DE102018217835A1 - Verfahren zum Herstellen eines warmumformbaren Stahlflachprodukts - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines warmumformbaren Stahlflachprodukts, aufweisend: einen Herstellungsschritt (10) zum Herstellen eines kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts; einen Erwärmungsschritt (20) zum Erwärmen des Vergütungsstahlflachprodukts; und einen Beschichtungsschritt (30) zum Beschichten des erwärmten Vergütungsstahlflachprodukts unter Verwendung eines Schmelztauchverfahrens. Um den Energieverbrauch zur Herstellung von warmumformbaren Stahlflachprodukten zu verringern, wird das Vergütungsstahlflachprodukt in dem Erwärmungsschritt (20) auf eine Maximaltemperatur erwärmt wird, die größer als eine oder gleich einer Temperatur eines bei dem Schmelztauchverfahren eingesetzten Schmelzbads und kleiner als eine Austenitisierungstemperatur des kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts ist, und wird das in dem Erwärmungsschritt (20) erwärmte Vergütungsflachstahlprodukt ohne einen Zwischenschritt oder nach Durchführung einer Anpassung der Temperatur des Vergütungsstahlflachprodukts an eine Beschichtungstemperatur dem Beschichtungsschritt (30) zugeführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines warmumformbaren Stahlflachprodukts, aufweisend: einen Herstellungsschritt zum Herstellen eines kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts; einen Erwärmungsschritt zum Erwärmen des Vergütungsstahlflachprodukts; und einen Beschichtungsschritt zum Beschichten des erwärmten Vergütungsstahlflachprodukts unter Verwendung eines Schmelztauchverfahrens.
  • Bei einer Warmumformung von Stahlflachprodukten, wie beispielsweise Brammen oder Metallbändern, wird ein rekristallisiert geglühtes Vormaterial zumindest auf die Austenitisierungstemperatur des Vormaterials erwärmt, anschließend in einer metallischen Presse in eine endabmessungsnahe Form gepresst und dabei abgeschreckt. Hierdurch erfährt das Vormaterial eine deutliche Festigkeitssteigerung und erhält zudem eine neue Form. Die Erwärmung des rekristallisiert geglühten Vormaterials wird mittels eines gasbeheizten Ofens, unter Verwendung von Infrarotstrahlung, durch Induktion oder dergleichen durchgeführt. Als Vormaterial kann beispielsweise ein Stahlflachprodukt aus einem Bor-Mangan-Stahl mit einer Festigkeit größer als oder gleich 400 MPa hergestellt werden.
  • Zur Herstellung des Vormaterials für die Warmumformung wird ein kaltgewalztes Stahlflachprodukt in einem Ofen auf eine Temperatur erwärmt, die über der Austenitisierungstemperatur des Stahlflachprodukts liegt, und hierdurch rekristallisiert geglüht. Anschließend wird das rekristallisiert geglühte Stahlflachprodukt auf eine Temperatur eines Schmelzbads einer Schmelztauchbeschichtungsanlage abgekühlt, wonach das abgekühlte Stahlflachprodukt in der Schmelztauchbeschichtungsanlage mit einer metallischen Beschichtung bzw. einem metallischen Überzug versehen wird.
  • Durch die Erwärmung des Stahlflachprodukts auf eine Rekristallisationstemperatur, die größer als oder gleich der Austenitisierungstemperatur ist, und die sich daran anschließende Abkühlung des Stahlflachprodukts in einer Kühlzone eines Ofens auf eine Temperatur von mindestens 455°C (Schmelzbadtemperatur) entstehen Einbußen in der Anlagenkapazität, höhere Energieverbräuche sowie ein höherer Verschleiß im Bereich des Ofens und des Schmelzbads.
  • DE 10 2008 035 714 A1 betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines warmgewalzten Stahlblechs zum Warmpressumformen. Bei dem Verfahren wird eine Stahlbramme auf eine Temperatur von 1150°C bis 1250°C erwärmt, wobei die Temperatur Ar3, bei der die Bildung von Ferrit bei einem Abkühlen beginnt, im Bereich von 670°C bis 725°C liegt. Die erwärmte Stahlbramme wird in einem Grob- und einem Fertigwalzprozess zum Erzeugen des Stahlblechs gewalzt, wobei das Stahlblechs bei einer Temperatur Ar3 oder höher gewalzt wird und bei einer Temperatur von 600°C bis 700°C abgekühlt und aufgewickelt wird.
