DE102020113397A1 - Coated sheet metal blank for the production of a hot-formed and press-hardened sheet steel component - Google Patents

Coated sheet metal blank for the production of a hot-formed and press-hardened sheet steel component Download PDF

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DE102020113397A1
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sheet metal
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metal blank
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Ansgar Hatscher
Rolf Wagner
Martin Keunecke
Markus Mejauschek
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Volkswagen AG
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Volkswagen AG
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Abstract

Beschichtete Blechplatine (2, 2a) zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils, wobei die Blechplatine (2, 2a) als Grundwerkstoff (1) einen härtbaren Stahl mit einer wenigstens einseitigen Beschichtung (5, 7) aufweist, wobei die Beschichtung Titan und Aluminium und/oder mindestens ein weiteres Legierungselement, umfassend Magnesium, Silizium, Zink und/oder Kupfer aufweist und dass während eines Warmumformprozesses der beschichteten Blechplatine (2, 2a) ein Austenitisierungsschritt (Ac) erfolgt, wobei sich die Legierungselemente der Beschichtung (5, 7) innerhalb der Beschichtung nach dem Austenitisierungsschritt (Ac) entmischen und dadurch die Beschichtung mindestens eine Oberflächenschicht (3) und eine Anbindungsschicht (4) aufweist, wobei die Oberflächenschicht (3) im Wesentlichen Aluminium, Silizium, Magnesium, Zink und/oder Kupfer aufweist und die Anbindungsschicht (4) im Wesentlichen Titan aufweist.Coated sheet metal plate (2, 2a) for the production of a hot-formed and press-hardened sheet steel part, the sheet metal plate (2, 2a) having a hardenable steel as base material (1) with a coating (5, 7) on at least one side, the coating being titanium and aluminum and / or at least one further alloy element comprising magnesium, silicon, zinc and / or copper and that an austenitizing step (Ac) takes place during a hot forming process of the coated sheet metal blank (2, 2a), the alloying elements of the coating (5, 7) being within segregate the coating after the austenitizing step (Ac) and thereby the coating has at least one surface layer (3) and one connection layer (4), the surface layer (3) essentially comprising aluminum, silicon, magnesium, zinc and / or copper and the connection layer (4) consists essentially of titanium.

Description

Die Erfindung betrifft eine beschichtete Blechplatine zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren nach dem Anspruch 13.The invention relates to a coated sheet metal blank for the production of a hot-formed and press-hardened sheet steel part according to the preamble of claim 1 and a method according to claim 13.

Warmumformstähle, wie zum Beispiel 22MnB5, weisen nach dem Warmumformprozess ein nahezu vollständiges martensitisches Gefüge mit einer nominellen Zugfestigkeit Rm von im Mittel 1500MPa auf. Aktuell werden die Festigkeiten dieser Warmumformstähle durch zum Beispiel eine Erhöhung des Kohlenstoffanteils im Stahl-Grundwerkstoff weiter bis auf 2000MPa gesteigert.Hot-formed steels, such as 22MnB5, have an almost complete martensitic structure after the hot-forming process with a nominal tensile strength Rm of an average of 1500MPa. The strengths of these hot-formed steels are currently being increased further up to 2000MPa, for example by increasing the carbon content in the steel base material.

Als Ausgangsmaterial zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils in einem Warmumformverfahren wird eine Blechplatine verwendet. Die noch nicht wärmebehandelte beschichtete Blechplatine weist als Grundwerkstoff einen härtbaren Stahl auf, der einseitig oder beidseitig mit einer metallischen Zunderschutzbeschichtung überzogen ist. Diese ist in gängiger Praxis eine Aluminium-Silizium (AISi)-Beschichtung. Eine solche AISi-Beschichtung begünstigt jedoch im Wärmebehandlungsschritt einen Wasserstoff-Eintrag von der Dampfatmosphäre im Wärmebehandlungsofen in den Stahl-Grundwerkstoff, wodurch speziell Stahlblechbauteile höherer Festigkeit bei Belastung spröder reagieren. Zudem bildet eine AISi-Beschichtung im Wärmebehandlungsschritt eine schmelzflüssige Phase, wodurch es insbesondere bei einem Rollenherdofen zu einer starken Verschmutzung der Transportrollen kommen kann.A sheet metal blank is used as the starting material for the production of a hot-formed and press-hardened sheet steel component in a hot-forming process. The coated sheet metal blank, which has not yet been heat-treated, has a hardenable steel as the base material, which is coated on one or both sides with a metallic anti-scale coating. In common practice, this is an aluminum-silicon (AISi) coating. Such an AISi coating, however, favors an entry of hydrogen from the steam atmosphere in the heat treatment furnace into the steel base material in the heat treatment step, as a result of which steel sheet components of higher strength react more brittle when exposed to stress. In addition, an AISi coating forms a molten phase in the heat treatment step, which can lead to heavy soiling of the transport rollers, especially in a roller hearth furnace.

