DE102019215580A1

DE102019215580A1 - Stahlblech mit einer deterministischen Oberflächenstruktur

Info

Publication number: DE102019215580A1
Application number: DE102019215580.4A
Authority: DE
Inventors: Oliver Vogt; Fabian Junge; Burak William Cetinkaya
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2019-10-10
Filing date: 2019-10-10
Publication date: 2021-04-15
Also published as: WO2021069247A1; JP2022551479A; EP4041467A1; EP4041467B1; CN114555251A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mit einer deterministischen Oberflächenstruktur (2) dressiertes Stahlblech (1, 1') sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Description

Die Erfindung betrifft ein mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressiertes Stahlblech. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressierten Stahlblechs.
Aus dem Stand der Technik sind gattungsgemäße mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressierte Stahlbleche bekannt, s. zum Beispiel Patentschrift EP 2 892 663 B1 .
Hinsichtlich des bekannten Standes der Technik besteht Optimierungsbedarf, insbesondere mit Blick auf eine gezielte Modellierung der Oberflächenstruktur eines mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressierten Stahlbleches.
Die Aufgabe ist daher, ein mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressiertes Stahlblech zur Verfügung zu stellen, welches im Vergleich zum Stand der Technik eine gezielte Veränderung der Oberflächenstruktur bereitstellt.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Bereitstellung einer gezielten Oberflächenstruktur auf einem dressierten Stahlblech ist wesentlich für weitere Prozesse, insbesondere in der weiterverarbeitenden Industrie zur Herstellung von Bauteilen für Automobile. Im Zuge der Bauteilherstellung, insbesondere in Umformprozessen ist es vorteilhaft, wenn verwendete Prozessmedien, wie zum Beispiel Öl und/oder Schmierstoffe, in notwendiger Auflage an umformprozessrelevanten Stellen vorhanden sind. Diese umformprozessrelevanten Stellen sind in der Regel die Kontaktflächen von Stahlblech und formgebenden Werkzeugen - demnach nicht die Einprägungen bzw. Vertiefungen in den Stahlblechen, in denen sich die Prozessmedien bevorzugt sammeln, sondern die Oberfläche in Form der Fläche der Erhebungen auf den Stahlblechen. Die Erfinder haben festgestellt, dass bei einem mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressierten Stahlblech im Vergleich zum Stand der Technik eine gezielte Oberflächenstruktur dadurch bereitgestellt werden kann, wenn die Oberflächenstruktur eine Vielzahl an Vertiefungen aufweist, wobei jede Vertiefung einen umlaufenden Flankenbereich aufweist, welcher ausgehend von der Oberfläche in einem Talbereich mündet, wobei in einer Schnittdarstellung betrachtet, jede Vertiefung ein Tiefenprofil aufweist, welches zwei gegenüberliegende Flankenteilbereiche und einen zwischen den Flankenteilbereichen verlaufenden und die Flankenteilbereiche verbindenden Talteilbereich umfasst, wobei das Tiefenprofil in einen linken Teil und einen rechten Teil des Tiefenprofils unterteilt ist, wobei das Tiefenprofil asymmetrisch verläuft, wobei sich die Flankenteilbereiche und Talteilbereiche des linken Teils und des rechten Teils des Tiefenprofils zumindest in der Höhe, in der Breite und/oder in der Steigung unterscheiden.
Durch die gezielte Modellierung der Oberflächenstruktur und dem entsprechend ausgebildeten asymmetrischen Verlauf des Tiefenprofils wurde festgestellt, dass beim Umformen die Asymmetrie zwar einen ungünstigen Einfluss auf das Umformergebnis hat, wobei die Bereiche der Oberfläche des Stahlblechs, welche insbesondere an die Flankenteilbereiche und Talteilbereiche mit einer steileren Steigung und/oder größeren Breite angrenzen und in Kontakt mit dem formgebenden Werkzeug gelangen, einer höheren Umformkraft ausgesetzt sind, da sie einen höheren Widerstand entgegenbringen, jedoch überraschenderweise festgestellt werden konnte, dass sich die Prozessmedien gezielt in den Flankenteilbereichen und Talteilbereichen mit einer steileren Steigung und/oder größeren Breite mit einer je nach Menge und/oder Art, z. B. abhängig von der Fließfähigkeit, des Prozessmediums resultierenden Höhe angesammelt haben und somit dem prozessrelevanten Bereich zur Verfügung stehen, wodurch der Widerstand reduziert werden kann, so dass sich das ungünstige Verhältnis der Umformung durch den gezielten Einfluss auf die lokale Prozessmedienverteilung kompensiert werden kann. Prozessmedien sammeln sich aufgrund der Kapillarwirkung insbesondere an breiten und steilen Flankenteilbereichen und Talteilbereichen. Die Höhe ist insbesondere relevant, da die Höhe die Fläche des Flankenteilbereichs definiert, von der der Kapillareffekt ausgeht. Eine zu hohe Höhe kann sich jedoch bei konstanter Menge des Prozessmediums nachteilig für den Umformprozess auswirken, da das Medium einen längeren Weg vom Tal(teil)bereich aus zurücklegen müsste, um an den prozessrelevanten Bereich zu gelangen.
