DE102017218434A1 - Emaillieren von höherfesten Stählen - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem Stahl, die an der Außenseite eine Emaille-Schicht aufweist, ein entsprechendes Formteil, sowie die Verwendung des Formteils zur Herstellung von Rohrleitungen, Druckbehältern, Reaktoren oder im Apparatebau, insbesondere zum Transport von wässrigen und/oder korrosiven Medien.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem Stahl, die an der Außenseite eine Emaille-Schicht aufweist, ein entsprechendes Formteil, sowie die Verwendung des Formteils zur Herstellung von Rohrleitungen, Druckbehältern, Reaktoren oder im Apparatebau, insbesondere zum Transport von wässrigen und/oder korrosiven Medien.
  • Technischer Hintergrund
  • Emaillierte Stähle werden in verschiedensten Bereichen eingesetzt, wobei eine aufgebrachte Emaille-Schicht Funktionen wie Korrosionsschutz, Abriebfestigkeit, Feuerfestigkeit oder Temperaturwechselbeständigkeit auf den als Substrat verwendeten Stahlwerkstoff übertragen soll. Unabhängig vom angewendeten Verfahren zur Applikation einer Emaille-Schicht (Nass- oder Trockenauftrag) werden mit Blick auf die chemische Zusammensetzung eingesetzter Stähle sehr niedrige Gehalte für verschiedene Legierungselemente wie Kohlenstoff oder Mangan benötigt, um eine qualitativ gute Haftung auf dem Substrat und eine einwandfreie Ausbildung der Emaille Schicht zu gewährleisten. Typische für diese Anwendungen eingesetzte Stähle zeichnen sich durch geringe Kohlenstoffgehalte und geringe Mangangehalte aus. Hierdurch bedingt liegen ihre Zugfestigkeit bei unter 500 MPa und ihre Streckgrenze unter 500 MPa.
  • Des Weiteren werden in industriellen Anlagen unterschiedlichste Medien in Rohrleitungen und Behältern transportiert bzw. gelagert. Hierbei können die Medien korrosiv sein, sie können unter Prozessbedingungen eine erhöhte Temperatur aufweisen, es ist mit einem erhöhten Druck innerhalb der Anlage zu rechnen und/oder sie können abrasiv wirkende Bestandteile enthalten. Um diesen Einsatzbedingungen standhalten zu können, werden heutzutage in der Regel für Rohrleitungssysteme und Behälter chemisch beständige RSH-Stähle eingesetzt, die diesen Bedingungen, zumindest temporär, standhalten. Die Standzeit, bis Teile eines solchen Systems aufgrund von Korrosion und/oder Verschleiß ausgetauscht werden müssen, ist ein Faktor, der die Wirtschaftlichkeit einer Anlage mitbestimmt. Weiterhin zeichnen sich die in diesen Bereichen eingesetzten chemisch beständigen Stähle (Cr, Ni, Mo) durch hohe Materialkosten aus. Der Einsatz von kostengünstigen C-Stählen ist in vielen Fällen nicht möglich, da sie keine Beständigkeit gegenüber chemisch und / oder abrasiv angreifenden Medien besitzen.
  • Eine Beständigkeit gegenüber derartigen Medien könnte durch den Einsatz einer Emaillierung erreicht werden. Es scheitert aber letztendlich daran, dass die zum Emaillieren einsetzbaren Stähle im Allgemeinen nur sehr geringe Festigkeiten aufweisen und so den mechanischen Anforderungen nicht genügen können.
  • DE 10 2005 006 606 B3 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Stahlflachprodukten, die aus wenigstens zwei Lagen bestehen, wobei durch die unterschiedlichen Materialien in den einzelnen Lagen die Eigenschaften der einzelnen Materialien kombiniert werden können, beispielsweise hohe Verschleißfestigkeit und gute Umformbarkeit.
  • DE 1 145 890 offenbart Formteile, die aus einem zweilagigen Material bestehen, wobei jeweils eine Seite der Formteile mit einer Emaille-Beschichtung versehen ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Formteil bereitzustellen, welches widerstandsfähig gegenüber korrosiven und/oder abrasiven Medien ist. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Formteils bereitzustellen, bei dem die Ausbildung der Emaille-Schicht und die Ausbildung des für die Zugfestigkeit des Materials verantwortlichen Gefüges in möglichst wenigen Verfahrensschritten erfolgen können.
  • Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem Stahl, die an der Außenseite eine Emaille-Schicht aufweist, umfassend wenigstens die folgenden Schritte:
    1. (A) Herstellen eines Stahlflachproduktes mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl,
    2. (B) Umformen des Stahlflachproduktes aus Schritt (A), um ein Formteil zu erhalten,
    3. (C) Aufbringen einer Vorläuferzusammensetzung der Emaille-Schicht auf die Außenseite des emaillierfähigen Stahls,
    4. (D) Erhitzen des Formteils aus Schritt (C) auf eine Temperatur von 400 bis 1000 °C, um die Vorläuferzusammensetzung der Emaille-Schicht in die Emaille-Schicht zu überführen,
    5. (E) Abkühlen des mit einer Emaille-Schicht versehenen Formteils aus Schritt (D) mit einer Abkühlstrategie, so dass sich in der Lage aus dem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl ein Ein- oder Mehrphasengefüge mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ausbildet.
  • Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden des Weiteren gelöst durch ein entsprechendes Formteil, sowie die Verwendung des Formteils zur Herstellung von Rohrleitungen, Druckbehältern, Reaktoren oder im Apparatebau, insbesondere zum Transport von wässrigen und/oder korrosiven Medien.
  • Die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden detailliert beschrieben.
  • Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft das Herstellen eines Stahlflachproduktes mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Festigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl.
  • In Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Stahlflachprodukt hergestellt umfassend wenigstens die zwei oben genannten unterschiedlichen Lagen. Bevorzugt wird erfindungsgemäß in Schritt (A) ein Stahlflachprodukt hergestellt, welches aus den beiden genannten Lagen besteht. In einer weiteren Ausführungsform wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Stahlflachprodukt hergestellt, welches wenigstens drei Lagen umfasst, wobei es weiter bevorzugt eine mittlere Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und an den Außenseiten jeweils eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl umfasst. In einer weiteren Ausführungsform wird erfindungsgemäß ein Stahlflachprodukt hergestellt, welches mehr als drei Lagen umfasst, beispielsweise 4, 5 oder 6 Lagen, wobei wenigstens eine Außenseite des Stahlflachprodukts eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl umfasst. Die einzelnen Lagen können sich dabei durch ihre Eigenschaften wie Mechanik, Duktilität etc. auszeichnen.
