteils; das Bauteil um- fasst ein Stahlsubstrat und eine das Stahlsubstrat kontaktierende metallische Schicht.
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines erfin- dungsgemäßen Bauteils und ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemä- ßen gehärteten Bauteils.
Schließlich betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Bauteils zum Herstellen eines erfindungsgemäßen gehärteten Bauteils.
Ein erfindungsgemäßes Bauteil liegt häufig in Form eines Stahlbleches und dabei insbesondere in Form eines PHS-Stahlbleches (presshärtendes Stahlblech) vor.
Ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil ist vorzugsweise ein Stahlformteil, wel- ches aus einem entsprechenden presshärtenden Stahlblech hergestellt ist.
Zur Bezeichnung„presshärtendes Stahlblech“ (bzw.„PHS-Stahlblech“) sei auf das Dokument DE 10 2012 024 616 Al verwiesen. Wie dort ausgeführt, lassen sich aus presshärtenden Stahlblechen gehärtete Bauteile mit extrem hoher Festigkeit ferti- gen, indem das Stahlblech über die Austenitisierungstemperatur erhitzt und durch Abkühlung während des Pressens ein im Wesentlichen rein martensitisches Gefü- ge erhalten wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz von presshärtendem Stahlblech (als Bauteil) bzw. auf daraus hergestellte Stahlformteile (als gehärtetes Bauteil) beschränkt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das Stahlsubstrat des Bauteils und des entsprechenden gehärteten Bauteils vorzugsweise ein Mangan-Bor-Stahl. Bei der Warmumformung solcher Mangan-Bor-Stähle kommen üblicherweise Korrosions- schutzbeschichtungen zum Einsatz, beispielsweise Al-Si-Beschichtungen, um ein Verzundern der Oberfläche zu verhindern. Solche Al-Si-Beschichtungen schützen durch ihre Barrierewirkung jedoch nur passiv vor Korrosion. Der Einsatz von aktiv schützenden Zn-Überzügen ist aufgrund des vergleichsweise niedrigen Schmelz- punkts des reinen Zinks von 419 °C nur eingeschränkt möglich. Es wird nämlich be- obachtet, dass bei Umformung flüssiges Zink in den Grundwerkstoff (das Stahlsub- strat) eindringt und dort zu einer Rissbildung führt (sogenannte Flüssigmetallver- sprödung). Vereinzelt wird dieses Problem bereits umgangen, indem der Zn-Über- zug durch eine höherschmelzende Legierung substituiert wird, sodass dies bei der Warmumformung nur zu einem ausreichend geringen Anteil in flüssiger Form vor- liegt. Insoweit sei erneut auf das Dokument DE 10 2012 024 616 Al verwiesen. Dort wird ein Stahlblech offenbart, insbesondere ein presshärtendes Stahlblech, mit einer Stahl-Substratschicht und einer Zink und Mangan enthaltenden Korrosions- schutzschicht. Die Korrosionsschutzschicht ist dabei galvanisch auf die Substrat- schicht aufgetragen und weist einen Mangananteil von wenigstens 5 Gew.-%, aber maximal 25 Gew.-% auf. Gemäß der Offenbarung sollte ein Mangananteil von 25 Gew.-% nicht überschritten werden.
US 5,043,230 A offenbart Stahlbleche, die mit einer Mehrzahl von Schichten aus Zink-Mangan-Legierungen beschichtet sind; die Legierungsschicht, die der Stahlo berfläche benachbart ist, hat dabei einen höheren Mangananteil als die Schicht oder Schichten, die von der Stahloberfläche weiter entfernt sind. US 5,043,230 A offenbart nicht die Warmumformung entsprechender Stahlbleche und somit auch nicht die Produkte einer solchen Warmumformung. Das Dokument WO 2016/071399 Al offenbart ein Verfahren zum Herstellen gehär- teter Stahlblechbauteile, wobei auf ein Band aus einer abschreckhärtbaren Stahlle- gierung als Korrosionsschutzbeschichtung zumindest zwei Metallschichten nachein- ander auf dem Stahlsubstrand abgeschieden werden. Dabei ist die eine Metall- schicht eine Schicht aus Zink oder auf Basis von Zink und die andere eine Schicht aus einem Metall, das mit Zn oder Fe intermetallisch unedlere Phasen bildet und ein höheres Oxidationspotential hat als Zn, nämlich Ni, Cu, Co, Mn oder Mo, oder eine Schicht auf Basis dieser Metalle ist. Die Schicht aus Zink oder auf Basis von Zink wird gemäß WO 2016/071399 Al elektrolytisch oder über ein Schmelztauchverfah- ren aufgebracht.
DE 10 2014 004 652 Al offenbart ein Bauteil, insbesondere Strukturbauteil, für einen Kraftwagen, mit einem aus einem warmumformbaren Stahl gebildeten Grundkörper, welcher zumindest in einem Teilbereich mit einer Beschichtung ver- sehen ist. Die Beschichtung kann dabei aus Zink-Mangan gebildet sein. Angaben zu Mengenanteilen von Zink und Mangan in der Beschichtung finden sich in dem Dokument nicht.
WO 2015/090621 Al offenbart ein Stahlsubstrat, das mit einer korrosionswider- standsfähigen Beschichtung mit hoher Schmelztemperatur versehen ist. Bei der Be- schichtung kann es sich um eine Zn-Mn-Beschichtung mit einem Mn-Gehalt von > 19 Gew.-% handeln. Der Mn-Gehalt in der Zn-Mn-Beschichtung kann im Bereich von 19 bis 30 Gew.-% liegen. Detaillierte Angaben zur Zusammensetzung oder zum Gefüge des Stahlsubstrats finden sich in WO 2015/090621 Al nicht.
WO 2015/027972 Al offenbart eine zinkbasierte Korrosionsschutzbeschichtung für Stahlbleche oder Stahlbänder, wobei die Korrosionsschutzbeschichtung ein im Schmelztauchverfahren aufgebrachter Überzug ist und neben einem Zinkanteil von mindestens 75 Gew.-% und gegebenenfalls vorhandenen und vermeidbaren Ver- unreinigungen 0,5 bis 15,0 Gew.-% Mangan und 0, 1 bis 10,0 Gew.-% Aluminium enthält. Es wird offenbart, dass die Zugabe von Aluminium in Gehalten von 0, 1 bis 10 Gew.-% notwendig ist, damit sich im Zuge der Erwärmung auf Austenitisierung- stemperatur auf der Oberfläche der Beschichtung eine Aluminiumoxidschicht aus- bildet.
Aus dem Stand der Technik sind somit bereits Korrosionsschutzbeschichtungen für Stahlbleche (Bauteile) und warmumgeformte Stahlbleche (gehärtete Bauteile) be- kannt, welche Zink und Mangan enthalten. Die bereits bekannten Korrosionsschutz- beschichtungen, Bauteile bzw. gehärteten Bauteile sowie die Verfahren zu ihrer je weiligen Herstellung erscheinen jedoch noch nicht optimal. So besteht Bedarf an einer Korrosionsschutzbeschichtung eines Bauteils, die während des Aufheizens ei- ne dunkle Färbung besitzt oder annimmt, sodass im Ofen Strahlungsenergie be- sonders effizient aufgenommen werden und das Substrat somit besonders schnell auf eine Temperatur oberhalb von Ac3 aufgeheizt werden kann.