Unter deterministischer Oberflächenstruktur sind wiederkehrende Oberflächenstrukturen zu verstehen, welche eine definierte Form und/oder Ausgestaltung aufweisen, vgl.
EP 2 892 663 B1 . Insbesondere gehören hierzu zudem Oberflächen mit einer (quasi-)stochastischen Anmutung, die jedoch mittels eines deterministischen Texturierungsverfahrens aufgebracht werden und sich somit aus deterministischen Formelementen zusammensetzen.
Unter Stahlblech ist allgemein ein Stahlflachprodukt zu verstehen, welches in Blechform bzw. in Platinenform oder in Bandform bereitgestellt werden kann.
Der die Vertiefung umlaufende Flankenbereich definiert zusammen mit dem einstückig an den Flankenbereich angeschlossenen Talbereich ein geschlossenes Volumen der in das Stahlblech mittels Dressieren eingeprägte Oberflächenstruktur. Das geschlossene Volumen, das sogenannte Leervolumen, kann für die spätere Verarbeitung mittels Umformverfahren auf ein zu applizierendes Prozessmedium, insbesondere Öl, abgestimmt sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus den Ansprüchen, der Beschreibung wie auch der Zeichnung können mit einem oder mehreren anderen Merkmalen daraus zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Es können auch ein oder mehrere Merkmale aus den unabhängigen Ansprüchen durch ein oder mehrere andere Merkmale verknüpft werden.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs wird das Tiefenprofil in und/oder quer zur Dressierwalzrichtung betrachtet. Durch das Einwirken einer Dressierwalze kann insbesondere in und/oder quer zur Dressierwalzrichtung gezielt Einfluss genommen werden, da durch die formgebenden Elemente der Dressierwalze vorzugsweise in Dressierwalzrichtung, aber auch alternativ oder zusätzlich quer zur Dressierwalzrichtung eine gezielte Asymmetrie der Vertiefungen eingestellt werden kann, welche auf die Oberfläche des Stahlblechs einwirken, in die Oberfläche des Stahlblechs eintauchen und die Vertiefungen erzeugen.
Die geometrische Ausgestaltung (Größe und Tiefe) einer deterministischen Oberflächenstruktur (negative Form) auf einem dressierten Stahlblech hängt insbesondere davon ab, wie die entsprechende geometrische Struktur (positive Form, formgebenden Elemente) auf einer Dressierwalze gestaltet ist/wird. Vorzugsweise kommen Laser-Texturierverfahren zur Anwendung, um gezielte Strukturen (positive Form) auf der Oberfläche einer Dressierwalze durch Materialabtrag einstellen zu können. Insbesondere kann durch gezielte Ansteuerung der Energie, der Pulsdauer und Wahl einer geeigneten Wellenlänge eines auf die Oberfläche der Dressierwalze einwirkenden Laserstrahls positiv Einfluss auf die Gestaltung der Struktur(en) genommen werden. fs-, ps- und ns-Pulse sind allesamt für einen Materialabtrag geeignet, die Art der Energieeinkoppelung und des Abtrages auf einer Festkörperoberfläche ist jedoch wesentlich unterschiedlich, ebenso die Größe der Wärmeeinflusszone (HAZ). Je kürzer die Pulsdauer desto weniger Energie kann beispielsweise aus dem Laserfokus in die Umgebung (HAZ) abfließen. Je länger der Puls desto mehr der Strahlungsenergie wird in das sich bereits bildende Plasma eingekoppelt oder von diesem reflektiert, kann also nicht in die Dressierwalzenoberfläche direkt eingekoppelt werden. Ein Puls hinterlässt auf der Dressierwalzenoberfläche einen im Wesentlichen kreisrunden Krater, der bzw. die, bei mehreren Kratern, nach dem Dressiervorgang die Oberfläche respektive die Fläche der Erhebungen (Oberfläche) auf dem Stahlblech und somit die Kontaktfläche zwischen Stahlblech und formgebenden Werkzeug abbildet. Eine Reduktion der Pulsdauer hat Einfluss auf die Ausbildung eines Kraters, insbesondere kann der Durchmesser des Kraters verringert werden. Durch die Reduktion der Pulsenergie, insbesondere bei der Verwendung von Kurz- bzw. Ultrakurzpulslasern, ist