DE102019126196A1 - Motor vehicle structural component and method for producing a motor vehicle structural component - Google Patents

Motor vehicle structural component and method for producing a motor vehicle structural component Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Strukturbauteil, welches einen warmumformgehärteten Grundkörper 2 aus einem Mangan-Bor-Stahlblech mit einer mehrlagigen Beschichtung 3 besitzt sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kraftfahrzeug-Strukturbauteils. Die Beschichtung 3 weist ausgehend vom Grundkörper 2 aus Mangan-Bor-Stahl eine erste Phosphatschicht 4, eine darauf ausgebildete Zunderschicht 5, eine zweite Phosphatschicht 6 sowie eine äußere Korrosionsschutzschicht 7 auf. Diese Kraftfahrzeug-Strukturbauteile sind insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen außerhalb des Sichtbereichs vorgesehen.The invention relates to a motor vehicle structural component which has a hot-stamping hardened base body 2 made of a manganese-boron steel sheet with a multilayer coating 3 and a method for producing such a motor vehicle structural component. Starting from the base body 2 made of manganese-boron steel, the coating 3 has a first phosphate layer 4, a scale layer 5 formed thereon, a second phosphate layer 6 and an outer corrosion protection layer 7. These motor vehicle structural components are intended in particular for use in motor vehicles outside the field of vision.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Strukturbauteil, welches einen warmformgehärteten Grundkörper aus einem Mangan-Bor-Stahlblech mit einer mehrlagigen Beschichtung aufweist sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kraftfahrzeug-Strukturbauteils.The invention relates to a motor vehicle structural component which has a thermoformed base body made of a manganese-boron steel sheet with a multilayer coating, and to a method for producing such a motor vehicle structural component.

Zur Gewichtsreduzierung bei hoher Festigkeit und Schutzwirkung bzw. Erhöhung der Crashfestigkeit werden in der Automobilindustrie in starkem Maße warmpressgeformte bzw. warmumgeformte und gehärtete, üblicherweise pressgehärtete Formbauteile eingesetzt, die aus hochfesten, insbesondere borlegierten Stählen hergestellt werden. Bei solchen Formbauteilen handelt es sich beispielsweise um A- und B-Säulen sowie Stoßfänger, Türaufprallträger oder Längs- und Querträger eines Kraftfahrzeugs.To reduce weight with high strength and protective effect or increase crash resistance, hot-pressed or hot-formed and hardened, usually press-hardened molded components are used in the automotive industry to a large extent, which are made from high-strength, in particular boron-alloyed steels. Such molded components are, for example, A and B pillars as well as bumpers, door impact beams or longitudinal and transverse beams of a motor vehicle.

Die Warmumformung und Presshärtung von Stahlblechen als solches ist bekannt, beispielsweise durch die DE 24 52 486 A1 . Hierbei wird ein Stahlblech bis auf eine Temperatur im spezifischen Austenitisierungstemperaturbereich des Werkstoffs, d. h. auf eine Temperatur über der Umwandlungstemperatur AC1, vorzugsweise größer als AC3, in einer Wärmebehandlungsanlage erwärmt, anschließend in ein Pressenwerkzeug eingelegt und zum Formbauteil warm umgeformt. Im Pressenwerkzeug eingespannt werden die Formbauteile durch Kühlung gehärtet. Da das Formbauteil bei der im Zuge des Härtungsvorgangs vorgenommenen Kühlung im Pressenwerkzeug eingespannt ist, erhält man ein Produkt mit hoher Formgenauigkeit und guter Maßhaltigkeit. Solche Formbauteile zeichnen sich auch durch ihre hohen Festigkeitswerte aus. Insbesondere bei Formbauteilen aus Mangan-Bor-Stahlblech lassen sich Festigkeiten von bis zu 1.650 MPa durch Warmumformhärten erreichen.The hot forming and press hardening of steel sheets as such is known, for example by the DE 24 52 486 A1 . Here, a steel sheet is heated in a heat treatment system to a temperature in the specific austenitizing temperature range of the material, ie to a temperature above the transformation temperature AC1, preferably greater than AC3, then inserted into a press tool and hot-formed into a molded part. The mold components are clamped in the press tool and hardened by cooling. Since the molded component is clamped in the press tool during the cooling process carried out in the course of the hardening process, a product with high dimensional accuracy and good dimensional stability is obtained. Such molded components are also characterized by their high strength values. Particularly in the case of molded components made of manganese-boron sheet steel, strengths of up to 1,650 MPa can be achieved by hot stamping.