  • Im Prinzip kann erfindungsgemäß als Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, jedes dem Fachmann bekannte Material eingesetzt werden, welches durch das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere durch den erfindungsgemäßen Schritt (E), in einen höherfesten Stahl überführt werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet „höherfester Stahl“, dass dieser eine Festigkeit von mindestens 500 MPa, bevorzugt mindestens 800 MPa, aufweist. Die Festigkeit wird dabei im Zugversuche gemäß DIN EN ISO 6892 Teil 1 von 2016 bestimmt. Die Obergrenze für die Festigkeit liegt beispielsweise bei 1500 MPa. Des Weiteren weist der erfindungsgemäß eingesetzte höherfeste Stahl eine Härte von mindestens 160 HV auf. Diese Härte kann durch das Verfahren gemäß der DIN EN ISO 6507 Teil 1 von 2006 bestimmt werden.
  • Bevorzugt enthält das Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen (alle Angaben in Gew.-%)
    • 0,01 bis 0,35, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,28, C,
    • 0,10 bis 2,5, besonders bevorzugt 0,5 bis 1,5, Si,
    • 0,5 bis 3,00, besonders bevorzugt 0,5 bis 2,5 Mn,
    • 0,001 bis 0,15, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,12 P,
    • 0,001 bis 0,1, besonders bevorzugt 0,001 bis 0,003, S,
    • 0,001 bis 3,00, besonders bevorzugt 0,001 bis 2,00, Al,
    • bis zu 0,1, besonders bevorzugt bis zu 0,01, B,
    • bis zu 1,0, besonders bevorzugt bis zu 0,5, V,
    • bis zu 1,0, besonders bevorzugt bis 0,8, Cr,
    • bis zu 1,0, besonders bevorzugt bis zu 0,5, Mo,
    • bis zu 0,5, besonders bevorzugt bis zu 0,2, Nb und
    • bis zu 0,8, besonders bevorzugt bis zu 0,4, Ti.
  • Im Prinzip kann erfindungsgemäß als emaillierfähiger Stahl jeder dem Fachmann bekannte Stahl, der emailliert werden kann, eingesetzt werden.
  • Bevorzugt enthält der erfindungsgemäß eingesetzte emaillierfähige Stahl neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen (alle Angaben in Gew.-%)
    • 0,001 bis 0,1, bevorzugt 0,005 bis 0,06, C,
    • bis zu 0,1, bevorzugt bis zu 0,04, Si,
    • 0,1 bis 1,0, bevorzugt 0,2 bis 0,35, Mn,
    • bis zu 0,1, bevorzugt bis zu 0,05, P,
    • bis zu 0,1, bevorzugt bis zu 0,04, S,
    • 0,001 bis 0,1, bevorzugt 0,008 bis 0,06, Al,
    • bis zu 0,1, bevorzugt bis zu 0,06, Cr,
    • bis zu 0,1, bevorzugt bis 0,08, Cu
    • bis zu 0,1, bevorzugt bis zu 0,02, Mo,
    • 0,0001 bis 0,01, bevorzugt 0,0025 bis 0,0065, N,
    • bis zu 0,1, bevorzugt bis zu 0,09, Ni,
    • bis zu 0,01, bevorzugt bis zu 0,005, Nb,
    • 0,001 bis 0,15, bevorzugt 0,003 bis 0,124, Ti,
    • bis zu 0,001, bevorzugt bis zu 0,0006, B,
    • bis zu 0,05, bevorzugt bis zu 0,03, As,
    • bis zu 0,05, bevorzugt bis zu 0,03, Sn,
    • bis zu 0,05, bevorzugt bis zu 0,01, Co und
    • bis zu 0,01, bevorzugt bis zu 0,05 Ca.
  • Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann prinzipiell nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen, durch die gewährleistet wird, dass sich zwischen den einzelnen Lagen ein form- und/oder stoffschlüssiger Verbund ausbildet, beispielsweise Walzplattieren, warm oder kalt. Ein bevorzugtes Verfahren, mit dem Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden kann, wird beispielsweise in der DE 10 2005 006 606 B3 offenbart.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft in einer bevorzugten Ausführungsform das erfindungsgemäße Verfahren, wobei Schritt (A) erfolgt, indem
    • (A11) wenigstens eine quaderförmige Platte aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine quaderförmige Platte aus einem emaillierfähigen Stahl aufeinander gelegt werden,
    • (A21) die wenigstens zwei Platten miteinander zu einem Plattenpaket verschweißt werden,
    • (A31) das Plattenpaket erwärmt wird und
    • (A41) das erwärmte Plattenpaket zu einem Stahlflachprodukt mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl gewalzt wird.
  • Schritt (A11) erfolgt dabei bevorzugt, indem quaderförmige Platten eingesetzt werden, die beispielsweise durch Vorblocken oder durch Vorwalzen von Brammen hergestellt worden sind. Auch ist es erfindungsgemäß denkbar, als Plattenmaterial direkt Brammen von größerer Dicke zu verwenden. Bevorzugt werden die im aufeinander gelegten Zustand einander zugeordneten Oberflächen der Platten vor dem Aufeinanderlegen einer Reinigung und ggf. einer abtragenden Oberflächenbehandlung unterzogen, um die Oberflächenform der einen Platte an die Oberflächenform der anderen Platte derart anzupassen, dass die beiden Oberflächen bei aufeinander liegenden Platten im Wesentlichen dicht aufeinander liegen. Die reinigende Bearbeitung der Plattenoberflächen kann dabei dadurch erfolgen, dass die Oberflächen der Platten zum Entfernen von Zunder gebeizt oder zum Entfernen von losen oder schwach haftenden Partikeln gebürstet, gestrahlt werden, beispielsweise mit einem Strahlmedium wie Kugeln, Sand und/oder Kies. Alternativ oder ergänzend dazu kann die abtragende Bearbeitung der Oberflächen auch spanabhebend, beispielsweise durch Schleifen oder Hobeln, erfolgen.
  • Schritt (A21) wird bevorzugt durchgeführt, indem die Platten möglichst weitgehend dicht und mit möglichst vollflächigem Kontakt aufeinander liegen und die relative Lage der Platten durch Verschweißen fixiert wird. Ein weitest gehender Ausschluss von Lufteinschlüssen zwischen den Platten kann dabei dadurch unterstützt werden, dass die aufeinander liegenden Platten des Plattenpakets vor und während des Schweißens gegeneinander gepresst werden. Eventuell zuvor noch zwischen den Platten vorhandene Gase, insbesondere Luft, können so vertrieben werden, so dass im Zuge des Warmwalzens die Erzeugung einer vollflächigen, optimalen Verbindung zwischen den jeweiligen Fügepartnern gewährleistet ist. Die Verschweißung wird bevorzugt so ausgeführt, dass die Platten des Plattenpakets gasdicht miteinander verschweißt sind. Dies hat den Vorteil, dass auch im Nachhinein, beispielsweise als Folge eines Verzugs der Platten bei ihrem Transport, keine Luft oder andere störenden Gase zwischen die Platten des Plattenpakets geraten können.
