DE102014112448A1

DE102014112448A1 - Herstellverfahren für Al-Si-beschichtete Stahlblechteile und Al-Si-beschichtetes Stahlblechband

Info

Publication number: DE102014112448A1
Application number: DE102014112448.0A
Authority: DE
Inventors: Georg Frost
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2034-08-30
Also published as: DE102014112448B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlblechproduktes mit einer Beschichtung. Hierzu wird ein Stahlblechband (1) auf einem Coil (2) derart in einem ersten Erwärmungsschritt erwärmt, dass eine Vorbeschichtung auf dem Stahlblechband (1) durchlegiert wird oder alternativ ein vorbeschichtetes Stahlblechband (1) beschnitten wird und die aus dem Beschnitt hergestellten Blechplatinen (4) in einem ersten Erwärmungsschritt dann derart erwärmt werden, dass die Beschichtung mit der Oberfläche durchlegiert ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Stahlblechband (6) bzw. eine Platine (4) hergestellt als Zwischenprodukt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellen eines beschichteten Stahlbauteils gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein beschichtetes Stahlblechband gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 12.
Warmformverfahren sind seit langem bekannt zur Herstellung von pressformgehärteten Bauteilen, insbesondere für Karosseriestruktur- und Fahrwerkteile der Automobilindustrie. Dabei werden vergütbare Stähle der Bauteilgeometrie angepasst zugeschnitten, auf Austentisierungstemperatur erwärmt und anschließend in ein gekühltes Pressformwerkzeug überführt, warm umgeformt und im selben Werkzeug gekühlt und dadurch wenigstens teilweise gehärtet. Während der Erwärmung kann bei unbeschichteten Stählen Schutzgas verwendet werden, um die Oberfläche vor Verzunderung und Entkohlung zu schützen, es können aber auch metallbeschichtete Stähle angewandt werden, wie insbesondere eine Aluminium-Silizium-Vorbeschichtung (Al-Si-Vorbeschichtung). Diese sorgt zudem für einen geringfügigen temporären Korrosionsschutz der geformten Stahlblechteile. Um das Verfahren besonders wirtschaftlich zu betreiben, ist man bestrebt, das Umformverfahren in einem niedrigen Produktionstakt durchzuführen, was bedingt, dass auch die Erwärmung in diesem Takt erfolgt. Zunehmend ist dabei der Platzbedarf für die Erwärmungsanlage als Engpass zu sehen, da bei Al-Si-vorbeschichteten Stählen die Beschichtung zunächst mit dem Stahlsubstrat legiert werden muss, das heißt, Eisen muss aus dem Stahlsubstrat in die Beschichtung eindiffundieren um eine feste, hochschmelzende Legierungsschicht auszubilden, welche weder bei der Warmumformung noch bei Temperaturerhöhung auf Austenitisierungstemperatur, welche stets oberhalb der Schmelztemperatur der unlegierten Vorbeschichtung liegt, beschädigt bzw. abgetragen wird.
Als Stand der Technik ist die DE 10 2008 006 771 B3 zu nennen, welche ein ähnliches Verfahren beschreibt, und als Problemlösung vorschlägt, den Stahl direkt in der Beschichtungsanlage, das heißt dort, wo der Stahl nach dem Walzen als Bandmaterial vorliegt, einer Vorlegierung zu unterziehen, wodurch eine unvollständig diffundierte bzw. teilweise legierte Beschichtungsschicht entsteht. Vorteil dabei ist, dass vorhandene Anlagen der Trocknung nach der üblich durchzuführenden Al-Si-Beschichtung weiter verwendet werden können.
Weiterer Stand der Technik ist die DE 10 2009 026 251 A1 , in welcher vorschlagen wird, die Abwärme im Warmformprozess selbst, mithin entweder die Abwärme aus dem Erwärmungsanlage oder aus dem Kühlkreislauf der Pressformwerkzeugs zu nutzen, um das zugeschnittene Stahlteil vor der Austenitisierung in einem Vorwärmofen vorzulegieren.