Um die obigen Nachteile der AISi-Beschichtung zu vermeiden, kann der Warmumformprozess mit einer unbeschichteten Blechplatine durchgeführt werden. In diesem Fall bildet sich jedoch im Wärmebehandlungsschritt eine Verzunderung in Form einer Oxidschicht, die bei der Warmumformung im Umformwerkzeug abplatzt und somit das Umformwerkzeug verunreinigt. Zudem muss die noch am Stahlblechbauteils anhaftende Zunderschicht nach Abschluss des Warmumformprozesses aufwendig, zum Beispiel durch Strahlbearbeitung, vom Stahlblechbauteil entfernt werden, um eine Schweißbarkeit des Bauteils zu gewährleisten.In order to avoid the above disadvantages of the AISi coating, the hot forming process can be carried out with an uncoated sheet metal blank. In this case, however, scaling in the form of an oxide layer forms in the heat treatment step, which flakes off during hot forming in the forming tool and thus contaminates the forming tool. In addition, the layer of scale still adhering to the sheet steel component has to be removed from the sheet steel component in a laborious manner after the hot forming process has been completed, for example by blasting, in order to ensure that the component can be welded.

Aus der US 2018/0274062 A1 ist eine Stahlblechbeschichtung aus Zink, Titan, Silizium, Magnesium, Lanthan, Cer, Zinn und Aluminium bekannt, wobei die Mikrostruktur der Beschichtung keine binäre Phase aus Aluminium und Zink aufweist.From the US 2018/0274062 A1 a sheet steel coating made of zinc, titanium, silicon, magnesium, lanthanum, cerium, tin and aluminum is known, the microstructure of the coating not having a binary phase of aluminum and zinc.

Aus der US 7527876 B2 ist ein oberflächenbehandeltes Blech mit einem Film aus Titan, Nickel, Aluminium und Fluor bekannt.From the US 7527876 B2 a surface-treated sheet metal with a film of titanium, nickel, aluminum and fluorine is known.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine beschichtete Blechplatine zur Herstellung eines Stahlblechbauteils in einem Warmumformprozess bereitzustellen, mit der eine im Vergleich zum Stand der Technik einfachere und/oder energiesparendere Herstellung eines Stahlblechbauteils möglich ist.The object of the invention is to provide a coated sheet metal blank for producing a sheet steel component in a hot forming process, with which a sheet steel component can be produced more simply and / or more energy-efficiently compared to the prior art.

Diese Aufgabe wird durch eine beschichtete Blechplatine mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 13 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.This object is achieved by a coated sheet metal blank having the features of claim 1 and by a method according to claim 13. Preferred developments of the invention are disclosed in the subclaims.

Die Erfindung betrifft eine beschichtete Blechplatine zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils, wobei die Blechplatine als Grundwerkstoff einen härtbaren Stahl mit einer wenigstens einseitigen Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung Titan und Aluminium und/oder mindestens ein weiteres Legierungselement, umfassend Magnesium, Silizium, Zink und/oder Kupfer aufweist und dass während eines Warmumformprozesses der beschichteten Blechplatine ein Austenitisierungsschritt erfolgt, wobei sich die Legierungselemente der Beschichtung innerhalb der Beschichtung nach dem Austenitisierungsschritt entmischen und dadurch die Beschichtung mindestens eine Oberflächenschicht und eine Anbindungsschicht aufweist, wobei die Oberflächenschicht im Wesentlichen Aluminium, Silizium, Magnesium, Zink und/oder Kupfer aufweist und die Anbindungsschicht im Wesentlichen Titan aufweist.The invention relates to a coated sheet metal blank for the production of a hot-formed and press-hardened sheet steel part, the sheet metal blank having a hardenable steel with a coating on at least one side as the base material, the coating being titanium and aluminum and / or at least one further alloy element, comprising magnesium, silicon, zinc and / or copper and that an austenitizing step takes place during a hot forming process of the coated sheet metal blank, the alloying elements of the coating segregating within the coating after the austenitizing step and thereby the coating having at least one surface layer and one bonding layer, the surface layer essentially being aluminum, silicon, Has magnesium, zinc and / or copper and the connection layer has essentially titanium.