es möglich, die geometrische Struktur (positive Form) auf der Oberfläche einer Dressierwalze gezielt einzustellen. Dies wird beispielsweise erreicht, wenn die Pulsdauer des Lasers, mit dem die Oberfläche der Dressierwalze texturiert wird, in Richtung auf die Abtragsschwelle verringert wird und so die geometrische Struktur auf der Dressierwalze mit höherer Auflösung erzeugt werden kann. Ähnliches kann durch Erhöhen der Strahlprofilqualität (M²) und der Apertur der idealerweise asphärischen Fokussieroptik erzielt werden. Insbesondere durch die hohe Auflösung bzw. geringe Kraterfläche, die durch die energieärmere Wechselwirkung von Laser und Dressierwalze entsteht, können Flanken(teil)bereiche gezielt in beliebigere Höhe, Breite und/oder Steigung (Winkel des Flankenbereichs) eingestellt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs weist die Vertiefung in der Ebene der Oberfläche betrachtet eine Fläche auf, welche einen Schwerpunkt besitzt, durch welchen das Tiefenprofil in und/oder quer zur Dressierwalzrichtung betrachtet wird. Das durch den Schwerpunkt, welcher in der Ebene der Oberfläche betrachteten Fläche der Vertiefung eindeutig ermittelbar ist, beispielsweise in bzw. alternativ oder zusätzlich quer zur Dressierwalzrichtung verlaufende Tiefenprofil kann eine Asymmetrie gezeigt werden, insbesondere die Unterschiede der Flankenteilbereiche und Talteilbereiche des linken Teils und des rechten Teils des Tiefenprofils in Bezug auf Höhe, in der Breite und/oder in der Steigung.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs verlaufen der linke Teil des Tiefenprofils vom höchsten Punkt bis zum niedrigsten Punkt und der rechte Teil des Tiefenprofils vom höchsten Punkt bis zum niedrigsten Punkt, wobei das Tiefenprofil einen Symmetriefaktor A ≤ 0,9 aufweist, wobei A dem Quotienten der Integrale des linken und rechten Teils des Tiefenprofils entspricht, wobei das Integral mit dem größeren Wert im Nenner des Quotienten steht. Insbesondere weist das Tiefenprofil einen Symmetriefaktor A ≤ 0,85, vorzugsweise A ≤ 0,8, bevorzugt A ≤ 0,75, weiter bevorzugt A ≤ 0,7, besonders bevorzugt A ≤ 0,67. Je kleiner der Symmetriefaktor eingestellt wird, desto stärker werden die Bleche entlang einer vorgegebenen Richtung konditioniert, sodass entlang dieser Richtung im Vergleich zur gegensätzlichen Richtung beispielsweise bessere Reibeigenschaften und/oder bessere Strömungswiderstandseigenschaften (laminar oder turbulent von Fluiden) erzielt werden können.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs ist das Stahlblech mit einem metallischen Überzug beschichtet, insbesondere mit einem zinkbasierten Überzug, welcher durch Schmelztauchbeschichten aufgebracht ist. Vorzugsweise kann der Überzug neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt von bis zu 5 Gew.-% und/oder Magnesium mit einem Gehalt von bis zu 5 Gew.-% in dem Überzug enthalten. Stahlbleche mit zinkbasiertem Überzug weisen einen sehr guten kathodischen Korrosionsschutz auf, welche seit Jahren im Automobilbau eingesetzt werden. Ist ein verbesserter Korrosionsschutz vorgesehen, weist der Überzug zusätzlich Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,3 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,6 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,9 Gew.-% auf. Aluminium kann alternativ oder zusätzlich zu Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,3 Gew.