Zuletzt beschreibt auch die DE 10 2009 055 317 A1 ein Verfahren zum Behandeln vorbeschichteter Stähle, wobei vor einem Warmformen vorgeschlagen wird, die Al-Si-vorbeschichteten und bereits beschnittenen Stahlbleche durch eine erste Erwärmung nur in einer Randschicht zu erwärmen zum Zwecke der beschleunigten Diffusion zwischen Beschichtung und Stahlsubstrat, also zur Vorlegierung. Es entsteht eine Fe-Al-Si-Schicht. Die erste Erwärmung soll besonders gezielt durch Laser, magnetische Wechselfeld-Längsfeldinduktoren oder Infrarotstrahler erfolgen. Anschließend erfolgt dann die Austenitisierung bei sehr hoher Geschwindigkeit im Takt mit dem Warmformen selbst.
Alle Vorschläge haben aber den Nachteil, dass dennoch gleichzeitig mit der Austenitisierung selbst noch eine Durchlegierung der vorlegierten Beschichtung stattfinden muss, was sich immer noch negativ auf die maximal zulässigen Aufheizraten auswirkt. Besonders hohe Taktzeiten sind bei kleinflächigen und schlanken Warmformlinien so nicht möglich.
Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung, ein Warmformverfahren aufzuzeigen, welches eine noch größere Wirtschaftlichkeit erlaubt, sowie ein Stahlblechband mit einer verbesserten Al-Si-Beschichtung.
Gelöst wird der erste Teil der Aufgabe durch das Kennzeichen des vorliegenden Anspruchs 1. Die davon abhängigen Unteransprüche 2 bis 11 sind vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung.
Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem mit einer AI-Si-Vorbeschichtung überzogenen Stahlblechband vorgeschlagen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

• das mit einer AI-Si-Vorbeschichtung überzogene Stahlblechband wird einem ersten Erwärmungsschritt unterzogen, wobei das wärmebehandelte Stahlblechband nach dem ersten Erwärmungsschritt zu einer Blechplatine beschnitten wird oder das mit einer Aluminium-Silizium-Vorbeschichtung überzogene Stahlblechband wird zu einer Blechplatine beschnitten und anschließend die vorbeschichtete Blechplatine einem ersten Erwärmungsschritt unterzogen,
• die Blechplatine wird in einem zweiten Erwärmungsschritt wenigstens bereichsweise auf eine oberhalb der Ac1-Temperatur liegende Erwärmungstemperatur erwärmt, bei der die Blechplatine wenigstens bereichsweise ein mindestens teilaustentisches Gefüge aufweist,
• die wenigstens bereichsweise auf die Erwärmungstemperatur erwärmte Blechplatine wird zu dem Bauteil umgeformt und
• das erhaltene Bauteil wird kontrolliert abgekühlt, um wenigstens bereichsweise ein Härtegefüge zu erzeugen.

Kennzeichen dabei ist, dass die Temperatur und die Dauer der Wärmebehandlung beim ersten Erwärmungsschritt so eingestellt werden, dass die AI-Si-Beschichtung vollständig mit Eisen des Stahlsubstrats durchlegiert wird. Damit kann ein lang bestehendes Hindernis beseitigt werden, welches bisher in Form eines fertigungstechnischen Nadelöhrs beim Warmformen, nämlich der Erwärmungsanlage, vorlag. Als Stahlsubstrat wird im Rahmen der Erfindung der Grundwerkstoff des Stahlblechbandes verstanden, welcher an seinen beiden Oberflächen die Vorbeschichtung, beziehungsweise die Beschichtung aufweist.
Im Rahmen der Erfindung wird somit entweder zunächst das bereits mit einer Aluminium-Silizium-Vorbeschichtung überzogene Stahlblechband zu einzelnen Blechplatinen beschnitten. Die Blechplatinen sind daher mit einer Aluminium-Silizium-Vorbeschichtung überzogen, außer an den Schnittkanten. Diese können optional nochmals nachbeschichtet werden. Die mit der Aluminium-Silizium-Vorbeschichtung zugeschnittene Blechplatine wird dann einem ersten Erwärmungsschritt unterzogen. Alternativ kann zunächst das mit der Aluminium-Silizium-Vorbeschichtung überzogene Stahlblechband dem ersten Erwärmungsschritt unterzogen werden, wobei im Anschluss das wärmebehandelte Stahlblechband zu einer Blechplatine beschnitten wird. Während des ersten Erwärmungsschrittes wird die Vorbeschichtung durchlegiert.