Die möglichen Legierungselemente der Beschichtung umfassen Titan, Aluminium, Magnesium, Silizium, Zink und/oder Kupfer. Die Beschichtung, insbesondere eine metallische Beschichtung, kann beispielsweise auch eine Aluminium-Titan-Zinkschicht oder Aluminium-Kupfer-Titanschicht oder Aluminium-Magnesium-Titanschicht oder Aluminium-Silizium-Titanschicht oder eine Mischung dieser Legierungselemente sein. Weiterhin kann die Beschichtung aus zwei Legierungselementen bestehen, beispielsweise aus Titan und Aluminium, Titan und Zink, Titan und Magnesium, Titan und Silizium oder Titan und Kupfer. Die Beschichtung kann zwei, drei, vier, fünf oder mehrere der Legierungselemente umfassen. Weiterhin können als Restanteil Verunreinigungen oder Nebenlegierungselemente vorkommen. Die Beschichtung kann als eine Zunderschutzbeschichtung einseitig oder beidseitig auf der Blechplatine ausgebildet sein.
Vorteilhaft ist daran, dass eine Zunderbildung im Ofen und damit einhergehende Werkzeugverschmutzung vermieden werden kann. Weiterhin kann die Beschichtung aktiv als Opfermaterial gegen unerwünschte Korrosion im Dauernassbereich wirken. Die Beschichtung hat eine Schmelztemperatur von über ungefähr 1000°C und schmilzt deshalb im Wärmebehandlungsschritt nicht. Die Ofenverweilzeit kann gegenüber einer AISi-Beschichtung erheblich auf 3-10 Minuten verkürzt werden, da keine zusätzlichen Haltezeiten durch die Diffusionsprozesse, wie sie zum Beispiel bei der AISi-Beschichtung notwendig sind, abgewartet werden müssen. Dadurch steigt die Ausbringung und der Energiebedarf sinkt. Die Beschichtung ist am warmumgeformten Bauteil, im Gegensatz zu einer Zunderschicht, gut haftend und schweißfähig. Von daher kann die Beschichtung am fertiggestellten Stahlblechbauteil verbleiben und braucht nicht entfernt zu werden, so dass ein Bearbeitungsschritt durch Reinigungsstrahlen entfallen kann. Die Beschichtung kann zudem als eine Sperrschicht wirken, mittels der ein Wasserstoff-Eintrag während des Wärmebehandlungsschrittes in den Grundwerkstoff verhindert oder zumindest reduziert werden kann. Durch die Beschichtung ist keine Schutzgasatmosphäre oder Taupunkt-Regelung im Ofen oder eine nachträgliche Wärmebehandlung notwendig, wodurch der Prozess vereinfacht und Kosten reduziert werden können. Weiterhin können sich die Legierungselemente der Beschichtung innerhalb der Beschichtung während des Warmumformprozesses entmischen. Während des Warmumformprozesses erfolgt ein Austenitisierungsschritt. In dem Austenitisierungsschritt wird die beschichtete Blechplatine auf Austenitisierungstemperatur in einem Ofen, vorzugsweise einem Rollenherdofen, erhitzt, wobei sich die Legierungselemente der Beschichtung innerhalb der Beschichtung entmischen und die Beschichtung nach einer Entmischung mindestens eine Oberflächenschicht und eine Anbindungsschicht aufweist, wobei die Oberflächenschicht im Wesentlichen Aluminium, Silizium, Magnesium, Zink und/oder Kupfer und die Anbindungsschicht im Wesentlichen Titan aufweist. Insbesondere können die Legierungselemente des Grundwerkstoffs in die Beschichtung eindiffundieren. Die Oberflächenschicht kann einen konstanten Reibwert beim Umformen im Werkzeug bewirken, wodurch sich ein gleichmäßigeres Fließverhalten des Materials einstellen kann, was eine Reduktion von beispielsweise Reißern zur Folge haben kann. Weiterhin kann die Oberflächenschicht als zunderbeständige Schicht eine Zunderbildung vermeiden. Die Anbindungsschicht kann für eine gute Anbindung beziehungsweise Haftung zur Blechplatine sorgen, damit eine nachfolgende Umformung nicht zu Abplatzungen führt. Zum Teil kann dieser mechanische Anbindungseffekt auch noch durch Diffusionsvorgänge von Legierungselementen der Anbindungsschicht und des Grundwerkstoffes unterstützt werden. Damit bildet die Anbindungsschicht eine duktile Anbindung zur Blechplatine.
The possible alloying elements of the coating include titanium, aluminum, magnesium, silicon, zinc and / or copper. The coating, in particular a metallic coating, can for example also be an aluminum-titanium-zinc layer or an aluminum-copper-titanium layer or an aluminum-magnesium-titanium layer or an aluminum-silicon-titanium layer or a mixture of these alloying elements. Furthermore, the coating can consist of two alloy elements, for example titanium and aluminum, titanium and zinc, titanium and magnesium, titanium and silicon or titanium and copper. The coating can comprise two, three, four, five or more of the alloy elements. Furthermore, impurities or secondary alloy elements can occur as a residual proportion. The coating can be designed as a scale protection coating on one or both sides of the sheet metal plate.
The advantage here is that the formation of scale in the furnace and the associated contamination of the tools can be avoided. Furthermore, the coating can act actively as a sacrificial material against undesired corrosion in permanently wet areas. The coating has a melting temperature above approximately 1000 ° C and melts therefore not in the heat treatment step. Compared to an AISi coating, the oven dwell time can be shortened considerably to 3-10 minutes, since there is no need to wait for any additional holding times due to the diffusion processes, as is necessary, for example, with the AISi coating. This increases the output and reduces the energy requirement. In contrast to a layer of scale, the coating adheres well and is weldable to the hot-formed component. The coating can therefore remain on the finished sheet steel component and does not need to be removed, so that a processing step involving cleaning blasting can be omitted. The coating can also act as a barrier layer, by means of which hydrogen entry into the base material during the heat treatment step can be prevented or at least reduced. The coating means that there is no need for a protective gas atmosphere or dew point control in the furnace or subsequent heat treatment, which simplifies the process and reduces costs. Furthermore, the alloying elements of the coating can segregate within the coating during the hot forming process. An austenitizing step takes place during the hot forming process. In the austenitizing step, the coated sheet metal blank is heated to austenitizing temperature in a furnace, preferably a roller hearth furnace, the alloying elements of the coating segregating within the coating and the coating, after segregation, having at least one surface layer and one bonding layer, the surface layer being essentially aluminum, Silicon, magnesium, zinc and / or copper and the connection layer essentially comprises titanium. In particular, the alloying elements of the base material can diffuse into the coating. The surface layer can bring about a constant coefficient of friction during forming in the tool, which can result in a more uniform flow behavior of the material, which can result in a reduction in tears, for example. Furthermore, as a scale-resistant layer, the surface layer can prevent scale formation. The connection layer can ensure a good connection or adhesion to the sheet metal blank so that subsequent forming does not lead to flaking. In part, this mechanical bonding effect can also be supported by diffusion processes of alloying elements of the bonding layer and the base material. The connection layer thus forms a ductile connection to the sheet metal plate.