  • Schritt (A31) erfolgt bevorzugt, indem das nach dem Schweißen erhaltene Plattenpaket auf eine Warmwalzanfangstemperatur erwärmt, die bevorzugt bei 1100 bis 1300 °C liegt. Abhängig von den jeweils verarbeiteten Stahltypen kann die Erwärmung bevorzugt bei 1200 bis 1300 °C durchgeführt werden.
  • Schritt (A41) wird bevorzugt durchgeführt, indem der gemäß Schritt (A31) erwärmte Plattenstapel anschließend warmgewalzt wird. Das Warmwalzen kann nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Bevorzugt wird das Plattenpaket zu einem Warmband mit einer Dicke gewalzt, die es ermöglicht, das erhaltene Warmband zu einem Coil zu haspeln. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens als Stahlflachprodukt ein Warmband bereitgestellt. Das so erhaltene Warmband weist beispielsweise eine Dicke von 1,5 bis 12 mm auf.
  • Dadurch, dass das mehrlagige Stahlflachprodukt in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt hergestellt wird, indem die einzelnen Lagen unter Wärmeeinwirkung gewalzt werden, findet an den Grenzflächen der einzelnen Lagen eine Diffusion der Legierungselemente in die jeweils angrenzende Lage statt, insbesondere der Legierungselemente C, N etc. Dadurch liegt zwischen den einzelnen Lagen erfindungsgemäß keine scharf definierte Grenze vor, sondern es bildet sich ein Grenzbereich aus, in dem es aufgrund der beschriebenen Diffusion zu einer entsprechenden Verteilung der Legierungselemente gekommen ist. Dem Fachmann ist dieser Umstand bekannt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt Schritt (A), indem
    • (A12) wenigstens ein quaderförmiger Block aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV in eine Kokille eingebracht wird, so dass er sowohl zentriert als auch exzentrisch in die Kokille positioniert sein kann,
    • (A22) der Block in der Kokille mit einer Schmelze eines emaillierfähigen Stahls, bevorzugt allseitig, umgossen wird,
    • (A32) das Gusspaket erwärmt wird und
    • (A42) das erwärmte Gusspaket zu einem Stahlflachprodukt mit wenigstens drei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV und wenigstens zwei Lagen aus einem emaillierfähigen Stahl gewalzt wird.
  • Wird das Stahlflachprodukt gemäß dem Verfahren umfassend die Schritte (A12), (A22), (A32) und (A42) hergestellt, so wird ein Stahlflachprodukt ausgebildet, bei dem bevorzugt nach dem Walzen auch an den Bandkanten emaillierfähiger Stahl vorliegt, da der Block in Schritt (A22) bevorzugt allseitig umgossen wird, während dies bei dem Verfahren umfassend die Schritte (A11), (A21), (A31) und (A41) nicht der Fall ist.
  • In dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform von Schritt (A) umfassend die Schritte (A12), (A22), (A32) und (A42) wird ein Warmband bereitgestellt. Das so erhaltene Warmband weist beispielsweise eine Dicke von 1,5 bis 12 mm auf.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt (A) ein Kaltband bereitgestellt. Dazu wird in einer weiter bevorzugten Ausführungsform das gemäß den Schritten (A11) bis (A41) oder (A12) bis (A42) hergestellte Warmband nach dem Fachmann bekannten Verfahren kaltgewalzt. Das so erhaltene Kaltband weist bevorzugt eine Dicke von 0,8 bis 2 mm auf.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäß erzeugte Stahlflachprodukt ein Grobblech. Dieses kann nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren erzeugt werden. Das Grobblech weist beispielsweise eine Dicke von 3 bis 15 mm auf.
  • Das in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Stahlflachprodukt ist daher bevorzugt ein Warmband, ein Kaltband oder ein Grobblech.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren das erfindungsgemäße Verfahren, wobei ein Stahlflachprodukt mit zwei Lagen umfassend eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl, eingesetzt wird.
  • Erfindungsgemäß bevorzugt wird in Schritt (A) des Verfahrens ein zweilagiges Stahlflachprodukt bereitgestellt, wobei die eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, eine Dicke von mindestens 80%, bevorzugt mindestens 85%, besonders bevorzugt mindestens 90%, ganz besonders bevorzugt mindestens 95%, und die eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl eine Dicke von höchstens 20%, bevorzugt höchstens 15%, besonders bevorzugt höchstens 10%, ganz besonders bevorzugt höchstens 5% jeweils bezogen auf die Gesamtdicke des Stahlflachprodukts, aufweist, wobei die Summe der Dicken der zwei Lagen jeweils 100% ergibt.
  • Diese Dickenverteilung findet sich auch entsprechend in dem erfindungsgemäß hergestellten zweilagigen Formteil wieder. Erfindungsgemäß bevorzugt wird daher ein Formteil hergestellt, wobei die eine Lage aus dem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, eine Dicke von mindestens 80%, bevorzugt mindestens 85%, besonders bevorzugt mindestens 90%, ganz besonders bevorzugt mindestens 95%, aufweist, und die eine Lage aus einem Stahl, der an der Außenseite eine Emaille-Schicht aufweist, eine Dicke von höchstens 20%, bevorzugt höchstens 15%, besonders bevorzugt höchstens 10%, ganz besonders bevorzugt höchstens 5%, jeweils bezogen auf die Gesamtdicke des Formteil, aufweist, wobei die Summe der Dicken der zwei Lagen jeweils 100% ergibt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei ein Stahlflachprodukt mit drei Lagen umfassend eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und zwei Lagen aus emaillierfähigem Stahl eingesetzt wird, wobei die Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, zwischen den zwei Lagen aus emaillierfähigem Stahl vorliegt.
  • Für den bevorzugten Fall, dass in Schritt (A) ein dreilagiges Stahlflachprodukt bereitgestellt wird, weist die eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, welche in der Mitte vorliegt, eine Dicke von mindestens 60%, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 90%, auf, und die beiden Lagen aus einem emaillierfähigen Stahl, die an den Außenseiten vorliegen, weisen zusammen eine Dicke von jeweils höchstens 20%, bevorzugt jeweils höchstens 15%, besonders bevorzugt jeweils höchstens 10%, ganz besonders bevorzugt jeweils höchstens 5%, jeweils bezogen auf die Gesamtdicke des Stahlflachprodukts, auf, wobei die Summe der Dicken der drei Lagen jeweils 100% ergibt.
  • Diese Dickenverteilung findet sich auch entsprechend in dem erfindungsgemäß hergestellten Formteil wieder. Daher betrifft die vorliegende Erfindung bevorzugt ein dreilagiges Formteil, wobei die Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, welche in der Mitte vorliegt, eine Dicke von mindestens 60%, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80%, ganz besonders bevorzugt mindestens 90%, aufweist, und die beiden Lagen aus einem Stahl, die an der Außenseite Emaille-Schichten aufweisen, zusammen eine Dicke von jeweils höchstens 20%, bevorzugt jeweils höchstens 15%, besonders bevorzugt jeweils höchstens 10%, ganz besonders bevorzugt jeweils höchstens 5%, jeweils bezogen auf die Gesamtdicke des Formteils, aufweisen, wobei die Summe der Dicken der drei Lagen jeweils 100% ergibt.
  • Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass bei einem dreilagigen Aufbau die beiden Lagen aus emaillierfähigem Stahl unterschiedliche Dicken aufweisen, d.h., dass ein asymmetrischer Aufbau vorliegt.
  • Für diese bevorzugten Fall, dass in Schritt (A) ein dreilagiges Stahlflachprodukt mit asymmetrischem Aufbau bereitgestellt wird, weist die eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, welche in der Mitte vorliegt, eine Dicke von mindestens 60%, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80%, ganz besonders bevorzugt mindestens 90%, auf, und die eine der beiden Lagen aus einem emaillierfähigen Stahl, die an den Außenseiten vorliegt, weist jeweils eine Dicke von höchstens 20%, bevorzugt jeweils höchstens 15%, besonders bevorzugt jeweils höchstens 10%, ganz besonders bevorzugt jeweils höchstens 5%, und die zweite der beiden Lagen aus einem emaillierfähigen Stahl, die an den Außenseiten vorliegt, weist jeweils eine Dicke von höchstens 20%, bevorzugt jeweils höchstens 15%, besonders bevorzugt jeweils höchstens 10%, besonders bevorzugt jeweils höchstens 5%, jeweils bezogen auf die Gesamtdicke des Stahlflachprodukts, auf, wobei die Summe der Dicken der drei Lagen jeweils 100% ergibt und die beiden Lagen, die an den Außenseiten liegen, unterschiedliche Dicken aufweisen.
  • Diese Dickenverteilung findet sich auch entsprechend in dem erfindungsgemäß hergestellten Formteil wieder. Daher betrifft die vorliegende Erfindung bevorzugt ein dreilagiges Formteil, wobei die Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, welche in der Mitte vorliegt, eine Dicke von mindestens 60%, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80%, ganz besonders bevorzugt mindestens 90%, aufweist, und die eins der beiden Lagen aus einem emaillierfähigen Stahl, die an den Außenseiten vorliegt, weist jeweils eine Dicke von höchstens 20%, bevorzugt jeweils höchstens 15%, besonders bevorzugt jeweils höchstens 10%, ganz besonders bevorzugt jeweils höchstens 5%,und die zweite der beiden Lagen aus einem emaillierfähigen Stahl, die an den Außenseiten vorliegt, weist jeweils eine Dicke von höchstens 20%, bevorzugt jeweils höchstens 15%, besonders bevorzugt jeweils höchstens 10%, ganz besonders bevorzugt jeweils höchstens 5%, wobei die Summe der Dicken der drei Lagen jeweils 100% ergibt und die beiden Lagen, die an den Außenseiten liegen, unterschiedliche Dicken aufweisen.
  • Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Umformen des Stahlflachproduktes aus Schritt (A), um ein Formteil zu erhalten.
  • Verfahren zum Umformen entsprechender Stahlflachprodukte sind dem Fachmann an sich bekannt, beispielsweise Tiefziehen, Umformen zu einem Rohr etc. Bevorzugt erfolgt das Umformen in Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Kaltumformen.
  • Bevorzugt erfolgt Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens, indem aus dem Stahlflachprodukt aus Schritt (A) durch dem Fachmann bekannte Verfahren Platinen abgeteilt werden.
  • Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Aufbringen einer Vorläuferzusammensetzung der Emaille-Schicht auf die Außenseite des emaillierfähigen Stahls.
  • Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann im Prinzip nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Eine Vorläuferzusammensetzung der Emaille-Schicht kann demnach dem Fachmann bekannte Inhaltsstoffe aufweisen, beispielsweise feuerfeste Stoffe wie Aluminiumoxid Al2O3, Schmelzzuschläge, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Borax (Na2B4O7 oder N2B4O7 + 10 H20), alkalische Oxide wie Natriummonoxid (Na2O), Kaliumoxid (K2O), Lithiumoxid (Li2O), Calciumoxid (CaO), Magnesiumoxid (MgO), Strontiumoxid (SrO), Fluor (F2), Bortrioxid (B2O3) und Mischungen davon, Haftmittel, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickel-(II)-oxid (NiO), Molybdän-(VI)-oxid (MoO3), Kobalt-(II)-oxid (CoO), Kupfer-(II)-oxid (CuO), Mangan-(IV)-oxid (MnO2), Chrom-(III)-oxid (Cr2O3) und Mischungen davon, Trübungsmittel und Farbkörper, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titan-(IV)-oxid (TiO2), Antimon-(V)-oxid (Sb2O5), Zirkonium-(IV)-oxid (ZrO2), Zinn-(II)-oxid (SnO) und Mischungen davon.
  • Eine Vorläuferzusammensetzung für eine bevorzugte Emaille-Schicht enthält beispielsweise 30 bis 40 Gew.-% Borax, 25 bis 35 Gew.-% Feldspat, 2 bis 8 Gew.-% CaF2 15 bis 25 Gew.-% Quarz, 2 bis 10 Gew.-% Soda, 2 bis 10 Gew.-% Natriumnitrat und je 0,1 bis 2,5 Gew.-% Cobalt-, Mangan- und Nickeloxid, wobei die Summe jeweils 100 Gew.-% ergibt. Des Weiteren können als Trübungsmittel Zinnoxid und/oder Titansilikate und Farboxide zugegeben werden. Die genannten Stoffe werden fein gemahlen und geschmolzen. Die Schmelze wird dann in Wasser gegossen, abgeschreckt und die entstehende körnige glasartige Fritte wieder fein gemahlen. Beim Mahlen werden bevorzugt 30 bis 40 Gew.-% Wasser, Ton und Quarzmehl zugesetzt. Je nach Art der Emaille kommen noch die erwähnten Trübungsstoffe und Farboxide hinzu. Bevorzugt soll der entstehende Emaille-Schlicker zur besseren Mischung einige Tage ruhen, bevor er weiterverwendet werden kann.
  • Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bevorzugt, indem die Vorläuferzusammensetzung der Emaille-Schicht durch Tauchen oder Spritzen auf das Formteil aufgebracht wird. Dabei wird die Vorläuferverbindung der Emaille-Schicht bevorzugt als Pulver oder in wässriger Suspension eingesetzt.
  • Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Erhitzen des Formteils aus Schritt (C) auf eine Temperatur von 400 bis 1000 °C, um die Vorläuferverbindung der Emaille-Schicht in die Emaille-Schicht zu überführen. Des Weiteren soll in Schritt (D) gewährleistet sein, dass das gesamte Formteil eine Temperatur von 400 bis 1000 °C aufweist, insbesondere das Innere des Formteils.