Bevorzugt wird der erste Erwärmungsschritt in einer Erwärmungsanlage sequenziell durchgeführt. Das bedeutet, das Stahlblechband, welches aufgewickelt auf einer Spindel bzw. Hülse transportabel vorliegt, oder die Platine wird allein oder mit weiteren Bändern ohne Abwickeln oder weiteren Platinen einer Erwärmungsanlage zugeführt und für eine bestimmte Dauer erwärmt. Dieses Vorgehen ist besonders bei geringeren Fertigungsdurchsatzmengen vorteilhaft und erlaubt eine räumliche Entkopplung zu einer zeitlich vorgelagerten Bandwalzlinie.
Gegebenenfalls kann vorgesehen werden, die Bänder allerdings auch partiell abzuwickeln, so dass einzelne Lagen nicht mehr in direktem Kontakt zueinander stehen, und eine Zugänglichkeit für Heißgas für eine gute Konvektionswärmeübertragung hergestellt wird. Der erste Erwärmungsschritt wird bevorzugt in einer geregelten Atmosphäre durchgeführt, insbesondere in einer Wasserstoffatmosphäre.
Weiterhin wird in der Erwärmungsanlage bei einer sequenziellen Durchführung des ersten Erwärmungsschritts das Stahlblechband oder die Platine in einer inneren Kammer von erwärmten Gasmolekülen, insbesondere Wasserstoffmolekülen, umströmt, wobei eine äußere Kammer von der Umgebungsluft abgeschottet, insbesondere evakuiert, wird, bevor in der inneren Kammer die Gasatmosphäre eingestellt wird.
Bevorzugt wird nach dem ersten Erwärmungsschritt das durchlegierte Stahlblechband vor dem Beschnitt langsam gezielt auf weniger als Martensitstarttemperatur des Stahlsubstrats abgekühlt, wodurch insbesondere bei abschreckhärtbaren bzw. vergütbaren Stählen die einfache Weiterverarbeitung zur Blechplatine möglich ist.
An dieser Stelle seien für das Verfahren besonders geeignete Stähle genannt, welche mit die Durchhärtbarkeit steigernden Legierungszusätzen wie Bor und Mangan versehen sind. Dazu gehören Mangan-Bor-Stähle, wie 22MnB5, 36MnB5, wie zum Beispiel MBW1500 bzw. MBW1900 oder Usibor 1500. Dazu ist es von Vorteil, wenn das Stahlsubstrat frei von Martensit vorliegt, das heißt, keine Abschreckhärtung zwischen erstem Erwärmungsschritt und Beschnitt stattfindet.
Weiterer Vorteil ist, dass dadurch eine zeitliche und räumliche Entkopplung beider Erwärmungsschritte und damit das Vorsehen jeweils für sich optimaler Produktionsdurchsätze bzw. Taktraten möglich werden.
Weiterhin kann vorgesehen werden, dass das durchlegierte Stahlblechband vor dem Beschnitt zwischengelagert wird. Dies bietet sich gerade dann an, wenn, wie oben beschrieben, der erste Erwärmungsschritt und der Beschnitt zur Blechplatine zeitlich oder räumlich getrennt werden.
Alternativ wird der erste Erwärmungsschritt in einer Erwärmungsanlage kontinuierlich im Durchlauf durchgeführt. Bei hohen Fertigungsdurchsatzmengen kann dies vorteilhaft sein, insbesondere bei einer Kopplung der ersten Erwärmung mit der Bandwalzlinie oder einer Lagervorrichtung für Platinen.
In diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, dass das durchlegierte Stahlblechband warmbeschnitten wird. Das aus der ersten Erwärmung heraus geförderte Stahlblechband wird dann im noch warmen Zustand direkt dem Beschnitt zugeführt, was einen besonders geringen Werkzeugverschleiß ermöglicht.
Eine alternative Ausgestaltungsvariante des vorliegenden Verfahrens sieht vor, dass zunächst das vorbeschichtete Stahlblechband zu einzelnen Platinen beschnitten wird. Die einzelnen Platinen sind somit vorbeschichtet, wobei anschließend in dem ersten Erwärmungsschritt die vorbeschichteten Platinen erwärmt werden. Entsprechend können dann auch die Platinen abgekühlt werden bzw. an Luft abkühlen.