Hiermit korrespondiert der bestehende Bedarf an Bauteilen mit einer Korrosions- schutzbeschichtung, welche nach nur kurzer Ofenliegezeit pressgehärtet werden können, ohne dass dies einen Einfluss auf das angestrebte Gefüge nach dem Press- härten hat. Gleichzeitig wird angestrebt, bei Verwendung bestehender Öfen den Durchsatz zu erhöhen oder bei Konzeption bzw. Anschaffung neuer Öfen für einen gegebenen Durchsatz den zukünftigen Ofen kleiner auslegen zu können.
Darüber hinaus besteht ein Bedarf an Korrosionsschutzschichten, die einen aktiven Korrosionsschutz ermöglichen, wobei ein aktiver Korrosionsschutz vorzugsweise durch eine elektrochemische Potentialdifferenz zwischen Korrosionsschutzbe- schichtung und Substrat von mindestens 150 mV gegeben ist.
Zudem besteht auch ein Bedarf an Korrosionsschutzbeschichtungen, Bauteilen bzw. gehärteten Bauteilen, bei der Werkzeug- und Ofenrollenanhaftungen unter- drückt bzw. vollständig vermieden werden. Wird ein Überzug flüssig, wie es mit Kor- rosionsbeschichtungen aus dem Stand der Technik häufig der Fall ist, bleibt immer ein Teil der Beschichtung an den Ofenrollen oder im Werkzeug haften, was die Standzeit des Equipments reduziert. Daher sind Korrosionsschutzbeschichtungen vorteilhaft, die außen fest bleiben. Zudem sollten die mit dem jeweiligen vorstehend referierten Stand der Technik ver- bundenen Nachteile vorzugsweise überwunden oder zumindest abgeschwächt wer- den.
Die vorliegende Erfindung betrifft mit ihren Aspekten, die miteinander über eine ge- meinsame technische Lehre verknüpft sind, einzelne oder sämtliche der vorstehend genannten Aufgabenstellungen bzw. Bedürfnisse.
Gemäß einem primären Aspekt der vorliegenden Erfindung, welcher ein gehärtetes Bauteil betrifft, werden zahlreiche der vorstehend angegebenen Aufgabenstellun- gen gelöst durch ein gehärtetes Bauteil, umfassend ein Stahlsubstrat und eine Kor- rosionsschutzbeschichtung, wobei die Korrosionsschutzbeschichtung eine das Stahlsubstrat kontaktierende erste Legierungsschicht, deren zwei Hauptbestandtei- le Eisen und Zink sind, und eine die erste Legierungsschicht kontaktierende zweite Legierungsschicht, deren zwei Hauptbestandteile Mangan und Zink sind, umfasst und wobei der Anteil der Gesamtmasse an Mangan in der Korrosionsschutzbe- schichtung an der Gesamtmasse an Mangan und Zink in der Korrosionsschutzbe- schichtung größer ist als 25 %.
Die erste Legierungsschicht und die zweite Legierungsschicht sind, weil zur Herstel- lung des erfindungsgemäßen gehärteten Bauteils regelmäßig von einem erfin- dungsgemäßen Bauteil ausgegangen und ein erfindungsgemäßes Herstellverfah- ren durchgeführt wird, üblicherweise das Ergebnis einer Entmischung einer Aus- gangslegierung, die als Hauptbestandteile Mangan und Zink umfasst; die erste Le- gierungsschicht enthält aufgrund von Diffusionsprozessen üblicherweise einen ho- hen Anteil an Eisen, welcher aus dem Stahlsubstrat stammt. Zu erfindungsgemä- ßen Bauteilen, Verfahren und Verwendungen siehe unten.
Die das Stahlsubstrat kontaktierende erste Legierungsschicht, deren zwei Hauptbe- standteile Eisen und Zink sind, schützt das Substrat aktiv kathodisch. Die zweite Le- gierungsschicht, deren zwei Hauptbestandteile Mangan und Zink sind, besitzt einen Schmelzpunkt deutlich oberhalb der bei der Warmumformung üblicherweise einge- setzten Temperaturen. Hierdurch gibt es vorteilhafterweise weniger Werkzeug- und Ofenrollenanhaftungen. Es ist hierbei zu beachten, dass in der zweiten Legierungs- schicht, deren zwei Hauptbestandteile Mangan und Zink sind, der Anteil der Ge- samtmasse an Mangan deutlich höher ist als in der ersten Legierungsschicht. In der ersten Legierungsschicht sind nämlich die Hauptbestandteile Eisen und Zink, das heißt, dass sowohl der Anteil an Eisen als auch der Anteil an Zink in dieser ers- ten Legierungsschicht jeweils höher ist als der Anteil irgendeines anderen Metalls, einschließlich Mangan. In der zweiten Legierungsschicht hingegen sind Mangan und Zink die beiden Hauptbestandteile, das heißt, der Anteil an Mangan und der Anteil an Zink ist jeweils höher als der Anteil an weiteren Legierungsbestandteilen, einschließlich Eisen.
In der zweiten Legierungsschicht kann der Anteil an Eisen an der Gesamtmasse der zweiten Legierungsschicht bis zu 20 Gew.-% betragen. Lokal kann dabei in man- chen Fällen der Anteil der Gesamtmasse an Eisen sogar höher sein als der Anteil der Gesamtmasse an Zink. Derartige lokale Besonderheiten sind in der Regel un- problematisch; für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist es jedoch erforderlich, dass in der zweiten Legierungsschicht insgesamt Mangan und Zink die zwei Haupt- bestandteile sind.
Vorzugsweise sind in der zweiten Legierungsschicht Mangan und Zink die zwei Hauptbestandteile und die drei Hauptbestandteile Mangan, Zink und Eisen. Dies be- deutet, dass Mangan und Zink jeweils in einer größeren Menge in der zweiten Le- gierungsschicht insgesamt enthalten sind als Eisen, Eisen jedoch in einer größeren Menge enthalten ist als jeder weitere etwaig enthaltene Legierungsbestandteil. Wie vorstehend ausgeführt, sind lokale Konzentrationsschwankungen für die Bestim- mung der Hauptbestandteile in der zweiten Legierungsschicht unbeachtlich, da es insoweit auf die Legierungsschicht insgesamt und auf die in ihr enthaltenen Ge- samtmassen ankommt. In einem bevorzugten erfindungsgemäßen gehärteten Bauteil ist die Dicke der ers- ten Legierungsschicht vorzugsweise größer oder gleich der Dicke der zweiten Le- gierungsschicht. Dies gilt vorzugsweise zumindest in 80 % der Gesamtfläche der Korrosionsschutzbeschichtung, besonders bevorzugt in zumindest 90 Gew.-% der Gesamtfläche der Korrosionsschutzbeschichtung. Auf diese Weise wird ein beson- ders effektiver Korrosionsschutz sichergestellt. Ausgehend von erfindungsgemäßen Bauteilen und unter Verwendung erfindungsgemäßer Herstellverfahren (siehe dazu im Detail unten) kann der Fachmann insbesondere über die Variation der Verweil- zeit bei ausgewählten hohen Temperaturen die Dicke der Legierungsschichten in gewünschter Weise einstellen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil (wie vorstehend beschrie- ben, vorteilhafterweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), in der Korrosions- schutzbeschichtung weiter umfassend eine die zweite Legierungsschicht kontaktie- rende äußere Schicht umfassend Manganoxid, wobei vorzugsweise die Dicke der ersten Legierungsschicht größer oder gleich der Gesamtdicke der zweiten Legie- rungsschicht und der äußeren Schicht ist. Ein solches erfindungsgemäßes gehär- tetes Bauteil umfasst somit in der Korrosionsschutzbeschichtung neben der ersten Legierungsschicht und der zweiten Legierungsschicht auch noch zumindest die äu- ßere Schicht umfassend Manganoxid. Diese wird bei der Herstellung des gehärte- ten Bauteils regelmäßig durch Reaktion von Mangan (wie es insbesondere auch in der zweiten Legierungsschicht vorhanden ist) mit Sauerstoff, z. B. dem Sauerstoff der Umgebungsluft, gebildet. Eine solche äußere Schicht umfassend Manganoxid zeichnet sich dadurch aus, dass sie durch ihre dunkle Färbung in einem Ofen nur wenig Strahlung reflektiert. Demzufolge nimmt die Oberfläche mehr Strahlungs- energie auf und lässt sich schnell aufheizen. Entsprechende Vorteile betreffen auch insbesondere das erfindungsgemäße Herstellverfahren.
