DE102013017798A1 - Verbundstahlblech - Google Patents

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Abstract

Ein Verbundstahlblech, insbesondere für die Fertigung von Kraftfahrzeug-Bauteilen, umfasst eine Substratschicht (1) aus presshärtendem Stahl und wenigstens eine auf die Substratschicht (1) aufgebrachte Vergütungsschicht (2) aus Tiefziehstahl.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stahlblech, das großenteils aus einem presshärtenden Stahl besteht, sowie ein daraus gefertigtes Bauteil, insbesondere ein Kraftfahrzeug-Bauteil.
  • Ein solches Stahlblech und ein Verfahren zu seiner Fertigung sind z. B. aus DE 10 2006 032 617 A1 bekannt.
  • Presshärtende Stahlbleche sind in der Automobilproduktion von hohem Interesse, da ihre extrem hohe Festigkeit die Verwendung von Blechen geringer Wandstärke ermöglicht. Die damit verbundene Gewichtseinsparung ist von hoher Bedeutung, um die zunehmend strengeren Anforderungen an den CO2-Ausstoß der Fahrzeuge erfüllen zu können.
  • Ein Problem gegenwärtiger presshärtender Stähle ist die Applikation eines Oberflächenschutzes für hoch korrosiv beanspruchte Bereiche. Bei einer Vorbeschichtung werden durch die nachfolgende thermische Beanspruchung intermetallische Phasen erzeugt, die zum einen den Korrosionsschutz reduzieren und zum anderen die Rissbildung des Stahls bei der Umformung begünstigen. Bei einer nachfolgenden Verzinkungsoperation besteht die Gefahr der Wasserstoffversprödung an diesem ultra- hochfesten Werkstoff. Deshalb ist die Verwendung presshärtender Stähle im Automobilbau derzeit weitgehend auf wenig korrosiv beanspruchte Karosserieteile beschränkt. Es besteht hier Bedarf nach Stahlblechen, die die Vorzüge des hochfesten Stahls mit einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit kombinieren.
  • Dieser Bedarf wird einer Ausgestaltung der Erfindung zufolge befriedigt durch ein Verbundstahlblech mit einer Substratschicht aus presshärtendem Stahl und wenigstens einer auf die Substratschicht aufgebrachten Vergütungsschicht aus einem aufgrund seines geringen Kohlenstoffgehalts von maximal 0,12% nicht aushärtenden Stahl.
  • Die Wirkung der Erfindung basiert auf unterschiedlichen Gefügeveränderungen, die in den verschiedenen Stählen im Laufe der weiteren Verarbeitung auftreten. Der presshärtende Stahl wird bei der Fertigung von Formteilen zunächst auf Austenitisierungstemperatur erhitzt und dann während des Formens in einem Formwerkzeug abgekühlt. Durch die gleichzeitige Verformung und Abkühlung werden Formteile mit einem rein oder nahezu rein martensitischen Gefüge erhalten, die extrem hohe Festigkeitswerte von 1300 MPa und darüber erreichen. Die Vergütungsschicht des erfindungsgemäßen Verbundblechs erfährt bei der Austenitisierungstemperatur des presshärtenden Stahls von einer eventuellen Kornfeinung abgesehen keine wesentliche Gefügeveränderung und bewahrt dadurch eine gegen Wasserstoffversprödung weitgehend unempfindliche Struktur.
  • Als kohlenstoffarmer Stahl für die Vergütungsschicht kommen insbesondere ein Tiefziehstahl oder ein mikrolegierter Stahl in Betracht.
  • Ein solcher Stahl wird durch die Wärmebehandlung nicht in dem Maße beeinflusst, dass seine Festigkeit über 1000 MPa ansteigt. Dadurch ist die Gefahr der Wasserstoffversprödung dort nicht gegeben, wenn etwa nachträglich eine Korrosionsschutzbeschichtung auf das Verbundblech aufgebracht wird, und die Vergütungsschicht wirkt als Puffern, der die Substratschicht vor dem Zutritt vom Wasserstoff und der daraus resultierenden Versprödung schützt.
  • Die Vergütungsschicht kann aber auch bereits vor ihrer Anbringung auf dem Substrat mit einer Korrosionsschutzbeschichtung versehen sein; in diesem Fall verhindert die hohe Duktilität der Vergütungsschicht das Auftreten von Rissen beim Verformen des Blechs, so dass die Korrosionsschutzschicht auch bei einem aus dem Blech geformten Bauteil noch intakt und wirksam ist.
  • Als presshärtender Stahl kommt insbesondere ein Stahl vom Typ 22MnB5 in Betracht.
  • Weichstähle, insbesondere nach DIN EN 10130, sind hier als Tiefziehstahl geeignet, bevorzugt sind die Güten DC01, DC03, DC04 oder DC05. Unter den mikrolegierten Stählen kommen insbesondere diejenigen nach DIN EN 10268, z. B. die Typen HC240LA oder HC300LA, in Betracht.
  • Die Aufbringung der Vergütungsschicht kann in an sich bekannter Weise durch Walz- oder Gießplattieren erfolgen.
  • Um den presshärtenden Stahl wirksam vor bei einer Korrosionsschutzbehandlung oder beim Schweißen eindiffundierendem Wasserstoff zu schützen, sollte die Stärke der Vergütungsschicht wenigstens 40 μm, besser noch wenigstens 100 μm betragen.
  • Eine Stärke der Vergütungsschicht sollte 200 μm nicht überschreiten, da sie den Schutz vor Versprödung nicht mehr wesentlich verbessert, aber das Flächengewicht des Verbundblechs und damit auch das Gewicht der daraus gefertigten Bauteile merklich erhöht.
  • Als ideal wird eine Stärke der Vergütungsschicht zwischen 75 und 150 μm angesehen.
  • Ein Überzug aus Kupfer oder Nickel hat sich zusätzlich als wirksame Barriere gegen Wasserstoff erwiesen. Um wirksam zu sein, genügt eine Stärke des Überzugs von unter 5 μm, typischerweise von ca. 1 μm. Ein solcher Überzug ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Dicke der Vergütungsschicht allein zu gering ist, um die Diffusion von Wasserstoff in die Substratschicht zu unterbinden.
  • Das Verbundstahlblech kann bereits herstellerseitig verzinkt und in dieser Form in den Handel gebracht werden; eine Verzinkung kann aber auch beim Endanwender noch vorgenommen werden.
  • Das Verbundstahlblech eignet sich insbesondere für die Fertigung von Karosseriebauteilen von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Bauteilen im Bodenbereich der Karosserie, die im Einsatz einer starken Feuchtigkeitsbelastung ausgesetzt sind und deshalb eines wirksamen Korrosionsschutzes bedürfen.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Verbundstahlblech gemäß der Erfindung.
  • Eine Substratschicht 1 des in der Fig. im Querschnitt gezeigten Blechs besteht aus einem presshärtenden Stahl, hier vom Typ 22MnB5. Auf beiden Seiten der Substratschicht 1 sind Vergütungsschichten 2 aus Tiefziehstahl vom Typ DC01 oder DC03 oder mikrolegiertem Stahl aufgebracht. Diese duktilen Vergütungsschichten 2 machen das Verbundblech besser verformbar als ein rein aus presshärtendem Stahl bestehendes Blech und vermindern die Bildung von Mikrorissen. Deshalb erlauben sie den Einsatz des Verbundblechs auch für schwierige Umformoperationen.
  • Auf die Vergütungsschicht 2 könnte außenseitig direkt eine vor Korrosion schützende Zinkschicht aufgebracht sein. Wenn die Vergütungsschicht 2 eine ausreichende Stärke von wenigstens 40 μm, besser ca. 100 μm hat, zehrt die beim Feuerverzinken entstehende Fe-Zn-Legierungsschicht nur einen Teil der Dicke der Vergütungsschicht 2 auf, und die Dicke der unlegiert verbleibenden Restschicht ist ausreichend, um die Substratschicht 1 vor der mit dem Verzinken verbundenen Wasserstoffbelastung zu schützen.
  • Einer bevorzugten Ausgestaltung zufolge macht ein dünner Überzug 3 aus Kupfer oder Nickel die Oberfläche des Verbundblechs für Wasserstoff praktisch undurchlässig. Um wirksam zu sein, genügt eine Dicke des Überzugs 3 von ca. 1 μm.
  • Eine Zinkschicht 4 von 5 bis 10 μm Stärke ist durch eine an sich bekannte Tauchbehandlung/Feuerverzinkung aufgebracht.
  • Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Substratschicht
    2
    Vergütungsdichte
    3
    Überzug
    4
    Zn-Schicht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006032617 A1 [0002]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN EN 10130 [0011]
    • DIN EN 10268 [0011]