-% vorhanden sein, um insbesondere eine Anbindung des Überzugs an das Stahlblech zu verbessern und insbesondere eine Diffusion von Eisen aus dem Stahlblech in den Überzug bei einer Wärmebehandlung des beschichteten Stahlblechs im Wesentlichen zu verhindern, damit die positiven Korrosionseigenschaften weiterhin erhalten bleiben. Dabei kann eine Dicke des Überzugs zwischen 1 und 15 µm, insbesondere zwischen 2 und 12 µm, vorzugsweise zwischen 3 und 10 µm betragen. Unterhalb der Mindestgrenze kann kein ausreichender kathodischer Korrosionsschutz gewährleistet werden und oberhalb der Höchstgrenze können Fügeprobleme beim Verbinden des erfindungsgemäßen Stahlblechs respektive eines daraus gefertigten Bauteils mit einem anderen Bauteil auftreten, insbesondere kann bei Überschreiten der Dicke des Überzugs angegebene Höchstgrenze kein stabiler Prozess beim thermischen Fügen bzw. Schweißen sichergestellt werden. Beim Schmelztauschbeschichten werden zunächst die Stahlbleche mit einem entsprechenden Überzug beschichtet und anschließend dem Dressieren zugeführt. Das Dressieren erfolgt nach dem Schmelztauchbeschichten des Stahlblechs.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs ist das Stahlblech mit einem metallischen Überzug, insbesondere einem zinkbasierten Überzug beschichtet, welcher durch elektrolytisches Beschichten aufgebracht ist. Dabei kann eine Dicke des Überzugs zwischen 1 und 10 µm, insbesondere zwischen 1,5 und 8 µm, vorzugsweise zwischen 2 und 5 µm betragen. Im Vergleich zum Schmelztauchbeschichten kann das Stahlblech zunächst dressiert und anschließend elektrolytisch beschichtet werden. Je nach Dicke des Überzugs kann die Rauheit im Flankenbereich im Wesentlichen auch nach dem elektrolytischen Beschichten beibehalten werden. Alternativ ist auch zunächst ein elektrolytisches Beschichten mit anschließendem Dressieren denkbar.
Denkbar ist auch, dass kein Überzug, beispielsweise kein metallischer Überzug vorgesehen ist. Denkbar ist es auch, dass das Stahlblech mit einem nichtmetallischen Überzug beispielsweise in einer Bandbeschichtungsanlage beschichtet wird/ist, wobei das Stahlblech vor oder nach der Beschichtung mit einem nichtmetallischen Überzug dressiert wird.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs ist das insbesondere beschichtete Stahlblech zusätzlich mit einem Prozessmedium, insbesondere mit einem Öl versehen, wobei insbesondere das Prozessmedium mit einer Auflage bis zu 2 g/m² in der Oberflächenstruktur aufgenommen ist. Aufgrund der Dimensionierung der Oberflächenstruktur besteht nur wenig Bedarf an Prozessmedium, so dass die Auflage bis zu 2 g/m², insbesondere bis zu 1,5 g/m², vorzugsweise bis zu 1 g/m², bevorzugt bis zu 0,6 g/m², weiter bevorzugt bis zu 0,4 g/m² begrenzt ist. Insbesondere durch die Asymmetrie lagert sich das Prozessmedium nach dem Aufbringen im Wesentlichen in den Vertiefungen lokal in den Flankenteilbereichen und Talteilbereichen mit einer steileren Steigung, höheren Höhe und/oder größeren Breite ab und steht für weitere Prozesse, wie zum Beispiel für formgebende Prozesse, vorzugsweise für Tiefziehprozesse, näher an bzw. angrenzend an umformprozessrelevanten Stellen bereit, um die Schmierung zu verbessern und die Reibung und somit den Verschleiß der formgebenden Mittel, wie zum Beispiel Formgebungsvorrichtungen, vorzugsweise (Tiefzieh-) Pressen, zu reduzieren. Insbesondere kann eine Anlagerung des Prozessmediums an tribologisch ungünstigen Bereichen, die nicht zur Prozessmediumzufuhr in die eigentliche Kontakt- bzw. Reibzone beitragen, wirksam unterdrückt werden. Somit hat das erfindungsgemäße Stahlblech mit geringem Prozessmediumbedarf sehr gute tribologische Eigenschaften und ist im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten, insbesondere beölten Stahlblechen umweltschonender insbesondere durch geringeren Ressourceneinsatz.