DE102009053368A1

DE102009053368A1 - Verfahren und Fertigungsanlage zum Herstellen eines Blechformteils mit einer Korrosionsschutzbeschichtung

Info

Publication number: DE102009053368A1
Application number: DE200910053368
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr. Kupetz; Andreas Kapfer; Franz Dr. Gassner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-11-14
Filing date: 2009-11-14
Publication date: 2011-05-19
Also published as: EP2327805B1; EP2327805A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit einer Korrosionsschutzbeschichtung (C) versehenen und aus einem höherfesten Stahlblechmaterial gebildeten Blechformteils (P). Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte: - Umformen eines bereitgestellten Ausgangsblechmaterials zu einem Blechformteil; - elektrolytisches Beschichten des Blechformteils, zur Ausbildung der Korrosionsschutzbeschichtung (C); und - nachfolgendes Wärmebehandeln des beschichteten Blechformteils. Die Erfindung betrifft ferner eine Fertigungsanlage zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit einer Korrosionsschutzbeschichtung versehenen und aus einem höherfesten Stahlblechmaterial gebildeten Blechformteils. Die Erfindung betrifft ferner eine Fertigungsanlage zur Durchführung dieses Verfahrens.
Insbesondere im Kraftfahrzeugbau werden zunehmend Blechformteile aus einem höherfesten Stahlblechmaterial eingesetzt, um Leichtbaukriterien und/oder steigenden Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden. Das Bereitstellen solcher Blechformteile mit einer beanspruchungsgerechten Korrosionsschutzbeschichtung ist seit geraumer Zeit Gegenstand zahlreicher Entwicklungen. Stellvertretend wird diesbezüglich z. B. auf die DE 10 2005 055 374 A1 und insbesondere deren einleitenden Teil verwiesen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, alternative Möglichkeiten zum Bereitstellen solcher Blechformteile anzugeben, um insbesondere die mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteile zu umgehen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Aufgabe wird ferner gelöst durch eine erfindungsgemäße Fertigungsanlage mit den Merkmalen des ersten nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte und bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche. Die Lösung der Aufgabe erstreckt sich auch auf ein Blechformteil gemäß dem zweiten nebengeordneten Anspruch und dessen Weiterbildungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem Herstellen eines mit einer Korrosionsschutzbeschichtung versehenen und aus einem höherfesten Stahlblechmaterial gebildeten Blechformteils. Es umfasst zumindest die folgenden Schritte:

– Umformen eines bereitgestellten Ausgangsblechmaterials zu einem Blechformteil;
– elektrolytisches Beschichten des Blechformteils, zur Ausbildung der Korrosionsschutzbeschichtung; und
– nachfolgendes Wärmebehandeln des beschichteten Blechformteils.

Ein mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Blechformteil ist aus einem höherfesten Stahlblechmaterial gebildet. Unter einem höherfesten Stahlblechmaterial wird ein Blechmaterial aus einem Stahlwerkstoff verstanden, dessen Zugfestigkeit mindestens 800 MPa, bevorzugt mindestens 900 MPa, besonders bevorzugt mindestens 1000 MPa und insbesondere mindestens 1100 MPa beträgt. Die Bezeichnung „höherfestes Stahlblechmaterial” schließt somit auch hoch- und höchstfeste Stahlblechmaterialien mit ein. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass bereits das Ausgangsblechmaterial höherfeste Eigenschaften aufweist. Vielmehr können diese im Verlaufe des erfindungsgemäßen Verfahrens auch herausgebildet werden, wie nachfolgend noch näher erläutert. Bevorzugt handelt es sich um ein Feinblech mit einer Blechstärke von ≤ 3,0 mm, bevorzugt von ≤ 2,0 mm, besonders bevorzugt von ≤ 1,5 mm und insbesondere von ≤ 1,0 mm.