  • DE 10 2009 022 231 A1 betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbeschichtung eines bandförmigen Stahlsubstrats in einer Schmelztauchbeschichtungsanlage. Das Stahlsubstrat wird vor dem Beschichten einem Rekristallisationsglühen unterzogen und anschließend auf eine Temperatur abgekühlt, die oberhalb der Temperatur des Schmelzbads liegt. Die Abkühlung des Stahlsubstrats wird derart gesteuert, dass die Temperatur des Schmelzbads durch das Eintauchen des abgekühlten Stahlsubstrats geregelt wird.
  • DE 1 521 376 A betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen verzinkter, tiefziehfähiger Stahlbänder mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Das Verfahren ist durch die Vereinigung folgender, an sich bekannter Maßnahmen gekennzeichnet: a) Weichglühen der Bänder, b) Reinigen der Bandoberfläche, c) kurzzeitiges Glühen der Bänder bei einer Temperatur zwischen 500°C und 720°C in reduzierender Atmosphäre, d) Abkühlen bis auf etwa 480°C und e) Durchziehen der Bänder durch das Zinkbad.
  • EP 2 220 259 A1 betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Bauteils aus einem härtbaren Stahl. Das Stahlband wird in einem Ofen einer Temperaturerhöhung und hierbei einer oxidierenden Behandlung ausgesetzt, so dass eine oberflächliche Oxidschicht erzeugt wird. Anschließend wird eine Beschichtung mit einem Metall oder einer Metalllegierung durchgeführt. Das Band wird zum Erzeugen eines zumindest teilgehärteten Bauteils erhitzt und zumindest teilaustenitisiert und anschließend abgekühlt und dadurch gehärtet. Zum Erzeugen einer oberflächlichen duktilen Schicht werden vor der Beschichtung mit einem Metall oder einer Metalllegierung die Oxide an der Oberfläche teilweise reduziert, so dass eine sehr dünne reduzierte Schicht erzeugt wird, die sich auf der Restoxidschicht befindet, wobei sich unter der Oxidschicht im Band ein Bereich einer inneren Oxidation befindet, indem die Stahllegierungselemente teilweise oxidiert vorliegen.
  • EP 2 377 965 A2 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Stahlblechs. Ein aluminiumbeschichtetes Stahlblech wird unter Verwendung eines warmgewalzten Stahlblechs oder eines kaltgewalzten Stahlblechs hergestellt. Prozesse werden während der Herstellung eines mit einer Warmpresse hergestellten Produkts gesteuert, wodurch eine Überzugsschicht auf der Oberfläche des Stahlblechs ausgebildet wird.
  • EP 2 393 953 B1 betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit einem metallischen, vor Korrosion schützenden Überzug versehenen Stahlbauteils. Das Verfahren umfasst folgende Arbeitsschritte: a) Beschichten eines aus einem legierten Vergütungsstahl erzeugten Stahlflachprodukts mit einem Al-Überzug, der mindestens 85 Gew.-% Al und optional bis zu 15 Gew.-% Si enthält; b) Beschichten des mit dem Al-Überzug versehenen Stahlflachprodukts mit einem Zn-Überzug, der mindestens 90 Gew.-% Zn enthält, c) Beschichten des mit dem Al-Überzug und dem darauf liegenden Zn-Überzug versehenen Stahlflachprodukts mit einer Deckschicht, deren Hauptbestandteil mindestens ein metallisches Salz der Phosphorsäure oder der Diphosphorsäure ist und die zusätzlich Gehalte von bis zu 45 % eines Verhältnisses AI:Zn, wobei Al an diesem Verhältnis 0,1 - 99,9 Gew.-% und Zn den jeweiligen Rest einnimmt, oder Verbindungen von Al und Zn sowie wahlweise Metalloxide, Metallhydroxide und/oder Schwefelverbindungen enthalten kann, d) Wärmebehandeln des Stahlflachprodukts bei einer Wärmebehandlungstemperatur, die mindestens 750 °C beträgt, e) Erwärmen des Stahlflachprodukts auf eine Warmformtemperatur, f) Warmformen des Stahlbauteils aus dem erwärmten Stahlflachprodukt, und g) Abkühlen des warmgeformten Stahlbauteils mit einer Abkühlgeschwindigkeit, die zur Ausbildung von Vergütungs- oder Härtegefüge ausreicht.