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressierten Stahlblechs umfassend folgende Schritte: - Bereitstellen eines Stahlblechs, - Dressieren des Stahlblechs mit einer Dressierwalze, wobei die Oberfläche der Dressierwalze, welche auf die Oberfläche des Stahlblechs einwirkt, mit einer deterministischen Oberflächenstruktur derart eingerichtet ist, dass nach dem Dressieren die Oberflächenstruktur ausgehend von einer Oberfläche des Stahlblechs in das Stahlblech eingeprägt ist, wobei die Oberflächenstruktur eine Vielzahl an Vertiefungen aufweist, wobei jede Vertiefung einen umlaufenden Flankenbereich aufweist, welcher ausgehend von der Oberfläche in einem Talbereich mündet, wobei in einer Schnittdarstellung betrachtet, jede Vertiefung ein Tiefenprofil aufweist, welches zwei gegenüberliegende Flankenteilbereiche und einen zwischen den Flankenteilbereichen verlaufenden und die Flankenteilbereiche verbindenden Talteilbereich umfasst, wobei das Tiefenprofil in einen linken Teil und einen rechten Teil des Tiefenprofils unterteilt ist, wobei das Tiefenprofil asymmetrisch verläuft, wobei sich die Flankenteilbereiche und Talteilbereiche des linken Teils und des rechten Teils des Tiefenprofils zumindest in der Höhe, in der Breite und/oder in der Steigung unterscheiden.
Die Oberfläche (positive Form) der Dressierwalze bildet durch Krafteinwirkung auf die Oberfläche des Stahlblechs eine Oberflächenstruktur aus, welche Vertiefungen mit jeweils Tal- und Flankenbereichen (negative Form) definiert und entspricht im Wesentlichen der Oberfläche (positive Form) der Dressierwalze. Die Dressierwalze zur Ausbildung einer deterministischen Oberflächenstruktur kann mit geeigneten Mitteln bearbeitet werden, beispielsweise mittels Laser, vgl. auch EP 2 892 663 B1 . Des Weiteren können auch andere Abtragverfahren zur Einstellung einer Oberfläche an einer Dressierwalze eingesetzt werden, beispielsweise spanende Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter oder unbestimmter Schneide, chemische bzw. elektrochemische, optische oder plasmainduzierte Verfahren, welche geeignet sind, ein zu dressierendes Stahlblech mit einer Oberflächenstruktur und einer entsprechenden Asymmetrie umsetzen zu können.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird jeweils auf die Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressierten Stahlblech verwiesen.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Bereitstellen des Stahlblechs das Stahlblech durch Schmelztauchbeschichten beschichtet. Vorzugsweise kann die Schmelze zum Schmelztauchbeschichten neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt von bis zu 5 Gew.-% und/oder Magnesium mit einem Gehalt von bis zu 5 Gew.-% enthalten.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem Dressieren des Stahlblechs das dressierte Stahlblech durch elektrolytisches Beschichten beschichtet.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Stahlblech nach dem Dressieren zusätzlich mit Prozessmedium, vorzugsweise mit Öl, versehen, wobei das Prozessmedium mit einer Auflage bis zu 2 g/m², weiter bevorzugt mit einer Auflage bis zu 0,4 g/m² aufgebracht wird.
Im Folgenden werden konkrete Ausgestaltungen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung im Detail näher erläutert. Die Zeichnung und begleitende Beschreibung der resultierenden Merkmale sind nicht beschränkend auf die jeweiligen Ausgestaltungen zu lesen, dienen jedoch der Illustration beispielhafter Ausgestaltung. Weiterhin können die jeweiligen Merkmale untereinander wie auch mit Merkmalen der obigen Beschreibung genutzt werden für mögliche weitere Entwicklungen und Verbesserungen der Erfindung, speziell bei zusätzlichen Ausgestaltungen, welche nicht dargestellt sind. Gleiche Teile sind stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Zeichnung zeigt in

1)) eine AFM-Aufnahme eines Ausschnitts eines beschichteten, mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressierten Stahlblechs gemäß eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
2) eine Teil-Schnittdarstellung gemäß des Schnitts X in 1,
3) eine Teil-Schnittdarstellung gemäß des Schnitts Y in 1 und
4) eine Teil-Schnittdarstellung gemäß des Schnitts Z in 1.