Bei dem hergestellten Blechformteil handelt es sich insbesondere um ein Bauteil für ein Kraftfahrzeug. Das Umformen erfolgt bevorzugt in einem Tiefziehprozess oder einem hierzu vergleichbaren Prozess. Bei dem Blechformteil kann es sich jedoch auch um ein weiter zu verarbeitendes Halbzeug handeln, wie z. B. ein Profilteil oder dergleichen.
Unter einem elektrolytischen bzw. galvanischen Beschichten wird das elektrochemische Abscheiden von metallischen Niederschlägen bzw. Überzügen auf dem betreffenden Blechformteil verstanden. Die aufgebrachte Beschichtung bzw. Korrosionsschutzbeschichtung kann einlagig oder auch mehrlagig sein. Die Beschichtung wird zumindest bereichsweise auf das Blechformteil aufgebracht. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Beschichtung vollflächig und insbesondere auf beide Blechseiten des Blechformteils aufgebracht wird.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Wärmebehandeln im Anschluss an das Umformen erfolgt; es können jedoch auch Unterbrechungen in der Abfolge vorgesehen sein, wie z. B. ein Zwischenlagern der Blechformteile. Das Wärmebehandeln dient vorrangig dazu, den im Ausgangsblechmaterial enthaltenen Wasserstoff, insbesondere jedoch den beim elektrolytischen Beschichten eingebrachten Wasserstoff, auszutreiben. Wasserstoff gilt allgemein als Stahlschädling, weil er eine Versprödung des Stahlblechmaterials, die sog. Wasserstoffversprödung, herbeiführt. Das Wärmebehandeln führt dazu, dass die im Gefüge des Stahlblechmaterials eingelagerten Wasserstoff-Atome durch Effusion ausgetrieben werden. Damit kann der Wasserstoffversprödung des Stahlblechmaterials entgegen gewirkt werden. Vor allem wegen des beim elektrolytischen Beschichten eingebrachten Wasserstoffs wurden bislang insbesondere sicherheitsrelevante Blechformteile nicht elektrolytisch verzinkt.
Gemäß einem weiteren Aspekt dient das Wärmebehandeln auch dazu, in vorteilhafter Weise das Stahlblechmaterial zu vergüten, so dass eine Gefügeverbesserung eintritt und dieses eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig hohen Zähigkeitseigenschaften aufweist. Hierdurch können sich z. B. an einem sicherheitsrelevanten Bauteil dessen Crash-Eigenschaften verbessern.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann weitere, im Einzelnen hier nicht erläuterte Schritte und Zwischenschritte umfassen, wie z. B. das Reinigen und/oder Beschneiden der Blechformteile vor und/oder nach dem Umformen.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Umformen mit einem blanken Stahlblechmaterial erfolgen kann, wodurch sich der Umformprozess einfach gestalten lässt. Da das Aufbringen der Korrosionsschutzbeschichtung dem Umformen nachfolgt, bleiben auch etwaige aus der Umformung herrührende Beschädigungen der Korrosionsschutzbeschichtung aus. Ferner können beim Beschichten auch etwaige Schnittkanten am Blechmaterial mit abgedeckt werden. U. a. wegen einer gleichmäßig aufgebrachten und die Sichtkanten mit einschließenden Korrosionsschutzbeschichtung ist das hergestellte Blechformteil auch optisch gefällig und somit im Sichtbereich einsetzbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Ausgangsblechmaterial ein höherfestes Stahlblechmaterial ist. Hierunter ist zu verstehen, dass das Ausgangsblechmaterial bereits höherfeste Eigenschaften aufweist und diese nicht, zumindest nicht im erheblichen Umfang, im Verlaufe des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet werden. Höherfeste Stahlblechwerkstoffe sind z. B. Mehrphasenstähle, wie insbesondere CP-Stähle, Dualphasenstähle und TRIP-Stähle, und Martensitphasenstähle.