WO2023036882A1 - Verfahren zum erzeugen von gehärteten stahlblechbauteilen - Google Patents

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WO2023036882A1
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Voestalpine Metal Forming GmbH
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    • C21D2211/001—Austenite

Definitions

  • the invention relates to a method for producing hardened sheet steel components.
  • press hardening also known as the direct process.
  • a sheet steel component is produced by heating a flat blank made of hardenable steel to a temperature above the austenitization temperature, so that the structure of the steel is at least partially in the high-temperature modification, namely austenite.
  • This flat blank is then formed into a desired shape in a forming tool, preferably with a single forming stroke, and the heat is withdrawn from the steel material so quickly through contact with the forming tool halves that martensitic hardening occurs, in which the austenite essentially turns into martensite is converted.
  • the rate of heat dissipation must be above the so-called critical hardening rate, which is usually above 20 Kelvin per second.
  • This press hardening process has been known and introduced for a long time and is used in particular to produce components whose shape would not be so complex that it cannot be produced with a single press stroke.
  • a second known method was developed by the applicant, it is the so-called form hardening method, also called indirect method and known from EP1651789B1.
  • the hot stamping process makes it possible to create significantly more complex shapes.
  • a sheet steel blank is cold-formed in a manner known per se.
  • this cold forming takes place in a forming line with, for example, five forming compression presses that transform a flat sheet steel blank step by step into a complex component.
  • the component that has been cold-formed in this way is then heated in a continuous furnace to a temperature above the austenitization temperature in order to also achieve a largely or completely austenitic state of the steel structure.
  • This already formed and heated steel component is then transferred to a so-called form hardening tool and cooled in the form hardening tool by applying the form hardening tools at a speed above the critical hardening speed and thereby hardened.
  • the cold forming is carried out in such a way that a dimensional change due to thermal expansion during austenitization is taken into account by correspondingly smaller forming in all three spatial directions.
  • the advantage of the form hardening process is that the usual cold, complete preforming allows for a significantly more complex component shape than with the direct method.
  • the hardened sheet steel components can offer protection against corrosion if the plate or strip from which they were produced is formed with a metallic anti-corrosion layer, in particular with a metallic anti-corrosion layer based on zinc or aluminum or their alloys.
  • form hardening a component that is completely formed in all three spatial directions, which may have been reduced by the expansion in all three spatial directions, is heated to the austenitizing temperature required for hardening and then placed in the form hardening tool, in which it is possibly with the slightest corrections, in particular corrections of heating-related distortion is pressed on all sides and quench-hardened by the all-round contact of the forming tools.
  • goods carriers In order to carry such components through an oven, so-called goods carriers are known, with the goods carriers receiving the component at predetermined points and guiding it through the oven.
  • goods carriers are usually made of metal and are carried out with it from the furnace, returned to the furnace entrance, reloaded and fed back through the furnace.
  • the goods carriers are complex to manufacture. Since they have to be manufactured specifically for the component, when changing to other components, on the one hand other goods carriers have to be procured and the furnace also has to be converted accordingly. The goods carriers are therefore hardly worthwhile for smaller series.
  • contact elements can be any type of funding.
  • Contact elements in continuous furnaces can be chains, but plates, walking beams, rollers or the like are also conceivable.
  • Storage strips are available for chamber furnaces or multi-layer chamber furnaces.
  • the term contact element also includes the named conveying means as well as these storage strips in chamber furnaces.
  • the object of the invention is to create a method for producing hardened steel components, in which the components have a better quality and which can also be adapted to different components in a flexible process and can be used cost-effectively and energy-efficiently for all furnace designs used for form hardening and press hardening.
  • a bend or deformation is omitted or only partially carried out in the cold forming process, or a further bend or preforming of the component is carried out in such a way that the contact surface on the contact element is reduced and in particular is kept as small as possible.
  • this can be a deformation that is only partial.
  • the further bending or preforming is carried out in such a way that less than 5%, preferably less than 3% and more preferably less than 1% of the component surface rests on the contact element.
  • a switch is made from a planar to a punctiform and/or linear support.
  • the components lie on the contact element with their flanges, which are necessary for subsequent further processing and in particular for producing welded joints with other components.
  • a punctiform and/or linear support by bending the flanges from their usual position by about 2 - 10°, preferably 3 to 8°, in particular 7° in the direction of the contact element, so that, for example, the Flange edge is bent in relation to its target position by a few millimeters, for example 2.5 mm, in the direction of the contact element.
  • This deformation can also occur over the length of the flange edge or other contact areas only over partial areas or partial lengths. This achieves a linear support on the respective points of the contact element, which largely or completely avoids any impairment of the galvanized surface.
  • the respective width of the support area can advantageously be adapted to the width of the contact element, in particular the chain conveyor.