Erfindungsgemäße gehärtete Bauteile lassen sich besonders effizient und unter Vermeidung von bisher üblichen Nachteilen hersteilen. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil (vorzugsweise wie vorste- hend als bevorzugt bezeichnet), wobei der Anteil der Gesamtmasse an Mangan in der Korrosionsschutzbeschichtung an der Gesamtmasse an Mangan und Zink in der Korrosionsschutzschichtung größer oder gleich 27 % ist, bevorzugt größer oder gleich 30 % ist. Es hat sich gezeigt, dass bei einem derart hohen Gesamtanteil an Mangan an der Gesamtmasse von Mangan und Zink in der Korrosionsschutzbe- schichtung (umfassend die erste Legierungsschicht, die zweite Legierungsschicht und gegebenenfalls eine äußere Schicht umfassend Manganoxid) in überraschen- der Weise besonders klar sichergestellt ist, dass nur äußerst geringe Mengen an Zink beim Erhitzen abdampfen, Strahlungsenergie besonders effizient aufgenom- men wird, die Ofenliegezeit vorteilhaft reduziert werden kann, ein besonders effizi enter Korrosionsschutz erreicht werden kann und die mit einer Flüssigmetallver- sprödung einhergehenden nachteiligen Effekte nicht oder nur in reduziertem Um- fang beobachtet werden.
Entsprechendes gilt für ein bevorzugtes erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei der Anteil der Ge- samtmasse an Mangan in der Korrosionsschutzbeschichtung an der Gesamtmasse an Mangan und Zink in der Korrosionsschutzbeschichtung kleiner 40 % ist, bevor- zugt kleiner 35 % ist. Es hat sich gezeigt, dass bei Überschreiten eines Mangan-An- teils von 40 % (bezogen auf die Gesamtmasse an Mangan und Zink in der Korrosi- onsschutzbeschichtung insgesamt) die vorstehend diskutierten einzelnen Vorteile zum Teil nicht mehr reproduzierbar erreicht werden.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei der Anteil der Gesamtmasse an Mangan in der Korrosionsschutzbeschichtung an der Gesamtmasse an Mangan und Zink in der Korrosionsschutzbeschichtung im Bereich von größer als 25 % bis 40 % liegt, bevorzugt im Bereich von größer als 25 % bis 35 %, besonders bevorzugt im Bereich von 27 % bis 35 %. In den besagten Konzentrationsbereichen zeigen sich die vorstehend genannten Vorteile besonders ausgeprägt. Wie vorstehend bereits ausgeführt, enthalten im Einzelfall erfindungsgemäße ge- härtete Bauteile in der zweiten Legierungsschicht, deren zwei Hauptbestandteile Mangan und Zink sind, Eisen in einer Menge von bis zu 20 Gew.-%, bezogen auf die zweite Legierungsschicht. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil, wobei die zweite Legie- rungsschicht bei einer Temperatur von 880 °C zumindest zu 70 Vol.-%, bevorzugt zumindest zu 80 Vol.-%, im festen Aggregatzustand vorliegt.
Der Fachmann kann diese Eigenschaft eines bevorzugten erfindungsgemäßen ge- härteten Bauteils durch Variation der Anteile an Mangan und Zink sowie durch Va- riation der Parameter des Herstellverfahrens in üblicher Weise einstellen. Die Ein- stellung der bevorzugten Eigenschaft führt dazu, dass auch bei der genannten Tem- peratur von 880 °C lediglich ein kleiner Teil der zweiten Legierungsschicht schmelz- flüssig ist, sodass eine signifikante Flüssigmetallversprödung unterbleibt. Entspre- chende Vorteile betreffen selbstverständlich auch das erfindungsgemäße Verfah- ren zur Herstellung des erfindungsgemäßen gehärteten Bauteils, siehe dazu die Ausführungen weiter unten.
Vorzugsweise ist das Stahlsubstrat eines erfindungsgemäßen gehärteten Bauteils (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) ein Mangan-Bor-Stahl. Be- vorzugt eingesetzt werden Stahlsubstrate, deren Zusammensetzung wie folgt defi niert ist:
0,07 - 0,4 Gew.-% C, 1,0 - 2,5 Gew.-% Mn, 0,06 - 0,9 Gew.-% Si, bis zu 0,03 Gew.- % P, bis zu 0,01 Gew.-% S, bis zu 0, 1 Gew.-% AI, bis zu 0, 15 Gew.-% Ti, bis zu 0,6 Gew.-% Nb, bis zu 0,005 Gew.-% B, bis zu 0,5 Gew.-% Cr, bis zu 0,5 Gew.-% Mo, wobei die Summe der Gehalte an Cr und Mo höchstens 0,5 Gew.-% beträgt, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
Besonders bevorzugt sind Stahlsubstrate, deren Zusammensetzung wie folgt defi niert ist: 0,07 - 0,4 Gew.-% C, 1,0 - 2 Gew.-% Mn, 0,06 - 0,4 Gew.-% Si, bis zu 0,03 Gew.- % P, bis zu 0,01 Gew.-% S, bis zu 0, 1 Gew.-% AI, bis zu 0, 15 Gew.-% Ti, bis zu 0,6 Gew.-% Nb, bis zu 0,005 Gew.-% B, bis zu 0,5 Gew.-% Cr, bis zu 0,5 Gew.-% Mo, wobei die Summe der Gehalte an Cr und Mo höchstens 0,5 Gew.-% beträgt, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
Und ganz besonders bevorzugt sind Stahlsubstrate, die wie folgt definiert sind:
O,07 - 0,4 Gew.-% C, 1,0 - 1,5 Gew.-% Mn, 0,3 - 0,4 Gew.-% Si, bis zu 0,03 Gew.-%
P, bis zu 0,01 Gew.-% S, bis zu 0,05 Gew.-% AI, bis zu 0, 15 Gew.-% Ti, bis zu 0,6 Gew.-% Nb, bis zu 0,005 Gew.-% B, bis zu 0,5 Gew.-% Cr, bis zu 0,5 Gew.-% Mo, wobei die Summe der Gehalte an Cr und Mo höchstens 0,5 Gew.-% beträgt, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
Der für das Stahlsubstrat verwendete Stahlwerkstoff kann dabei sowohl in Reinform wie auch in Kombination in Form von Schichten (3-5 Schichten, Bleche übereinan- der, die vorab durch einen Walzprozess zu einem Stahlband verbunden werden) oder gefügten Stahlblechen (z. B. Kombination von zwei Stahlbändern aneinander, die z. B. durch eine Laserschweißnaht zu einem Stahlband gefügt werden oder in Form von Platinen Tailored Blanks) Anwendung finden.