Ein Problem bei diesem Prozess ist die Verzunderung der Bauteile. Unter Verzunderung versteht man die Oxidation von Metallen durch direkte Reaktion mit Luftsauerstoff, insbesondere bei höheren Temperaturen. Die Austenitisierung findet bei Temperaturen oberhalb 850°C statt. Bei diesen Temperaturen tritt eine starke Verzunderung auf der Stahloberfläche auf. Die Zunderschicht ist gewöhnlich rau, spröde bzw. inhomogen und platzt schollenförmig vom Grundwerkstoff ab. Die Zunderschicht kann sowohl die Bauteile als auch die Umformwerkzeuge beschädigen. Daher wird die Zunderschicht üblicherweise nach dem Umformen durch Strahlen von den Bauteilen entfernt. Auch müssen die Umformwerkzeuge regelmäßig mit relativ hohem Arbeits- und Zeitaufwand gereinigt werden. Dies geht zu Lasten der Produktivität. In starkem Maße werden daher beim Press- bzw. Formhärten Stahlbleche eingesetzt, die mit einer Schutzschicht gegen Verzunderung versehen sind. Schutzschichten aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen oder Zink bzw. Zinklegierungen können durch Schmelztauchverfahren oder galvanisch auf dem Stahl abgeschieden werden. So zählt beispielsweise durch die EP 1 013 785 A1 die Verwendung von feueraluminierten Stahlsorten zum Stand der Technik.One problem with this process is the scaling of the components. Scaling is the oxidation of metals through direct reaction with atmospheric oxygen, especially at higher temperatures. Austenitizing takes place at temperatures above 850 ° C. At these temperatures, severe scaling occurs on the steel surface. The scale layer is usually rough, brittle or inhomogeneous and flakes off the base material in the form of clods. The scale layer can damage both the components and the forming tools. The scale layer is therefore usually removed from the components by blasting after reshaping. The forming tools must also be cleaned regularly with a relatively high expenditure of work and time. This is at the expense of productivity. For this reason, steel sheets that are provided with a protective layer against scaling are used to a large extent for press hardening and / or press hardening. Protective layers made of aluminum or aluminum alloys or zinc or zinc alloys can be deposited on the steel by hot-dip processes or by electroplating. For example, through the EP 1 013 785 A1 the use of hot-dip aluminized steel grades for the state of the art.

Die WO 2006/040030 A1 offenbart einen Verzunderungsschutz, der auf der nasschemischen Beschichtung eines Stahlblechs oder -coils mit einem Lack, bestehend aus einem siliziumorganischen Bindemittel, Aluminiumpartikeln sowie Festschmierstoffen basiert.The WO 2006/040030 A1 discloses a scaling protection based on the wet chemical coating of a steel sheet or coil with a paint consisting of an organosilicon binder, aluminum particles and solid lubricants.

Die in der Fachwelt verfolgten Ansätze richten sich folglich auf einen Verzunderungsschutz.The approaches followed in the professional world are consequently aimed at protection against scaling.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein rationelles und kostengünstiges warmumformgehärtetes Kraftfahrzeug-Strukturbauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung aufzuzeigen, bei welchem die Prozesskette schneller und insgesamt günstiger gestaltet ist unter Gewährleistung eines gleichbleibend guten Korrosionsschutzes.Based on the prior art, the invention is based on the object of showing an efficient and inexpensive hot-stamped structural motor vehicle component and a method for its production, in which the process chain is designed faster and overall cheaper while ensuring consistently good corrosion protection.

Die Lösung des gegenständlichen Teils der Aufgabe besteht in einem Kraftfahrzeug-Strukturbauteil gemäß den Merkmalen in Anspruch 1.The objective part of the object is achieved in a motor vehicle structural component according to the features in claim 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Anspruch 6 charakterisiert.The method according to the invention is characterized in claim 6.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous refinements and developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Strukturbauteil weist einen warmumformgehärteten Grundkörper aus einem Mangan-Bor-Stahlblech auf, der eine mehrlagige Beschichtung an seiner Oberfläche besitzt. Die Beschichtung weist ausgehend vom Grundkörper eine erste Phosphatschicht, eine auf der ersten Phosphatschicht wenigstens flächenabschnittsweise ausgebildete Zunderschicht, eine zweite Phosphatschicht sowie eine äußere Korrosionsschutzschicht auf.The motor vehicle structural component according to the invention has a hot-stamped base body made of a manganese-boron steel sheet, which has a multi-layer coating on its surface. Starting from the base body, the coating has a first phosphate layer, a scale layer formed at least in sections of the first phosphate layer, a second phosphate layer and an outer corrosion protection layer.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist, dass das Mangan-Bor-Stahlblech mit einer ersten Phosphatschicht versehen wird. Diese erste Phosphatschicht wird vorzugsweise nach dem Herstellen des Stahlbandes auf die Oberfläche des Stahlblechs gebracht. Dies erfolgt bevorzugt nasschemisch in einem Durchlaufprozess. Nach einer Trocknung wird das Stahlband auf ein Coil aufgewickelt. Von einem solchen Coil wird das Stahlband aus Mangan-Bor-Stahl abgewickelt und hiervon Platinen abgeteilt. Die eine Phosphatschicht aufweisenden Platinen aus Mangan-Bor-Stahl werden für die Herstellung von warmumgeformten Kraftfahrzeug-Strukturbauteilen verwendet. Die Platinen werden warmumgeformt und pressgehärtet.An essential aspect of the invention is that the manganese-boron steel sheet is provided with a first phosphate layer. This first phosphate layer is preferably applied to the surface of the steel sheet after the production of the steel strip. This is preferably done wet-chemically in a continuous process. After drying, the steel strip is wound onto a coil. The steel strip made of manganese-boron steel is unwound from such a coil and blanks from it partitioned off. The manganese-boron steel blanks, which have a phosphate layer, are used for the production of hot-formed structural components for motor vehicles. The blanks are hot formed and press hardened.