  • the width of the contact area can be selected to be greater than 30 cm in order to ensure a linear contact on a chain or lifting beam and to avoid a flat contact.
  • a transition area can be provided between the sub-areas, which advantageously has a continuous course of bending up to the area without has deformation.
  • these main surfaces can also be bent in or out or shaped, which are later shaped back accordingly during the form hardening.
  • the advantage of the invention is that chain conveyors or other contact elements can be used flexibly for the component without adversely affecting the components.
  • the invention thus relates to a method for producing a hardened steel component, wherein sheet steel blanks are cut from a coil of a hardenable steel alloy or a steel strip and the sheet steel blanks are then formed into a sheet steel component preform in a cold forming process and then the preforms are placed in a continuous furnace on a are heated to the temperature required for hardening above the austenitizing temperature and then pressed in a form-hardening tool and thereby quench-hardened, with the preform being formed with punctiform or linear beads or embossing or flanges resting on the contact element with their free end or partial lengths thereof bent to form the contact element are that they rest with the edge or a partial length of the edge and then during form hardening the beads or bulges or bends that serve as a contact surface ments on or of the flange are pressed or formed into the target geometry of the finished component.
  • One embodiment provides for the flanges of the component or the edge areas of the flange to be bent by 2-10°, in particular 3-8° in the direction of the contact element, in particular the chain conveyor, in relation to the target position of the flange in order to produce the linear contact surfaces.
  • Bent within the meaning of the invention can also be tilted, folded down or include similar deformations, which means that the bent surface can be flat or even curved.
  • One embodiment provides that the flange edges are deflected by 2-7, in particular 2-6 mm in the direction of the contact element, in particular the chain conveyor.
  • One embodiment provides for punctiform or linear beads on a surface of the component adjacent to a conveyor to rest on a contact element, in particular chain conveyors, for punctiform or linear beads.
  • One embodiment provides that the punctiform or linear beads protrude by 2-7 mm towards the chain conveyor or other contact elements.
  • the sheet steel blank used is a blank which is formed with a metallic anti-corrosion layer, in particular with a metallic anti-corrosion layer based on zinc or aluminum or made of zinc or aluminum or their alloys.
  • a zinc-based coating can advantageously be used in order to ensure cathodic protection of the steel component against corrosion.
  • An advantageous embodiment of the invention provides for the use of transformation-retarded steel grades, in which a hot- or cold-rolled steel strip with a concentration range of the following alloying elements within the limits in percent by weight: carbon up to 0.4, preferably 0.15 to 0.3 Silicon to 1.9, preferably 0.11 to 1.5 manganese to 3.0, preferably 0.8 to 2.5 chromium to 1.5, preferably 0.1 to 0.9 molybdenum to 0.9, preferably 0 .1 to 0.5 nickel up to 0.9,
  • Titanium up to 0.2, preferably 0.02 to 0.1
  • Aluminum up to 0.2, preferably 0.02 to 0.07
  • an alloy-galvanized steel strip made of a hardenable steel alloy in particular a boron-manganese steel such as a 22MnB5 or 20MnB8, is used as the steel strip.
  • FIG. 1 The course of the process during form hardening is highly schematic
  • FIG. 2 Schematic representation of the contact areas of a preformed component on a chain conveyor without areas bent out according to the invention
  • FIG. 3 highly schematized the standing behavior of a preformed component on a chain conveyor with flanges bent out according to the invention
  • FIG. 4 an exemplary component according to the invention on a chain conveyor
  • FIG. 5 Schematic representation of a component according to the invention with bent-up flange areas for producing a linear support during passage in a lifting step conveyor furnace, in plan view;
  • FIG. 6 Schematic representation of a component according to the invention with bent-up flange areas for producing a linear support during passage in a roller hearth furnace, in plan view
  • FIG. 7 Schematic representation of a component according to the invention with bent-up flange areas for producing a linear support in a multi-layer chamber furnace, in plan view.
  • FIG. 1 shows the form hardening process in a highly schematic manner, in which blanks are first cut off from a steel strip or steel coil, the blanks are then cold-formed and the cold-formed preforms are then austenitized in a furnace. The austenitized preforms are then placed in the form-hardening mold and hardened there, then removed from there and, as a finished molded part, subjected to any necessary surface conditioning.
  • FIG. 2 shows the contact surfaces for such components on a chain conveyor, with the preformed component resting here over its entire surface with its flanges.
  • FIG. 3 shows a highly schematized embodiment of the invention, in which the flanges are shaped in such a way that the component only rests on the edge areas of the flanges on the chain conveyor, so that full-surface contact and thus efflorescence on the entire surface are avoided. Any efflorescence that may nevertheless occur is not critical at this point, since the edge areas are not relevant, at least with regard to a welded connection.
