DE102015118869A1 - Method for producing a corrosion protection coating for hardenable steel sheets and corrosion protection layer for hardenable steel sheets - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Korrosionsschutzbeschichtung für härtbare Stahlbleche, wobei zumindest zwei Metallschichten nacheinander auf dem Stahlsubstrat abgeschieden werden, wobei die eine Metallschicht eine Schicht aus Zink oder auf Basis von Zink ist und die andere Schicht eine Schicht aus einem Metall ist, das mit Zn oder Fe intermetallisch unedlere Phasen bildet und ein höheres Oxidationspotenzial hat als Zn, nämlich Ni, Cu, Co, Mn oder Mo, oder eine Schicht auf Basis dieser Metalle ist, sowie eine Korrosionsschutzschicht für härtbare Stahlbleche.The invention relates to a method for producing a corrosion protection coating for hardenable steel sheets, wherein at least two metal layers are sequentially deposited on the steel substrate, wherein the one metal layer is a layer of zinc or based on zinc and the other layer is a layer of a metal forms with Zn or Fe intermetallic less noble phases and has a higher oxidation potential than Zn, namely Ni, Cu, Co, Mn or Mo, or is a layer based on these metals, as well as a corrosion protection layer for hardenable steel sheets.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Korrosionsschutzbeschichtung für härtbare Stahlbleche und eine Korrosionsschutzschicht für härtbare Stahlbleche. The invention relates to a method for producing a corrosion protection coating for hardenable steel sheets and a corrosion protection layer for hardenable steel sheets.
Für das Härten von Stahlblechen bzw. das Erzeugen von Stahlblechbauteilen aus Stahlblech, die gehärtet sind, und insbesondere Karossieriebauteile, gibt es derzeit zwei gängige Verfahren. For the hardening of steel sheets or the production of sheet steel components made of sheet steel, which are hardened, and in particular Karossieriebauteile, there are currently two common methods.
Beiden Verfahren gemeinsam ist, dass aus einem Stahlmaterial durch Warmwalzen und üblicherweise auch anschließendes Kaltwalzen ein Stahlband erzeugt wird und das Stahlband anschließend kontinuierlich verzinkt wird. Das übliche Verzinkungsverfahren ist hierbei das Feuerverzinken, bei dem das Stahlband durch einen Trog mit flüssigem Zink geführt wird, wobei das flüssige Zink am Stahl anhaftet, das verzinkte Stahlband üblicherweise vertikal aus dem Trog gefördert wird und anschließend überflüssiges Zink mit Abstreiferdüsen abgestreift wird und das Band danach gegebenenfalls einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Das so erzeugte verzinkte Stahlband wird dann üblicherweise in Coils, d.h. aufgespult ausgeliefert. Common to both methods is that a steel strip is produced from a steel material by hot rolling and usually also subsequent cold rolling and the steel strip is subsequently continuously galvanized. The usual galvanizing in this case is the hot dip galvanizing, in which the steel strip is passed through a trough with liquid zinc, wherein the liquid zinc adheres to the steel, the galvanized steel strip is usually conveyed vertically from the trough and then superfluous zinc is stripped with Abstreiferdüsen and the tape then optionally subjected to a heat treatment. The galvanized steel strip thus produced is then usually placed in coils, i. wound up.
Um nun aus diesem Stahlband gehärtete Stahlblechbauteile zu erzeugen, werden aus dem Stahlband Platinen einer gewünschten Größe ausgestanzt und diese Platinen dann auf zwei unterschiedliche Arten weiterverarbeitet. In order to produce hardened steel sheet components from this steel strip, blanks of a desired size are punched out of the steel strip and these blanks are then further processed in two different ways.