  • Die Veröffentlichung „Produktinformation Mangan-Bor-Stähle für die Warmumformung“, thyssenkrupp, Steel, Produktinformation MBW®, Stand: Oktober 2016, Version 0 offenbart die Herstellung von feueraluminierten oder feuerverzinkten Fachstahlprodukten aus einem Mangan-Bor-Stahl.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, den Energieverbrauch zur Herstellung von warmumformbaren Stahlflachprodukten zu verringern.
  • Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der nachfolgenden Beschreibung, den abhängigen Patentansprüchen und der Figur wiedergegeben, wobei diese Ausgestaltungen jeweils für sich genommen oder in Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander einen weiterbildenden, insbesondere auch bevorzugten oder vorteilhaften, Aspekt der Erfindung darstellen können.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines warmumformbaren Stahlflachprodukts umfasst: einen Herstellungsschritt zum Herstellen eines kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts; einen Erwärmungsschritt zum Erwärmen des Vergütungsstahlflachprodukts; und einen Beschichtungsschritt zum Beschichten des erwärmten Vergütungsstahlflachprodukts unter Verwendung eines Schmelztauchverfahrens; wobei das Vergütungsstahlflachprodukt in dem Erwärmungsschritt auf eine Maximaltemperatur erwärmt wird, die größer als eine oder gleich einer Temperatur eines bei dem Schmelztauchverfahren eingesetzten Schmelzbads und kleiner als eine Austenitisierungstemperatur des kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts ist, und das in dem Erwärmungsschritt erwärmte Vergütungsflachstahlprodukt ohne einen Zwischenschritt oder nach Durchführung einer Anpassung der Temperatur des Vergütungsstahlflachprodukts an eine Beschichtungstemperatur dem Beschichtungsschritt zugeführt wird.
  • Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Rekristallisation des dem Beschichtungsschritt zugeführten erwärmten Vergütungsstahlflachprodukts und das damit verbundene Einstellen der mechanischen Eigenschaften des Vergütungsstahlflachprodukts für das Warmumformen unnötig sind, da die Eigenschaften des fertigen Vergütungsstahlflachprodukts am Ende der Warmumformung eingestellt werden. Es kann also bei der Herstellung des kaltgewalzten, beispielsweise Mangan-Bor-legierten, Vergütungsstahlflachprodukts auf jegliche rekristallisierende Glühung bei einer Temperatur größer als die oder gleich der Austenitisierungstemperatur des kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts, also T ≥ Ac3, verzichtet werden. Daher wird das kaltgewalzte Vergütungsstahlflachprodukt erfindungsgemäß unmittelbar vor seiner Beschichtung lediglich auf eine Temperatur erwärmt, die größer als eine oder gleich einer Temperatur eines bei dem Schmelztauchverfahren eingesetzten Schmelzbads und kleiner als eine Austenitisierungstemperatur des kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts ist. Hierdurch kann Energie zur Erwärmung des kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts eingespart werden.
  • Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens entfällt gleichzeitig auch die herkömmliche Notwendigkeit der Kühlung des erwärmten Vergütungsstahlflachprodukts vor dem Beschichten. Somit können Energieverbräuche für diese Abkühlung vollständig eingespart oder zumindest verringert werden. Damit einhergehend verringert sich die Schadstoffemission pro Tonne des dem Beschichtungsschritt zugeführten erwärmten Vergütungsstahlflachprodukts für die Warmformgebung und der biologische Fußabdruck dieses Materials verbessert sich. Infolge der geringeren Temperaturen ist zudem ein Verschleiß in einem zur Erwärmung des Vergütungsstahlflachprodukts verwendeten Ofens geringer. Neben Kaltband kann nun auch Warmband direkt eingesetzt werden. Die Erfindung besteht also im Wesentlichen aus einer Vereinfachung der Erwärmung auf einen einstufigen Prozess, was mit Energieeinsparungen verbunden ist.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Temperaturführung (nach einer eventuellen Voroxidation bei ca. 650°C gemäß dem Stand der Technik) erfolgen, bei der die Ofentemperatur so niedrig wie möglich gehalten wird, um noch eine Oberflächenreduktion vornehmen zu können. Dies gilt auch für nicht voroxidierte Oberflächen, da während der Aufheizphase in gasbefeuerten Öfen immer eine leichte Oxidbildung auftritt. Sinn und Zweck der Erfindung ist die Einsparung von Herstellungskosten für presshärtbare Stähle, d.h. die Vermeidung von Mehrkosten zur Erzielung zwischenzeitlicher mechanischer Vormaterialeigenschaften, die im Grunde völlig irrelevant sind.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Vergütungsstahlflachprodukt in dem Erwärmungsschritt derart erwärmt, dass die Maximaltemperatur kleiner als oder gleich 650°C ist. Die Temperatur, auf die das Vergütungsstahlflachprodukt in dem Erwärmungsschritt erwärmt wird, liegt, genau wie die Voroxidationstemperatur für dünne, reduzierbare Schichten, beispielsweise bei ca. 650°C, also weit unter Austenitisierungstemperatur. Es wird also eine Ofentemperatur von ca. 650°C nicht überschritten, was auch nicht erforderlich ist, da eine Temperatur kleiner als oder gleich 650°C ausreicht, um ein Voroxidieren, Reduzieren und Beschichten an dem Vergütungsstahlflachprodukt durchzuführen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das katgewalzte Vergütungsstahlflachprodukt aus einem Bor-Mangan-Stahl hergestellt.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird in dem Erwärmungsschritt ein mit einem fossilen Brennstoff befeuerter Ofen, insbesondere Oxyfuel-Ofen, oder ein Infrarotofen oder ein Induktionsofen verwendet. Es kann beispielsweise ein gasbeheizter oder mit anderweitigen fossilen Brennstoffen befeuerte Ofen mit den dafür notwendigen Temperaturzyklen (Erwärmung gegebenenfalls auf Temperaturen zur Reduktion mit anschließender Erreichung der für das Beschichten notwendigen Temperatur) verwendet werden. Bei Verwendung eines Induktionsofens erfolgt wegen der Kürze der Erwärmung keine Oxidation des Vergütungsstahlflachprodukts, weshalb nur eine Erwärmung auf Beschichtungstemperatur erforderlich ist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das erwärmte Vergütungsstahlflachprodukt in dem Beschichtungsschritt mit einer Aluminium-Silicium-Legierungen oder mit Gallium beschichtet.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Erwärmungsschritt derart durchgeführt, dass eine durch den Erwärmungsschritt oxidierte Außenschicht des kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts vollständig reduziert wird. Hiernach verbleibt also keine Restoxidschicht an dem Vergütungsstahlflachprodukt.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das beschichtete Vergütungsstahlflachprodukt auf eine Temperatur erwärmt, die größer als die Austenitisierungstemperatur des kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts ist, anschließend in eine endabmessungsnahe Form gepresst und gleichzeitig abgeschreckt. Hierdurch erfolgt eine Warmumformung des beschichteten Vergütungsstahlflachprodukts.
  • Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Figur anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert, wobei die nachfolgend erläuterten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in Kombination von wenigstens zwei dieser Merkmale miteinander einen vorteilhaften oder weiterbildenden Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt:
    • 1: ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Verfahren.
  • 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines warmumformbaren Stahlflachprodukts.
  • Das Verfahren umfasst einen Herstellungsschritt 10 zum Herstellen eines kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts. Dabei wird das katgewalzte Vergütungsstahlflachprodukt aus einem Bor-Mangan-Stahl hergestellt.
  • Des Weiteren umfasst das Verfahren einen Erwärmungsschritt 20 zum Erwärmen des Vergütungsstahlflachprodukts. In dem Erwärmungsschritt 20 wird das Vergütungsstahlflachprodukt auf eine Maximaltemperatur erwärmt, die größer als eine oder gleich einer Temperatur eines bei dem Schmelztauchverfahren eingesetzten Schmelzbads und kleiner als eine Austenitisierungstemperatur des kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts ist. Das Vergütungsstahlflachprodukt wird in dem Erwärmungsschritt 20 derart erwärmt, dass die Maximaltemperatur kleiner als oder gleich ca. 650°C ist. In dem Erwärmungsschritt 20 wird ein mit einem fossilen Brennstoff befeuerter Ofen, insbesondere Oxyfuel-Ofen, oder ein Infrarotofen oder ein Induktionsofen verwendet. Der Erwärmungsschritt 20 wird derart durchgeführt, dass eine durch den Erwärmungsschritt oxidierte Außenschicht des kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts vollständig reduziert wird.