  • FIG. 4 a component is shown in which the flanges are deformed over a partial length in order to achieve a linear contact area along the edge, with partial lengths having the desired shape, e.g. flat and transition areas between the curved and flat areas.
  • FIG. 5 shows a plan view of a component according to the invention with a linear support as it passes through a lifting step conveyor.
  • the component shown in FIG. 4 essentially corresponds to the sketch in FIG. 5.
  • the individual conveyor chains and the lifting beams lying between them can be seen.
  • the bent-up flange areas in this example have a length of at least KH, ie the distance between a chain and a lifting beam in this example is approximately 10 cm. In this way, the bearing surface can be reliably reduced and, instead of a flat bearing, only linear bearing of the component can be ensured and this only on the bent-up flange areas.
  • Area B describes the length of the bent-up flange area (only marked on the left in FIG. 5).
  • a line-like support is made on the outer edges of the flanges on both sides, ie in this component example in four areas. self- Of course, depending on the component geometry, it would also be possible to have fewer line areas (e.g. three lines) or more line areas.
  • FIG. 6 shows a top view of a component according to the invention with a linear support as it passes through a roller hearth furnace. Similar to before, areas with upturned flanges are shown again and these are marked with B (left side only). This range can advantageously exceed at least the length from one furnace roll to the next furnace roll (length OR).
  • FIG. 7 shows a plan view of a component according to the invention with a linear support in a multi-bearing chamber furnace.
  • a continuous furnace is not shown here, but rather a multi-bearing chamber furnace (or single-chamber furnace).
  • the area of the bent-up flanges can be selected to be smaller because of the stationary mounting.
  • the area for the linear support can be selected up to the minimum width of the storage bar (AL).
  • 6 support lines are shown because, depending on the component geometry, it may be advantageous to provide further support lines in the central areas, since this can lead to deflection, for example. However, this is independent of the type of furnace, i.e. this can also be advantageous for continuous furnaces.
  • punctiform supports can also be achieved by only bending the edge area of the flange in the direction of the chain conveyor or by applying beads, whether they are punctiform beads or linear beads. According to the invention, all of these minor deformations can be bent into the desired state in the hot state without the risk of microcracks forming in the form-hardening tool.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Stahlbauteils, wobei von einem Coil aus einer härtbaren Stahllegierung bzw. einem Stahlband Stahlblechplatinen geschnitten werden und die Stahlblechplatinen anschließend in einem Kaltumformprozess zu einem Stahlblechbauteil-Vorformling geformt werden und anschließend die Vorformlinge in einem Durchlaufofen auf eine zum Härten notwendige Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erhitzt werden und anschließend in einem Formhärtewerkzeug gepresst und dadurch abschreckgehärtet werden, wobei der Vorformling mit punkt- oder linienförmigen Sicken oder Prägungen ausgebildet wird oder auf dem Kontaktelement aufliegende Flansche mit ihrem freien Ende oder Teillängen derselben so zum Kontaktelement gebogen sind, dass sie mit der Kante oder einer Teillänge der Kante aufliegen und anschließend beim Formhärten die als Auflagefläche dienenden Sicken oder Ausbiegungen oder Biegungen am oder des Flansches in die Soll-Geometrie des fertigen Bauteils gepresst bzw. umgeformt werden.

Description

Verfahren zum Erzeugen von gehärteten Stahlblechbauteilen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von gehärteten Stahlblechbauteilen.
Bei der Erzeugung von Stahlblechbauteilen, insbesondere im Automobilbau, gibt es für die Erzeugung von gehärteten Stahlblechbauteilen, die insbesondere tragende Funktionen übernehmen sollen, wie Längsträger und Säulen und daher bei geringem Gewicht zugleich eine hohe Festigkeit und Steifigkeit beim Crashfall, als auch zugleich einen Korrosionsschutz bieten, derzeit zwei gängige Verfahren.
Das erste gängige Verfahren ist das sogenannte Presshärten, auch als direktes Verfahren bekannt. Beim Presshärten wird ein Stahlblechbauteil dadurch erzeugt, dass eine ebene Platine aus einem härtbaren Stahl auf eine Temperatur erhitzt wird, die oberhalb der Austenitisierungstemperatur liegt, so dass die Struktur des Stahls zumindest teilbereichsweise in der Hochtemperaturmodifikation, nämlich Austenit vorliegt. Anschließend wird diese ebene Platine in einem Umformwerkzeug mit vorzugsweise einem einzigen Umformhub in eine gewünschte Form umgeformt und durch den Kontakt mit den Umformwerkzeughälften die Wärme aus dem Stahlmaterial so schnell entzogen, dass es zu einer martensitischen Härtung kommt, bei der der Austenit im Wesentlichen in Martensit umgewandelt wird. Die Geschwindigkeit der Wärmeabfuhr muss hierfür über der sogenannten kritischen Härtegeschwindigkeit liegen, die üblicherweise oberhalb von 20 Kelvin pro Sekunde liegt.