Bei einem ersten Verfahren werden die Platinen in an sich üblicher Weise in einem mehrstufigen Prozess umgeformt und insbesondere tiefgezogen, bis das Bauteil in seiner endgültigen Erscheinungsform ausgeformt ist. Hierbei wird jedoch üblicherweise das Bauteil in allen drei Raumrichtungen etwa 2 % kleiner ausgebildet, um eine anschließende Wärmedehnung zu berücksichtigen. Anschließend wird dieses Blechbauteil auf eine Austenitisierungstemperatur, d. h. eine Temperatur oberhalb Ac3 aufgeheizt und gegebenenfalls gehalten, bis der Stahlwerkstoff in der austenitischen Phase vorliegt. Anschließend wird das erhitzte Stahlblechbauteil in ein Formhärtewerkzeug überführt und in dem Formhärtewerkzeug, in welches das erhitzte Stahlblechbauteil üblicherweise formschlüssig einsetzbar ist, von einer Matrize und einer Patrize gepresst gehalten, jedoch nicht wesentlich umgeformt. Durch das Anliegen der Matrize und der Patrize, die auch gekühlt sein können, wird das Stahlbauteil mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Härtegeschwindigkeit abgekühlt, was in einer Umwandlung des Austenits im Wesentlich zu Martensit resultiert und eine hohe Härte des Bauteils ergibt. In a first method, the boards are formed in a conventional manner in a multi-stage process and in particular deep-drawn until the component is formed in its final appearance. In this case, however, usually the component is formed smaller in all three spatial directions about 2% smaller, to take into account a subsequent thermal expansion. Subsequently, this sheet metal component is heated to an austenitizing temperature, ie a temperature above Ac 3 and optionally held until the steel material is present in the austenitic phase. Subsequently, the heated sheet steel component is transferred to a mold hardening tool and held in the mold hardening tool, in which the heated sheet steel component is usually used form-fitting, pressed by a die and a male part, but not substantially reshaped. Due to the abutment of the die and the male part, which may also be cooled, the steel component is cooled at a speed above the critical hardening rate, resulting in a transformation of the austenite substantially to martensite and results in a high hardness of the component.
Bei einem zweiten bekannten Verfahren wird die Platine direkt auf eine zum Härten notwendige Temperatur oberhalb Ac3 aufgeheizt und gegebenenfalls gehalten und anschließend in einem Werkzeug bestehend aus Matrize und Patrize in einem einstufigen Hub umgeformt und gleichzeitig durch das Anliegen des Werkzeugs am Werkstück so rasch abgekühlt, dass die oben skizzierte Härtung eintritt. Dieses Verfahren wird Presshärten genannt. In a second known method, the board is heated directly to a temperature required for curing above Ac 3 and optionally held and then formed in a tool consisting of female and male in a single-stage stroke and cooled simultaneously by the concern of the tool on the workpiece so quickly that the curing outlined above occurs. This process is called press hardening.
Das Formhärten ist dem Presshärten, was die möglichen Geometrien eines Bauteils betrifft überlegen, da in einem mehrstufigen Umformprozess kompliziertere oder komplexere Raumformen realisierbar sind, wobei während des einstufig umformenden Presshärtens nur vergleichsweise einfache Geometrien erzeugbar sind. Form hardening is superior to press hardening in terms of the possible geometries of a component, since more complicated or more complex spatial forms can be realized in a multi-stage forming process, wherein only comparatively simple geometries can be produced during single-stage forming press hardening.
Endergebnis beider Verfahren ist jedoch ein gehärtetes Stahlblechbauteil. However, the end result of both processes is a hardened sheet steel component.
Übliche Materialien für diese Stahlblechbauteile sind sogenannte Bor-Mangan-Stähle, insbesondere der hierfür am weitesten verbreitete 22MnB5. Common materials for these sheet steel components are so-called boron-manganese steels, in particular the 22MnB5 most widely used for this purpose.
Es ist bekannt, dass insbesondere beim Presshärteverfahren Probleme dahingehend auftreten können, dass flüssiges Zink mit dem im Stahlmaterial vorhandenen Austenit bei hohen Temperaturen Wechselwirkungen eingeht, die noch nicht ganz erklärbar sind, aber dazu führen, dass sich in den stark umgeformten Bereichen Risse bilden. Dieses Phänomen wird als sogenanntes "liquid metal embrittlement" bezeichnet. It is known that, in particular in the press hardening process, problems may arise in that liquid zinc interacts with the austenite present in the steel material at high temperatures which are not yet completely explainable, but cause cracks to form in the strongly deformed areas. This phenomenon is referred to as so-called "liquid metal embrittlement".