In 1) ist eine Rasterkraftmikroskopie (AFM)-Aufnahme eines Ausschnitts eines beschichteten, mit einer deterministischen Oberflächenstruktur (2) dressierten Stahlblechs (1, 1') gemäß eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels dargestellt. Das Stahlblech (1, 1') kann ein unbeschichtetes Stahlblech (1) sein, also keinen insbesondere metallischen Überzug bzw. nichtmetallischen Überzug aufweisen, oder ein mit einem metallischen Überzug (1.2) beschichtetes Stahlblech (1') sein. Die deterministische Oberflächenstruktur (2) zeigt eine immer wiederkehrenden I-förmigen Einprägung als Vertiefung (2.1). Der Schwerpunkt (S) in der Ebene der Oberfläche (1.1) ist bei einer im Wesentlichen rechteckigen Vertiefung relativ schnell und einfach zu ermitteln. Andere Ausführungsformen der Vertiefung(en) sind ebenfalls denkbar und anwendbar und nicht auf eine I-förmige Einprägung beschränkt. Die Oberflächenstruktur (2) wurde mittels einer Dressierwalze (nicht dargestellt) eingeprägt, wobei die Oberfläche der Dressierwalze mittels Laser strukturiert worden ist, vgl. EP 2 892 663 B1 . Jede Vertiefung (2.1) weist einen umlaufenden Flankenbereich (2.3) auf, welcher ausgehend von der Oberfläche (1.1) in einem Talbereich (2.2) mündet.
Der Scanbereich der Rasterkraftmikroskopie (Atomic Force Microscopy, AFM) wies eine Fläche von 90 × 90 µm², wobei drei Bereiche (weiß eingerahmt) innerhalb des Scanbereichs mit einer Fläche von jeweils 25 × 60 µm² näher untersucht wurden. Die aus den drei Bereichen (X, Y, Z) ermittelten Tiefenprofile (2.11) wurden zu jeweils einem gemittelten Tiefenprofil (2.11) zusammengefasst X, Y, Z (strichliniert dargestellt) und die daraus bestimmten Tiefenprofile (2.11) im Teilschnitt in den 2 bis 4 vergrößert dargestellt. Je nach Auflösung der verwendeten Messapparatur kann auch nur ein Tiefenprofil im (Teil-)Schnitt repräsentativ zur Auswertung herangezogen werden und nicht wie in diesem Fall aus mehreren Tiefenprofilen ein Mittelwert gebildet werden. Die Darstellungen in den 2 bis 4 zeigen jeweils in einer Schnittdarstellung (X, Y, Z) betrachtet, dass jede Vertiefung (2.1) ein Tiefenprofil (2.11) aufweist, welches zwei gegenüberliegende Flankenteilbereiche (2.31) und einen zwischen den Flankenteilbereichen (2.31) verlaufenden und die Flankenteilbereiche (2.31) verbindenden Talteilbereich (2.21) umfasst, wobei das Tiefenprofil (2.11) in einen linken Teil und einen rechten Teil des Tiefenprofils (2.11) unterteilt ist, wobei das Tiefenprofil (2.11) asymmetrisch verläuft, wobei sich die Flankenteilbereiche (2.31) und Talteilbereiche (2.21) des linken Teils und des rechten Teils des Tiefenprofils (2.11) zumindest in der Höhe (h), in der Breite (b) und/oder in der Steigung (α) unterscheiden. Die Schnittdarstellung (Y) verläuft beispielsweise durch den Schwerpunkt (S) der Vertiefung (2.1), wobei das Tiefenprofil (2.1) in Walzrichtung oder quer zur Walzrichtung verlaufen kann.