Insbesondere erfolgt die Abkühlung nach dem ersten Erwärmungsschritt als passives Abkühlen, insbesondere an Luft. Hierzu können die Platinen in einem Platinenstapel langsam abkühlen oder auch anderweitig in einem Werkzeug oder Halterahmen fixiert werden.
Bezüglich der in dem ersten Erwärmungsschritt einzustellenden Parametern sieht die Erfindung für das vorbeschichtete Stahlblechband bzw. die vorbeschichtete Platine weiterhin vor, dass der erste Erwärmungsschritt bei einer Erwärmungstemperatur T1 und einer Haltezeit t1 durchgeführt wird, die folgenden Bedingungen genügt:

T1 in °C 950–Ac1 850–750 750–650 650–550 550–450

t1 in Minuten 2–3 3–4 5–10 15–20 25–35
Bevorzugt wird die Erwärmungstemperatur T1 von Ac1 bis 950°C für eine Haltezeit t1 von 2 bis 3 Minuten gehalten. Ac1 ist dabei die Starttemperatur, ab welcher sich Austenitgefüge auszubilden beginnt, das heißt, eine Rekristallisation stattfinden kann. Besonders bevorzugt ist dabei eine hohe erste Erwärmungstemperatur T1 oberhalb der Rekristallisationstemperatur Ac1 des Stahlsubstrats, da dann die Diffusionsprozesse besonders schnell und vollständig ablaufen können. Dazu trägt auch ein während der Erwärmung möglichst groß eingestellter Temperaturgradient zwischen Stahlblechband und innerer Kammer der Erwärmungsanlage bis zum vollständigen Erreichen der Erwärmungstemperatur bei.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird während des ersten Erwärmungsschritts das Stahlblechband bzw. die Platine vollständig erwärmt. Ein vollständiges Durchlegieren bzw. der Diffusionsprozess von Eisenatomen aus dem Stahlsubstrat in die Beschichtung hinein wird dadurch vereinfacht.
Der zweite Erwärmungsschritt wird dann bevorzugt in einer Zeit von weniger als 30 Sekunden durchgeführt. Hierfür wird insbesondere ein in der Blechplatine eingestellter Temperaturbereich zwischen der AC1 und der AC3 + 50°C Temperatur des verwendeten Werkstoffs gewählt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Stahlblechband oder eine Platine zum Warmformen mit einer Al-Si-Beschichtung auf seinen beiden Oberflächen. Durch den nebengeordneten Anspruch 12 wird der gegenständliche Aufgabenteil ausgehend vom anfangs beschriebenen Stand der Technik gelöst. Der davon abhängige Unteranspruch 13 ist eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Erfindung.
Es wird ein Stahlblechband oder eine Platine zum Warmformen mit einer Al-Si-Beschichtung auf seinen beiden Oberflächen vorgeschlagen, insbesondere als Zwischenprodukt des oben beschrieben Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass die Al-Si-Beschichtung mit Eisenatomen aus dem Stahlsubstrat gesättigt vorliegt und dadurch durchlegiert ist.
Die Schmelztemperatur der durchlegierten Beschichtung liegt dann weit oberhalb der Schmelztemperatur der Vorbeschichtung, aber auch weit oberhalb der Austenitisierungstemperatur, so dass auch ein besonders schneller zweiter Erwärmungsschritt dadurch erfolgen kann, dass ein deutlicher Temperaturgradient zwischen zweiter Erwärmungstemperatur der Blechplatine und Temperatur der Erwärmungsanlage eingestellt wird. Die daraus resultierende Aufheizzeit des zweiten Erwärmungsschritts vor dem Warmformen ist so nahezu beliebig klein wählbar, bevorzugt auf kleiner 3 Minuten, insbesondere kleiner 1 Minute, beispielsweise 5–20 Sekunden.