Die Platinen werden auf eine Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur des Mangan-Bor-Stahls erwärmt. Dies erfolgt in einem Ofen. In diesem Erwärmungsprozess erfolgt eine Hochtemperaturoxidation, sobald die erwärmten Bauteile mit Luftsauerstoff in Kontakt treten. Es bildet sich eine Zunderschicht auf der ersten Phosphatschicht aus. Diese Zunderschicht verbleibt auf den Bauteilen. Die Platinen werden aus dem Ofen entnommen und in ein Pressenwerkzeug überführt, wo die erwärmten Platinen zum Grundkörper des Kraftfahrzeug-Strukturbauteils umgeformt und im Pressenwerkzeug eingespannt durch schnelle Abkühlung gehärtet werden.The blanks are heated to a temperature above the AC3 temperature of the manganese-boron steel. This is done in an oven. In this heating process, high-temperature oxidation takes place as soon as the heated components come into contact with atmospheric oxygen. A layer of scale forms on the first phosphate layer. This layer of scale remains on the components. The blanks are removed from the furnace and transferred to a press tool, where the heated blanks are formed into the basic body of the motor vehicle structural component and hardened by rapid cooling while they are clamped in the press tool.

Die erste Phosphatschicht auf dem Ausgangsstahlband bzw. den hiervon abgeteilten Platinen ist eine Zink-Phosphatschicht. Beim Warmumform- und Presshärteprozess verflüchtigt sich der Zinkanteil in der ersten Phosphatschicht so stark, dass nach dem Presshärten kein Zink in der ersten Phosphatschicht mehr nachweisbar ist. Die erste Phosphatschicht am späteren Grundkörper bzw. Kraftfahrzeug-Strukturbauteil besteht aus Eisen, Phosphat und Sauerstoff (O2). Die Zunderschicht besteht aus Eisenoxid (FexOy).Die warmformgehärteten Grundkörper weisen in diesem Stadium eine erste Phosphatschicht und auf der ersten Phosphatschicht eine Zunderschicht auf. Die Grundkörper werden aus dem Pressenwerkzeug entnommen.The first phosphate layer on the starting steel strip or the blanks separated from it is a zinc phosphate layer. During the hot forming and press hardening process, the zinc content in the first phosphate layer evaporates to such an extent that no zinc can be detected in the first phosphate layer after press hardening. The first phosphate layer on the subsequent base body or structural component of the motor vehicle consists of iron, phosphate and oxygen (O2). The scale layer consists of iron oxide (FexOy). The thermoformed base bodies have a first phosphate layer at this stage and a scale layer on the first phosphate layer. The base bodies are removed from the press tool.

Im Rahmen der Erfindung liegt die Zunderschicht auf der ersten Phosphatschicht bevorzugt vollflächig vor. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine derartige Zunderschicht nur flächenabschnittsweise vorhanden ist und andere Flächenabschnitte keine Zunderschicht aufweisen. Insbesondere kann die Zunderschicht in ihrer Dicke variieren. Dies kann im Ofen während des Warmformprozesses gezielt eingestellt werden über die Schutzgaszusammensetzung und/oder die Schutzgasmenge und/oder die Ofenabdichtung.In the context of the invention, the scale layer is preferably present over the entire surface of the first phosphate layer. However, it can also be provided that such a scale layer is only present in sections of the surface and other surface sections do not have a scale layer. In particular, the scale layer can vary in thickness. This can be set in a targeted manner in the furnace during the hot forming process via the protective gas composition and / or the protective gas amount and / or the furnace seal.