Als Breite (b) wird die Breite zwischen dem jeweiligen höchsten zugeordneten Punkt (P1, P2) und dem tiefsten Punkt (P3) verstanden. Die Höhe (h) wird zwischen dem jeweiligen höchsten Punkt (P1, P2) und dem tiefsten Punkt (P3) bestimmt. An diesen Punkten (P1, P2, P3) kann somit das Tiefenprofil (2.11) definiert in einen linken Teil und einen rechten Teil des Tiefenprofils (2.11) unterteilt werden, wobei der linke Teil des Tiefenprofils (2.11) vom höchsten Punkt (P1) bis zum niedrigsten Punkt (P3) verläuft und der rechte Teil des Tiefenprofils (2.11) vom höchsten Punkt (P2) bis zum niedrigsten Punkt (P3) verläuft. Das Tiefenprofil (2.11) weist einen Asymmetriefaktor A ≤ 0,9 auf, wobei A dem Quotienten der Integrale (Int) des linken und rechten Teils des Tiefenprofils (2.11) entspricht, wobei das Integral (Int) mit dem größeren Wert im Nenner des Quotienten steht. Die Intergrale zwischen den Punkten (P1, P3), linker Teil, und zwischen Punkten (P3, P2), rechter Teil, entsprechen der linken und rechten Fläche (schraffiert dargestellt) des Tiefenprofils (2.11) unterhalb der Tiefenprofil-Funktion. In der folgende Tabelle 1 sind die drei untersuchten Bereiche mit ihren Kenngrößen gegenübergestellt: Tabelle 1

Bereich	h_P1,P3	h_P3,P2	b_P1,P3	b_P3,P2	Int_P1,P3	lnt_P3,P2	A
X	2,66 µm	2,29 µm	18,75 µm	26,76 µm	13,45 µm²	20,68 µm²	0,65
Y	2,52 µm	2,08 µm	20,51 µm	26,95 µm	16,21 µm²	24,55 µm²	0,66
Z	3,10 µm	2,41 µm	19,53 µm	23,63 µm	20,99 µm²	14,78 µm²	0,70

In einer weiteren Untersuchung wurde auf das erfindungsgemäße, insbesondere mit einem metallischen Überzug beschichtete und einer deterministischen Oberflächenstruktur (2) dressierte Stahlblech (1, 1') ein Prozessmedium in Form eines Umformöls appliziert und es konnte gezeigt werden, dass sich das Prozessmedium durch die gezielt eingestellte Asymmetrie entlang einer Vorzugsrichtung des Stahlblechs in einem Teil des Tiefenprofils (2.11) innerhalb der Vertiefung(en) (2.1) angesammelt hat, so dass es in einem weiteren Tiefziehversuch in notwendiger Auflage dem umformprozessrelevanten Stellen bevorratet werden kann. Als Referenz wurde ein trockenes, d. h. ohne Prozessmedium beschichtetes erfindungsgemäßes Stahlblech wie mehrere mit einem Prozessmedium mit unterschiedlichen Auflagen 0.5, 1, 1.5 und 2 g/m² in der Oberflächenstruktur (2) beschichtetes erfindungsgemäßes Stahlblech unter gleichen Bedingungen einem Tiefziehversuch unterzogen. Im Ergebnis stellte sich heraus, dass erwartungsgemäß bedingt durch die hohe Reibkraft sich beim trockenen Stahlblech ein hoher Abrieb einstellte und die mit dem Prozessmedium beschichteten Stahlbleche im Wesentlichen identische Ergebnisse aufzeigten und kein nennenswerter Abrieb zu erkennen war. Es konnte somit aufgezeigt werden, dass die Prozessmediumauflage am erfindungsgemäß insbesondere beschichteten, mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressierten Stahlblech mit 0.5 g/m² ausreichend war, um ein entsprechend gutes Ergebnis zu erzielen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2892663 B1 [0002, 0008, 0021, 0028]

Claims

Mit einer deterministischen Oberflächenstruktur (2) dressiertes Stahlblech (1, 1'), wobei die Oberflächenstruktur (2) ausgehend von einer Oberfläche (1.1) des Stahlblechs (1, 1') in das Stahlblech (1, 1') eingeprägt ist, wobei die Oberflächenstruktur (2) eine Vielzahl an Vertiefungen (2.1) aufweist, wobei jede Vertiefung (2.1) einen umlaufenden Flankenbereich (2.3) aufweist, welcher ausgehend von der Oberfläche (1.1) in einem Talbereich (2.2) mündet, wobei in einer Schnittdarstellung betrachtet, jede Vertiefung (2.1) ein Tiefenprofil (2.11) aufweist, welches zwei gegenüberliegende Flankenteilbereiche (2.31) und einen zwischen den Flankenteilbereichen (2.31) verlaufenden und die Flankenteilbereiche (2.31) verbindenden Talteilbereich (2.21) umfasst, wobei das Tiefenprofil (2.11) in einen linken Teil und einen rechten Teil des Tiefenprofils (2.11) unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefenprofil (2.11) asymmetrisch verläuft, wobei sich die Flankenteilbereiche (2.31) und Talteilbereiche (2.21) des linken Teils und des rechten Teils des Tiefenprofils (2.11) zumindest in der Höhe (h), in der Breite (b) und/oder in der Steigung (α) unterscheiden.