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass beim elektrolytischen Beschichten eine zinkhaltige und insbesondere eine im Wesentlichen aus Zink gebildete Korrosionsschutzbeschichtung auf das Blechformteil aufgebracht wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Schichtdicke der elektrolytisch aufgebrachten Korrosionsschutzbeschichtung kleiner oder gleich 15 μm ist. Bei einer zinkhaltigen Korrosionsschutzbeschichtung ist vorgesehen, dass die Schichtdicke größer oder gleich 5 μm und kleiner oder gleich 15 μm ist und insbesondere in etwa 7,5 μm beträgt. Dies dient insbesondere auch dazu, die Schweißfähigkeit des Stahlblechmaterials, trotz der aufgebrachten Korrosionsschutzbeschichtung, zu erhalten, worin auch ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Feuerverzinken zu sehen ist, bei dem die ausgebildeten Schichtdicken bis 300 μm betragen können. Ein Vorteil des elektrolytischen Beschichtens ist auch darin zu sehen, dass die Schichtdicke der Korrosionsschutzbeschichtung einstellbar und sehr homogen aufbringbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Temperatur bei der Wärmebehandlung mehr als 100°C beträgt, bevorzugt mehr als 150°C beträgt und insbesondere zwischen 180°C und 200°C liegt. Im Falle einer zinkhaltigen Korrosionsschutzbeschichtung sollte die Temperatur nicht mehr als 220°C betragen, um eine Beschädigung dieser Beschichtung auszuschließen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Zeitdauer der Wärmebehandlung mehrere Stunden beträgt. Die Zeitdauer beträgt z. B. bis zu 1 h, bevorzugt bis zu 2 h, besonders bevorzugt bis zu 5 h, insbesondere bis zu 10 h und insbesondere bevorzugt bis zu 50 h.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Wärmebehandlung in einer Schutzgasatmosphäre erfolgt, um eine Beschädigung und insbesondere Oxydation der Korrosionsschutzschutzbeschichtung zu vermeiden. Hierbei kann es sich um eine aktives (z. B. CO₂) und/oder inertes (z. B. Argon) Schutzgas bzw. Schutzgasgemisch handeln.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Umformen ein Warmumformen ist. Hierunter ist zu verstehen, dass das Stahlblechmaterial vor dem Umformen auf eine Temperatur von ca. 900°C erwärmt wird. Hierzu ist vorgesehen, dass das Ausgangsblechmaterial ein warmumformgeeignetes Stahlblechmaterial ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass nach dem Umformen und vor dem elektrolytischen Beschichten ein Härten des Blechformteils erfolgt. Hierzu ist vorgesehen, dass das Ausgangsblechmaterial ein härtbares Stahlblechmaterial ist. Bei diesem Härten wird insbesondere die Festigkeit des Stahlblechmaterials erhöht, so dass dieses zumindest nach dem Härten hochfeste Eigenschaften aufweist. Bevorzugt erfolgt das Härten in Kombination mit dem zuvor erläuterten Warmumformen (Warmumformhärtung).
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Umformen ein Presshärten einschließt. Hierzu ist vorgesehen, dass das Ausgangsblechmaterial ein presshärtungsgeeignetes Stahlblechmaterial ist, wie z. B. ein 16MnB5, ein 19MnB5 oder ein 22MnB5. Zum Presshärten sind zwei Vorgehensweisen möglich: gemäß der ersten Vorgehensweise wird eine erwärmte Platine des Ausgangsmaterials in das Umformwerkzeug eingelegt, hierin umgeformt und gleichzeitig oder nachfolgend unter Druck abgekühlt bzw. pressgehärtet. Gemäß der zweiten Vorgehensweise wird aus der Platine zunächst durch Umformen ein Zwischen-Blechformteil erzeugt (Vorformen), welches dann erwärmt und in das Presshärtewerkzeug eingelegt wird, wo unter einer nur noch geringen Formänderung das Presshärten erfolgt.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Anwendung des Presshärtens ist darin zu sehen, dass ein blankes Ausgangsblechmaterial verwendbar ist und dass die nachfolgend elektrolytisch aufgebrachte und insbesondere zinkhaltige Korrosionsschutzbeschichtung einen hohen bis sehr hohen Reinheitsgrad aufweist, mit Vorteilen für den Korrosionsschutz und für die Lackierfähigkeit. Ein derartiges Blechformteil ist außerdem optisch gefällig und somit, insbesondere an einem Kraftfahrzeug, auch im Sichtbereich einsetzbar.