Dieses Presshärteverfahren ist seit langem bekannt und eingeführt und wird insbesondere zur Erzeugung von Bauteilen verwendet, deren Formgebung nicht so komplex wäre, dass sie nicht mit einem einzigen Pressenhub erzeugbar ist. Ein zweites bekanntes Verfahren wurde von der Anmelderin entwickelt, es ist das sogenannte Formhärteverfahren, auch indirektes Verfahren genannt und aus der EP1651789B1 bekannt. Das Formhärteverfahren erlaubt es, deutlich komplexere Formen zu erzeugen.
Hierzu wird eine Stahlblechplatine in an sich bekannter Weise kalt umgeformt. Diese kalte Umformung erfolgt wie allgemein üblich in einer Umformstraße mit beispielsweise fünf Um- formpressen, die eine ebene Stahlblechplatine Schritt für Schritt in ein komplexes Bauteil umformen.
Anschließend wird das so kalt umgeformte Bauteil in einem Durchlaufofen auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erhitzt, um ebenfalls einen weitestgehend oder vollständig austenitischen Zustand des Stahlgefüges zu erzielen.
Dieses bereits umgeformte und erhitzte Stahlbauteil wird anschließend in ein sogenanntes Formhärtewerkzeug überführt und in dem Formhärtewerkzeug durch das Anlegen der Formhärtewerkzeuge mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Härtegeschwindigkeit abgekühlt und dadurch gehärtet. Hierbei wird die kalte Umformung so durchgeführt, dass eine Dimensionsänderung durch Wärmedehnung beim Austenitisieren durch ein entsprechend kleineres Ausformen in allen drei Raumrichtungen berücksichtigt wird.
Bei dem Formhärteprozess ist wie bereits ausgeführt von Vorteil, dass durch die übliche kalte vollständige Vorformung eine deutlich komplexere Bauteilform als beim direkten Verfahren möglich ist.
Zusätzlich können die gehärteten Stahlblechbauteile einen Korrosionsschutz bieten, wenn die Platine bzw. das Band aus welcher diese erzeugt wurden mit einer metallischen Korrosionsschutzschicht ausgebildet ist, insbesondere mit einer metallischen Korrosionsschutzschicht auf der Basis von Zink oder Basis von Aluminium oder deren Legierungen.
Bei dem sogenannten Formhärten wird somit ein an sich allen drei Raumrichtungen fertig ausgeformtes Bauteil, welches gegebenenfalls um die Dehnung in alle drei Raumrichtungen verkleinert ist, auf die zum Härten notwendige Austenitisierungstemperatur aufgeheizt und anschließend in das Formhärtewerkzeug eingelegt, in dem es gegebenenfalls mit geringsten Korrekturen, insbesondere auch Korrekturen von aufheizbedingtem Verzug allseitig gepresst und durch das allseitige Anliegen der Formwerkzeuge abschreckgehärtet wird.
Dies bedeutet somit, dass das komplett fertig geformte Bauteil durch einen Aufheizofen geführt werden muss.
Um derartige Bauteile durch einen Ofen durchzuführen, sind sogenannte Warenträger bekannt, wobei die Warenträger das Bauteil an vorbestimmten Stellen aufnehmen und durch den Ofen führen. Üblicherweise sind derartige Warenträger aus Metall ausgebildet und wer- den mit aus dem Ofen ausgeführt, zum Ofeneingang rückgeführt, neu bestückt und wieder durch den Ofen geführt.
Aus energetischen Gründen ist dies jedoch von Nachteil, da dies bedeutet, dass Energie in Form von Wärme aus dem Ofen ausgeführt wird und die abgekühlten Warenträger im Ofen wieder aufgeheizt werden müssen. Zudem sind die Warenträger aufwändig in der Herstellung. Da sie bauteilspezifisch hergestellt werden müssen, müssen beim Wechsel auf andere Bauteile einerseits andere Warenträger beschafft werden und zudem muss der Ofen entsprechend umgerüstet werden. Für kleinere Serien lohnen sich die Warenträger daher kaum.
Darüber hinaus ist es bekannt, anstelle von Warenträgern beispielsweise Kettenförderer einzusetzen, auf die die vorgeformten Teile aufgelegt werden und dann durch den Ofen transportiert werden. Das macht zwar den Prozess flexibler, allerdings konnte festgestellt werden, dass die Kontaktstellen der Bauteile mit den Förderketten oftmals Ausblühungen des die Bauteile bedeckenden, metallischen Korrosionsschutzmaterials, insbesondere Zinks, verursachen.