Unmittelbar im Anschluss an den Umform- und Härtevorgang oder auch zeitlich später wird auf den warmformgehärteten Grundkörpern bzw. auf der Zunderschicht des Grundkörpers eine zweite Phosphatschicht erzeugt. Dies erfolgt vorzugsweise nasschemisch in einem Phosphatierungsbad. Hierzu werden die warmformgehärteten Grundkörper durch ein Phosphatierungsbad geführt. Bei dieser schichtbildenden Phosphatierung erfolgt ein Phosphatschichtaufbau durch Metallkationen aus der Phosphatlösung. Zusätzlich können Metallkationen aus der Zunderschicht beteiligt sein.Immediately after the forming and hardening process or later, a second phosphate layer is produced on the thermoformed base bodies or on the scale layer of the base body. This is preferably done wet-chemically in a phosphating bath. For this purpose, the thermoformed base bodies are passed through a phosphating bath. With this layer-forming phosphating, a phosphate layer is built up by metal cations from the phosphate solution. In addition, metal cations from the scale layer can be involved.

Im Anschluss an den Auftrag der zweiten Phosphatschicht werden die Grundkörper mit einer äußeren Korrosionsschutzschicht versehen. Die äußere Korrosionsschutzschicht wird auf die zweite Phosphatschicht des Grundkörpers aufgebracht. Insbesondere handelt es sich bei der äußeren Korrosionsschutzschicht um eine kathodische Tauchlackierung.Following the application of the second phosphate layer, the base bodies are provided with an external corrosion protection layer. The outer corrosion protection layer is applied to the second phosphate layer of the base body. In particular, the outer corrosion protection layer is a cathodic dip coating.

Die Phosphatierung ist grundsätzlich bekannt und ein weit verbreitetes Verfahren in der Oberflächentechnik. Eine Phosphatierung wird üblicherweise zum Korrosionsschutz oder der Haftvermittlung sowie zur Reib- und Verschleißminderung vorgenommen. Es ist auch üblich, unbeschichtete Grundkörper von warmformgehärteten Kraftfahrzeug-Strukturbauteilen vor der kathodischen Tauchlackierung zu phosphatieren. Die Phosphatschicht bildet den Untergrund für die Oberflächenbeschichtung.Phosphating is known in principle and is a widely used process in surface technology. Phosphating is usually carried out to protect against corrosion or to promote adhesion, as well as to reduce friction and wear. It is also customary to phosphate uncoated base bodies of thermoformed structural motor vehicle components prior to cathodic dip painting. The phosphate layer forms the substrate for the surface coating.

Gemäß der Erfindung wird der Grundkörper des Kraftfahrzeug-Strukturbauteils mit zwei Phosphatschichten versehen. Die erste Phosphatschicht wird vorteilhafterweise direkt nach dem Walzen des Stahlbandes aufgetragen. Von diesem Stahlband werden einzelne Platinen abgeteilt und dem Warmform- und Presshärteprozess unterzogen. Hierbei bildet sich eine Zunderschicht auf der ersten Phosphatschicht. Diese verbleibt auf dem Bauteil. Hierauf erfolgt der Auftrag der zweiten Phosphatschicht und der äußeren Korrosionsschutzschicht.According to the invention, the base body of the motor vehicle structural component is provided with two phosphate layers. The first phosphate layer is advantageously applied directly after the steel strip has been rolled. Individual blanks are separated from this steel strip and subjected to the hot forming and press hardening process. A layer of scale forms on the first phosphate layer. This remains on the component. This is followed by the application of the second phosphate layer and the outer corrosion protection layer.

Die erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Strukturbauteile kommen insbesondere innerhalb eines Kraftfahrzeugs außerhalb des Sichtbereichs zum Einsatz. Solche Kraftfahrzeug-Strukturbauteile sind beispielsweise Stoßfängerquerträger, Türaufprallträger, A-Säulenverstärkungen und ähnliches. Dies sind keine Sichtteile. Bei solchen Kraftfahrzeug-Strukturbauteilen ist es unschädlich, dass die Bauteile rein optisch weniger gut aussehen. Allerdings bieten die erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Strukturbauteile ebenso wie das Verfahren zur Herstellung ein hohes Potenzial zur Kosteneinsparung. Sowohl die Entfernung der Zunderschicht von den Grundkörpern, als auch die Entfernung der Zunderschicht von den Pressenwerkzeugen ist nicht notwendig. Es wurde festgestellt, dass die sich auf der ersten Phosphatschicht bildende Zunderschicht fest auf der ersten Phosphatschicht anhaftet. Es bildet sich eine festhaftende dichte bzw. homogenere Zunderschicht, die nicht zum Abplatzen neigt. Auf der Zunderschicht wird eine zweite Phosphatschicht ausgebildet. Diese bildet den Untergrund für die äußere Korrosionsschutzschicht, bei der es sich insbesondere um eine kathodische Tauchlackierung handelt.The motor vehicle structural components according to the invention are used in particular inside a motor vehicle outside the field of vision. Such motor vehicle structural components are, for example, bumper cross members, door impact beams, A-pillar reinforcements and the like. These are not visible parts. In the case of such motor vehicle structural components, it is harmless that the components look less good from a purely visual point of view. However, the motor vehicle structural components according to the invention, like the method for production, offer a high potential for cost savings. Neither the removal of the scale from the base bodies nor the removal of the scale from the press tools is necessary. It was found that the scale layer formed on the first phosphate layer adheres firmly to the first phosphate layer. A firmly adhering, dense or more homogeneous layer of scale forms, which does not tend to flake off. A second phosphate layer is formed on the scale layer. This forms the substrate for the outer corrosion protection layer, which is in particular a cathodic dip coating.