Weiterhin weist die Al-Si-Beschichtung des Stahlblechbandes bzw. der Platine eine Legierungsschichtstärke zwischen 10µm und 70µm, bevorzugt zwischen 15 und 40µm, insbesondere zwischen 15–20µm auf. Darunter ist ein im metallografischen Schliff erkennbares und messbares Maß zu verstehen zwischen Stahlsubstrat und Oberfläche bzw. oberster Schicht der Al-Si-Beschichtung. Bei dieser Legierungsschichtstärke ist eine ausreichende Schutzfunktion gegen Korrosion, Entkohlung und Umformabtrag sichergestellt, ohne dass die Diffusionsprozesse beim ersten Erwärmungsschritt unnötig viel Zeit in Anspruch nehmen.
Bevorzugt weist das Stahlsubstrat ferritisch-perlitische Gefügebestandteile in einem Anteil von mindestens 80 Prozent oder ein Mehrphasengefüge auf, wobei es im Wesentlichen frei von Martensit ist. Dadurch wird erreicht, dass der Beschnitt des Stahlblechbandes zur Blechplatine mit geringem Kraftaufwand erfolgt und der Werkzeugverschleiß minimiert wird.
Durch die Zugabe von Bor und Mangan als Legierungselemente wird die Aushärtbarkeit beim Warmformen und Presshärten zum Bauteil erhöht.
Besonders bevorzugt weist die Al-Si-Beschichtung des erfindungsgemäßen Stahlblechbandes bzw. der Platine bei Erwärmung mit Heizraten größer 20 Kelvin pro Sekunde von der Raumtemperatur auf die Erwärmungstemperatur folgenden Schichtaufbau auf, in der Reihenfolge von Stahlsubstrat zu Deckschicht:

• Fe₃Al-Schicht,
• FeAl Schicht,
• Mischschicht aus Bestandteilen von mehrheitlich FeAl₃ sowie FeAl,

wobei die Fe₃Al-Schicht dicker als die FeAl-Schicht und dünner als die Fe₃Al-Schicht ist. Wichtig dabei ist, dass keine ursprünglich vorhandene Al-Si-Schicht oder eine Oxidhaut in Form einer Al₂O₃-Schicht auf der Oberfläche existiert, da diese die Standzeit der Produktionsanlagen oder die Schweißbarkeit negativ beeinflussen.
Alternativ weist die Al-Si-Beschichtung bei besonders langsamer Erwärmung des erfindungsgemäßen Stahlblechbandes bzw. der Platine mit Heizraten zwischen 2 und 20 Kelvin pro Sekunde folgenden Schichtaufbau auf, in der Reihenfolge von Stahlsubstrat zu Deckschicht:

• Fe₃Al-Schicht,
• FeAl Schicht,
• FeAl₃ Schicht,
• FeAl Schicht,
• FeAl₃ Schicht.

Es folgt eine Beschreibung des Verfahrens anhand zweier Ausführungsvarianten gemäß 1 und 2 sowie gemäß 3 ein besonders vorteilhaftes Zeit-Temperaturfenster für den ersten Erwärmungsschritt. In 4 ist eine alternative Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
1 zeigt den Ablauf des Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsvariante. Hierbei wird ein bereits mit Aluminium-Silizium-Beschichtung vorbeschichtetes Stahlband 1 aus einer Bor-Mangan-Stahllegierung aufgewickelt, als Coil 2 bereitgestellt und sodann derart umgewickelt zu einem durchströmbaren Coil 3, dass sich zwischen einzelnen Stahlbandlagen ein geringer Abstand A einstellt. Anschließend erfolgt die Einbringung in eine sequenziell betriebene Erwärmungsanlage 10 mit einer äußeren Kammer 11 und einer inneren Kammer 12. Die Kammern 11, 12 sind gegeneinander und gegen die Umgebung isoliert. Die äußere Kammer 11 wird nach der Befüllung der Erwärmungsanlage 10 mit mehreren Coils 3 evakuiert und sodann das Heißgas über die Leitung 13 in die innere Kammer 12 eingeführt, wobei als Heißgas insbesondere molekularer Wasserstoff dient. Die Coils 3 liegen auf ihrer flachen Stirnseite übereinander und sind durch geeignete Tragwerke (nicht dargestellt) voneinander gut umströmbar beabstandet. Nach Erreichen der Erwärmungstemperatur, was durch die Beabstandung der einzelnen Blechlagen besonders schnell vonstatten geht, und Durchlaufen der definierten Haltezeit bei dieser Erwärmungstemperatur wird der Wasserstoff aus der inneren Kammer 12 entfernt und die Stahlblechbänder 6 gezielt langsam abgekühlt. Nach diesem ersten Erwärmungsschritt werden die durchlegierten Stahlblechbänder 6 entfernt und bevorzugt vor einem Transport in kompakte Form umgewickelt. Nach dem Transport bzw. einer Zwischenlagerung wird das durchlegierte Stahlblechband 6 vom Coil 3 abgewickelt und in einer Schneidanlage 20 zur Blechplatine 4 beschnitten. Dabei kann es sich um einen Kaltbeschnitt oder optional auch um einen Warmbeschnitt zwischen 200°C und Ac1-Temperatur handeln. Letzterer erlaubt ein einfacheres Handling vor, während und nach dem Beschnitt und einen geringen Schneidwerkzeugverschleiß.