Es wurde bereits versucht diesem Phänomen dadurch entgegenzutreten, dass umwandlungsverzögerte Stahlsorten verwendet werden, welche auf hoher Temperatur austenitisiert werden, anschließend zwischengekühlt werden und durch dieses Zwischenkühlen Temperaturen erreichen, die unter der Schmelztemperatur der Zinkphasen in der Beschichtung liegen, und erst dann die Umformung durchzuführen. Durch die Umwandlungsverzögerung liegt selbst bei diesen relativ niedrigen Temperaturen das Eisen noch als Austenit vor, so dass eine zuverlässige Abschreckhärtung erzielt werden kann. It has already been attempted to counteract this phenomenon by using conversion-retarded steel grades which are austenitized at high temperature, then intercooled and, as a result of this intermediate cooling, reach temperatures below the melting point of the zinc phases in the coating, and only then carry out the transformation. Due to the conversion delay, even at these relatively low temperatures, the iron is still present as austenite, so that reliable quench hardening can be achieved.
Aus der
Aus der
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen gehärteter Stahlblechbauteile zu schaffen. The object of the invention is to provide a method for producing hardened sheet steel components.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. The object is achieved by a method having the features of claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet. Advantageous developments are characterized in the subclaims.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Korrosionsschutzschicht für härtbare Stahlbleche zu schaffen, welche bei gutem kathodischen Korrosionsschutz das liquid metal embrittlement vermindert oder sogar verhindert. It is a further object of the invention to provide a corrosion protection layer for hardenable steel sheets, which reduces or even prevents the liquid metal embrittlement with good cathodic protection against corrosion.
Die Aufgabe wird mit einer Korrosionsschutzschicht mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. The object is achieved with a corrosion protection layer having the features of claim 11.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet. Advantageous developments are characterized in dependent claims.
Erfindungsgemäß wird eine zumindest zweischichtige Korrosionsschutzschicht auf einem Stahlblech erzeugt, wobei hierbei entweder eine sehr dünne Nickelschicht von 1 µm elektrolytisch auf dem Stahl abgeschieden wird und anschließend eine Zinkschicht ebenfalls elektrolytisch auf der Nickelschicht abgeschieden wird, oder die dünne Nickelschicht über eine elektrolytische Abscheidung auf dem Stahlblech ausgebildet wird und anschließend eine Zinkschicht über Feuerverzinkung aufgebracht wird. Eine weitere Möglichkeit ist, auf ein normales feuerverzinktes Stahlblechband über eine entsprechende Nachbehandlung (coater) eine nickelhaltige Schicht aufzutragen. According to the invention, an at least two-layer corrosion protection layer is produced on a steel sheet, wherein either a very thin nickel layer of 1 .mu.m electrolytically deposited on the steel and then a zinc layer is also deposited electrolytically on the nickel layer, or the thin nickel layer via an electrodeposition on the steel sheet is formed and then a zinc layer is applied via hot dip galvanizing. Another possibility is to apply a nickel-containing layer to a normal hot-dip galvanized sheet steel strip via a corresponding after-treatment (coater).
Die Nickelschicht hat erfindungsgemäß etwa 1 µm Dicke, wenn sie über elektrolytische Abscheidung als erste Schicht aufgebracht wird. According to the invention, the nickel layer has a thickness of approximately 1 μm when applied as the first layer by means of electrolytic deposition.
Wird eine feuerverzinkte Zinkschicht nachbehandelt, besitzt die äußere nickelhaltige Schicht etwa 250 nm bis 700 nm Dicke. When a galvanized zinc layer is post-treated, the outer nickel-containing layer is about 250 nm to 700 nm thick.