Neben sogenannten Kettenförderöfen ist es insbesondere aus dem Presshärten bekannt, dass auch Rollenherdöfen und Kammeröfen bzw. Mehrlagenkammeröfen oder artverwandte Ofenausführungen zum Einsatz kommen, bei welchen die beschriebenen Ausblühungen in vergleichbarem Maße auftreten. Im Allgemeinen sind jegliche Kontakte im Ofen zu vermeiden. Kontaktelemente können jegliche Fördermittel sein. Kontaktelemente bei Durchlauföfen können Ketten sein, aber auch Platten, Hubbalken, Rollen oder ähnliches ist denkbar. Bei Kammeröfen bzw. Mehrlagenkammeröfen sind Ablageleisten vorhanden. Im Sinne der Erfindung werden unter dem Begriff Kontaktelement die genannten Fördermittel als auch diese Ablageleisten in Kammeröfen mit umfasst.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von gehärteten Stahlbauteilen zu schaffen, bei dem die Bauteile eine bessere Qualität besitzen und welches zudem prozessflexibel auf unterschiedliche Bauteile anpassbar ist und für alle fürs Formhärten und Presshärten eingesetzten Ofenausführungen kostengünstig und energieeffizient anwendbar ist.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, dass Zinkausblühungen an der Oberfläche, die auf dem Kontaktelement insbesondere Kettenförderer aufliegt, dadurch vermindert werden kön- nen, dass die Oberfläche entsprechend verkleinert wird, indem aus den üblicherweise auf dem Kettenförderer aufliegenden Oberflächen Ausformungen wie beispielsweise nicht fertig geformte Flansche oder ausgeformte Auflagestege im Kaltumformprozess vorgenommen werden, die im Form hä rtesch ritt wieder rückgängig gemacht werden.
Somit wird erfindungsgemäß im Kaltumformprozess eine Biegung bzw. Verformung weggelassen oder nur teilweise ausgeführt oder eine weitere Biegung bzw. Vorformung des Bauteils so vorgenommen, dass die Auflagefläche auf dem Kontaktelement verringert wird und insbesondere so gering wie möglich gehalten wird. Dies kann insbesondere eine lediglich teilbereichsweise Verformung sein. Insbesondere wird die weitere Biegung bzw. Vorformung so durchgeführt, dass weniger als 5 %, vorzugsweise weniger als 3 % und weiter bevorzugt weniger als 1 % der Bauteiloberfläche auf dem Kontaktelement aufliegen.
Insofern wird erfindungsgemäß von einer flächigen auf eine punktförmige und/oder linienförmige Auflage umgestellt.
In der weit überwiegenden Zahl aller Fälle liegen die Bauteile mit ihren Flanschen, die zur späteren Weiterverarbeitung und insbesondere zur Erzeugung von Schweißverbindungen mit anderen Bauteilen notwendig sind, auf dem Kontaktelement auf.
Erfindungsgemäß beispielsweise ist es möglich, eine punktförmige und/oder linienförmige Auflage dadurch zu schaffen, dass die Flansche aus ihrer üblichen Lage um etwa 2 - 10°, bevorzugt 3 bis 8° insbesondere 7° in Richtung zum Kontaktelement verbogen sind, so dass beispielsweise die Flanschkante gegenüber ihrer Soll-Lage um einige Millimeter, beispielsweise 2,5 mm, in Richtung zum Kontaktelement verbogen ist. Diese Verformung kann über die Länge der Flanschkante oder andere Auflagebereiche zudem auch nur über Teilbereiche bzw. Teillängen erfolgen. Hierdurch wird eine linienförmige Auflage auf den jeweiligen Punkten des Kontaktelementes erzielt, welche eine Beeinträchtigung der verzinkten Oberfläche weitestgehend bzw. vollständig vermeidet.
Die jeweilige Breite des Auflagebereichs kann vorteilhafterweise an die Breite des Kontaktelements insbesondere Kettenförderers angepasst werden. Beispielsweise kann bei einem Kettenabstand zum Hubbalken von 30 cm die Breite des Auflagebereichs größer als 30 cm gewählt werden um sicher eine linienförmige Auflage auf einer Kette bzw. Hubbalkens zu gewährleisten und eine flächige Auflage zu vermeiden.
Vorteilhafterweise kann zwischen den Teilbereichen ein Übergangsbereich vorgesehen werden der einen vorteilhafterweise kontinuierlichen Verlauf der Aufbiegung zum Bereich ohne Verformung aufweist. Beispielsweise kann ein Bereich von 40 mm bis 150 mm zwischen dem Bereich mit 2 bis 10° Umformung und den nicht umgeformten Bereichen vorliegen. Dies kann weitere Vorteile bzgl. der Robustheit gegen Mikrorissen oder ähnlichen Fehlern bieten.