Nach dem Beschnitt erfolgt der zweite Erwärmungsschritt in einer Erwärmungsanlage 30 auf wenigstens bereichsweise auf mindestens AC3 Austenitisierungstemperatur. Die Erwärmung und Haltezeit kann extrem kurz gewählt werden, beispielsweise in einer weit oberhalb von der Ac3-Temperatur betriebenen Ofenkammer oder einer weit oberhalb von der Ac3-Temperatur betriebenen beidseitigen Kontaktheizmassen. Auch eine schnelle direkte Brennererwärmung oder direkte Stromwiderstandserwärmung ist möglich. Die daraus resultierende Aufheizrate des zweiten Erwärmungsschritts vor dem Warmformen ist so nahezu beliebig klein wählbar, bevorzugt auf kleiner 3 Minuten, insbesondere kleiner 1 Minute, beispielsweise 5–20 Sekunden. Anschließend erfolgt die Verlagerung, bevorzugt in weniger als 3 Sekunden, in ein wenigstens partiell gekühltes Umformwerkzeug 41 innerhalb einer Pressanlage 40, wo die Blechplatine 4 warm umgeformt und wenigstens partiell abgeschreckt wird. Optional ist eine zweite Kühlstufe 42 in derselben Pressanlage vorgesehen, um eine weitere schnelle Abkühlung auf unterhalb 250°C durchzuführen. Durch das Abschrecken wird die geformte Blechplatine 4 gehärtet, wodurch sich im fertigen Bauteil 5 wenigstens partiell Zugfestigkeiten von mehr als 1.450 MPa und maximal bis zu 2.000 MPa einstellen. Die Bauteile 5 werden der Pressanlage 40 entnommen und in einem Behälter 50 abtransportiert bzw. gelagert.
Der in 2 dargestellte Verfahrensablauf gemäß einer zweiten Ausführungsvariante unterscheidet sich in zwei Punkten von der ersten Ausführungsform. Zunächst erfolgt ein erster Erwärmungsschritt des vorbeschichteten Stahlblechbandes 1 direkt nachgeschaltet zur Bandwalzanlage 60. Die Erwärmungsanlage 10‘ weist dafür eine Vielzahl von Umlenkmechanismen 14 in wenigstens eine inneren Kammer 12‘ auf, wodurch das Stahlblechband 1 eine definierte Erwärmung erfährt und der Platzbedarf sich auch für hohe Durchsatzmengen in Grenzen hält. Nach einer Haltezeit bei der Erwärmungstemperatur erfolgt die Durchführung des durchlegierten Stahlblechbandes 6 durch eine Kühlstrecke. Direkt nach der Erwärmungsanlage oder optional nach einer Zwischenlagerung bzw. einem Transport erfolgt der Platinenbeschnitt zur Blechplatine 4 in einer Beschnittanlage 20. Für den Fall des direkten Beschneidens kann bevorzugt die Restwärme des Stahlblechbands 6 ausgenutzt werden, um den Werkzeugverschleiß gering zu halten. Die Restwärme sollte dann zwischen 200°C und Ac1-Temperatur betragen.
Für den Fall der Zwischenlagerung im Behälter 50 und/oder des Transportes ist es zweckmäßig, das Stahlblechband 6 wiederum nach der Erwärmung wie in der ersten Ausführungsvariante aufzuwickeln. Ebenso sind der folgende zweite Erwärmungsschritt und die Warmumformung analog zur ersten Variante durchzuführen.