Weiterhin ist bevorzugt, dass die Beschichtung zusätzlich zwischen der Oberflächenschicht und der Anbindungsschicht eine Übergangsschicht aufweist, wobei die Übergangsschicht als gradierte Schicht ausgebildet ist und Legierungselemente umfassend Titan, Aluminium, Magnesium, Silizium, Zink und/oder Kupfer und Legierungselemente des Grundwerkstoffes aufweist. Die Übergangsschicht ist eine dritte Schicht, welche sich zwischen der Oberflächenschicht und der Anbindungsschicht befindet. Im Sinne dieser Erfindung beschreibt gradiert, dass die Konzentration der Legierungselemente über der Schichtdicke variiert.It is also preferred that the coating additionally has a transition layer between the surface layer and the connection layer, the transition layer being designed as a graded layer and having alloying elements comprising titanium, aluminum, magnesium, silicon, zinc and / or copper and alloying elements of the base material. The transition layer is a third layer which is located between the surface layer and the connection layer. For the purposes of this invention, graded describes that the concentration of the alloying elements varies over the layer thickness.

Die Diffusionsprozesse der verschiedenen Legierungselemente innerhalb der Beschichtung und ihre Entmischung sowie Reaktion mit der umgebenden Atmosphäre führen weiterhin, neben einer zunderbeständigen Oberflächenschicht und einer duktilen Anbindungsschicht zur Blechplatine, auch zu einer gradierten Übergangsschicht zwischen der Oberflächenschicht und der Anbindungsschicht.The diffusion processes of the various alloy elements within the coating and their segregation and reaction with the surrounding atmosphere also lead to a graded transition layer between the surface layer and the connection layer, in addition to a scale-resistant surface layer and a ductile connection layer to the sheet metal blank.

Die gradierte Übergangsschicht fungiert als eine Übergangszone zwischen den sich entmischenden Legierungselementen, wobei die Konzentration der Legierungselemente der Oberflächenschicht und der Anbindungsschicht in der Übergangsschicht geringer ist als in der Oberflächenschicht beziehungsweise der Anbindungsschicht selbst.The graded transition layer functions as a transition zone between the segregating alloying elements, the concentration of the alloying elements of the surface layer and the connecting layer in the transition layer being lower than in the surface layer or the connecting layer itself.

Die Oberflächenschicht weist in der Regel ein sprödes Materialverhalten und eine schlechte elektrische Leitfähigkeit auf. Die Zunderschutzanforderungen können aber auch bei einer Schichtdicke der Oberflächenschicht von 0,05µm erfüllt werden. Die Oberflächenschicht ist durch Diffusionsvorgänge mit der darunterliegenden Übergangsschicht verbunden, was für eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit und der damit verbundenen Schweißbarkeit sorgt. Die Anbindungsschicht sorgt ebenfalls durch Diffusionsvorgänge mit dem Grundwerkstoff für eine gute Anbindung beziehungsweise Haftung zum Grundwerkstoff. Dadurch können in einer nachfolgenden Umformung Abplatzungen vermieden werden. Der Vorteil dieses Beschichtungsaufbaus ist, dass durch das Aufbringen einer einzelnen Beschichtung, welche sich in eine Anbindungsschicht, eine Oberflächenschicht und eine Übergangsschicht entmischt, sowohl die Anforderungen an die Beschichtung hinsichtlich Zunderschutz bei gleichzeitiger Umformbarkeit und Schweißbarkeit erfüllt werden können, als auch eine Anpassungsfähigkeit hinsichtlich verschiedener Behandlungs- und Auslagerungstemperaturen und -zeiten vorhanden ist. Beim Aufbringen eines Mehrschichtsystems kann jede einzelne Schicht für eine Überlastsicherheit ausgelegt werden, was in der Praxis nur durch dickere Schichten erzeugt werden kann.The surface layer usually has a brittle material behavior and poor electrical conductivity. However, the scale protection requirements can also be met with a layer thickness of the surface layer of 0.05 µm. The surface layer is connected to the underlying transition layer by diffusion processes, which ensures sufficient electrical conductivity and the associated weldability. The connection layer also ensures a good connection or adhesion to the base material through diffusion processes with the base material. As a result, flaking can be avoided in a subsequent reshaping. The advantage of this coating structure is that by applying a single coating, which is separated into a bonding layer, a surface layer and a transition layer, both the requirements for the coating with regard to scale protection with simultaneous formability and weldability can be met, as well as adaptability with regard to various Treatment and aging temperatures and times are available. When applying a multi-layer system, each individual layer can be designed for overload protection, which in practice can only be achieved with thicker layers.