  • Schritt (D) kann im Prinzip in dem Fachmann bekannten Vorrichtungen erfolgen, beispielsweise in Durchlauföfen, in einer induktiven Wärmvorrichtung oder Kammeröfen. Die Temperatur in Schritt (D) liegt dabei bei 400 bis 1000 °C, bevorzugt bei 800 bis 1000 °C, beispielsweise bei 800 bis 900 °C. Die Dauer des Erhitzens in Schritt (D) ist so bemessen, dass vorzugsweise die gesamte Menge an Emaille-Vorläuferverbindung in die Emaille-Schicht überführt wird und das gesamte Formteil eine entsprechende Temperatur aufweist. Schritt (D) wird beispielsweise für 1 bis 180 min durchgeführt, jeweils abhängig von der vorliegenden Wandstärke des Formteils.
  • Nach Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Formteil erhalten, welches die oben beschriebene Lagenstruktur und auf der Außenseite des emaillierfähigen Stahls eine Emaille-Schicht aufweist.
  • Es ist erfindungsgemäß auch möglich, dass die Schritte (C) und (D) mehrfach durchgeführt werden, um zwei, drei oder mehr Emaille-Schichten auf die Außenseite der emaillierfähigen Stahllage aufzubringen, und damit insgesamt eine dickere Emaille-Schicht aufzubringen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch das erfindungsgemäße Verfahren, wobei die Schritte (C) und (D) mehrfach nacheinander durchgeführt werden. In dieser Ausführungsform lautet die Abfolge der Verfahrensschritte beispielsweise (A), (B), (C), (D), (C), (D), (E) oder (A), (B), (C), (D), (C), (D), (C), (D), (E).
  • Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Abkühlen des mit einer Emaille-Schicht versehenen Formteils aus Schritt (D) mit einer Abkühlstrategie, so dass sich in der Lage aus dem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl ein Ein- oder Mehrphasengefüge mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ausbildet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass ein mehrlagiges Formteil hergestellt werden kann, welches wenigstens eine Lage aus einem höherfesten Stahl und wenigstens eine Lage aus einem Stahl, der an der Oberfläche emailliert ist, aufweist. So ist es möglich, höherfeste Formteile mit einer Emaille-Schicht an der Außenseite herzustellen, so dass diese beispielsweise gegen korrosive Medien geschützt sind. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass das Formteil erfindungsgemäß erhitzt wird, so dass sich die Emaille-Schicht ausbildet und mit bestimmten Abkühlstrategien abgekühlt wird, so dass sich entsprechende Ein- oder Mehrphasengefüge ausbilden, um die hohe Festigkeit in der Lage aus dem höherfesten Stahl und damit im gesamten Formteil zu gewährleisten. Vorteilhaft ist dabei, dass die Ausbildung der Emaille-Schicht und die Ausbildung des Ein- oder Mehrphasengefüges in einem Schritt erfolgen.
  • Erfindungsgemäß bevorzugt wird das Formteil aus Schritt (D) sofort, d.h. in heißem Zustand, in Schritt (E) des Verfahrens überführt.
  • Das Abkühlen in Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt mit einer Abkühlstrategie, so dass sich in der Lage aus dem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ein Ein- oder Mehrphasengefüge ausbildet.
  • Das in Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens durch die spezielle Abkühlstrategie gebildete Ein- oder Mehrphasengefüge wird bevorzugt so erhalten, dass es sich bei dem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, um einen DP-Stahl (Dualphasen-Stahl), einen CP-Stahl (Komplexphasen-Stahl), einen martensitischen Stahl, einen TRIP-Stahl, einen FB-Stahl (ferritisch-bainitischer Stahl) oder einen TPN-Stahl (Three Phase-Stahl mit Ausscheidungen) handelt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem höherfesten Stahl um einen DP-Stahl (Dualphasen-Stahl). DP-Stähle sind dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise in EP 2 031 081 A1 beschrieben. Ein DP-Stahl weist bevorzugt die im Folgenden genannten Legierungselemente auf (alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen):
    • 0,01 bis 0,35, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,32, C,
    • 0,10 bis 2,5, besonders bevorzugt 0,5 bis 2,2, Si,
    • 1,00 bis 3,00, besonders bevorzugt 1,5 bis 2,5 Mn,
    • 0,001 bis 0,15, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,12, P,
    • 0,001 bis 0,1, besonders bevorzugt 0,001 bis 0,03, S,
    • 0,001 bis 3,00, besonders bevorzugt 0,001 bis 2,00, Al,
    • bis zu 0,1, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,02, B,
    • bis zu 1,0, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,5, V,
    • bis zu 1,0, besonders bevorzugt 0,4 bis 0,8, Cr,
    • bis zu 1,0, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,5, Mo,
    • bis zu 0,5, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,2, Nb und
    • bis zu 0,8, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,4, Ti.
  • Somit wird bevorzugt in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens für diese Ausführungsform als Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mehr als 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ein entsprechender Stahl eingesetzt.
  • Der erfindungsgemäß bevorzugte DP-Stahl weist ein Gefüge auf, enthaltend einen Martensitanteil von 20 bis 70%, einen Restaustenitanteil von bis zu 8%, wobei in der Regel geringere Restaustenitanteile von maximal 7% oder darunter bevorzugt werden, Rest Ferrit und/oder Bainit, d.h. bainitischer Ferrit und Karbide.
  • Wird erfindungsgemäß in Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Mehrphasengefüge eines DP-Stahls eingestellt, wird bevorzugt in der Weise abgekühlt, dass im Temperaturbereich von 550 bis 650 °C Abkühlgeschwindigkeiten von mindestens 10 K/s erreicht werden, um die Bildung von Perlit zu unterdrücken. Nach Erreichen des kritischen Temperaturbereich, in dem sich ein Ferritgefüge ausbildet, wird die Temperatur bevorzugt für 10 bis 100 s gehalten, um dann oder direkt ohne Halten mit einer Abkühlrate von 0,5 bis 30 K/s auf Raumtemperatur abzukühlen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem höherfesten Stahl um einen CP-Stahl (Komplexphasen-Stahl). CP-Stähle sind dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise in WO2012/110165 beschrieben. Ein CP-Stahl weist bevorzugt die im Folgenden genannten Legierungselemente auf (alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen)
    • 0,01 bis 0,35, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,28, C,
    • 0,10 bis 2,5, besonders bevorzugt 0,5 bis 1,0, Si,
    • 1,00 bis 3,00, besonders bevorzugt 1,5 bis 2,5 Mn,
    • 0,001 bis 1,5, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,5, P,
    • 0,001 bis 0,1, besonders bevorzugt 0,001 bis 0,03, S,
    • 0,001 bis 3,00, besonders bevorzugt 0,1 bis 2,10, Al,
    • bis zu 0,1, besonders bevorzugt 0,001 bis 0,008, B,
    • bis zu 1,0, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,25, V,
    • bis zu 1,0, besonders bevorzugt 0,4 bis 0,8, Cr,
    • bis zu 1,0, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,5, Mo,
    • bis zu 0,5, besonders bevorzugt 0,01 bis zu 0,1, Nb und
    • bis zu 0,8, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,3, Ti.