Die erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Strukturbauteile bzw. deren warmformgehärteten Grundkörper aus Mangan-Bor-Stahlblech weisen eine Zugfestigkeit Rm von 1.250 MPa bis 2.100 MPa auf.The motor vehicle structural components according to the invention or their thermoformed base bodies made of manganese-boron sheet steel have a tensile strength R m of 1,250 MPa to 2,100 MPa.

Im Rahmen der Erfindung können Stahlbleche bzw. Blechplatinen mit gleicher oder verschiedener Wanddicke verwendet werden, sogenannte Tailored welded blanks oder Tailored rolled blanks.In the context of the invention, sheet steel or sheet metal blanks with the same or different wall thicknesses, so-called tailored welded blanks or tailored rolled blanks, can be used.

Der Grundkörper kann nach dem Presshärten auch Flächenabschnitte mit einer reduzierten Zugfestigkeit aufweisen, insbesondere als Solldeformationsstelle, Funktions- oder Fügestelle bzw. Flansch oder als nachträglich mechanisch umzuformende oder zu schneidende Stelle. Solche Bauteile werden auch als „Tailored Property Parts“ bezeichnet.After press hardening, the base body can also have surface sections with a reduced tensile strength, in particular as a desired deformation point, functional or joining point or flange, or as a point to be mechanically reshaped or cut later. Such components are also referred to as “Tailored Property Parts”.

Ebenfalls kann der Grundkörper aus einem mehrlagigen Verbundstahlblech bestehen mit einer Mittellage, insbesondere aus einem warmformbaren Stahl wie Mangan-Bor-Stahl und wenigstens einer damit flächig und untrennbar verbundenen Außenlage aus einer duktileren oder nicht härtbaren Stahllegierung. Derartige Verbundstahlbleche sind beispielsweise bei der Stahlbandherstellung walztechnisch herstellbar.The base body can also consist of a multi-layer composite steel sheet with a middle layer, in particular a thermoformable steel such as manganese-boron steel and at least one outer layer made of a more ductile or non-hardenable steel alloy that is flat and inseparable. Such composite steel sheets can be produced by rolling, for example, in the production of steel strips.

Die erste Phosphatschicht und/oder die zweite Phosphatschicht besitzen eine Schichtdicke von jeweils einschließlich 0,5 µm bis 3,0 µm. Eine vorteilhafte Schichtdicke der Phosphatschicht liegt im Bereich von ca. 1,5 µm.The first phosphate layer and / or the second phosphate layer have a layer thickness of 0.5 μm to 3.0 μm, inclusive. An advantageous layer thickness of the phosphate layer is in the range of approx. 1.5 µm.

Die Zunderschicht zwischen der ersten Phosphatschicht und der zweiten Phosphatschicht weist eine Schichtdicke von 20 µm bis 200 µm, insbesondere 50 µm bis 100µm auf. Insbesondere liegt die Schichtdicke der Zunderschicht im Bereich von 100 µm ± 20 µm.The scale layer between the first phosphate layer and the second phosphate layer has a layer thickness of 20 μm to 200 μm, in particular 50 μm to 100 μm. In particular, the layer thickness of the scale layer is in the range of 100 µm ± 20 µm.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Zeichnungen ergänzend erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug-Strukturbauteil in einer Perspektive;
  • 2 einen Ausschnitt aus der Bauteilwand des Kraftfahrzeug-Strukturbauteils und
  • 3 einen weiteren Ausschnitt aus der Bauteilwand eines Kraftfahrzeug-Strukturbauteils.
The invention is additionally explained below with reference to drawings. Show it:
  • 1 a motor vehicle structural component according to the invention in a perspective;
  • 2 a section of the component wall of the motor vehicle structural component and
  • 3 Another section from the component wall of a motor vehicle structural component.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug-Strukturbauteil 1 in Form eines Türaufprallträgers. Das Kraftfahrzeug-Strukturbauteil 1 weist einen warmumformgehärteten Grundkörper 2 aus einem Mangan-Bor-Stahlblech auf, der mit einer mehrlagigen Beschichtung 3 versehen ist. 1 shows a motor vehicle structural component according to the invention 1 in the form of a door impact beam. The motor vehicle structural component 1 has a hot-stamped base body 2 made of a manganese-boron steel sheet with a multilayer coating 3 is provided.