Überraschenderweise konnte festgestellt werden, dass eine solche Verbiegung bzw. Ausformung der Flansche beim Kaltumformen während des Formhärtens in die gewünschte Form korrigiert werden kann, ohne dass Mikrorisse oder andere Oberflächenfehler auftreten und zudem keine Zinkausblühungen nach dem Formhärten mehr feststellbar sind, da die Auflageflächen zu klein sind, um diese Veränderungen herbeizuführen. Ferner wird hierbei die Auflage in den ohnehin unkritischen Kantenbereich verschoben, welche für die Herstellung von Schweißverbindungen eine untergeordnete Rolle spielt.
Anstelle einer Ausbiegung der entsprechenden Flansche ist es natürlich auch denkbar, die ebenen Flansche mit entsprechenden punktförmigen Sicken oder linienförmigen Sicken auszubilden, welche ebenfalls nur auf engen kleinen Bereichen auf dem Kontaktelement aufliegen.
Bei Bauteilen, die mit einer Hauptfläche und nicht mit einem Flansch auf dem Kontaktelement aufliegen, können an diesen Hauptflächen ebenfalls Ein- oder Ausbiegungen bzw. - formungen vorgenommen werden, welche später während des Formhärtens entsprechend zurückgeformt werden.
Bei der Erfindung ist somit von Vorteil, dass für das Bauteil eine flexible Verwendung von Kettenförderern oder anderen Kontaktelementen möglich wird, ohne die Bauteile negativ zu beeinflussen.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Stahlbauteils, wobei von einem Coil aus einer härtbaren Stahllegierung bzw. einem Stahlband Stahlblechplatinen geschnitten werden und die Stahlblechplatinen anschließend in einem Kaltumformprozess zu einem Stahlblechbauteil-Vorformling geformt werden und anschließend die Vorformlinge in einem Durchlaufofen auf eine zum Härten notwendige Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erhitzt werden und anschließend in einem Formhärtewerkzeug gepresst und dadurch abschreckgehärtet werden, wobei der Vorformling mit punkt- oder linienförmigen Sicken oder Prägungen ausgebildet wird oder auf dem Kontaktelement aufliegende Flansche mit ihrem freien Ende oder Teillängen derselben so zum Kontaktelement gebogen sind, dass sie mit der Kante oder einer Teillänge der Kante aufliegen und anschließend beim Formhärten die als Auflagefläche dienenden Sicken oder Ausbiegungen oder Bie- gungen am oder des Flansches in die Soll-Geometrie des fertigen Bauteils gepresst bzw. umgeformt werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass zur Erzeugung der linienförmigen Auflageflächen die Flansche des Bauteils oder die Kantenbereiche des Flansches bezogen auf eine die Soll-Lage des Flansches um 2 - 10°, insbesondere 3 - 8° in Richtung zum Kontaktelement insbesondere Kettenförderer abgebogen sind. Dies bedeutet, dass bei einer Soll-Lage von 1° eine Ausbiegung um 2 - 10° dann eine resultierende Gesamtabwinkelung von der Ebene um 3 - 11° entspricht. Abgebogen im Sinne der Erfindung kann auch abgekippt, abgeklappt oder ähnliche Deformationen umfassen, dies bedeutet, die abgebogene Fläche kann in sich Eben oder auch gekrümmt sein.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Flanschkanten um 2 - 7, insbesondere 2 - 6 mm in Richtung zu dem Kontaktelement, insbesondere Kettenförderer ausgelenkt, abgebogen sind.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass von einer einem Förderer benachbarten Fläche des Bauteils punkt- oder linienförmige Sicken zur Auflage auf einem Kontaktelement insbesondere Kettenförderer punkt- oder linienförmige Sicken ausgeprägt sind.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die punkt- oder linienförmigen Sicken um 2 - 7 mm zum Kettenförderer oder anderen Kontaktelementen vorstehen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die verwendete Stahlblechplatine eine Platine ist, welche mit einer metallischen Korrosionsschutzschicht ausgebildet ist, insbesondere mit einer metallischen Korrosionsschutzschicht auf der Basis von Zink oder Basis von Aluminium oder aus Zink oder Aluminium oder deren Legierungen. Vorteilhafterweise kann eine Beschichtung auf Basis von Zink verwendet werden, um einen kathodischen Korrosionsschutz des Stahlbauteils zu gewährleisten.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht die Verwendung von umwandlungsverzögerten Stahlgüten vor, bei welchem ein warm- oder kaltgewalztes Stahlband mit einem Konzentrationsbereich der folgenden Legierungselemente in den Grenzen in Gew.- Prozent: Kohlenstoff bis 0,4, vorzugsweise 0,15 bis 0,3 Silizium bis 1,9, vorzugsweise 0,11 bis 1,5 Mangan bis 3,0, vorzugsweise 0,8 bis 2,5 Chrom bis 1,5, vorzugsweise 0,1 bis 0,9 Molybdän bis 0,9, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 Nickel bis 0,9,