Erfindungsgemäß hat sich überraschend herausgestellt, dass bei der erfindungsgemäßen Beschichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Schichtaufbau das Nickel in keiner Form eine Barriere gegen den Zutritt von flüssigem Zink zu dem Stahl bildet, vielmehr scheint das Nickel sehr schnell mit dem Zink und auch Eisen so zu reagieren, dass der Schmelzpunkt der gesamten Korrosionsschutzschicht sprunghaft ansteigt, da anstelle von Zink-Eisen-Γ-Phasen vermehrt Zink-Nickel-Eisen-Phasen gebildet werden, welche einen deutlich höheren Schmelzpunkt besitzen. Hierdurch wird erreicht, dass bei den Temperaturen, bei denen warmumgeformt und abschreckgehärtet wird, keine flüssigen Phasen vorliegen, die mit dem Austenit in Wechselwirkung treten könnten. Dies ist auch der Grund, warum erfindungsgemäß eine äußere aufgebrachte Nickelschicht in vergleichbarer Weise wirkt, wobei das Nickel, welches an der äußersten Oberfläche abgeschieden ist, derart schnell in die Korrosionsschutzschicht hineindiffundiert, dass die Erhöhung des Schmelzpunktes sichergestellt ist. According to the invention, it has surprisingly been found that in the coating according to the invention or the layer structure according to the invention the nickel in no form forms a barrier against the ingress of liquid zinc to the steel, but rather the nickel reacts very quickly with the zinc and also with iron. that the melting point of the entire corrosion protection layer increases sharply, since instead of zinc-iron-Γ-phases zinc-nickel-iron phases are increasingly formed, which have a much higher melting point. This ensures that at the temperatures at which thermoformed and quench hardened, there are no liquid phases that could interact with the austenite. This is also the reason why, according to the invention, an externally applied nickel layer acts in a comparable manner, with the nickel which is deposited on the outermost surface diffusing into the corrosion protection layer so rapidly that the increase in the melting point is ensured.
Erfindungsgemäß können anstelle von Nickel, oder Schichten auf Basis von Nickel, auch andere Elemente, die mit Zn oder Fe intermetallisch unedlere Phasen bilden und ein höheres Oxidationspotenzial haben als Zn, etwa Cu, Co, Mn oder Mo, verwendet werden, da durch Mangan, Molybdän, Kobalt und Kupfer die gleichen Effekte erzielt werden. "Auf Basis" bedeutet hierbei, dass diese Elemente überwiegend (> 50 Gew.-%) enthalten sind, aber weitere Elemente als Legierungselemente vorhanden sind. According to the invention, instead of nickel, or layers based on nickel, other elements which form intermetallic-less noble phases with Zn or Fe and have a higher oxidation potential than Zn, such as Cu, Co, Mn or Mo, may be used, since manganese, Molybdenum, cobalt and copper the same effects can be achieved. "Based on" here means that these elements predominantly (> 50 wt .-%) are included, but other elements are present as alloying elements.
Sowohl Nickel und Kobalt als auch Mangan oder Kupfer wirken nicht als physische Barriere gegen die Diffusion zwischen Zink und Eisen, sondern werden in der Zinkschmelze und in Zink-Eisen-Phasen gelöst und eingebaut. Bei einer zuvor aufgebrachten Nickelschicht und einer anschließenden Feuerverzinkung wird das Nickel bereits beim Verzinken von der Zinkschmelze zumindest angelöst. Both nickel and cobalt as well as manganese or copper do not act as a physical barrier against the diffusion of zinc and iron, but are dissolved and incorporated into the molten zinc and zinc-iron phases. In the case of a previously applied nickel layer and subsequent hot-dip galvanizing, the nickel is at least already dissolved by the zinc melt during galvanizing.
Bei einer Standardglühung zum Zwecke der Austenitisierung und anschließenden Umformung konnte festgestellt werden, dass sich eine ähnliche Phasenstruktur der Schicht ausbildet wie bei reinen feuerverzinkten Schichten (phs-Ultraform), wobei diese Phasenstruktur jedoch zinkreicher ist bzw. einen größeren Anteil an Γ-Phasen besitzt. Dass diese Phasen zinkreicher sind, ist für die kathodische Korrosionsschutzleistung der Schicht vorteilhaft. In a standard annealing for the purpose of austenitizing and subsequent forming could be found that forms a similar phase structure of the layer as in pure hot-dip galvanized layers (phs-Ultraform), but this phase structure is zinc-rich or has a greater proportion of Γ-phases. That these phases are more zinc-rich, is advantageous for the cathodic corrosion protection performance of the layer.
Dies wird noch dadurch unterstützt, dass sich eine sehr zinkreiche oberflächennahe Schicht bildet, die bei üblichen Feuerverzinkungsschichten bei der Standardglühung ohne Nickelzwischenschicht nicht beobachtet wird. This is further supported by the fact that a very zinc-rich near-surface layer is formed, which is not observed in standard hot-dip galvanizing in the standard annealing without nickel interlayer.