2 zeigt einen Ausschnitt aus der Wand des Kraftfahrzeug-Strukturbauteils 1. 2 ist nicht maßstäblich zu verstehen, sondern dient zur Erläuterung des Kraftfahrzeug-Strukturbauteils 1 und des Schichtaufbaus der mehrlagigen Beschichtung 3 an der Außenfläche des Grundkörpers 2. Der Grundkörper 2 besteht aus Mangan-Bor-Stahl, vorzugsweise aus 22MnB5. 2 shows a section from the wall of the motor vehicle structural component 1 . 2 is not to be understood to be true to scale, but rather serves to explain the motor vehicle structural component 1 and the layer structure of the multilayer coating 3 on the outer surface of the base body 2 . The basic body 2 consists of manganese-boron steel, preferably 22MnB5.

Die Beschichtung 3 weist ausgehend vom Grundkörper 2 eine erste Phosphatschicht 4 sowie eine darauf ausgebildete Zunderschicht 5 auf. Auf der Zunderschicht 5 ist eine zweite Phosphatschicht 6 aufgebracht. Den äußeren Abschluss bildet eine äußere Korrosionsschutzschicht 7, bei der es sich um eine kathodische Tauchlackierung handelt.The coating 3 points starting from the base body 2 a first phosphate layer 4th and a layer of scale formed thereon 5 on. On the scale 5 is a second phosphate layer 6th upset. An outer corrosion protection layer forms the outer finish 7th , which is a cathodic dip painting.

Die erste Phosphatschicht 4 und die zweite Phosphatschicht 6 weisen eine Schichtdicke p1, p2 auf, die zwischen 0,5 µm bis 3,0 µm stark ist. In der Praxis wurde eine Schichtdicke p2 der zweiten Phosphatschicht 6 von 1,5 µm gemessen. Die Zunderschicht 5 besitzt eine Schichtdicke z zwischen 20 µm bis 200 µm, insbesondere 50 µm bis 100 µm. Bei einem Ausführungsbeispiel wurde eine Schichtdicke z im Bereich von 100 µm gemessen.The first phosphate layer 4th and the second phosphate layer 6th have a layer thickness p1 , p2 which is between 0.5 µm and 3.0 µm thick. In practice, a layer thickness was used p2 the second phosphate layer 6th measured from 1.5 µm. The scale layer 5 has a layer thickness z between 20 µm to 200 µm, in particular 50 µm to 100 µm. In one embodiment, a layer thickness z measured in the range of 100 µm.

Zur Herstellung des Kraftfahrzeug-Strukturbauteils 1 wird ein mit der ersten Phosphatschicht 4 vorbeschichtetes Stahlblech aus Mangan-Bor-Stahl verwendet. Diese mit der ersten Phosphatschicht 4 versehene Stahlplatine wird auf eine Temperatur über AC3 erwärmt und danach schnell umgeformt und im Pressenwerkzeug eingespannt einer Schnellkühlung unterzogen, so dass ein martensitisches und/oder bainitisches Werkstoffgefüge erzielt wird. Durch diese Maßnahme erhält man einen Grundkörper 2 mit hoher Formgenauigkeit, guter Maßhaltigkeit und hohen Festigkeitswerten, welches sehr gut als Strukturbauteil in einem Kraftfahrzeug geeignet ist. Der warmumformgehärtete Grundkörper 2 weist eine Zugfestigkeit von 1.250 MPa bis 2.100 MPa auf. Im Zuge des Erwärmungsvorganges bildet sich auf der ersten Phosphatschicht 4 die Zunderschicht 5 aus. Diese verbleibt auf dem Bauteil bzw. dem Grundkörper 2 und wird mit der Platine im Pressenwerkzeug warmumgeformt und pressgehärtet.For the production of the motor vehicle structural component 1 becomes one with the first phosphate layer 4th pre-coated sheet steel made of manganese-boron steel is used. This with the first phosphate layer 4th provided steel blank is heated to a temperature above AC3 and then quickly formed and clamped in the press tool subjected to rapid cooling so that a martensitic and / or bainitic material structure is achieved. A base body is obtained through this measure 2 with high dimensional accuracy, good dimensional stability and high strength values, which is very well suited as a structural component in a motor vehicle. The hot-stamped body 2 has a tensile strength of 1,250 MPa to 2,100 MPa. In the course of the heating process, phosphate is formed on the first layer 4th the scale layer 5 out. This remains on the component or the base body 2 and is hot-formed and press-hardened with the blank in the press tool.