Titan bis 0,2 vorzugsweise 0,02 bis 0,1
Vanadin bis 0,2
Wolfram bis 0,2,
Aluminium bis 0,2, vorzugsweise 0,02 bis 0,07
Bor bis 0,01, vorzugsweise 0,0005 bis 0,005
Schwefel max. 0,01, vorzugsweise max. 0,008
Phosphor max. 0,025, vorzugsweise max. 0,01
Rest Eisen und Verunreinigungen eingesetzt wird.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass als Stahlband ein legierungsverzinktes Stahlband aus einer härtbaren Stahllegierung, insbesondere einem Bor-Mangan-Stahl wie beispielsweise einem 22MnB5 oder 20MnB8 verwendet wird.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen dabei:
Figur 1: Der Verfahrensablauf beim Formhärten stark schematisiert;
Figur 2: schematisiert die Auflagebereiche eines vorgeformten Bauteils auf einem Kettenförderer ohne erfindungsgemäß ausgebogene Bereiche;
Figur 3: stark schematisiert das Aufstandsverhalten eines vorgeformten Bauteils auf einem Kettenförderer mit erfindungsgemäß ausgebogenen Flanschen;
Figur 4: ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Bauteil auf einem Kettenförderer;
Figur 5: schematisiert ein erfindungsgemäßes Bauteil mit aufgebogenen Flanschbereichen zur Erzeugung einer linienförmigen Auflage im Durchlauf bei einem Hubschrittfördererofen in der Draufsicht;
Figur 6: schematisiert ein erfindungsgemäßes Bauteil mit aufgebogenen Flanschbereichen zur Erzeugung einer linienförmigen Auflage im Durchlauf bei einem Rollenherdofen in der Draufsicht; Figur 7: schematisiert ein erfindungsgemäßes Bauteil mit aufgebogenen Flanschbereichen zur Erzeugung einer linienförmigen Auflage bei einem Mehrlagenkammerofen in der Draufsicht.
Figur 1 zeigt den Formhärteprozess stark schematisiert, bei dem von einem Stahlband bzw. Stahlcoil zunächst Platinen abgeschnitten werden, die Platinen anschließend kalt umgeformt werden und die kalt umgeformten Vorformlinge anschließend in einem Ofen austenitisiert werden. Die austenitisierten Vorformlinge werden anschließend in die Formhärteform gebracht und dort gehärtet, dann dort entnommen und als fertiger Formling einer gegebenenfalls notwendigen Oberflächenkonditionierung unterzogen.
In Figur 2 sind für derartige Bauteile die Auflageflächen auf einem Kettenförderer gezeigt, wobei das vorgeformte Bauteil hier vollflächig mit seinen Flanschen aufliegt.
Figur 3 zeigt stark schematisiert eine erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der die Flansche so geformt sind, dass das Bauteil nur mit den Kantenbereichen der Flansche auf dem Kettenförderer aufliegt, so dass ein vollflächiger Kontakt und damit die Ausblühungen auf der gesamten Fläche vermieden werden. Gegebenenfalls dennoch auftretende Ausblühungen sind an dieser Stelle unkritisch, da die Kantenbereiche zumindest bezüglich einer Schweißverbindung nicht relevant sind.
In Figur 4 ist ein Bauteil gezeigt, bei dem die Flansche über eine Teillänge verformt sind um eine linienförmige Aufstandsfläche entlang der Kante zu erzielen, wobei Teillängen die Sollform haben, z.B. eben und Übergangsbereiche zwischen den gebogenen und den ebenen Bereichen.
In Figur 5 wird ein erfindungsgemäßes Bauteil mit einer linienförmigen Auflage im Durchlauf bei einem Hubschrittförderer in der Draufsicht dargestellt. Das in Figur 4 dargestellte Bauteil entspricht im Wesentlichen der Skizze in Figur 5. Dabei erkennt man die einzelnen Förderketten und dazwischen liegende Hubbalken. Dabei weisen die aufgebogenen Flanschbereiche in diesem Beispiel zumindest eine Länge von KH, also den Abstand zwischen einer Kette und einem Hubbalken in diesem Beispiel etwa 10 cm auf. Derart kann die Auflagefläche gesichert vermindert werden und anstelle einer flächigen Auflage eine nur linienartige Auflage des Bauteils und dies auch nur an den aufgebogenen Flanschbereichen sichergestellt werden. Der Bereich B beschreibt die Länge des aufgebogenen Flanschbereichs (in der Figur 5 nur links markiert). Dabei wird jeweils beidseitig, d.h. bei diesem Bauteilbeispiel an vier Bereichen eine linienartige Auflage an den Aussenkanten der Flansche vorgenommen. Selbstver- ständlich wäre je nach Bauteilgeometrie auch eine Auflage an weniger Linienbereichen (beispielsweise drei Linien) oder auch mehr Linienbereichen möglich.
