DE102017010175A1

DE102017010175A1 - Stahlflachprodukt und aus einem Stahlflachprodukt hergestelltes Stahlbauteil

Info

Publication number: DE102017010175A1
Application number: DE102017010175.2A
Authority: DE
Inventors: Nathalie Allain; Florian Claudel; Damien Close; Regis Lallement; Claas Felix Raschke; Nicolas Stein; Albert Tidu
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2019-05-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stahlflachprodukt (1), aufweisend eine Beschichtung (4), wobei die Beschichtung (4) aus einer Zinklegierung besteht, wobei die Zinklegierung eine Basis aus Zink sowie mindestens einen Legierungsbestandteil aufweist, wobei ein erster Legierungsbestandteil Molybdän ist, wobei der Legierungsbestandteil Molybdän mit einem Anteil von mindestens 0,5 % bis höchstens 4 % bezogen auf die Gesamtmasse der Beschichtung (4) in der Beschichtung (4) enthalten ist, und wobei die Beschichtung (4) fest an einer Oberfläche (2) eines Substrats (3) des Stahlfachprodukts (1) angebunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stahlflachprodukt sowie ein aus einem Stahlflachprodukt hergestelltes Stahlbauteil.
Stahlflachprodukte wie auch Stahlbauteile, welche aus einem Stahlflachprodukt hergestellt sind, sind bekannt. Stahlflachprodukte sind Halbzeuge, woraus, beispielsweise in der Automobilindustrie, Stahlbauteile, wie beispielsweise Motorhauben oder PKW-Türen, durch eine oder mehrere Kalt- oder Warmumformung(en) hergestellt werden können. Zum Schutz vor Korrosion weisen Stahlflachprodukte eine Beschichtung auf. Hierfür werden üblicherweise feuerverzinkte oder elektrolytisch verzinkte Beschichtungen vorgesehen, welche sich für Stahlflachprodukte in der Automobilindustrie etabliert haben. Diese Beschichtungen weisen einen hohen kathodischen Korrosionsschutz aufgrund ihrer niedrigen Korrosionspotenziale auf und sind kompatibel mit den darauffolgenden Lackierungsprozessen. Nachteilig hieran ist, dass reine Zinküberzüge für das Schweißen aufgrund der mit den Zinküberzügen verbundenen Gesundheits- und Umweltrisiken im Gaszustand nicht geeignet sind. Hingegen sind Zink-Eisen-Beschichtungen, auch als „galvannealed products“ bezeichnet, für eine Fügetechnik gut geeignet. Jedoch nachteilig an Zink-Eisen-Beschichtungen ist, dass sie eine geringere Korrosionsbeständigkeit als reine Zink-Beschichtungen aufweisen, da das Korrosionspotenzial im Vergleich zu reinem Zink erhöht ist. Weitere Beschichtungen aus Zink-Magnesium und Zink-Aluminium-Magnesium wurden entwickelt und bieten einen besseren Korrosionsschutz als reine Zink-Beschichtungen.
Neben der Korrosionsbeständigkeit ist eine gute Warm- oder Kaltumformbarkeit wichtig für eine möglichst breite Anwendbarkeit der entsprechenden Stahlflachprodukte. Insbesondere sind Stahlflachprodukte, beispielsweise aus 22MnB5-Stählen, mit einer feueraluminierten oder feuerverzinkten Beschichtung verbreitet in der Automobilindustrie, um pressgehärtete Stahlbauteile herzustellen. Nachteilig hieran ist, dass die feueraluminierte Beschichtung nur für das direkte Presshärten geeignet ist, da die Beschichtung eine geringe Kaltumformbarkeit bietet. Eine Reinigung der Bauteile ist nach dem Presshärten aber nicht erforderlich. Nachteilig ist jedoch, dass die feueraluminierten Beschichtungen keinen kathodischen Korrosionsschutz bieten. Feuerverzinkte Beschichtungen hingegen bieten einen hohen kathodischen Korrosionsschutz. Nachteilig an feuerverzinkten Stahlflachprodukten ist aber, dass sie für das direkte Presshärten nicht geeignet sind, da eine Rissbildung im Stahlflachprodukt aufgrund von Flüssigmetallversprödung („liquid metal embrittlement“, LME) entsteht. Aus diesem Grund sind feuerverzinkte pressgehärtete Stahlbauteile mit indirektem Presshärten herzustellen. Außerdem nachteilig hieran ist, dass im Anschluss an das indirekte Presshärten eine mechanische Reinigung durchgeführt werden muss, um eine gute Schweiß- und Lackierbarkeit der hergestellten Stahlbauteile zu ermöglichen. Dies führt weiterhin zu höheren Kosten als bei direkt pressgehärteten feueraluminierten Stahlflachprodukten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Stahlflachprodukt sowie ein aus dem Stahlflachprodukt hergestelltes Stahlbauteil zu schaffen, wobei die genannten Nachteile vermieden werden.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Stahlflachprodukt geschaffen wird, das eine Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung aus einer Zinklegierung besteht, wobei die Zinklegierung eine Basis aus Zink sowie mindestens einen Legierungsbestandteil aufweist, wobei ein erster Legierungsbestandteil Molybdän ist, und wobei der Legierungsbestandteil Molybdän in einem Anteil von mindestens 0,5 % bis höchstens 4 % bezogen auf die Gesamtmasse der Beschichtung (Masse-%) in der Beschichtung enthalten ist, und wobei die Beschichtung fest an einer Oberfläche eines Substrats des Stahlfachprodukts angebunden ist. Mit dem erfindungsgemäß beschichteten Stahlflachprodukt kann insbesondere eine deutlich verbessert Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu kommerziell feuerverzinkten Beschichtungen erreicht werden, bei gleichzeitig guter Lackhaftung, Phosphatierbarkeit sowie Benetzbarkeit. Weiterhin vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt ist eine sehr gute Kalt- sowie Warmumformbarkeit. Zusätzlich eignet sich das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt besonders zur Herstellung von pressgehärteten Stahlbauteilen bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung. Insbesondere erhöht ein Anteil von lediglich 0,5 % Molybdän bezogen auf die Gesamtmasse der Beschichtung die Korrosionsschutzeigenschaften um ca. 23 % im Vergleich zu einer Beschichtung aus reinem Zink nach einer galvanostatischen Auflösung. Untersuchungen haben außerdem gezeigt, dass Zink-Molybdän-Legierungen eine gute Haftung auf dem Substrat aufweisen. Weiterhin wird hierdurch vorteilhafterweise erreicht, dass die Warmumformbarkeit durch die Beschichtung des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts deutlich verbessert werden kann im Vergleich zu einer reinen Zink-Beschichtung, wobei dies durch eine Erhöhung der Schmelztemperatur der Beschichtung erreicht wird. Reines Zink hat eine Schmelztemperatur von 419,5 °C, wohingegen eine Zink-Molybdän-Beschichtung mit 1 % Molybdän in Bezug auf die Gesamtmasse der Beschichtung bereits eine Schmelztemperatur von 570 °C erreicht. Weiterhin kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass die Rissbildung aufgrund von LME vermieden wird.