Nach Entnahme des umgeformten Grundkörpers 2 und Abkühlung wird die zweite Phosphatschicht 6 aufgebracht. Dies erfolgt in einem Phosphatierungsbad mit einer Phosphatlösung. Hierbei erfolgt eine schichtbildende Phosphatierung und die zweite Phosphatschicht 6 wird auf der Zunderschicht 5 ausgebildet. Nach dem Durchlauf des Phosphatierungsprozesses wird der Grundkörper 2 getrocknet und mit der äußeren Korrosionsschutzschicht 7 durch kathodische Tauchlackierung versehen.After removing the reshaped body 2 and cooling becomes the second phosphate layer 6th upset. This is done in a phosphating bath with a phosphate solution. This is followed by a layer-forming phosphating and the second phosphate layer 6th will be on the scale 5 educated. After the phosphating process has passed, the base body becomes 2 dried and with the outer anti-corrosion layer 7th provided by cathodic dip painting.

Auch die 3 zeigt einen Ausschnitt aus der Wand eines Kraftfahrzeug-Strukturbauteils 1. Auch hier ist die Figur nicht maßstäblich wiedergegeben. An der Außenfläche des Grundkörpers 2 ist eine mehrlagige Beschichtung 3 vorgesehen. Der Grundkörper 2 besteht aus einem Hochmanganstahl. Wie zuvor weist die Beschichtung 3 ausgehend vom Grundkörper 2 eine erste Phosphatschicht 4 auf. Auf der ersten Phosphatschicht 4 ist flächenabschnittsweise eine Zunderschicht 5 ausgebildet. Die Schichtdicke z der Zunderschicht 5 variiert in dem zuvor erläuterten Schichtdickenbereich. Auch kann die Zunderschicht 5 in Flächenabschnitten, wie in der 3 im mittleren Bereich 8 dargestellt, nicht ausgebildet sein. In diesem mittleren Bereich 8 kann auch eine wesentlich dünnere Zunderschicht vorliegen. Auf der Zunderschicht 5 ist eine zweite Phosphatschicht 6 aufgebracht. Den äußeren Abschluss bildet die äußere Korrosionsschutzschicht 7.Also the 3 shows a section from the wall of a motor vehicle structural component 1 . Here, too, the figure is not shown to scale. On the outer surface of the main body 2 is a multi-layer coating 3 intended. The basic body 2 consists of a high manganese steel. As before, the coating 3 starting from the base body 2 a first phosphate layer 4th on. On the first layer of phosphate 4th is a layer of scale in areas 5 educated. The layer thickness z the scale layer 5 varies in the previously explained layer thickness range. The scale layer can also 5 in surface sections, as in the 3 in the middle area 8th shown, not be trained. In this middle area 8th there may also be a much thinner layer of scale. On the scale 5 is a second phosphate layer 6th upset. The outer corrosion protection layer forms the outer finish 7th .

Die erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Strukturbauteile 1 sind rationell und kostengünstig herzustellen. Die Prozesskette ist schneller und insgesamt günstiger, und zwar unter Gewährleistung eines gleichbleibend guten Korrosionsschutzes, insbesondere einer Lackhaftung bzw. der äußeren Korrosionsschutzschicht 7. Die auf der ersten Phosphatschicht 4 ausgebildete Zunderschicht 5 ist homogen und haftet fest an. Die Zunderschicht 5 neigt nicht zum Abplatzen und bildet die Basis für die zweite Phosphatschicht 6, die wiederum den Untergrund für die äußere Korrosionsschutzschicht 7 bildet.The motor vehicle structural components according to the invention 1 are efficient and inexpensive to manufacture. The process chain is faster and overall cheaper, while ensuring consistently good corrosion protection, in particular paint adhesion or the outer corrosion protection layer 7th . The one on the first phosphate layer 4th formed layer of scale 5 is homogeneous and adheres firmly. The scale layer 5 does not tend to flake and forms the basis for the second phosphate layer 6th which in turn form the subsurface for the outer anti-corrosion layer 7th forms.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1 -1 -
Kraftfahrzeug-StrukturbauteilMotor vehicle structural component
2 -2 -
GrundkörperBase body
3 -3 -
BeschichtungCoating
4 -4 -
erste Phosphatschichtfirst phosphate layer
5 -5 -
ZunderschichtScale layer
6 -6 -
zweite Phosphatschichtsecond phosphate layer
7 -7 -
KorrosionsschutzschichtCorrosion protection layer
8 -8th -
mittlerer Bereich middle area
p1 -p1 -
Schichtdicke von 4Layer thickness of 4
p2 -p2 -
Schichtdicke von 6Layer thickness of 6
z -z -
Schichtdicke von 5Layer thickness of 5

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 2452486 A1 [0003]DE 2452486 A1 [0003]
  • EP 1013785 A1 [0004]EP 1013785 A1 [0004]
  • WO 2006/040030 A1 [0005]WO 2006/040030 A1 [0005]

Claims (8)