Figur 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauteil mit einer linienförmigen Auflage im Durchlauf bei einem Rollenherdofen in der Draufsicht. Ähnlich wie zuvor werden hier wieder Bereiche mit aufgebogenen Flanschen gezeigt und dieser wieder mit B markiert (nur links). Dieser Bereich kann vorteilhafterweise mindestens die Länge von einer Ofenrolle zur nächsten Ofenrolle überschreiten (Länge OR).
In Figur 7 wird ein erfindungsgemäßes Bauteil mit einer linienförmigen Auflage bei einem Mehrlagerkammerofen in der Draufsicht dargestellt. Im Gegensatz zu den Figuren 5 und 6 wird hier kein Durchlaufofen sondern ein Mehrlagerkammerofen (oder Einzelkammerofen) schematisch dargestellt. Hier kann vorteilhafterweise der Bereich der aufgebogenen Flansche aufgrund der stationären Lagerung kleiner gewählt werden. Insbesondere kann der Bereich zur linienförmigen Auflage bis zur Mindestbreite der Ablageleiste (AL) gewählt werden. In diesem Beispiel werden 6 Auflagelinien dargestellt, da es unter Umständen je nach Bauteilgeometrie vorteilhaft sein kann auch in den Mittelbereichen weitere Auflagelinien vorzusehen, da es beispielsweise zu Durchbiegungen kommen kann. Dies ist aber unabhängig von der Ofenart, d.h. dies kann auch bei Durchlauföfen vorteilhaft sein.
Selbstverständlich sind derartige punktförmige Auflagen auch dadurch erzielbar, dass nur der Kantenbereich des Flansches in Richtung auf den Kettenförderer verbogen wird oder Sicken, ob es nun punktförmige Sicken oder linienförmige Sicken sind, aufgebracht werden. Erfindungsgemäß können alle diese geringfügigen Umformungen ohne Gefahr der Mikrorissbil- dung im Formhärtewerkzeug in heißem Zustand in den gewünschten Zustand gebogen werden.

Claims

Ansprüche Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Stahlbauteils, wobei von einem Coil aus einer härtbaren Stahllegierung bzw. einem Stahlband Stahlblechplatinen geschnitten werden und die Stahlblechplatinen anschließend in einem Kaltumformprozess zu einem Stahlblechbauteil-Vorformling geformt werden und anschließend die Vorformlinge in einem Ofen bevorzugt einen Durchlaufofen auf eine zum Härten notwendige Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erhitzt werden und anschließend in einem Formhärtewerkzeug gepresst und dadurch abschreckgehärtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling mit punkt- oder linienförmigen Sicken oder Prägungen ausgebildet wird oder auf dem Kontaktelement aufliegende Flansche mit ihrem freien Ende oder Teillängen derselben so zum Kontaktelement gebogen sind, dass sie mit der Kante oder einer Teillänge der Kante aufliegen und anschließend beim Formhärten die als Auflagefläche dienenden Sicken oder Ausbiegungen oder Biegungen am oder des Flansches in die Soll-Geometrie des fertigen Bauteils gepresst bzw. umgeformt werden. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der punkt- oder linienförmigen Auflageflächen die Flansche des Bauteils oder die Kantenbereiche des Flansches bezogen auf eine ebene Soll-Lage des Flansches um 2 - 10°, insbesondere 3 - 8° in Richtung zum Kontaktelement abgebogen sind. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschkanten um 2 - 7, insbesondere 3 - 6 mm in Richtung zum Kontaktelemente ausgelenkt, abgebogen sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente im Durchlaufofen Hubbalken oder Ketten oder Platten oder Rollen sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente Ablageleisten sind. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von einer einem Förderer benachbarten Fläche des Bauteils punkt- oder linienförmige Sicken zur Auflage auf einem Kontaktelemente punkt- oder linienförmige Si- cken ausgeprägt sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die punkt- oder linienförmigen Sicken um 2 - 7 mm zum Kontaktelemente vorstehen. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlband mit einer metallischen Korrosionsschutzschicht ausgebildet ist, insbesondere mit einer metallischen Korrosionsschutzschicht auf der Basis von Zink oder Basis von Aluminium oder aus Zink oder Aluminium oder deren Legierungen besonders bevorzugt ein legierungsverzinktes Stahlband.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlband aus einer härtbaren Stahllegierung, insbesondere einem Bor- Mangan-Stahl gebildet ist.
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