Die Dicke des Stahlsubstrats liegt vorzugsweise im Bereich von 0,6 mm bis 7 mm, bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 4 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 3 mm.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil (vorzugsweise wie vorste- hend als bevorzugt bezeichnet), wobei das Stahlsubstrat ein Stahl mit martensiti- schem Gefüge, vorzugsweise ein Mangan-Bor-Stahl mit martensitischem Gefüge ist. Ausgehend von erfindungsgemäßen Bauteilen und unter Verwendung des er- findungsgemäßen Verfahrens (siehe dazu jeweils unten) lassen sich martensitische Gefüge erreichen, welche die vom Fachmann angestrebten Festigkeiten garantie- ren. Aufgrund der Korrosionsschutzbeschichtung besteht dabei ein hervorragender Korrosionsschutz.
Vorzugsweise ist ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil (vorzugsweise wie vor- stehend als bevorzugt bezeichnet) ein pressgehärtetes Bauteil, vorzugsweise ein Bauteil eines Kraftfahrzeugs, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stoßfängerquerträger, Seitenaufprallträger, Säulen und Karosserieverstärkungen.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Bauteil, insbe- sondere zur Herstellung eines erfindungsgemäßen gehärteten Bauteils, wie es in den Ansprüchen definiert und vorstehend diskutiert ist. Ein solches erfindungsge- mäßes Bauteil umfasst ein Stahlsubstrat und eine das Stahlsubstrat kontaktieren- de ein- oder mehrlagige metallische Schicht, deren zwei Hauptbestandteile Zink und Mangan sind, wobei das Gefüge des Stahlsubstrats in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist, wobei in der das Stahlsubstrat kontaktierenden ein- oder mehrla- gigen metallischen Schicht der Anteil der Gesamtmasse an Mangan an der Gesamt- masse an Mangan und Zink größer ist als 25 %, bevorzugt größer oder gleich 27 % ist, bevorzugt größer 30 % ist, und dabei besonders bevorzugt kleiner 40 % ist.
Es versteht sich, dass die vorstehend diskutierten erfindungsgemäßen gehärteten Bauteile herstellbar sind durch Behandeln eines erfindungsgemäßen Bauteils.
Die erfindungsgemäßen Bauteile besitzen somit in entsprechender Weise die vor- stehend bereits diskutierten vorteilhaften Eigenschaften der entsprechenden gehär- teten Bauteile, mutatis mutandis.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Bauteil, wobei das Stahlsubstrat ein Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge ist. Ein solcher Stahl ist bevorzugt ein Mangan-Bor- Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge und besonders bevorzugt ein Mangan-Bor- Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge, welches durch thermische Härtungsbe- handlung in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist. Entsprechende Stahlsor- ten sind dem Fachmann bekannt. Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Bauteil (vorzugsweise ein Bauteil wie es vorstehend als bevorzugt bezeichnet ist), wobei in der das Stahlsubstrat kon- taktierenden ein- oder mehrlagigen metallischen Schicht der Gesamtanteil an Man- gan und Zink größer ist als 90 Gew.-%, bevorzugt größer ist als 95 Gew.-%, beson- ders bevorzugt größer ist als 99 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt größer ist als 99,9 Gew.-%, und/oder der Anteil an Eisen kleiner ist als 10 Gew.-%, vorzugs- weise kleiner ist als 2 Gew.-, und/oder kein Aluminium oder Aluminium in einer ma- ximalen Menge von 0,05 Gew.-% enthalten ist.
Ebenso besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Bauteil (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei die das Stahlsubstrat kontaktierende ein- oder mehrlagige metallische Schicht eine einlagige Legierungsschicht ist, de- ren zwei Hauptbestandteile Zink und Mangan sind.
Der Fachmann entscheidet anhand mikroskopischer Untersuchungen, ob eine zu betrachtende Schicht ein- oder mehrlagig ist.
Der Fachmann kann beispielsweise durch Presshärten ein bevorzugtes erfindungs- gemäßes Bauteil in ein bevorzugtes erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil über- führen; zu ausgewählten Einzelheiten sei auf die nachfolgenden Ausführungen zu erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Es versteht sich, dass es zwar bei der Transformation des erfindungsgemäßen Bau- teils in ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil zu einer geringfügigen Verände- rung des Massenanteils an Zink kommen kann, beispielsweise, weil Zink verdampft oder in das Stahlsubstrat eindiffundiert, der Fachmann wird derartige Effekte jedoch bei der Konzeption des erfindungsgemäßen Bauteils unter Berücksichtigung der Verfahrensparameter bei der Überführung des Bauteils in das gehärtete Bauteil be- rücksichtigen. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Bauteils, mit folgenden Schritten:
Herstellen oder Bereitstellen eines Stahlsubstrats, wobei das Gefüge des Stahlsubstrats in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist,
Applizieren einer ein- oder mehrlagigen metallischen Schicht, deren zwei Hauptbestandteile Zink und Mangan sind, auf das Stahlsubstrat, wobei in der ein- oder mehrlagigen metallischen Schicht der Anteil der Gesamtmasse an Mangan an der Gesamtmasse an Mangan und Zink größer ist als 25 %, bevorzugt größer oder gleich 27 % ist, bevorzugt größer 30 % ist und dabei besonders bevorzugt kleiner 40 % ist.
Hinsichtlich des erfindungsgemäß ausgewählten Anteils der Gesamtmasse an Man- gan an der Gesamtmasse an Mangan und Zink in der metallischen Schicht des er- findungsgemäßen Bauteils gelten die vorstehenden Ausführungen zum Anteil der Gesamtmasse an Mangan in der Korrosionsschutzbeschichtung an der Gesamt- masse an Mangan und Zink in der Korrosionsschutzbeschichtung des erfindungs- gemäß gehärteten Bauteils entsprechend.
Es ist ein erfindungsgemäßes Verfahren bevorzugt, wobei das Applizieren der ein- oder mehrlagigen metallischen Schicht mittels eines Verfahrens erfolgt, das ausge- wählt ist aus der Gruppe bestehend aus elektrolytische Abscheidung, galvanische Abscheidung, physikalische Gasphasenabscheidung, Chemical Vapour Deposition, Tauchverfahren, Slurry-Verfahren, thermisches Spritzen und Kombinationen da- von, bevorzugt elektrolytisch oder mittels physikalischer Gasphasenabscheidung erfolgt, und besonders bevorzugt mittels physikalischer Gasphasenabscheidung er- folgt.