Kraftfahrzeug-Strukturbauteil (1), beispielsweise Crashbox, Stoßfängerquerträger oder Schweller, welches einen warmumformgehärteten Grundkörper (2) aus einem Mangan-Bor-Stahlblech mit einer mehrlagigen Beschichtung (3) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) ausgehend vom Grundkörper (2) eine erste Phosphatschicht (4), eine darauf wenigstens flächenabschnittsweise ausgebildete Zunderschicht (5), eine zweite Phosphatschicht (6) sowie eine äußere Korrosionsschutzschicht (7) aufweist.Motor vehicle structural component (1), for example a crash box, bumper cross member or sill, which has a hot-stamped base body (2) made of a manganese-boron steel sheet with a multilayer coating (3), characterized in that the coating (3) starting from the base body ( 2) has a first phosphate layer (4), a scale layer (5) formed thereon at least in sections, a second phosphate layer (6) and an outer corrosion protection layer (7). Kraftfahrzeug-Strukturbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phosphatschicht (4) und/oder die zweite Phosphatschicht (6) eine Schichtdicke (p1, p2) von jeweils einschließlich 0,5 Mikrometer bis 3,0 Mikrometer besitzt.Motor vehicle structural component according to Claim 1 , characterized in that the first phosphate layer (4) and / or the second phosphate layer (6) has a layer thickness (p1, p2) of in each case including 0.5 micrometers to 3.0 micrometers. Kraftfahrzeug-Strukturbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zunderschicht (5) eine Schichtdicke (z) von jeweils einschließlich 20 Mikrometer bis 200 Mikrometer besitzt, insbesondere 50 Mikrometer bis 100 Mikrometer.Motor vehicle structural component according to Claim 1 or 2 , characterized in that the scale layer (5) has a layer thickness (z) of in each case including 20 micrometers to 200 micrometers, in particular 50 micrometers to 100 micrometers. Kraftfahrzeug-Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Korrosionsschutzschicht (7) eine kathodische Tauchlackierung ist.Motor vehicle structural component according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the outer corrosion protection layer (7) is a cathodic dip coating. Kraftfahrzeug-Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) eine Zugfestigkeit Rm von jeweils einschließlich 1.250 MPa bis 2.100 MPa aufweist.Motor vehicle structural component according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the base body (2) has a tensile strength Rm of in each case including 1,250 MPa to 2,100 MPa. Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Strukturbauteils, welches einen warmformgehärteten Grundkörper (2) aus einem Mangan-Bor-Stahlblech mit einer mehrlagigen Beschichtung (3) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Schneiden einer Platine von einem Stahlband aus einem Mangan-Bor-Stahl, welches mit einer ersten Phosphatschicht (4) versehenen ist, - Erwärmen der Platine auf eine Temperatur T oberhalb der Ac3-Temperatur des Mangan-Bor-Stahls in einem Ofen, wobei auf der ersten Phosphatschicht (4) eine Zunderschicht (5) ausgebildet wird, - Entnahme der Platine aus dem Ofen und Überführung der Platine in ein Pressenwerkzeug, - Umformung der Platine zum Grundkörper (2) und Härtung des Grundkörpers (2) im Pressenwerkzeug, - Entnahme des Grundkörpers (2) aus dem Pressenwerkzeug, - Erzeugen einer zweiten Phosphatschicht (6) auf der Zunderschicht (5) des Grundkörpers (2), - Auftragen einer äußeren Korrosionsschutzschicht (7) auf der zweiten Phosphatschicht (6) des Grundkörpers.A method for producing a motor vehicle structural component which has a thermoformed base body (2) made of a manganese-boron steel sheet with a multilayer coating (3), characterized by the following steps: cutting a blank from a steel strip made of a manganese-boron steel , which is provided with a first phosphate layer (4), heating the plate to a temperature T above the Ac3 temperature of the manganese-boron steel in a furnace, a scale layer (5) being formed on the first phosphate layer (4) - Removal of the blank from the furnace and transferring the blank into a press tool, - Reshaping of the blank to form the base body (2) and hardening of the base body (2) in the press tool, - Removal of the base body (2) from the press tool, - Creation of a second one Phosphate layer (6) on the scale layer (5) of the base body (2), - application of an outer corrosion protection layer (7) on the second phosphate layer (6) of the base body rs. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Phosphatschicht (6) nasschemisch, insbesondere in einem Phosphatierungsbad, erzeugt wird.Procedure according to Claim 6 , characterized in that the second phosphate layer (6) is produced wet-chemically, in particular in a phosphating bath. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Korrosionsschutzschicht (7) durch eine kathodische Tauchlackierung gebildet wird.Procedure according to Claim 7 or 8th , characterized in that the outer corrosion protection layer (7) is formed by cathodic dip painting.
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Title
Phosphatierung. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 06.02.2020, URL: https://de.wikipedia.org/wiki/Phosphatierung [abgerufen am 05.05.2020] *

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