Claims (11)

  1. Verbundstahlblech mit einer Substratschicht (1) aus presshärtendem Stahl und wenigstens einer auf die Substratschicht (1) aufgebrachten Vergütungsschicht (2) aus einem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von maximal 0,12%.
  2. Verbundstahlblech nach Anspruch 1, bei dem die Vergütungsschicht (2) aus einem Tiefziehstahl besteht.
  3. Verbundstahlblech nach Anspruch 2, bei dem der Tiefziehstahl ein Weichstahl der Güte DC01, DC03, DC04 oder DC05 ist.
  4. Verbundstahlblech nach Anspruch 1, bei dem die Vergütungsschicht (2) aus einem mikrolegierten Stahl besteht.
  5. Verbundstahlblech nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vergütungsschicht (2) walz- oder gießplattiert ist.
  6. Verbundstahlblech nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vergütungsschicht (2) eine Stärke von wenigstens 40 μm hat.
  7. Verbundstahlblech nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vergütungsschicht (2) eine Stärke von höchstens 200 μm hat.
  8. Verbundstahlblech nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vergütungsschicht (2) außenseitig mit einem Überzug (3) aus Kupfer oder Nickel versehen ist.
  9. Verbundstahlblech nach Anspruch 8, bei dem die Dicke des Überzugs (3) unter 5 μm beträgt.
  10. Verbundstahlblech nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vergütungsschicht (2) verzinkt ist.
  11. Bauteil, insbesondere Kraftfahrzeug-Bauteil, das aus einem Verbundstahlblech nach einem der vorhergehenden Ansprüche gefertigt ist.
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