Die positive Wirkung des Nickels in der Schicht bzw. als separat aufgebrachte elektrolytische Schicht ergibt bei der Betrachtung von Biegeproben. Die Bildung von Rissen durch das liquid metal embrittlement wird eindrucksvoll verringert. The positive effect of the nickel in the layer or as a separately applied electrolytic layer results in the consideration of bending samples. The formation of cracks by the liquid metal embrittlement is impressively reduced.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen dabei: The invention will be explained by way of example with reference to a drawing. It shows:
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen von Stahlblechbauteilen kann entweder ein Presshärteverfahren oder ein Formhärteverfahren sein, also ein Verfahren, bei dem ein Stahlblechbauteil aufgeheizt wird und anschließend in einem Werkzeug abschreckgehärtet wird (Formhärten), oder ein Verfahren, bei dem eine Platine einstufig umgeformt und abschreckgehärtet wird (Presshärten). The method according to the invention for producing sheet steel components may be either a press hardening method or a shape hardening method, that is, a method in which a sheet steel member is heated and then quench hardened in a tool (mold hardening), or a method in which a board is single stage formed and quench hardened (press hardening).
Erfindungsgemäß wird ein Bor-Mangan-Stahl als Stahlwerkstoff für das Presshärten oder Formhärten verwendet, bei dem bezüglich der Umwandlung des Austenits in andere Phasen sich die Umwandlung in tiefere Bereiche verschieben kann und Martensit gebildet wird. According to the invention, a boron-manganese steel is used as the steel material for press-hardening or mold-hardening, in which, with regard to the transformation of the austenite into other phases, the transformation can shift into deeper regions and martensite is formed.
Als Umwandlungsverzögerer in derartigen Stählen, d. h. als Element, welches die Phasenumwandlung des Austenits zum Martensit zu tieferen Temperaturen verschiebt, sind insbesondere die Legierungselemente Bor, Mangan, Kohlenstoff und optional Chrom und Molybdän vorhanden. As a transformation retarder in such steels, i. H. As an element which shifts the phase transformation of austenite to martensite to lower temperatures, in particular the alloying elements boron, manganese, carbon and optionally chromium and molybdenum are present.
Für die Erfindung sind Stähle der allgemeinen Legierungszusammensetzung geeignet (alle Angaben in Gewichtsprozent):
Insbesondere als geeignet erwiesen haben sich Stahlanordnungen wie folgt (alle Angaben in Gewichtsprozent):
Damit sind insbesondere auch die herkömmlichen Stähle 22MnB5 bzw. 20MnB8 geeignet. Thus, in particular, the conventional steels 22MnB5 or 20MnB8 are suitable.
Durch die Einstellung der als Umwandlungsverzögerer wirkenden Legierungselemente wird eine Abschreckhärtung, d. h. die rasche Abkühlung mit einer über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegenden Abkühlgeschwindigkeit, auch noch unter 780°C sicher erreicht. Dies bedeutet, dass in diesem Fall unterhalb des Peritektikums des Systems Zink-Eisen gearbeitet wird, d. h. erst unterhalb des Peritektikums mechanische Spannungen aufgebracht werden. Dies bedeutet ferner, dass in dem Moment, in dem mechanische Spannungen aufgebracht werden, keine flüssigen Zinkphasen mehr vorhanden sind, welche mit Austenit in Kontakt kommen können. By adjusting the alloying elements acting as conversion retarders, quench hardening, i. H. rapid cooling with a cooling rate above the critical hardening speed, even at temperatures below 780 ° C. This means that in this case, below the peritectic system of the zinc-iron system is used, i. H. only below the peritectic mechanical stresses are applied. This also means that the moment in which mechanical stresses are applied, there are no longer any liquid zinc phases which can come into contact with austenite.
Eine erfindungsgemäße Korrosionsschutzschicht ist eine zumindest zweischichtig aufgebrachte Korrosionsschutzschicht, wobei auf ein Substrat aus einem härtbaren Stahlmaterial zumindest eine Nickelschicht und eine Zinkschicht aufgebracht werden. Anstelle einer Nickelschicht kann auch eine Mangan- oder Kupferschicht aufgebracht werden. A corrosion protection layer according to the invention is a corrosion protection layer applied at least in two layers, wherein at least one nickel layer and one zinc layer are applied to a substrate of a hardenable steel material. Instead of a nickel layer, a manganese or copper layer can also be applied.