  • Bevorzugt wird daher in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens für diese Ausführungsform als Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mehr als 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ein entsprechender Stahl eingesetzt werden.
  • Der erfindungsgemäß bevorzugte CP-Stahl weist ein Gefüge auf, enthaltend mindestens 80 Flächen-% Bainit, weniger als 15 Flächen-% Ferrit, weniger als 15 Flächen-% Martensit, weniger als 5 Flächen-% Zementit und weniger als 5 Vol.-% Restaustenit, zusätzlich gegebenenfalls technisch unvermeidbar vorhandene Phasen, die in so geringen Anteilen vorliegen, dass sie keine Wirkung auf die Eigenschaften des Formteils haben.
  • Wird erfindungsgemäß in Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Mehrphasengefüge eines CP-Stahls eingestellt, wird bevorzugt mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mehr als 15 K/s abgekühlt. Besonders bevorzugt soll die Abkühlgeschwindigkeit mehr als 25 K/s, insbesondere mehr als 40 K/s betragen. Dadurch wird gewährleistet, dass kein Perlit, aber zum überwiegenden Teil Bainit gebildet wird.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem höherfesten Stahl um einen martensitischen Stahl. Martensitische Stähle sind dem Fachmann an sich bekannt. Ein martensitischer Stahl weist bevorzugt die im Folgenden genannten Legierungselemente auf (alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen)
    • 0,01 bis 0,35, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,28, C,
    • 0,10 bis 2,5, besonders bevorzugt 0,5 bis 1,0, Si,
    • 1,00 bis 3,00, besonders bevorzugt 1,5 bis 2,5 Mn,
    • 0,001 bis 1,5, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,1, P,
    • 0,001 bis 0,1, besonders bevorzugt 0,001 bis 0,03, S,
    • 0,001 bis 3,00, besonders bevorzugt 0,1 bis 2,10, Al, und
    • bis zu 0,1, besonders bevorzugt 0,001 bis 0,008, B.
  • Bevorzugt wird daher in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens für diese Ausführungsform als Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mehr als 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ein entsprechender Stahl eingesetzt.
  • Der erfindungsgemäß bevorzugte martensitischer Stahl weist ein Gefüge auf, enthaltend mindestens 80 Flächen-% Martensit, bevorzugt mindestens 90 Flächen-% Martensit, besonders bevorzugt mindestens 95 Flächen-% Martensit, insbesondere 100 Flächen-% Martensit und ggf. entsprechende Anteile an Bainit, Perlit und/oder Ferrit.
  • Wird erfindungsgemäß in Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Gefüge eines martensitischen Stahls eingestellt, wird bevorzugt mit einer Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt, die legierungsabhängig ist und ausreichend hoch sein muss, um die Bildung anderer Gefügebestandteile außer Martensit zu vermeiden. Besonders bevorzugt soll die Abkühlgeschwindigkeit mehr als 20 K/s, besonders bevorzugt mehr als 50 K/s, ganz besonders bevorzugt mehr als 70 K/s, betragen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem höherfesten Stahl um einen TRIP-Stahl. TRIP-Stähle sind dem Fachmann an sich bekannt. Ein TRIP-Stahl weist bevorzugt die im Folgenden genannten Legierungselemente auf (alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen)
    • 0,01 bis 0,35, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,35, C,
    • 0,10 bis 2,5, besonders bevorzugt 1,5 bis 2,5, Si,
    • 1,00 bis 3,00, besonders bevorzugt 1,5 bis 2,8 Mn,
    • 0,001 bis 1,5, besonders bevorzugt 0,1 bis 1,5, P,
    • 0,001 bis 0,1, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,03, S,
    • 0,001 bis 3,00, besonders bevorzugt 0,1 bis 2,10, Al,
    • bis zu 0,1, besonders bevorzugt 0,001 bis 0,008, B, und
    • bis zu 1,0, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,25, V,
  • Bevorzugt wird daher in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens für diese Ausführungsform als Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mehr als 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ein entsprechender Stahl eingesetzt.
  • Der erfindungsgemäß bevorzugte TRIP- Stahl weist ein Gefüge auf, dass dem Fachmann an sich bekannt ist, enthaltend Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit und Anteile an Restaustenit.
  • Wird erfindungsgemäß in Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Gefüge eines TRIP- Stahls eingestellt, wird bevorzugt mit einer Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt, die legierungsabhängig ist, so dass sich das charakteristische Gefügebild eines TRIP-Stahls bildet. Besonders bevorzugt soll die Abkühlgeschwindigkeit mehr als 30 K/s, insbesondere mehr als 40 K/s betragen. Nach Erreichen des Temperaturbereichs, in dem Bainit ohne Karbidausscheidungen gebildet wird, kann die Temperatur für 10 bis 100 s gehalten werden, dann wird weiter mit mehr als 30 K/s, bevorzugt mehr als 40 K/s, abgekühlt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem höherfesten Stahl um einen FB-Stahl (ferritisch-bainitischer Stahl). FB-Stähle sind dem Fachmann an sich bekannt. Ein FB-Stahl weist bevorzugt die im Folgenden genannten Legierungselemente auf (alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen):
    • 0,01 bis 0,25, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,20, C,
    • 0,10 bis 1,0, besonders bevorzugt 0,3 bis 0,7, Si,
    • 1,00 bis 3,00, besonders bevorzugt 1,5 bis 2,5 Mn,
    • 0,001 bis 0,1, besonders bevorzugt 0,02 bis 0,08, P,
    • 0,001 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,001 bis 0,02, S,
    • 0,010 bis 3,00, besonders bevorzugt 0,010 bis 2,20, Al,
    • 0,001 bis 0,1, besonders bevorzugt 0,003 bis 0,012, B,
    • 0,1 bis 0,2, besonders bevorzugt 0,12 bis 0,18, Ti+Nb,
    • 0,5 bis 1,5, besonders bevorzugt 0,7 bis 1,3, Cr+Mo, und
    • 0,1 bis 0,3, besonders bevorzugt 0,12 bis 0,2, V.
  • Bevorzugt wird daher in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens für diese Ausführungsform als Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mehr als 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ein entsprechender Stahl eingesetzt.
  • Der erfindungsgemäß bevorzugte FB- Stahl weist ein Gefüge auf, dass dem Fachmann an sich bekannt ist, enthaltend Ferrit und Bainit.