Es ist bevorzugt, dass die Übergangsschicht im Wesentlichen Zink, Titan und/oder Aluminium aufweist. Durch das Element Zink als Legierungsbestandteil kann die Schweißeignung und/oder die Korrosionsbeständigkeit erhöht werden. Durch Titan kann die Schmelztemperatur erhöht werden. Aluminium kann die Oxidationsbeständigkeit erhöhen.It is preferred that the transition layer essentially comprises zinc, titanium and / or aluminum. With the element zinc as an alloy substance component, the weldability and / or the corrosion resistance can be increased. Titanium can increase the melting temperature. Aluminum can increase the resistance to oxidation.

Es ist bevorzugt, dass die Beschichtung Elemente aus dem Grundwerkstoff aufweist. Durch Diffusionsvorgänge können Elemente, das heißt Bestandteile des Grundwerkstoffs durch Diffusion in die Beschichtung gelangen. Durch Diffusionsvorgänge mit dem Grundwerkstoff kann die Anbindungsschicht zu einer guten Anbindung beziehungsweise Haftung der Beschichtung zum Grundwerkstoff führen.It is preferred that the coating has elements made from the base material. Through diffusion processes, elements, i.e. components of the base material, can get into the coating by diffusion. Through diffusion processes with the base material, the bonding layer can lead to a good connection or adhesion of the coating to the base material.

Es ist bevorzugt, dass während des Warmumformprozesses der beschichteten Blechplatine zwischen dem Austenitisierungsschritt und einem Presshärteschritt ein zweiter Wärmebehandlungsschritt stattfindet und/oder nach dem Presshärteschritt ein dritter Wärmebehandlungsschritt erfolgt, sodass das Gefüge des Grundwerkstoffes aus im Wesentlichen Martensit mit Restaustenit und vorzugsweise Bainit besteht. Dadurch kann neben dem Martensitanteil auch die Anteile an Restaustenit und ggf. Bainit im Gefüge eingestellt werden, um die Duktilität und den Biegewinkel von warmumgeformten Werkstücken zu verbessern. In einem Ausführungsbeispiel kann die beschichtete Blechplatine aus einem Grundwerkstoff zur Herstellung eines Stahlblechbauteils verarbeitet werden, bei welchem in einem ersten Austenitisierungsschritt eine beschichtete Blechplatine einen ersten Wärmebehandlungsprozess durchläuft, in einem zweiten Schritt die beschichtete Blechplatine einem Abschreckprozessschritt unterzogen wird und in einem dritten Bainitisierungsschritt die beschichtete Blechplatine einen zweiten Wärmebehandlungsprozess durchläuft und in einem vierten Presshärteschritt die Blechplatine pressgehärtet wird, und zwar unter Bildung des Stahlblechbauteils sowie in einem fünften Behandlungsschritt das Stahlblechbauteil einem dritten Wärmebehandlungsschritt (das heißt Partitioning-Wärmebehandlungsschritt) unterzogen wird. Beim ersten Wärmebehandlungsprozess wird die beschichtete Blechplatine vorzugsweise über eine werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur, beispielsweise auf etwa 900°C erwärmt. In einem anschließenden Abschreckprozess wird das Abkühlen vorzugsweise bei einer Abkühlrate von mehr als 27°C/s durchgeführt, so dass ein schnelles Abkühlen des Stahlblechs erfolgen kann. Ein zweiter Wärmebehandlungsprozess startet vorzugsweise unmittelbar nach dem Abschreckprozess. Durch das Starten des zweiten Wärmebehandlungsprozesses kann die Bildung von Bainit im Gefüge erreicht werden. Durch ein abruptes Verzögern des Umwandlungsprozesses von Austenit in Bainit kann ein hoher Anteil an Bainit und stabilisiertem Restaustenit im Gefüge eingestellt werden. Die Haltedauer der Temperatur während des zweiten Wärmebehandlungsschrittes ist dabei so ausgelegt, dass im Grundwerkstoff eine Gefügeumwandlung im Wesentlichen zu Bainit, Restaustenit und Martensit erfolgen kann. In einem dritten Wärmebehandlungsschritt (Partitioning-Wärmebehandlungsschritt) wird das Gefüge durch gleichmäßige Umverteilung des Kohlenstoffes stabilisiert. Hierdurch stellt sich die hohe Duktilität des Stahlblechmateriales ein.It is preferred that a second heat treatment step takes place during the hot forming process of the coated sheet metal blank between the austenitizing step and a press hardening step and / or a third heat treatment step takes place after the press hardening step, so that the structure of the base material consists essentially of martensite with retained austenite and preferably bainite. As a result, in addition to the martensite content, the content of retained austenite and possibly bainite in the structure can also be set in order to improve the ductility and the bending angle of hot-formed workpieces. In one embodiment, the coated sheet metal blank can be processed from a base material to produce a sheet steel component, in which a coated sheet metal blank undergoes a first heat treatment process in a first austenitizing step, the coated sheet metal blank is subjected to a quenching process step in a second step and the coated sheet metal blank is subjected to a third bainitizing step goes through a second heat treatment process and in a fourth press hardening step the sheet metal blank is press hardened to form the steel sheet component and in a fifth treatment step the steel sheet component is subjected to a third heat treatment step (that is to say partitioning heat treatment step). In the first heat treatment process, the coated sheet metal blank is preferably heated above a material-specific austenitizing temperature, for example to around 900 ° C. In a subsequent quenching process, the cooling is preferably carried out at a cooling rate of more than 27 ° C./s, so that the steel sheet can be rapidly cooled. A second heat treatment process preferably starts immediately after the quenching process. By starting the second heat treatment process, the formation of bainite in the structure can be achieved. By abruptly delaying the transformation process from austenite to bainite, a high proportion of bainite and stabilized retained austenite can be set in the structure. The holding time of the temperature during the second heat treatment step is designed in such a way that a structural transformation can take place in the base material essentially to bainite, retained austenite and martensite. In a third heat treatment step (partitioning heat treatment step), the structure is stabilized by evenly redistributing the carbon. This results in the high ductility of the sheet steel material.