Hierbei wird die Nickel-, Kupfer- oder Manganschicht vorzugsweise elektrolytisch aufgebracht. Die Zinkschicht kann elektrolytisch oder über ein Schmelztauchverfahren aufgebracht werden. In this case, the nickel, copper or manganese layer is preferably applied electrolytically. The zinc layer can be applied electrolytically or by a hot dip process.
Grundsätzlich ist es möglich, zuerst die Nickelschicht und anschließend eine Zinkschicht aufzubringen, wobei die nachträglich aufgebrachte Zinkschicht elektrolytisch oder im Schmelztauchverfahren aufgebracht wird. In principle, it is possible first to apply the nickel layer and then a zinc layer, wherein the subsequently applied zinc layer is applied electrolytically or by hot dip.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Zinkschicht als erste Schicht elektrolytisch oder über Schmelztauchverfahren aufzubringen und anschließend eine Nickelschicht hierauf an der äußersten Oberfläche aufzubringen und insbesondere elektrolytisch abzuscheiden. Another possibility is to apply the zinc layer as a first layer electrolytically or by hot dip method and then apply a nickel layer thereon to the outermost surface and in particular to deposit it electrolytically.
Wird hier von Nickel gesprochen, sind hiermit auch andere Elemente gemeint, die mit Zn oder Fe intermetallisch unedlere Phasen bilden und ein höheres Oxidationspotenzial haben als Zn, etwa Cu, Co, Mn oder Mo. As used herein, nickel refers to other elements that form intermetallic-less noble phases with Zn or Fe and have a higher oxidation potential than Zn, such as Cu, Co, Mn, or Mo.
Das Element Nickel wird hierbei stellvertretend auch für Kupfer und Mangan verwendet. The element nickel is hereby also used for copper and manganese.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass dementsprechend aufgebrachte metallische Schichten offenbar in den Phasenaufbau einer Korrosionsschutzschicht eingreifen, selbst aber keine Diffusionsbarriere darstellen. Deshalb ist die Erfindung auch dann wirksam, wenn die dünne Nickel-, Kupfer- oder Manganschicht auf einer Feuerverzinkungsschicht aufgebracht wird. Surprisingly, it has been found that correspondingly applied metallic layers obviously intervene in the phase structure of a corrosion protection layer, but themselves do not constitute a diffusion barrier. Therefore, the invention is effective even when the thin nickel, copper or manganese layer is applied to a hot dip galvanizing layer.
In
Bei dieser Schicht wird zunächst eine 1 µm dicke Nickelzwischenschicht auf das Stahlsubstrat aufgebracht und anschließend feuerverzinkt, wobei bei der Feuerverzinkung die Nickelzwischenschicht im Zinkbad gelöst wurde. In this layer, a 1 micron thick nickel intermediate layer is first applied to the steel substrate and then hot-dip galvanized, wherein the hot dip galvanizing the nickel intermediate layer was dissolved in the zinc bath.
Wenn eine derartige Schicht mit einer EDX-Elementverteilung gemessen wird, erkennt man in
Bezüglich des Nickels erkennt man, dass es eine Gleichverteilung innerhalb der Schicht geben muss, da keine klare farbliche Aussage bezüglich des Nickels vorhanden ist. Gleiches trifft für Aluminium zu, welches in der Zinkbeschichtung zur Feuerverzinkung enthalten ist. With regard to the nickel one recognizes that there must be an equal distribution within the layer, since there is no clear color statement regarding the nickel. The same applies to aluminum, which is included in the zinc coating for hot dip galvanizing.