  • Wird erfindungsgemäß in Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Gefüge eines FB-Stahls eingestellt, wird bevorzugt in der Weise abgekühlt, dass im Temperaturbereich von 550 bis 650 °C Abkühlgeschwindigkeiten von mindestens 10 K/s erreicht werden, um die Bildung von Perlit zu unterdrücken. Nach Erreichen des kritischen Temperaturbereich, in dem sich ein Ferritgefüge ausbildet, wird die Temperatur bevorzugt für 10 bis 100 s gehalten, um dann oder direkt ohne Halten mit einer Abkühlrate von 0,5 bis 30 K/s auf Raumtemperatur abzukühlen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem höherfesten Stahl um einen TPN-Stahl (Three Phase-Stahl mit Ausscheidungen). TPN-Stähle sind dem Fachmann an sich bekannt. Ein TPN-Stahl weist bevorzugt die im Folgenden genannten Legierungselemente auf (alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen):
    • 0,01 bis 0,25, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,20, C,
    • 0,10 bis 1,0, besonders bevorzugt 0,3 bis 0,7, Si,
    • 1,00 bis 3,00, besonders bevorzugt 1,5 bis 2,5 Mn,
    • 0,001 bis 0,1, besonders bevorzugt 0,02 bis 0,08, P,
    • 0,001 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,001 bis 0,02, S,
    • 0,010 bis 3,00, besonders bevorzugt 0,010 bis 2,20, Al,
    • 0,1 bis 0,2, besonders bevorzugt 0,12 bis 0,18, Ti+Nb,
    • 0,2 bis 1,0, besonders bevorzugt 0,4 bis 0,8, Cr+Mo, und
    • bis zu 0,5, besonders bevorzugt bis zu 0,4 V.
  • Der erfindungsgemäß bevorzugte TPN-Stahl mit Ausscheidungen weist ein Gefüge auf, dass dem Fachmann an sich bekannt ist, enthaltend Bainit und Ferrit mit eingelagertem Restaustenit. Erfindungsgemäß kann auch ein einphasiger Stahl eingesetzt werden. Solche Stähle sind dem Fachmann an sich bekannt. Ein erfindungsgemäß eingesetzter einphasiger Stahl weist bevorzugt die im Folgenden genannten Legierungselemente auf (alle Angaben in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen):
    • 0,01 bis 0,80, besonders bevorzugt 0,12 bis 0,58, C,
    • bis zu 2,0, besonders bevorzugt bis zu 0,33, Si,
    • 0,20 bis 2,00, besonders bevorzugt 0,54 bis 1,54 Mn,
    • 0,010 bis 1,00, besonders bevorzugt 0,09 bis 0,72, Cr,
    • bis zu 0,05, besonders bevorzugt bis zu 0,031, Nb,
    • bis zu 0,06, besonders bevorzugt bis zu 0,05, Ti,
    • 0,001 bis 0,008, besonders bevorzugt 0,0014 bis 0,0044, B,
    • bis zu 0,06 P,
    • bis zu 0,05 S,
    • bis zu 2,00 As,
    • bis zu 0,2 Cu,
    • bis zu 0,01 N,
    • bis zu 2,0 Nb+Ti,
    • bis zu 26,0 Ni,
    • bis zu 1,0 V,
    • bis zu 0,02 As,
    • bis zu 1,00 Zr,
    • bis zu 0,01 Zr,
    • bis zu 0,01 Ca,
    • bis zu 0,02 Co und
    • bis 0,05 Sn.
  • Der erfindungsgemäß bevorzugte einphasige Stahl weist ein martensitisches Gefüge auf, dass dem Fachmann an sich bekannt ist.
  • Wird erfindungsgemäß in Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Gefüge eines TPN-Stahls mit Ausscheidungen eingestellt, wird bevorzugt in der Weise abgekühlt, dass im Temperaturbereich von 550 bis 650 °C Abkühlgeschwindigkeiten von mindestens 10 K/s erreicht werden, um die Bildung von Perlit zu unterdrücken. Nach Erreichen des kritischen Temperaturbereich, in dem sich ein Ferritgefüge ausbildet, wird die Temperatur bevorzugt für 10 bis 100 s gehalten, um dann oder direkt ohne Halten mit einer Abkühlrate von 0,5 bis 30 K/s auf Raumtemperatur abzukühlen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Formteil, erhältlich durch das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Formteil mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem Stahl, der an der Außenseite eine Emaille-Schicht aufweist, wobei in der wenigstens einen Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ein Gefüge eines Dualphasenstahls, bevorzugt enthaltend einen Martensitanteil von 20 bis 70%, einen Restaustenitanteil von bis zu 8%, wobei in der Regel geringere Restaustenitanteile von maximal 7% oder darunter bevorzugt werden, Rest Ferrit und/oder Bainit, d.h. bainitischer Ferrit und Karbide, oder eines Complexphasenstahls, bevorzugt enthaltend mindestens 80 Flächen-% Bainit, weniger als 15 Flächen-% Ferrit, weniger als 15 Flächen-% Martensit, weniger als 5 Flächen-% Zementit und weniger als 5 Vol.-% Restaustenit, zusätzlich gegebenenfalls technisch unvermeidbar vorhandene Phasen, die in so geringen Anteilen vorliegen, dass sie keine Wirkung auf die Eigenschaften des Formteils haben,
    oder eines martensitischen Stahls, bevorzugt enthaltend mindestens 80 Flächen-% Martensit, bevorzugt mindestens 90 Flächen-% Martensit, besonders bevorzugt mindestens 95 Flächen-% Martensit, insbesondere 100 Flächen-% Martensit und ggf. entsprechende Anteile an Bainit, Perlit und/oder Ferrit,
    oder eines TRIP-Stahls, bevorzugt enthaltend Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit und Anteile an Restaustenit,
    oder eines FB-Stahls, bevorzugt enthaltend Ferrit und Bainit,
    oder eines TPN-Stahls, bevorzugt enthaltend Bainit und Ferrit mit eingelagertem Restaustenit,
    oder eines einphasigen Stahls, vorliegt.
  • Bezüglich des erfindungsgemäßen Formteils gilt das bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens Gesagte entsprechend.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Formteils zur Herstellung von Rohrleitungen, Druckbehältern, Reaktoren oder im Apparatebau, insbesondere zum Transport von wässrigen und/oder korrosiven Medien.
  • Bezüglich der erfindungsgemäßen Verwendung gilt das bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens Gesagte entsprechend.
  • Bezugszeichenliste
  • Die 1 und 4 zeigen erfindungsgemäße Verbünde enthaltend eine mittlere Schicht aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und jeweils zwei Schichten aus einem emaillierfähigen Stahl. Die 2 und 5 zeigen erfindungsgemäße Verbünde enthaltend eine Schicht aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und eine Schicht aus einem emaillierfähigen Stahl. In den 3 und 6 sind jeweils schematische Zeichnungen des Aufheiz- und Abkühlstrategie gezeigt, um auf den Außenseiten Emaille-schichten und in der mittleren Schicht einen höherfesten Stahl mit einer Festigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, zu erhalten. In den 1 bis 4 bedeuten:
    • 1
    Emaillierstahl
    2
    Complexphasenstahl
    3
    Dualphasenstahl
    4
    Temperatur
    5
    Zeit
    6
    Einbrennen Email
    7
    Abkühlung
    8
    Ferrit
    9
    Perlit
    10
    Bainit
    11
    Martensit
  • Beispiele
  • Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung.