Stahlblech nach Anspruch 1, wobei das Tiefenprofil (2.11) in und/oder quer zur Dressierwalzrichtung betrachtet wird.
Stahlblech nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vertiefung (2.1) in der Ebene (E) der Oberfläche (1.1) betrachtet eine Fläche (2.12) aufweist, welche einen Schwerpunkt (S) besitzt, durch welchen das Tiefenprofil (2.11) in und/oder quer zur Dressierwalzrichtung betrachtet wird.
Stahlblech nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der linke Teil des Tiefenprofils (2.11) vom höchsten Punkt (P1) bis zum niedrigsten Punkt (P3) verläuft und der rechte Teil des Tiefenprofils (2.11) vom höchsten Punkt (P2) bis zum niedrigsten Punkt (P3) verläuft, das Tiefenprofil (2.11) einen Symmetriefaktor A ≤ 0,9 aufweist, wobei A dem Quotienten der Integrale des linken und rechten Teils des Tiefenprofils (2.11) entspricht, wobei das Integral mit dem größeren Wert im Nenner des Quotienten steht.
Stahlblech nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stahlblech (1') einen metallischen Überzug aufweist.
Stahlblech nach Anspruch 5, wobei das Stahlblech (1') mit einem zinkbasierten Überzug beschichtet ist, welcher durch Schmelztauchbeschichten aufgebracht ist.
Stahlblech nach Anspruch 5, wobei das Stahlblech (1') mit einem Überzug zinkbasierten Überzug beschichtet ist, welcher durch elektrolytisches Beschichten aufgebracht ist.
Stahlblech nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stahlblech (1, 1') zusätzlich mit einem Prozessmedium versehen ist, wobei insbesondere das Prozessmedium mit einer Auflage bis zu 2 g/m² in der Oberflächenstruktur (2) aufgenommen ist.
Verfahren zum Herstellen eines mit einer deterministischen Oberflächenstruktur (2) dressierten Stahlblechs (1, 1') umfassend folgende Schritte: - Bereitstellen eines Stahlblechs, - Dressieren des Stahlblechs mit einer Dressierwalze, wobei die Oberfläche der Dressierwalze, welche auf die Oberfläche des Stahlblechs einwirkt, mit einer deterministischen Oberflächenstruktur derart eingerichtet ist, dass nach dem Dressieren die Oberflächenstruktur (2) ausgehend von einer Oberfläche (1.1) des Stahlblechs (1, 1') in das Stahlblech (1, 1') eingeprägt ist, wobei die Oberflächenstruktur (2) eine Vielzahl an Vertiefungen (2.1) aufweist, wobei jede Vertiefung (2.1) einen umlaufenden Flankenbereich (2.3) aufweist, welcher ausgehend von der Oberfläche (1.1) in einem Talbereich (2.2) mündet, wobei in einer Schnittdarstellung betrachtet, jede Vertiefung (2.1) ein Tiefenprofil (2.11) aufweist, welches zwei gegenüberliegende Flankenteilbereiche (2.31) und einen zwischen den Flankenteilbereichen (2.31) verlaufenden und die Flankenteilbereiche (2.31) verbindenden Talteilbereich (2.21) umfasst, wobei das Tiefenprofil (2.11) in einen linken Teil und einen rechten Teil des Tiefenprofils (2.11) unterteilt ist, wobei das Tiefenprofil (2.11) asymmetrisch verläuft, wobei sich die Flankenteilbereiche (2.31) und Talteilbereiche (2.21) des linken Teils und des rechten Teils des Tiefenprofils (2.11) zumindest in der Höhe (h), in der Breite (b) und/oder in der Steigung (α) unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei vor dem Bereitstellen des Stahlblechs das Stahlblech durch Schmelztauchbeschichten beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei nach dem Dressieren des Stahlblechs das dressierte Stahlblech durch elektrolytisches Beschichten beschichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Stahlblech (1, 1') zusätzlich mit einem Prozessmedium versehen wird, wobei das Prozessmedium mit einer Auflage bis zu 2 g/m² aufgebracht wird.