Aus praktischen Gründen sind eine elektrolytische Abscheidung sowie eine physi kalische Gasphasenabscheidung bevorzugt, wobei die physikalische Gasphasenab- scheidung besonders vorteilhaft ist. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstel- len eines erfindungsgemäßen gehärteten Bauteils. Ein solches erfindungsgemäßes Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Bauteils (wie in den Ansprüchen defi niert; vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) oder Herstellen eines Bauteils gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren (wie in den Ansprüchen defi niert; vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet),
Behandeln des bereitgestellten oder hergestellten Bauteils, sodass das ge- härtete Bauteil resultiert.
Das Behandeln des bereitgestellten oder hergestellten Bauteils (vorzugsweise eines erfindungsgemäßen Bauteils) erfolgt dabei vorzugsweise in üblicher Weise, vor- zugsweise thermisch, beispielsweise durch Warmumformung bzw. Presshärtung. Aufgrund der im erfindungsgemäßen Bauteil vorgesehenen, das Stahlsubstrat kon- taktierenden, ein- oder mehrlagigen metallischen Schicht, deren zwei Hauptbe- standteile Zink und Mangan sind, wird ein Verzundern der Oberfläche des Stahlsub- strats während der Warmumformung auch in Gegenwart von Sauerstoff weitgehend oder vollständig unterdrückt. Eine Flüssigmetallversprödung findet nur in geringem Umfang statt oder wird vermieden. Bei vorteilhafter Ausgestaltung bildet sich auf der Oberfläche eine Manganoxidschicht aus, sodass ein besonders hohes Maß an Strahlungsenergie aufgenommen werden kann, sodass das Bauteil insgesamt und insbesondere dessen Stahlsubstrat schneller auf eine Temperatur oberhalb Ac3 aufgeheizt werden kann. Hierdurch wiederum kann die Ofenliegezeit reduziert wer- den. Auf die vorstehenden Ausführungen sei verwiesen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das bereitgestellte oder her- gestellte Bauteil als Stahlsubstrat einen Stahl mit einem Gefüge umfasst, welches in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist, bevorzugt einen Stahl mit ferritisch- perlitischem Gefüge umfasst, besonders bevorzugt einen Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge, und das Behandeln umfasst: eine thermische Här- tungsbehandlung, bei der das Gefüge in ein martensitisches Gefüge umgewandelt wird, und vorzugsweise eine mechanische Behandlung, bevorzugt ein mechani- sches Umformen, vor, während und/oder nach der thermischen Härtungsbehand- lung (vorzugsweise während).
Es versteht sich, dass die Eigenschaften des hergestellten gehärteten Bauteils von den Eigenschaften des eingesetzten, das heißt, bereitgestellten oder hergestellten Bauteils abhängen sowie von der Ausgestaltung der thermischen Härtungsbehand- lung. Insoweit gelten die vorstehenden Ausführungen jeweils entsprechend. Dem Fachmann ist bekannt, wie er unter Verwendung eines bereitgestellten oder herge- stellten erfindungsgemäßen Bauteils eine thermische Härtungsbehandlung und ge- gebenenfalls eine (vorzugsweise gleichzeitig) stattfindende mechanische Behand- lung durchführen kann, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften des her- zustellenden gehärteten Bauteils zu erreichen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Behandeln zumindest die folgenden Schritte umfasst:
(i) ein thermisches Behandeln, bei dem das Gefüge des bereitgestellten oder hergestellten Bauteils so lange bei einer Temperatur oberhalb von Ac3 gehalten wird, bis das Gefüge vollständig oder teilweise in ein austenitisches Gefüge umge- wandelt ist,
(ii) mechanisches Umformen des Bauteils, vor, während und/oder nach dem thermischen Behandeln,
(iii) Abkühlen des Bauteils von der Temperatur oberhalb von Ac3, während und/oder nach dem mechanischen Umformen, bevorzugt auf eine Temperatur von weniger als 100 °C, sodass ein martensitische Gefüge entsteht, vorzugsweise mit einer Abkühlrate > 20 K/s. Vorzugsweise wird in Schritt (ii) das mechanische Umformen des Bauteils während der thermischen Behandlung durchgeführt.
Vorteilhafterweise kann das Behandeln in einem üblichen Ofen in Gegenwart von Luftsauerstoff erfolgen, ohne dass dies für den angestrebten Erfolg nachteilig ist.
Im Gegenteil: Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass sich bei der thermischen Härtungsbehandlung durch Reaktion von in der me- tallischen Schicht des Bauteils vorhandenem Mangan mit Luftsauerstoff eine die zweite Legierungsschicht des fertigen gehärteten Bauteils kontaktierende äußere Schicht umfassend Manganoxid bildet. Diese äußere Schicht aus Manganoxid be- sitzt eine dunkle Farbe und erlaubt in der vorstehend bereits geschilderten Weise das effiziente Aufnehmen von Strahlungsenergie.
Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem eng verwandten Aspekt auch ein Verfahren, vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Verfahren, wie es vorstehend ge- schildert ist, zum Herstellen eines gehärteten Bauteils, vorzugsweise eines erfin- dungsgemäßen gehärteten Bauteils, mit folgenden Schritten:
Herstellen oder Bereitstellen eines Stahlsubstrats,
Applizieren einer ein- oder mehrlagigen metallischen Schicht, deren zwei Hauptbestandteile Zink und Mangan sind, auf das Stahlsubstrat, wobei in der ein- oder mehrlagigen metallischen Schicht der Anteil der Gesamtmasse an Mangan an der Gesamtmasse an Mangan und Zink größer ist als 25 %, bevorzugt größer oder gleich 27 % ist, bevorzugt größer 30 % ist und dabei besonders bevorzugt kleiner 40 % ist, sodass ein Bauteil resultiert, vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Bauteil wie es vorstehend als bevorzugt bezeichnet ist, wobei vorzugsweise in der das Stahlsubstrat kontaktierenden ein- oder mehr- lagigen metallischen Schicht der Gesamtanteil an Mangan und Zink größer ist als 90 Gew.-%, bevorzugt größer ist als 95 Gew.-% und besonders bevorzugt größer ist als 99 Gew.-%, wobei vorzugsweise das Applizieren der ein- oder mehrlagigen metallischen Schicht elektrolytisch oder mittels physikalischer Gasphasenabscheidung er- folgt, bevorzugt mittels physikalischer Gasphasenabscheidung, wobei vorzugsweise die das Stahlsubstrat kontaktierende ein- oder mehrlagi- ge metallische Schicht eine einlagige Legierungsschicht ist, deren zwei Hauptbestandteile Zink und Mangan sind, wobei das Gefüge des Stahlsubstrats vorzugsweise in ein martensitisches Ge- füge umwandelbar ist, bevorzugt ferritisch-perlitisch ist, wobei vorzugsweise das Stahlsubstrat ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch- perlitischem Gefüge ist,
Behandeln des hergestellten Bauteils mit der ein- oder mehrlagigen metalli schen Schicht, sodass das gehärtete Bauteil resultiert, wobei das gehärtete Bauteil ein Stahlsubstrat und eine Korrosionsschutzbeschich- tung umfasst, wobei die Korrosionsschutzbeschichtung eine das Stahlsubstrat kontaktierende erste Legierungsschicht, deren zwei Hauptbestandteile Eisen und Zink sind und eine die erste Legierungsschicht kontaktierende zweite Legierungsschicht, deren zwei Hauptbestandteile Mangan und Zink sind sowie vorzugsweise eine die zweite Schicht kontaktierende Schicht umfassend Manganoxid umfasst, wobei der Anteil der Gesamtmasse an Mangan in der Korrosionsschutz- beschichtung an der Gesamtmasse an Mangan und Zink in der Korrosionsschutz- beschichtung größer ist als 25 %, und wobei vorzugsweise das hergestellte Bauteil als Stahlsubstrat einen Stahl mit fer- ritisch-perlitischem Gefüge umfasst, vorzugsweise einen Mangan-Bor-Stahl mit fer- ritisch-perlitischem Gefüge, und das Behandeln vorzugsweise eine thermische Här- tungsbehandlung umfasst, bei der das Gefüge in ein martensitisches Gefüge um- gewandelt wird.
Hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen, die jeweils entsprechend gelten. Das heißt, dass bevorzugte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen gehärteten Bauteils, eines erfindungsgemäßen Bauteils umfassend ein Stahlsubstrat und eine das Stahlsubstrat kontaktierende ein- oder mehrlagige metallische Schicht sowie bevorzugte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils bzw. zum Herstellen eines gehärteten Bauteils, jeweils entsprechend zutreffen.
Für sämtliche im Rahmen des vorliegenden Textes erläuterten Aspekte der Erfin- dung gilt, dass bevorzugte Ausgestaltungen, die zu einem dieser Aspekte dargelegt werden, mit den entsprechenden Änderungen auch für die anderen Aspekte zutref- fen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Bauteils zum Herstellen eines erfindungsgemäßen gehärteten Bauteils. Die Ausfüh- rungen zu entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahren gelten entsprechend. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert.
1. Allgemeines Beispiel:
Auf einem Stahlblech aus Mangan-Bor-Stahl wird ein einlagiger Überzug aus einer ZnMn-Legierung aufgebracht, beispielsweise elektrolytisch oder in einem PVD-Pro- zess. Das Stahlsubstrat besitzt dabei ein ferritisch-perlitisches Gefüge, welches durch eine thermische Härtungsbehandlung in ein martensitisches Gefüge umwan- delbar ist. Die Mangankonzentration im Überzug wird so gewählt, dass sich im Über- zug hochschmelzende Phasen ausbilden können. Der Gesamtanteil an Mangan und Zink in der ZnMn-Legierung ist größer als 99,9 Gew.-%. Der Anteil an Eisen ist so- mit kleiner als 0, 1 Gew.-%. Die Legierung enthält Aluminium in einer maximalen Menge von 0,05 Gew.-%, vorzugsweise enthält sie überhaupt kein Aluminium.
Der Anteil der Gesamtmasse an Mangan an der Gesamtmasse an Mangan und Zink in dem Überzug (der einlagigen metallischen Schicht) wird eingestellt, so dass er größer ist als 30 % und kleiner 40 %. Nach dem Applizieren des Überzugs wird das resultierende Bauteil einer thermischen Härtungsbehandlung unterzogen, nämlich einem Warmumformprozess, bei dem Temperaturen von 880 °C und höher erreicht werden, d. h. Temperaturen oberhalb der Austenitisierungstemperatur. Hierbei ist die Bildung von flüssigen Phasen im Überzug verringert und eine Flüssigmetallver- sprödung bei mechanischer Umformung ist soweit reduziert, dass die Entstehung von Substratrissen wesentlich eingedämmt ist. Während der thermischen Här- tungsbehandlung kommt es zu einer Entmischung der ZnMn-Legierung des zuvor applizierten Überzugs. Zum einen entsteht eine das Stahlsubstrat kontaktierende erste Legierungsschicht, die aus einer FeZn-Legierung gebildet ist (die Hauptbe- standteile der Schicht sind somit Eisen und Zink). Diese erste Legierungsschicht ist dazu geeignet, das Stahlsubstrat aktiv vor Korrosion zu schützen. Zum anderen bil- det sich eine die erste Legierungsschicht kontaktierende, oberflächennahe (und da- mit vom Stahlsubstrat weiter entfernte) zweite Legierungsschicht aus einer MnZn- Legierung (die Hauptbestandteile der zweiten Legierungsschicht sind somit Man- gan und Zink). Die MnZn-Schicht ist für den erfindungsgemäßen Erfolg besonders wichtig, da sie einen Schmelzpunkt besitzt, der deutlich höher ist als die bei der Warmumformung erreichte Temperatur. Hierdurch werden Werkzeug- und Ofenrol- lenanhaftungen zumindest weitgehend unterdrückt. Zudem wird durch die zweite Legierungsschicht (MnZn-Schicht) das Abdampfen von Zink unterdrückt, was von großer Bedeutung für die Standzeiten der verwendeten Öfen ist. Des Weiteren sorgt die hohe Mn-Konzentration an der Oberfläche dafür, dass bei der Wärmebehand- lung kaum Eisen aus dem Stahlsubstrat an die Oberfläche diffundieren kann. Hier- durch wird die Rotrostbildung bei Korrosionsangriff reduziert.
2. Ausführunqsbeispiele:
Mit einem PVD-Verfahren (Elektronenstrahlverdampfer) wurden ferritisch-perliti- sche Mangan-Bor-Stähle simultan mit Zink und Mangan beschichtet. Es wurden da- bei ZnMn-Legierungsschichten (einlagige metallische Schicht, deren zwei Hauptbe- standteile Zink und Mangan sind) mit einer Mangankonzentration zwischen 27 % und 39 % hergestellt. Die resultierenden Proben (als Beispiele für erfindungsgemä- ße Bauteile) wurden anschließend mit unterschiedlichen Haltedauern bei 880 °C warmumgeformt. Durch die thermische Behandlung entstand substratnah eine Schicht aus einer FeZn-Legierung und oberflächennah eine Schicht aus einer MnZn- Legierung (erste Legierungsschicht mit Hauptbestandteilen Eisen und Zink; zweite Legierungsschicht mit Hauptbestandteilen Mangan und Zink).
Fig. 1 zeigt schematisch für ein erfindungsgemäßes Bauteil das Stahlsubstrat 1 und die das Stahlsubstrat kontaktierende einlagige metallische Schicht 5, deren zwei Hauptbestandteile Zink und Mangan sind.
Fig. 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäß gehärtetes Bauteil nach der thermi- schen Behandlung (Warmumformung). Auf dem Stahlsubstrat 1 kontaktie- rend angeordnet ist eine erste Legierungsschicht 2, deren zwei Hauptbe- standteile Eisen und Zink sind. Daran anliegend und die erste Legierungs- schicht 2 kontaktierend ist eine zweite Legierungsschicht 3, deren zwei Haupt- bestandteile Mangan und Zink sind. Fig. 3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Bauteil mit einer zusätzlichen oxi- dischen Schicht 4, die im Wesentlichen aus Manganoxid besteht. Das gehär- tete Bauteil gemäß Fig. 3 umfasst somit auf dem Stahlsubstrat 1 neben der ersten Legierungsschicht 2 und der zweiten Legierungsschicht 3 eine die zweite Legierungsschicht kontaktierende äußere Schicht 4 umfassend Man- ganoxid.
Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in Fig. 4 dargestellt, welches eine Reihe mikroskopischer Schliffbilder zeigt.