Alternativ können in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Abschreckprozessschritt und der Bainitisierungsschritt entfallen und der Presshärteschritt und Partitioning-Wärmebehandlungsschritt gleichzeitig in einem temperierten Werkzeug durchgeführt werden. Hierbei kann das Stahlblechbauteil bei geschlossenem Umformwerkzeug bis auf eine Entnahmetemperatur abgekühlt werden, die in einem Temperaturbereich nahe der werkstoffspezifischen Martensit-Finish-Temperatur liegt, bei der eine Umwandlung von Austenit zu Martensit zum größten Teil abgeschlossen ist, insbesondere in einem Temperaturbereich der Martensit-Finish-Temperatur von +/- 10% und dass insbesondere ein Umformwerkzeug beim Presshärteschritt aufgeheizt ist, und zwar auf eine Werkzeugtemperatur unterhalb der Martensit-Finish-Temperatur.Alternatively, in a further exemplary embodiment, the quenching process step and the bainitizing step can be omitted and the press hardening step and partitioning heat treatment step can be carried out simultaneously in a temperature-controlled tool. With the forming tool closed, the sheet steel component can be cooled down to a removal temperature which is in a temperature range close to the material-specific martensite finish temperature at which conversion of austenite to martensite is largely complete, in particular in a temperature range of the martensite finish -Temperature of +/- 10% and that, in particular, a forming tool is heated during the press hardening step to a tool temperature below the martensite finish temperature.

In einer weiteren Ausführungsvariante kann im Anschluss an eine direkte oder indirekte Warmumformung ein Partitioning-Wärmebehandlungsschritt in einer Erwärmungseinrichtung derart erfolgen, dass der Temperaturbereich unterhalb der werkstoffspezifischen Martensit-Start-Temperatur und oberhalb der Martensit-Finish-Temperatur liegt, insbesondere mit einer Entnahmetemperatur aus dem geöffneten Umformwerkzeug in einem Temperaturbereich oberhalb der Martensit-Finish-Temperatur +10% bis +30% liegt. Vorteilhaft an dieser Entnahmetemperatur ist, dass ein Bauteilverzug nicht mehr zu erwarten ist.In a further embodiment variant, following direct or indirect hot forming, a partitioning heat treatment step can take place in a heating device in such a way that the temperature range is below the material-specific martensite start temperature and above the martensite finish temperature, in particular with a removal temperature from the opened forming tool in a temperature range above the martensite finish temperature + 10% to + 30%. The advantage of this removal temperature is that component distortion is no longer to be expected.

Es ist bevorzugt, dass die Beschichtung der Blechplatine eine Schichtdicke zwischen 0,1µm und 10µm, vorzugsweise zwischen 0,5µm und 5µm, besonders bevorzugt nicht größer als 1µm aufweist. Die stark reduzierte Schichtdicke führt zu einer wesentlich reduzierten Diffusionszeitdauer im Wärmebehandlungsofen. Weiterhin reduziert sich aufgrund der kleineren Diffusionswege die Diffusionszeit.It is preferred that the coating of the sheet metal plate has a layer thickness between 0.1 μm and 10 μm, preferably between 0.5 μm and 5 μm, particularly preferably not greater than 1 μm. The greatly reduced layer thickness leads to a significantly reduced diffusion time in the heat treatment furnace. Furthermore, the diffusion time is reduced due to the smaller diffusion paths.

Es ist bevorzugt, dass die Oberflächenschicht und die Anbindungsschicht jeweils eine Schichtdicke von größer gleich 0,05µm bis kleiner gleich 5µm aufweisen. Die Oberflächenschicht erfüllt hohe Zunderschutzanforderungen bei geringer Schichtdicke. Für die Verarbeitbarkeit im zum Beispiel Fügeprozess und unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist eine sehr geringe Schichtdicke von großem Nutzen.It is preferred that the surface layer and the connection layer each have a layer thickness of greater than or equal to 0.05 μm to less than or equal to 5 μm. The surface layer meets high scale protection requirements with a low layer thickness. For processability in the joining process, for example, and under economical conditions From a point of view of viewpoints, a very small layer thickness is of great benefit.