  • Beispiel 1
  • Ein erfindungsgemäßes Formteil enthaltend eine mittlere Schicht aus einem Complexphasenstahl und äußere Schichten aus emaillierfähigem Stahl wird hergestellt, indem Verbundlagen in Abmessungen gemäß gewähltem Schichtdickenverhältnis gemäß der DE 10 2005 006 606 B3 verschweißt und anschließend gewalzt werden, so dass ein Stahlflachprodukt erhalten wird, welches den in 1 gezeigten Aufbau hat. Die mittlere Schicht aus einem Complexphasenstahl entspricht 80% der Gesamtdicke, die äußeren Schichten aus einem emaillierfähigen Stahl entsprechen jeweils 10% der Gesamtdicke. An den Außenseiten wird eine Schicht aus Vorläuferverbindungen der Emaillierschicht aufgebracht. Anschließend wird auf eine Temperatur oberhalb Austenitisierungstemperatur erhitzt und bei dieser Temperatur für 4 bis 5 min gehalten. Nach dem Abkühlen wird ein dreilagiges Stahlflachprodukt, welches an den Außenseiten jeweils eine Emaille-Schicht aufweist, erhalten. Die Zusammensetzungen der mittleren Schicht und der beiden äußeren Schichten sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • Beispiel 2
  • Ein erfindungsgemäßes Formteil enthaltend eine mittlere Schicht aus einem Dualphasenstahl und äußere Schichten aus emaillierfähigem Stahl wird hergestellt, indem Verbundlagen in Abmessungen gemäß gewähltem Schichtdickenverhältnis gemäß der DE 10 2005 006 606 B3 verschweißt und anschließend gewalzt werden, so dass ein Stahlflachprodukt erhalten wird, welches den in 3 gezeigten Aufbau hat. Die mittlere Schicht aus einem Dualphasenstahl entspricht 80% der Gesamtdicke, die äußeren Schichten aus einem emaillierfähigen Stahl entsprechen jeweils 10% der Gesamtdicke. An den Außenseiten wird eine Schicht aus Vorläuferverbindungen der Emaillierschicht aufgebracht. Anschließend wird auf eine Temperatur oberhalb Austenitisierungstemperatur erhitzt und bei dieser Temperatur für 4 bis 5 min gehalten. Nach dem Abkühlen wird ein dreilagiges Stahlflachprodukt, welches an den Außenseiten jeweils eine Emaille-Schicht aufweist, erhalten. Die Zusammensetzungen der mittleren Schicht und der beiden äußeren Schichten sind in Tabelle 1 gezeigt.
    Figure DE102017218434A1_0001
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Das erfindungsgemäß hergestellte Formteil kann vorteilhaft zur Herstellung von Rohrleitungen, Druckbehältern, Reaktoren oder im Apparatebau, insbesondere zum Transport von korrosiven Medien, verwendet werden. Das erfindungsgemäße Formteil bildet des Weiteren einen kostengünstigen Ersatz für Edelstähle mit hohen Legierungsanteilen an Cr, Ni und/oder Mo, da unter gleichen, korrosiven Einsatzbedingungen kein RSH-Stahl oder eine Nickellegierung eingesetzt werden muss.
  • 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
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    • WO 2012/110165 [0060]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN EN ISO 6892 [0013]
    • DIN EN ISO 6507 [0013]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem Stahl, die an der Außenseite eine Emaille-Schicht aufweist, umfassend wenigstens die folgenden Schritte: (A) Herstellen eines Stahlflachproduktes mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl, (B) Umformen des Stahlflachproduktes aus Schritt (A), um ein Formteil zu erhalten, (C) Aufbringen einer Vorläuferzusammensetzung der Emaille-Schicht auf die Außenseite des emaillierfähigen Stahls, (D) Erhitzen des Formteils aus Schritt (C) auf eine Temperatur von 400 bis 1000 °C, um die Vorläuferzusammensetzung der Emaille-Schicht in die Emaille-Schicht zu überführen, (E) Abkühlen des mit einer Emaille-Schicht versehenen Formteils aus Schritt (D) mit einer Abkühlstrategie, so dass sich in der Lage aus dem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl ein Ein- oder Mehrphasengefüge mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ausbildet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (A) erfolgt, indem (A11) wenigstens eine quaderförmige Platte aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine quaderförmige Platte aus einem emaillierfähigen Stahl aufeinander gelegt werden, (A21) die wenigstens zwei Platten miteinander zu einem Plattenpaket verschweißt werden, (A31) das Plattenpaket erwärmt wird und (A41) das erwärmte Plattenpaket zu einem Stahlflachprodukt mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl gewalzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorläuferverbindung der Emaille-Schicht als Pulver oder in wässriger Suspension eingesetzt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorläufermaterial für den höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen (alle Angaben in Gew.-%) 0,01 bis 0,35 C, 0,10 bis 2,5 0,5 bis 1,5, Si, 0,50 bis 3,00 Mn, 0,001 bis 1,5 P, 0,001 bis 0,1 S, 0,001 bis 3,00 Al, bis zu 0,1 B, bis zu 1,0 V, bis zu 1,0 Cr, bis zu 1,0 Mo, bis zu 0,5 Nb und bis zu 0,8 Ti enthält.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der emaillierfähige Stahl neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen (alle Angaben in Gew.-%) bis zu 0,1 C, bis zu 1,00 Mn, bis zu 0,1 P, bis zu 0,1 S und bis zu 0,5 Ti enthält.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stahlflachprodukt mit zwei Lagen umfassend eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und eine Lage aus einem emaillierfähigen Stahl, eingesetzt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stahlflachprodukt mit drei Lagen umfassend eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und zwei Lagen aus emaillierfähigem Stahl eingesetzt wird, wobei die Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, zwischen den zwei Lagen aus emaillierfähigem Stahl vorliegt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, um einen DP-Stahl (Dualphasen-Stahl), einen CP-Stahl (Komplexphasen-Stahl), einen martensitischen Stahl, einen TRIP-Stahl, einen FB-Stahl, einen TPN-Stahl oder einen einphasigen Stahl handelt.
  9. Formteil, erhältlich durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Formteil mit wenigstens zwei Lagen umfassend wenigstens eine Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, und wenigstens eine Lage aus einem Stahl, der an der Außenseite eine Emaille-Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Lage aus einem höherfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, entsprechend einer Härte von mindestens 160 HV, ein Gefüge eines Dualphasenstahls, eines Complexphasenstahls, eines martensitischen Stahls, eines TRIP-Stahls, eines FB-Stahls oder eines TPN-Stahls vorliegt.
  11. Verwendung eines Formteils nach Anspruch 9 oder 10 zur Herstellung von Rohrleitungen, Druckbehältern, Reaktoren oder im Apparatebau, insbesondere zum Transport von wässrigen und/oder korrosiven Medien.
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