In 3 ist die Erwärmungstemperatur des ersten Erwärmungsschritts aufgetragen über der Haltezeit bei dieser Erwärmungstemperatur. Die Fläche B stellt ein breites Spektrum an Kombinationen der beiden wichtigen Parameter zum Diffusionsprozess bzw. zum Durchlegieren dar, wobei Fläche C schraffiert dargestellt einen bevorzugten Teilbereich von B kennzeichnet. Oberhalb der Rekristallisationstemperatur erfolgt die Diffusion in die Vorbeschichtung von Eisenatomen besonders schnell und vollständig. Die Obergrenze von etwa 950°C ergibt sich aus ökonomischen Gesichtspunkten aber auch aus der Tatsache heraus, dass die Haltezeit kaum noch weiter verkürzt werden kann. Auf der anderen Seite ist unterhalb Martensit-Start-Temperatur Ms von ca. 450°C der Diffusionsprozess zur Durchlegierung nicht mehr hinreichend.
4 zeigt den Verfahrensablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wonach zunächst das vorbeschichtete Stahlblechband 1 von einer Bandwalzanlage 60 bereitgestellt wird. Dieses wird dann in einer Beschnittanlage 20 zu einzelnen Blechplatinen 4 beschnitten. Die einzelnen Blechplatinen 4 werden dann in einer hier dargestellten Erwärmungseinrichtung 70 dem ersten Erwärmungsschritt unterzogen und dabei wird die Blechplatine 4 mit der Vorbeschichtung durchlegiert. Im Anschluss daran erfolgt insbesondere keine Abschreckung nach dem Durchlegieren, sondern die Abkühlung findet passiv an der Luft statt, beispielsweise in einem dargestellten Behälter 50. Die Blechplatine 4 kann dann zu ihrer weiteren Verarbeitung transportiert werden. Insbesondere wird dies durchgeführt in einer zweiten Erwärmungsanlage 30 und einer dieser nachgeschalteten Pressanlage 40, optional mit separatem Umformwerkzeug 41 und Kühlwerkzeug 42. Die so hergestellten Bauteile 5 können dann wiederum in einem Behälter 50 zwischengelagert werden.
Für die zweite Erwärmungsanlage 30 ist es erfindungsgemäß möglich, insbesondere eine Schnellerwärmung durchzuführen mittels beispielsweise einem Induktor, Kontakterwärmung, elektrischer Widerstandserwärmung, Übertemperaturofen oder Gasbrenner. Besonders bevorzugt erfolgt die zweite Erwärmung als Schnellerwärmung in einer Zeit von weniger als 30 Sekunden. Dies erlaubt insbesondere ein partielles oder vollständiges Erwärmen auf eine Temperatur zwischen AC3, AC3 + 50°C und AC1 bzw. größer AC3, wobei bevorzugt alle zu erwärmenden Bereiche, insbesondere die gesamte Platine auf AC3 Temperatur erwärmt wird. Alternativ ist vorgesehen, nur bereichsweise auf oberhalb AC3 zu erwärmen und andere Bereiche der Platine nicht oder bevorzugt nur auf weniger als AC1 zu erwärmen, um eine hohe Umformbarkeit in allen Bereichen zu ermöglichen. Hierdurch können vorhandene Durchlauföfen durch entsprechend kleinflächige Heizstationen oder aber vorhandene Öfen zentral zur entkoppelten Durchlegierung angeordnet werden. Weiterhin ist eine Kombination mit schnellen Pressen bzw. Transferpressen zur Taktzeitreduzierung möglich. Für die Varianten in den 1 und 2 gelten die Ausführungen zur zweiten Erwärmungsanlage 30 analog.