Bereits nach 3 Min. Glühdauer hat sich auf dem Stahlsubstrat jeweils eine zwei- schichtige Korrosionsschutzbeschichtung (zweilagiger Aufbau) ausgebildet, die sich grundlegend vom Ausgangszustand (einlagige metallische Schicht mit Hauptbe- standteilen Zink und Mangan; nicht in den Figuren dargestellt) unterscheidet. Die Dicke der vom Stahlsubstrat entfernteren der beiden Schichten (dies ist die zweite Legierungsschicht), welche als Hauptbestandteile Mangan und Zink enthält, steigt mit zunehmendem Mn-Gehalt der ursprünglich applizierten einlagigen metallischen Schicht aus Zink und Mangan an. Auf der zweiten Legierungsschicht bildet sich mit zunehmender Glühdauer fortschreitend eine in den Schliffbildern gemäß Figur 4 ab- gebildete Decklage (eine die zweite Legierungsschicht kontaktierende äußere Schicht), die oxidischer Natur ist und im Wesentlichen Manganoxid umfasst. Unmit- telbar das Substrat kontaktierend und somit zwischen dem Substrat und der zwei- ten Legierungsschicht angeordnet ist eine erste Legierungsschicht, die als Haupt- bestandteile Eisen und Zink aufweist. Die Decklage (äußere Schicht) ist sehr viel dunkler als die erste Legierungsschicht. Die äußere Schicht aus (im Wesentlichen) Manganoxid kann daher ein besonders hohes Maß an Strahlungsenergie aufneh- men, vgl. hierzu die obige Diskussion.
Punktuelle EDX-Messungen an den Querschliffen bestätigen, dass es bei allen un- tersuchten Proben ausgehend vom (noch nicht wärmebehandelten) Bauteil, wel- ches ein Stahlsubstrat und eine das Stahlsubstrat kontaktierende einlagige metalli sche Schicht mit den Hauptbestandteilen Zink und Mangan umfasst, durch die War- mumformung zu einer Entmischung der ursprünglichen ZnMn-Legierung gekom- men ist. Substratnah ist die gebildete Schicht an Mangan verarmt und an Eisen an- gereichert, sodass insgesamt eine metallische Doppelschicht aus FeZn (substrat- nah; erste Legierungsschicht) und MnZn (oberflächennah; zweite Legierungs- Schicht) entsteht. Die Rissbildung im Substrat ist im Vergleich mit Vergleichsexperi- menten, bei denen anstelle einer MnZn-Schicht auf das Stahlsubstrat eine Schicht aus reinem Zink appliziert wurde, in allen Fällen signifikant vermindert. Die Entmi- schung von Zink und Mangan, das heißt die Ausbildung der Doppelschicht, nimmt mit steigender Glühdauer zu. Dies wurde über Stromdichte-Potential-Messungen ermittelt.
In eigenen Untersuchungen hat sich gezeigt, dass mit steigender Glühdauer (von 3 Min. über 5 Min und 7 Min. nach 10 Min.) das Ruhepotential der Schicht vom Zink- potential in Richtung positiverer Werte verändert. Dies ist konsistent mit der Erhö- hung des Mangangehaltes an der Oberfläche. Wenngleich die manganreiche Ober- fläche keinen aktiven Korrosionsschutz bietet, kann sich die substratnähere FeZn- Schicht (erste Legierungsschicht) zugunsten des Substrates opfern.

Claims

Patentansprüche
1. Gehärtetes Bauteil, umfassend ein Stahlsubstrat (1) und eine Korrosions- schutzbeschichtung (2,3,4), wobei die Korrosionsschutzbeschichtung (2,3,4) eine das Stahlsubstrat kontaktierende erste Legierungsschicht (2), deren zwei Hauptbestandteile Eisen und Zink sind und eine die erste Legierungsschicht (2) kontaktierende zweite Legierungsschicht (3), deren zwei Hauptbestandteile Mangan und Zink sind
umfasst und wobei
der Anteil der Gesamtmasse an Mangan in der Korrosionsschutzbeschichtung (2,3,4) an der Gesamtmasse an Mangan und Zink in der Korrosionsschutzbeschich- tung (2,3,4) größer ist als 25 %.
2. Gehärtetes Bauteil nach Anspruch 1, wobei die Dicke der ersten Legierungs- schicht (2) größer oder gleich der Dicke der zweiten Legierungsschicht (3) ist.
3. Gehärtetes Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, in der Korro- sionsschutzbeschichtung (2,3,4) weiter umfassend eine die zweite Legierungs- schicht kontaktierende äußere Schicht (4) umfassend Manganoxid,
wobei vorzugsweise die Dicke der ersten Legierungsschicht (2) größer oder gleich der Gesamtdicke der zweiten Legierungsschicht (3) und der äußeren Schicht (4) ist.
4. Gehärtetes Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
der Anteil der Gesamtmasse an Mangan in der Korrosionsschutzbeschich- tung (2,3,4) an der Gesamtmasse an Mangan und Zink in der Korrosions- schutzbeschichtung (2,3,4)
größer oder gleich 27% ist, bevorzugt größer oder gleich 30% ist, und/oder kleiner 40 % ist, bevorzugt kleiner 35 % ist,
und/oder
im Bereich von größer als 25 % bis 40 % liegt, bevorzugt im Bereich von größer als 25 % bis 35 %, besonders bevorzugt im Bereich von 27% bis 35%, und/oder in der zweiten Legierungsschicht (3), deren zwei Hauptbestandteile Mangan und Zink sind, Eisen in einer Menge bis zu 20 Gew.-% enthalten ist, bezo- gen auf die zweite Legierungsschicht.
5. Gehärtetes Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Legierungsschicht (3) bei einer Temperatur von 880 °C zumindest zu 70 Vol.- %, bevorzugt zumindest zu 80 Vol.-% im festen Aggregatszustand vorliegt.
6. Gehärtetes Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Stahlsubstrat ein Mangan-Bor-Stahl ist.
7. Gehärtetes Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Stahlsubstrat ein Stahl mit martensitischem Gefüge, vorzugsweise ein Mangan-Bor- Stahl mit martensitischem Gefüge ist.
8. Gehärtetes Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das ge- härtete Bauteil ein pressgehärtetes Bauteil ist, vorzugsweise ein Bauteil eines Kraft fahrzeugs, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stoßfängerquer- träger, Seitenaufprallträger, Säulen und Karosserieverstärkungen.
9. Bauteil zur Herstellung eines gehärteten Bauteils nach einem der vorange- henden Ansprüche, umfassend ein Stahlsubstrat (1) und eine das Stahlsubstrat kontaktierende ein- oder mehrlagige metallische Schicht (5), deren zwei Hauptbestandteile Zink und Mangan sind,
wobei das Gefüge des Stahlsubstrats in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist,
wobei in der das Stahlsubstrat (1) kontaktierenden ein- oder mehrlagigen metalli schen Schicht (5) der Anteil der Gesamtmasse an Mangan an der Gesamtmasse an Mangan und Zink größer ist als 25 %, bevorzugt größer oder gleich 27% ist, bevor- zugt größer 30% ist, und dabei besonders bevorzugt kleiner 40 % ist.
10. Bauteil nach Anspruch 9,
wobei das Stahlsubstrat (1) ein Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge ist, bevorzugt ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge ist,
besonders bevorzugt ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge ist, welches durch thermische Härtungsbehandlung in ein martensitisches Gefüge um- wandelbar ist.