  • Das in dem Erwärmungsschritt 20 erwärmte Vergütungsflachstahlprodukt wird ohne einen Zwischenschritt oder nach einer Anpassung der Reduktionstemperatur (ca. 650°C) des Vergütungsstahlflachprodukts auf Beschichtungstemperatur einem Beschichtungsschritt 30 zum Beschichten des erwärmten Vergütungsstahlflachprodukts unter Verwendung eines Schmelztauchverfahrens zugeführt. Das erwärmte Vergütungsstahlflachprodukt wird in dem Beschichtungsschritt 30 mit einer Aluminium-Silicium-Legierungen oder mit Gallium beschichtet. Bei einer Aluminium-Silicium-Beschichtung ist in der Regel nur einer relativ geringe Temperaturanpassung des Vergütungsstahlflachprodukts vor dem Beschichtungsschritt 30 erforderlich. Bei Gl- und GA-Beschichtungen kann eine mäßige Kühlung des Vergütungsstahlflachprodukts auf ein Gl- bzw. GA-Temperaturniveau vor dem Beschichtungsschritt 30 erfolgen.
  • In einem nachfolgenden Verfahrensschritt 40 wird das beschichtete Vergütungsstahlflachprodukt auf eine Temperatur erwärmt, die größer als die Austenitisierungstemperatur des kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts ist, anschließend in eine endabmessungsnahe Form gepresst und gleichzeitig abgeschreckt.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Herstellungsschritt
    20
    Erwärmungsschritt
    30
    Beschichtungsschritt
    40
    Verfahrensschritt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008035714 A1 [0005]
    • DE 102009022231 A1 [0006]
    • DE 1521376 A [0007]
    • EP 2220259 A1 [0008]
    • EP 2377965 A2 [0009]
    • EP 2393953 B1 [0010]

Claims (7)

  1. Verfahren zum Herstellen eines warmumformbaren Stahlflachprodukts, aufweisend: - einen Herstellungsschritt (10) zum Herstellen eines kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts; - einen Erwärmungsschritt (20) zum Erwärmen des Vergütungsstahlflachprodukts; und - einen Beschichtungsschritt (30) zum Beschichten des erwärmten Vergütungsstahlflachprodukts unter Verwendung eines Schmelztauchverfahrens; dadurch gekennzeichnet, dass - das Vergütungsstahlflachprodukt in dem Erwärmungsschritt (20) auf eine Maximaltemperatur erwärmt wird, die größer als eine oder gleich einer Temperatur eines bei dem Schmelztauchverfahren eingesetzten Schmelzbads und kleiner als eine Austenitisierungstemperatur des kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts ist, und - das in dem Erwärmungsschritt (20) erwärmte Vergütungsflachstahlprodukt ohne einen Zwischenschritt oder nach Durchführung einer Anpassung der Temperatur des Vergütungsstahlflachprodukts an eine Beschichtungstemperatur dem Beschichtungsschritt (30) zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergütungsstahlflachprodukt in dem Erwärmungsschritt (20) derart erwärmt wird, dass die Maximaltemperatur kleiner als oder gleich 650°C ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das katgewalzte Vergütungsstahlflachprodukt aus einem Bor-Mangan-Stahl hergestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Erwärmungsschritt (20) ein mit einem fossilen Brennstoff befeuerter Ofen, insbesondere Oxyfuel-Ofen, oder ein Infrarotofen oder ein Induktionsofen verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erwärmte Vergütungsstahlflachprodukt in dem Beschichtungsschritt (30) mit einer Aluminium-Silicium-Legierungen oder mit Gallium beschichtet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Erwärmungsschritt (20) derart durchgeführt wird, dass eine durch den Erwärmungsschritt (20) oxidierte Außenschicht des kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts vollständig reduziert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das beschichtete Vergütungsstahlflachprodukt auf eine Temperatur erwärmt wird, die größer als die Austenitisierungstemperatur des kaltgewalzten Vergütungsstahlflachprodukts ist, anschließend in eine endabmessungsnahe Form gepresst und gleichzeitig abgeschreckt wird.
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