In
Bei erfindungsgemäßen Beschichtungen bildet sich an der Oberfläche des Stahlsubstrats ein im Schliff zweiphasiger Aufbau mit einer hellen Phase, die von dunklen Flächen durchsetzt ist (
Eine Schicht nach
Bei der Verteilung des Eisens (
Bei Zink zeigt sich, dass dieses in der hellen Phase stark angereichert ist, während es in den dunklen Flächen in viel niedrigeren Konzentrationen vorhanden ist, so dass offensichtlich eine eisenreiche Phase als Knötchen bzw. rundliche Anreicherung in einer Zinkmatrix vorhanden ist. Zinc shows that it is highly enriched in the light phase, while it is present in much lower concentrations in the dark areas, so that apparently there is an iron-rich phase as nodules or roundish accumulation in a zinc matrix.
Das Nickel (
Mangan, welches im Grundstahlmaterial vorhanden ist, ist in der gesamten Schicht kaum vorhanden und lediglich im Substrat feststellbar. Manganese, which is present in the base steel material, is scarcely present in the entire layer and can only be detected in the substrate.
Bei einer vergleichbaren Schicht wurde die Elementverteilung in die Tiefe mit einem sogenannten EDX-Linescan (
Bei einer Beschichtung, die bei 800 °C geglüht wurde, 5 s Transferzeit hatte und anschließend pressgekühlt wurde, ergibt sich, wie in
Von einer ursprünglich vorhandenen Nickelschicht ist im Phasenaufbau nichts mehr zu erkennen. From an originally existing nickel layer is no longer visible in the phase structure.
Die positive Auswirkung des Nickels in der Schicht erkennt man bei Biegeproben mit einem Radius von 1,5 mm (
Während bei einer Nickelzwischenschicht von lediglich 0,5 µm (wobei durch die vollständige Lösung des Nickels in der Korrosionsschutzbeschichtung die Dicke der Nickelschicht lediglich auf die Menge des Nickels in der Schicht einen Einfluss hat). Bei 0,5 µm Nickel und 10 µm feuerverzinkter Schicht hierauf ergibt sich bei 870 °C Glühtemperatur, 45 s Haltezeit, 6 s Transferzeit und dementsprechendem Abkühlen in der Presse ein Rissbild, wie es in
Demgegenüber wird bei einer 1 µm dicken Nickelschicht und ansonsten gleichen Bedingungen ein ganz erheblich feineres Rissbild (
Die Erfindung ermöglicht es somit, über eine zusätzliche Nickelschicht einen Einfluss auf die Korrosionsschutzschicht basierend auf Zink zu nehmen, in der Art, dass diese Schicht beim Abkühlen offensichtlich schneller feste Phasen bildet, die dann beim Umformen nicht mit dem Austenit des Stahlsubstrats reagieren. The invention thus makes it possible to influence the corrosion protection layer based on zinc via an additional nickel layer, such that this layer evidently forms faster solid phases during cooling, which then do not react with the austenite of the steel substrate during forming.
Insbesondere in den zinkreichen hellen Phasen der Beschichtung löst sich mehr Nickel als in den dunklen eisenreichen Phasen, die von sich aus einen höheren Schmelzpunkt haben. In particular, in the zinc-rich bright phases of the coating, more nickel dissolves than in the dark iron-rich phases, which by themselves have a higher melting point.
Gegenüber einer einheitlich über Elektrolyse abgeschiedenen Zink-Nickel-Schicht hat die Erfindung den Vorteil, dass sie eine gemischte Aufbringung in elektrolytischen und Schmelztauchbeschichtungsverfahren ermöglicht. Ferner kann die Nickelschicht auf herkömmliche, bereits feuerverzinkte Bleche ohne weiteres aufgebracht werden, wobei hierfür sowohl elektrolytische Beschichtungen angewendet werden können als auch andere Beschichtungsverfahren, z. B. Walzenapplizierung, d.h. ein Walzenauftragsverfahren, wie beispielsweise ein Coil-Coating-Verfahren, bei dem eine nickelhaltige Schicht mit einer Dicke von 250 nm bis 700 nm aufgebracht wird. Compared with a zinc-nickel layer deposited uniformly via electrolysis, the invention has the advantage that it allows a mixed application in electrolytic and hot-dip coating processes. Furthermore, the nickel layer can be easily applied to conventional, already hot-dip galvanized sheets, for which purpose both electrolytic coatings can be used as well as other coating methods, for. B. roll application, i. a roll coating method, such as a coil coating method, in which a nickel-containing layer having a thickness of 250 nm to 700 nm is applied.
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