Die erfindungsgemäße Fertigungsanlage dient zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Fertigungsanlage umfasst wenigstens eine elektrolytische Beschichtungsanlage, wie bspw. ein elektrolytisches Durchlaufbad, und wenigstens einen Wärmebehandlungsofen, wobei es sich bevorzugt um einen Durchlaufofen handelt. Ein solcher Durchlaufofen umfasst bevorzugt einen Eingangs- und einen Ausgangsschleusenbereich und einen dazwischenliegenden Transferabschnitt. Zudem können in einem solchen Durchlaufofen unterschiedliche Temperaturzonen für die Wärmebehandlung bereitgehalten werden. Alternativ sind auch Einzelöfen denkbar.
Die Lösung der Aufgabe erstreckt sich auch auf ein warmumgeformtes, bevorzugt auch anschließend gehärtetes, und insbesondere pressgehärtetes Blechformteil mit einer elektrolytisch aufgebrachten, zinkhaltigen und insbesondere im Wesentlichen aus Zink gebildeten Korrosionsschutzbeschichtung. Bei diesem Blechformteil handelt es sich insbesondere um ein Struktur- und/oder um ein Sicherheitsbauteil für ein Kraftfahrzeug, wie bspw. ein Türaufprallträger, eine A- oder B-Säule, ein Längs- oder Querträger, eine Stoßfängerverstärkung oder dergleichen. Wie bereits oben erläutert, wurden solche Blechformteile wegen des beim elektrolytischen Beschichten eingebrachten Wasserstoffs und der damit einhergehenden Gefahr einer Wasserstoffversprödung bislang nicht elektrolytisch verzinkt. Das elektrolytische Verzinken bietet jedoch zahlreiche Vorteile, wie obenstehend erläutert. Das erfindungsgemäße Blechformteil ist insbesondere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder mit der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage hergestellt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Blechformteil in einer Draufsicht; und
2 ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines derartigen Blechformteils in einer schematischen Ablaufdarstellung.
1 zeigt ein pressgehärtetes Blechformteil P mit einer elektrolytisch aufgebrachten Korrosionsschutzbeschichtung C, wobei die Korrosionsschutzbeschichtung C zinkhaltig und insbesondere im Wesentlichen aus Zink gebildet ist. Bei dem Blechformteil P handelt es sich beispielhaft um ein Verstärkungsteil für einen Seitenschweller eines Kraftfahrzeugs. Nachfolgend wird im Zusammenhang mit der 2 ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines derartigen Blechformteils P erläutert.
Das Verfahren beginnt im Schritt I mit der Bereitstellung eines Ausgangsblechmaterials, wobei es sich um ein für das Presshärten geeignetes Stahlblechmaterial handelt. Das Ausgangsblechmaterial kann z. B. als Coil oder in Form von Einzelplatinen bereitgestellt werden. Im Schritt II wird aus dem ebenen Ausgangsblechmaterial ein Platinenzuschnitt erzeugt, wobei die Schnittgeometrie idealerweise so gewählt ist, dass nachfolgend keine weiteren Schnittoperationen erforderlich sind.
Im Schritt III wird der Platinenzuschnitt erwärmt, was idealerweise in einem Durchlaufofen erfolgt. Diesem Erwärmen kann im Schritt IIIa ein Vorformen des Platinenzuschnitts zu einem Zwischen-Blechformteil erfolgen, wobei dieses Zwischen-Blechformteil annähernd die Endgeometrie des herzustellenden Blechformteils P aufweisen kann. Im Anschluss an das Erwärmen des Platinenzuschnitts oder des Zwischen-Blechformteils erfolgt im Schritt IV das Presshärten in einem Presshärtewerkzeug, um ein pressgehärtetes Blechformteil zu erhalten.