Das Substrat weist vorzugsweise einen Stahl auf oder besteht aus Stahl.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Legierungsbestandteil Molybdän in einem Anteil von mindestens 2 % bis höchstens 4 %, vorzugsweise von mindestens 2,5 % bis höchstens 3,5 %, und vorzugsweise in einem Anteil von 3,5 %, bezogen auf die Gesamtmasse der Beschichtung in der Beschichtung enthalten ist. Besonders vorteilhaft hieran ist, dass die Beschichtung mit den genannten Anteilen an Molybdän einen besonders guten Korrosionsschutz sowie sehr gute Kalt- und Warmumformeigenschaften aufweist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass ein zweiter Legierungsbestandteil Mangan ist, wobei der Legierungsbestandteil Mangan in einem Anteil von höchstens 20 %, vorzugsweise mindestens 0,5 % bis höchstens 10 %, bezogen auf die Gesamtmasse der Beschichtung in der Beschichtung enthalten ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die guten Korrosionsschutzeigenschaften sowie guten Kalt- und Warmumformeigenschaften noch weiter verbessert werden können. Insbesondere erhöht ein Anteil von lediglich 0,5 % Molybdän und lediglich 0,5 % Mangan bezogen auf die Gesamtmasse der Beschichtung die Korrosionsschutzeigenschaft um 50 % im Vergleich zu einer Beschichtung aus reinem Zink nach galvanostatischer Auflösung. Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Beschichtung des erfindungsgemäßen Stahlflachproduktes besonders stabile Korrosionsprodukte ausbildet und darüber hinaus sich der kathodische Korrosionsschutz durch die Beschichtung mit einer Legierung aus Zink mit Molybdän und optional Mangan weiter erhöht.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das Stahlflachprodukt in mindestens einem Umformungsprozess umgeformt ist, wobei es den Umformungsprozess ohne Schäden, insbesondere ohne Rissbildung, an der Beschichtung durchläuft.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Umformungsprozess ein Kaltumformungsprozess bei Temperaturen von 15 °C bis 100 °C ist. Dies ist besonders in Bezug auf die Energieeffizienz vorteilhaft, da das Stahlflachprodukt für die Umformung nicht stark erhitzt werden muss.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass der Umformungsprozess ein Warmumformungsprozess bei Temperaturen von 100 °C bis 1000 °C oder ein Formhärtungsprozess bei Temperaturen von 800 °C bis 1100 °C ist.
Weiterhin wird durch das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt mit einer Zink-Molybdän-Beschichtung oder einer Zink-Molybdän-Mangan-Beschichtung vorteilhafterweise erreicht, dass die Verträglichkeit zu anderen Teilen der Karosserie erhöht wird, wobei Kontaktkorrosion vermieden werden kann. Auch die Verträglichkeit zu den Lackmaterialien wird erhöht, sodass hierdurch hohe optische Ansprüche erfüllt werden können, wobei insbesondere keine sichtbare Eisenkorrosion auf den (Lack-)Flächen sowie an den Kanten auftritt.
Zink-Molybdän-Beschichtungen wie auch Zink-Molybdän-Mangan-Beschichtungen können durch elektrolytische Verfahren abgeschieden werden. Die Abscheidung von Beschichtungen aus Zink-Molybdän und Zink-Molybdän-Mangan ist aus wässrigen Citratbädern möglich. Es ist jedoch auch technisch möglich, solche Beschichtungen mittels Schmelztauchverfahren oder anderer Verfahren wie physikalischer Gasphasenabscheidung (physical vapour deposition, kurz PVD), chemischer Gasphasenabscheidung (chemical vapour deposition, kurz CVD) oder Jet-Gasphasenabscheidung (jet vapour deposition, kurz JVD) herzustellen.
Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst, indem ein Stahlbauteil geschaffen wird, welches gekennzeichnet ist durch die Herstellung des Stahlbauteils aus einem erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt.
Es ergeben sich insbesondere die schon in Bezug auf das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt offenbarten Vorteile.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 einen Detailausschnitt eines vorteilhaften Stahlflachprodukts mit einer Beschichtung,
2 ein Beispiel für ein vorteilhaftes Stahlbauteil mit einer Beschichtung,
3 ein weiteres Beispiel für ein vorteilhaftes Stahlbauteil mit ebenfalls einer Beschichtung.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Stahlflachprodukts 1, wobei auf einer Oberfläche 2 eines Substrats 3 des Stahlflachprodukts 1 eine Beschichtung 4 angebunden ist, wobei die Beschichtung aus einer Zink-Molybdän-Legierung mit 2,5 % Molybdän in Bezug auf die Gesamtmasse der Beschichtung besteht.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Stahlflachprodukts 1 ist eine Beschichtung 4 aus einer Zink-Molybdän-Mangan-Legierung mit 3,5 % Molybdän und 20 % Mangan in Bezug auf die Gesamtmasse der Beschichtung vorgesehen.
2 zeigt schematisch ein aus einem vorteilhaften Stahlflachprodukt 1 hergestelltes Stahlbauteil 5, welches eine solche Beschichtung 4 gemäß einem der zuvor erwähnten Beispiele aufweist.
In 3 ist ein weiteres aus einem vorteilhaften Stahlflachprodukt 1 hergestelltes Stahlbauteil 5 gezeigt, welches eine solche Beschichtung 4 aufweist.