Bezugszeichenliste

1: Stahlblechband
2: Coil
3: durchströmbares Coil
4: Blechplatine
5: Bauteil
6: durchlegiertes Stahlblechband
10: Erwärmungsanlage
10‘: Erwärmungsanlage
11: Äußere Kammer
12: innere Kammer
12‘: innere Kammer
13: Leitung
14: Umlenkmechanismus
20: Beschnittanlage
30: zweite Erwärmungsanlage
40: Pressanlage
41: Umformwerkzeug
42: Kühlwerkzeug
50: Behälter
60: Bandwalzanlage
70: Erwärmungseinrichtung
A: Abstand
B: Fläche
C: Fläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008006771 B3 [0004]
DE 102009026251 A1 [0005]
DE 102009055317 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (5) aus einem mit einer AI-Si-Beschichtung überzogenen Stahlblechband (1), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – ein mit einer AI-Si-Vorbeschichtung überzogenes Stahlblechband (1) wird einem ersten Erwärmungsschritt unterzogen, wobei das wärmebehandelte Stahlblechband (6) nach dem ersten Erwärmungsschritt zu einer Blechplatine (4) beschnitten wird oder das mit einer AL-Si-Vorbeschichtung überzogene Stahlblechband (1) wird zu einer Blechplatine (4) beschnitten und anschließend die vorbeschichtete Blechplatine (4) einem ersten Erwärmungsschritt unterzogen, – die Blechplatine (4) wird in einem zweiten Erwärmungsschritt wenigstens bereichsweise auf eine oberhalb der Ac1-Temperatur liegende Erwärmungstemperatur erwärmt, bei der die Blechplatine wenigstens bereichsweise ein mindestens teilaustentisches Gefüge aufweist, – die wenigstens bereichsweise auf die Erwärmungstemperatur erwärmte Blechplatine (4) wird zu dem Bauteil (5) umgeformt und – das erhaltene Bauteil (5) wird kontrolliert abgekühlt, um wenigstens bereichsweise ein Härtegefüge zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur und die Dauer der Wärmebehandlung beim ersten Erwärmungsschritt so eingestellt werden, dass die AI-Si-Beschichtung vollständig mit Eisen des Stahls durchlegiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durchlegierte Stahlblechband (6) vor dem Beschnitt langsam gezielt auf weniger als Martensitstarttemperatur des Stahlsubstrats abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das durchlegierte Stahlblechband (6) vor dem Beschnitt zwischengelagert wird.
Verfahren nach wenigstens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Erwärmungsschritt in einer Erwärmungsanlage (10') kontinuierlich im Durchlauf durchgeführt wird.
Verfahren nach wenigstens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durchlegierte Stahlblechband (6) warmbeschnitten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Erwärmungsschritt in einer Erwärmungsanlage (10) sequenziell durchgeführt wird.
Verfahren nach wenigstens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Erwärmungsschritt in einer geregelten Atmosphäre durchgeführt wird, insbesondere in einer Wasserstoffatmosphäre.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblechband (1) oder die Blechplatine (4) in einer inneren Kammer (12) von erwärmten Gasmolekülen, insbesondere Wasserstoffmolekülen umströmt wird, wobei eine äußere Kammer (11) von der Umgebungsluft abgeschottet, insbesondere evakuiert, wird, bevor in der inneren Kammer (12) die Gasatmosphäre eingestellt wird.
Verfahren nach wenigstens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Erwärmungsschritt bei einer Erwärmungstemperatur T1 und einer Haltezeit t1 durchgeführt wird, die folgender Bedingung genügt T1 in °C 950–Ac1 850–750 750–650 650–550 550–450 t1 in Minuten 2–3 3–4 5–10 15–20 25–35,

wobei bevorzugt die Erwärmungstemperatur T1 von Ac1–950°C b für t1 von 2 bis 3 Minuten gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechplatine (4) nach dem ersten Erwärmungsschritt passiv an Luft abgekühlt wird, insbesondere lagefixiert, ganz besonders bevorzugt in einem Platinenstapel.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Erwärmungsschritt als Schnellerwärmung durchgeführt wird, in einer Zeit von weniger als 30 Sekunden.
Stahlblechband (6) oder Blechplatine (4) zum Warmformen mit einer Al-Si-Beschichtung auf seinen beiden Oberflächen, insbesondere als Zwischenprodukt des Verfahrens nach mindestens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Al-Si-Beschichtung mit Eisenatomen aus dem Stahlsubstrat gesättigt vorliegt und dadurch durchlegiert ist.
Stahlblechband (6) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlsubstrat ferritisch-perlitische Gefügebestandteile in einem Anteil von mindestens 80 Prozent oder ein Mehrphasengefüge aufweist und im Wesentlichen frei von Martensit ist.