Es ist bevorzugt dass die Beschichtung die folgenden Legierungselemente aufweist:

  • • Titan: bis 90 Gew.-%
  • • Aluminium: bis 60 Gew.-%
und/oder mindestens ein weiteres Legierungselement, umfassend
  • • Magnesium: bis 50 Gew.-%,
  • • Silizium: bis 35 Gew.-%,
  • • Zink: bis 90 Gew.-%
und/oder
  • • Kupfer: bis 60 Gew.-%,
bevorzugt:
  • • Titan: 15-60 Gew.-%,
  • • Aluminium: 5-40 Gew.-%,
  • • Zink: 15-60 Gew.-%,
und/oder
  • • Magnesium: 5-30 Gew.-%,
  • • Silizium: bis 35 Gew.-%,
besonders bevorzugt
  • • Titan: 30-40 Gew.-%,
  • • Aluminium: 25-35 Gew.-%,
und
  • • Zink: 35-45 Gew.-%.
It is preferred that the coating has the following alloy elements:
  • • Titanium: up to 90% by weight
  • • Aluminum: up to 60% by weight
and / or comprising at least one further alloy element
  • • Magnesium: up to 50% by weight,
  • • silicon: up to 35% by weight,
  • • Zinc: up to 90% by weight
and or
  • • Copper: up to 60% by weight,
preferred:
  • • titanium: 15-60% by weight,
  • • aluminum: 5-40% by weight,
  • • Zinc: 15-60% by weight,
and or
  • • Magnesium: 5-30% by weight,
  • • silicon: up to 35% by weight,
particularly preferred
  • • titanium: 30-40% by weight,
  • • aluminum: 25-35% by weight,
and
  • • Zinc: 35-45% by weight.

Weiterhin können als Restanteil Verunreinigungen oder Nebenlegierungselemente vorkommen, sofern die Summe aller zuvor genannten Legierungselemente der Beschichtung kleiner als 100 Gew.-% ist. Durch Versuche wurde festgestellt, dass Zink als Legierungsbestandteil die Schweißeignung und/oder die Korrosionsbeständigkeit erhöhen kann. Titan als Legierungsbestandteil ist in jedem Fall zum Anheben der Schmelztemperatur notwendigerweise enthalten. Zudem liegt der Schmelzpunkt der Beschichtung schon ab einem Titangehalt von ca. 5 Gew.-% über 1000°C und damit deutlich über der Prozesstemperatur im Wärmebehandlungsofen (ca. 900°C). Daher bleibt die Beschichtung während des Wärmebehandlungsschrittes in fester Phase, ohne aufzuschmelzen, wodurch eine Verunreinigung des Wärmebehandlungsofens verhindert werden kann. Der Titananteil der Legierung liegt erfindungsgemäß zwischen 5 Gew.-% und
90 Gew.-% , der Aluminiumanteil der Legierung liegt erfindungsgemäß zwischen 5 Gew.-% und 60 Gew.-%.
Furthermore, impurities or secondary alloying elements can occur as a residual proportion, provided that the sum of all of the aforementioned alloying elements of the coating is less than 100% by weight. Experiments have shown that zinc, as an alloy component, can increase the weldability and / or the corrosion resistance. Titanium as an alloy component is necessarily included in any case to raise the melting temperature. In addition, the melting point of the coating is already above 1000 ° C from a titanium content of approx. 5% by weight and thus well above the process temperature in the heat treatment furnace (approx. 900 ° C). Therefore, the coating remains in the solid phase during the heat treatment step without melting, whereby the heat treatment furnace can be prevented from being contaminated. According to the invention, the titanium content of the alloy is between 5% by weight and
90% by weight, according to the invention the aluminum content of the alloy is between 5% by weight and 60% by weight.

Es ist bevorzugt, dass der Grundwerkstoff, zum Aufbringen der Beschichtung mindestens einseitig eine Zinkbeschichtung aufweist. Dadurch ergibt sich eine große Bandbreite an verwendbaren Grundwerkstoffen, wodurch ein für die jeweilige spezifische Anwendung passendes oder verfügbares Material ausgewählt werden kann. Weiterhin kann der Grundwerkstoff auch eine andere Beschichtung als eine Zinkbeschichtung aufweisen, beispielsweise eine Beschichtung aus Zink-Magnesium oder Zink-Eisen.It is preferred that the base material has a zinc coating on at least one side for applying the coating. This results in a wide range of base materials that can be used, so that a suitable or available material can be selected for the respective specific application. Furthermore, the base material can also have a coating other than a zinc coating, for example a coating made of zinc-magnesium or zinc-iron.