Dem Presshärten nachfolgend und bevorzugt unmittelbar im Anschluss hieran wird das pressgehärtete Blechformteil in einem elektrolytischen Bad und insbesondere Durchlaufbad vollflächig mit der zinkhaltigen Korrosionsschutzbeschichtung C versehen (Schritt V). Es kann vorgesehen sein, dass das pressgehärtete Blechformteil mehrere solcher elektrolytischen Bäder durchläuft. Zwischen dem Presshärten und dem elektrolytischen Beschichten kann ein optionaler Reinigungsschritt Va vorgesehen sein.
Dem elektrolytischen Beschichten nachfolgend und bevorzugt unmittelbar im Anschluss hieran wird das pressgehärtete und mit der zinkhaltigen Korrosionsschutzbeschichtung C versehene Blechformteil wärmebehandelt (Schritt VI). Das Wärmebehandeln erfolgt bevorzugt in einem Durchlaufofen und dient vorrangig dazu, den beim elektrolytischen Beschichten in das Stahlblechmaterial eingebrachten Wasserstoff auszutreiben, um einer Wasserstoffversprödung entgegen zu wirken, wie oben ausführlich erläutert. Nach dem Wärmebehandeln ist das Blechformteil P im Wesentlichen verbaufertig. Aufgrund der aufgebrachten Korrosionsschutzbeschichtung C kann sich auch zu einem späteren Zeitpunkt kein Wasserstoff im Stahlblechmaterial mehr einlagern.
Das beispielhaft erläuterte Verfahren kann weitere hier nicht erläuterte Schritte und Zwischenschritte umfassen, wie z. B. Beschneideoperationen nach dem Umformen, Reinigungsmaßnahmen, Beölungsmaßnahmen etc.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005055374 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines mit einer Korrosionsschutzbeschichtung (C) versehenen und aus einem höherfesten Stahlblechmaterial gebildeten Blechformteils (P), umfassend die folgenden Schritte: – Umformen eines bereitgestellten Ausgangsblechmaterials zu einem Blechformteil; – elektrolytisches Beschichten des Blechformteils, zur Ausbildung der Korrosionsschutzbeschichtung (C); und – nachfolgendes Wärmebehandeln des beschichteten Blechformteils.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsblechmaterial ein höherfestes Stahlblechmaterial ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim elektrolytischen Beschichten eine zinkhaltige Korrosionsschutzbeschichtung (C) auf das Blechformteil aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der elektrolytisch aufgebrachten Korrosionsschutzbeschichtung (C) ≤ 15 μm ist.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Wärmebehandlung zwischen 180°C und 200°C beträgt.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer der Wärmebehandlung mehrere Stunden beträgt.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung in einer Schutzgasatmosphäre erfolgt.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen ein Warmumformen ist.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Umformen und vor dem elektrolytischen Beschichten ein Härten des Blechformteils erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen ein Presshärten einschließt.
Fertigungsanlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, umfassend wenigstens eine elektrolytische Beschichtungsanlage und wenigstens einen Wärmebehandlungsofen.
Fertigungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmebehandlungsofen ein Durchlaufofen ist.
Warmumgeformtes und insbesondere pressgehärtetes Blechformteil (P) mit einer elektrolytisch aufgebrachten, zinkhaltigen Korrosionsschutz beschichtung (C).
Warmumgeformtes und insbesondere pressgehärtetes Blechformteil (P) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Struktur- und/oder Sicherheitsbauteil für ein Kraftfahrzeug ist.
Warmumgeformtes und insbesondere pressgehärtetes Blechformteil (P) nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet dadurch, dass dieses nach dem Verfahren und/oder mit der Fertigungsanlage gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche hergestellt ist.