Claims

Stahlflachprodukt (1) aufweisend eine Beschichtung (4), wobei • die Beschichtung (4) aus einer Zinklegierung besteht, wobei • die Zinklegierung eine Basis aus Zink sowie mindestens einen Legierungsbestandteil aufweist, wobei • ein erster Legierungsbestandteil Molybdän ist, wobei • der Legierungsbestandteil Molybdän mit einem Anteil von mindestens 0,5 % bis höchstens 4 % bezogen auf die Gesamtmasse der Beschichtung (4) in der Beschichtung (4) enthalten ist, und wobei • die Beschichtung (4) fest an einer Oberfläche (2) eines Substrats (3) des Stahlfachprodukts (1) angebunden ist.
Stahlflachprodukt (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Legierungsbestandteil Molybdän mit einem Anteil von mindestens 2 % bis höchstens 4 %, vorzugsweise von mindestens 2,5 % bis höchstens 3,5 %, vorzugsweise mit einem Anteil von 3,5 %, bezogen auf die Gesamtmasse der Beschichtung (4) in der Beschichtung (4) enthalten ist.
Stahlflachprodukt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinklegierung als einen zweiten Legierungsbestandteil Mangan aufweist, wobei der Legierungsbestandteil Mangan mit einem Anteil von höchstens 20 %, vorzugsweise von mindestens 0,5 % bis höchstens 10 %, vorzugsweise von mindestens 0,5 % bis höchstens 10 %, bezogen auf die Gesamtmasse der Beschichtung (4) in der Beschichtung (4) enthalten ist.
Stahlflachprodukt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlflachprodukt (1) in mindestens einem Umformungsprozess umgeformt ist.
Stahlflachprodukt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformungsprozess ein Kaltumformungsprozess bei einer Temperatur von 15° C bis 100 °C ist.
Stahlflachprodukt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformungsprozess ein Warmumformungsprozess bei einer Temperatur von 100 °C bis 1000 °C oder ein Formhärtungsprozess bei einer Temperatur von 800 °C bis 1100 °C ist.
Stahlbauteil (5), gekennzeichnet durch die Herstellung des Stahlbauteils (5) aus einem Stahlflachprodukt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.