11. Bauteil nach Anspruch 9 oder 10, wobei
in der das Stahlsubstrat (1) kontaktierenden ein- oder mehrlagigen metallischen Schicht (5)
der Gesamtanteil an Mangan und Zink größer ist als 90 Gew.-%, bevorzugt größer ist als 95 Gew.-%, besonders bevorzugt größer ist als 99 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt größer ist als 99,9 Gew.-%,
und/oder
der Anteil an Eisen kleiner ist als 10 Gew.-%, vorzugsweise kleiner ist als
2 Gew.-%
und/oder
kein Aluminium oder Aluminium in einer maximalen Menge von 0,05 Gew.- % enthalten ist und/oder die das Stahlsubstrat (1) kontaktierende ein- oder mehrlagige metallische Schicht (5) eine einlagige Legierungsschicht ist, deren zwei Hauptbestandteile Zink und Mangan sind.
12. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils nach einem der vorangehenden An- sprüche 9 bis 11, mit folgenden Schritten:
Herstellen oder Bereitstellen eines Stahlsubstrats (1), wobei das Gefüge des Stahlsubstrats in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist,
Applizieren einer ein- oder mehrlagigen metallischen Schicht (5), deren zwei Hauptbestandteile Zink und Mangan sind, auf das Stahlsubstrat, wobei in der ein- oder mehrlagigen metallischen Schicht (5) der Anteil der Gesamtmasse an Mangan an der Gesamtmasse an Mangan und Zink größer ist als 25 %, bevorzugt größer oder gleich 27% ist, bevorzugt größer 30% ist und dabei besonders bevorzugt klei ner 40 % ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Applizieren der ein- oder mehrlagi- gen metallischen Schicht (5) mittels eines Verfahrens erfolgt, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
elektrolytische Abscheidung, galvanische Abscheidung, physikalische Gasphasen- abscheidung, Chemical Vapour Deposition, Tauchverfahren, Slurry-Verfahren, thermisches Spritzen und Kombinationen davon,
bevorzugt elektrolytisch oder mittels physikalischer Gasphasenabscheidung erfolgt, und besonders bevorzugt mittels physikalischer Gasphasenabscheidung erfolgt.
14. Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Bauteils nach einem der Ansprü- che 1 bis 8, mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Bauteils nach einem der Ansprüche 9 bis 11 oder Herstel- len eines Bauteils gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, Behandeln des bereitgestellten oder hergestellten Bauteils, so dass das ge- härtete Bauteil resultiert.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das bereitgestellte oder hergestellte Bau- teil als Stahlsubstrat einen Stahl mit einem Gefüge umfasst, welches in ein marten- sitisches Gefüge umwandelbar ist, bevorzugt einen Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge umfasst, besonders bevorzugt einen Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perli- tischem Gefüge, und das Behandeln umfasst:
eine thermische Härtungsbehandlung, bei der das Gefüge in ein martensitisches Gefüge umgewandelt wird,
und vorzugsweise
eine mechanische Behandlung, bevorzugt ein mechanisches Umformen, vor, wäh- rend und/oder nach der thermischen Härtungsbehandlung.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 15, wobei das Behandeln zumin- dest die folgenden Schritte umfasst:
(i) ein thermisches Behandeln, bei dem das Gefüge des bereitgestellten oder hergestellten Bauteils so lange bei einer Temperatur oberhalb von Ac3 gehalten wird, bis das Gefüge vollständig oder teilweise in ein austenitisches Gefüge umge- wandelt ist,
(ii) mechanisches Umformen des Bauteils, vor, während und/oder nach dem thermischen Behandeln,
(iii) Abkühlen des Bauteils von der Temperatur oberhalb von Ac3, während und/oder nach dem mechanischen Umformen, bevorzugt auf eine Temperatur von weniger als 100 °C, so dass ein martensitische Gefüge entsteht, vorzugsweise mit einer Abkühlrate > 20 K/s.
17. Verfahren, vorzugsweise Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, zum Herstellen eines gehärteten Bauteils, vorzugsweise eines gehärteten Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit folgenden Schritten:
Herstellen oder Bereitstellen eines Stahlsubstrats (1),
Applizieren einer ein- oder mehrlagigen metallischen Schicht (5), deren zwei Hauptbestandteile Zink und Mangan sind, auf das Stahlsubstrat (1), wobei in der ein- oder mehrlagigen metallischen Schicht (5) der Anteil der Gesamtmasse an Mangan an der Gesamtmasse an Mangan und Zink größer ist als 25 %, bevorzugt größer oder gleich 27% ist, bevorzugt größer 30% ist und dabei besonders bevorzugt kleiner 40 % ist,
so dass ein Bauteil resultiert, vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Bauteil nach ei- nem der vorangehenden Ansprüche,
wobei vorzugsweise in der das Stahlsubstrat (1) kontaktierenden ein- oder mehrlagigen metallischen Schicht (5) der Gesamtanteil an Mangan und Zink größer ist als 90 Gew.-%, bevorzugt größer ist als 95 Gew.-% und besonders bevorzugt größer ist als 99 Gew.-%,
wobei vorzugsweise das Applizieren der ein- oder mehrlagigen metallischen Schicht (5) elektrolytisch oder mittels physikalischer Gasphasenabscheidung erfolgt, bevorzugt mittels physikalischer Gasphasenabscheidung, wobei vorzugsweise die das Stahlsubstrat (1) kontaktierende ein- oder mehr- lagige metallische Schicht (5) eine einlagige Legierungsschicht ist, deren zwei Hauptbestandteile Zink und Mangan sind,
wobei das Gefüge des Stahlsubstrats vorzugsweise in ein martensitisches Ge- füge umwandelbar ist, bevorzugt ferritisch-perlitisch ist,
wobei vorzugsweise das Stahlsubstrat ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch- perlitischem Gefüge ist,
Behandeln des hergestellten Bauteils mit der ein- oder mehrlagigen metalli schen Schicht, so dass das gehärtete Bauteil resultiert,
wobei das gehärtete Bauteil ein Stahlsubstrat (1) und eine Korrosionsschutzbe- schichtung (2,3,4) umfasst, wobei die Korrosionsschutzbeschichtung (2,3,4)
eine das Stahlsubstrat (1) kontaktierende erste Legierungsschicht (2), deren zwei Hauptbestandteile Eisen und Zink sind
und
eine die erste Legierungsschicht (2) kontaktierende zweite Legierungsschicht (3), deren zwei Hauptbestandteile Mangan und Zink sind
sowie vorzugsweise
eine die zweite Schicht kontaktierende Schicht (4) umfassend Manganoxid umfasst, wobei der Anteil der Gesamtmasse an Mangan in der Korrosionsschutz- beschichtung (2,3,4) an der Gesamtmasse an Mangan und Zink in der Korrosions- schutzbeschichtung (2,3,4) größer ist als 25 %, und wobei vorzugsweise das hergestellte Bauteil als Stahlsubstrat (1) einen Stahl fer- ritisch-perlitischem Gefüge umfasst, vorzugsweise einen Mangan-Bor-Stahl mit fer- ritisch-perlitischem Gefüge, und das Behandeln eine thermische Härtungsbehand- lung umfasst, bei der das Gefüge in ein martensitisches Gefüge umgewandelt wird.
18. Verwendung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 9 bis 11 zum Herstel- len eines gehärteten Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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