Es ist bevorzugt, dass die Beschichtung nach dem Austenitisierungsschritt einen Siliziumanteil bis 35 Gew.-%, vorzugsweise bis 15 Gew.-%, und/oder einen Zinkanteil bis 90 Gew.-%, bevorzugt bis 60 Gew.-% aufweist. Die beschichteten Blechplatine kann in dem Austenitisierungsschritt auf Austenitisierungstemperatur erhitzt werden. Versuche haben gezeigt, dass das Element Silizium bei Austenitisierungstemperatur aus dem Grundwerkstoff in die Beschichtung diffundiert. Der Anteil an Silizium in der Oberflächenschicht kann durch Diffusionsprozesse aus dem Grundwerkstoff eingestellt beziehungsweise erhöht werden. Dadurch kann der Zunderschutzmechanismus und/oder Korrosionsschutz der Schicht erhöht werden. Durch das Legierungselement Zink kann die Schweißeignung sowie die Korrosionsbeständigkeit erhöht werden.It is preferred that the coating after the austenitizing step has a silicon content of up to 35% by weight, preferably up to 15% by weight, and / or a zinc content of up to 90% by weight, preferably up to 60% by weight. The coated sheet metal blank can be heated to the austenitizing temperature in the austenitizing step. Tests have shown that the element silicon diffuses from the base material into the coating at the austenitizing temperature. The proportion of silicon in the surface layer can be adjusted or increased by diffusion processes from the base material. As a result, the scale protection mechanism and / or corrosion protection of the layer can be increased. The alloying element zinc can increase the weldability and the corrosion resistance.

Es ist bevorzugt, dass der Grundwerkstoff einer Materialklasse zur Herstellung höchstfester Stahlblechbauteile zugeordnet ist, deren Festigkeit Rm größer als 1180MPa, bevorzugt Rm größer als 1650MPa, besonders bevorzugt Rm größer als 1800MPa ist.It is preferred that the base material is assigned to a material class for the production of high-strength sheet steel components, the strength of which is Rm greater than 1180MPa, preferably Rm greater than 1650MPa, particularly preferably Rm greater than 1800MPa.

Die Zugfestigkeit bestimmt die maximale mechanische Zugspannung die der Grundwerkstoff aushält. Der Grundwerkstoff weist damit im Anwendungsfall zum Beispiel eines Karosseriefeinblechbauteils eine wenigstens gleich hohe Duktilität und höhere Zugfestigkeit als die üblicherweise verwendeten Kaltumformgüten, wie beispielsweise DP780 oder DP980 auf. Zudem ergibt sich durch eine höhere Festigkeit der Bauteile eine Gewichtseinsparung von bis zu 20% gegenüber Grundwerkstoffen wie beispielsweise 22MnB5 mit AISi-Beschichtung.The tensile strength determines the maximum mechanical tensile stress that the base material can withstand. In the case of a sheet metal body component, for example, the base material thus has at least the same ductility and higher tensile strength than the cold forming grades usually used, such as DP780 or DP980. In addition, the higher strength of the components results in a weight saving of up to 20% compared to base materials such as 22MnB5 with an AISi coating.

Es ist bevorzugt, dass die Beschichtung des Grundwerkstoffes mittels Gasphasenabscheidung, vorzugsweise Physical Vapour Deposition (PVD) oder Chemical Vapour Deposition (CVD), oder elektrochemisch, insbesondere galvanisch oder chemisch auftragbar ist oder die Auftragung aus dem pulverförmigen Zustand, vorzugsweise mittels Pulverbeschichtung oder Plasmaspritzen durchführbar ist.It is preferred that the coating of the base material can be applied by means of gas phase deposition, preferably physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD), or electrochemically, in particular galvanically or chemically, or the application from the powdery state, preferably by means of powder coating or plasma spraying is feasible.

Das PVD-Verfahren stellt ein Verfahren zum Aufbringen dünner Schichten dar. Es dient als prototypische Beschichtung zum Aufbringen von beispielsweise AITi- oder AITi(X)-Schichten (mit X=weitere Legierungselemente). Im Gegensatz zu CVD-Technogien zeichnen sich PVD-Technologien dadurch aus, dass Schichten von einem Festkörpermaterial (sogenanntes Target) abgetragen und erzeugt werden. Bei CVD-Techniken erfolgt eine Schichtabscheidung aus der Gasphase. Typische PVD-Verfahren sind zum Beispiel die Verdampfung oder das Sputtern (Zerstäuben). Das Magnetronsputtern stellt eine weitere Variante dar.The PVD process is a process for applying thin layers. It serves as a prototype coating for applying, for example, AITi or AITi (X) layers (with X = further alloy elements). In contrast to CVD technologies, PVD technologies are characterized by the fact that layers are removed from a solid material (so-called target) and produced. In CVD techniques, a layer is deposited from the gas phase. Typical PVD processes are, for example, evaporation or sputtering (atomization). Magnetron sputtering is another variant.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlblechbauteils umfassend die folgenden Schritte: Erhitzen und halten einer beschichteten Blechplatine in einem Austenitisierungsschritt für eine Austenitisierungszeit über einer werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur, einlegen der Blechplatine in einem Einlegeschritt mit einer Einlegetemperatur in ein Umformwerkzeug, abkühlen der im Umformwerkzeug eingelegten Blechplatine in einem Presshärteschritt in einer Abkühlzeit unter Bildung des Stahlblechbauteils, entnehmen des Stahlblechbauteils in einem Entnahmeschritt mit einer Entnahmetemperatur aus dem Umformwerkzeug, wobei der Grundwerkstoff in Gewichtsprozent mindestens die folgenden Bestandteile aufweist:

  • 0,20 Gew.-% bis 0,42 Gew.-% Kohlenstoff
  • bis 2,2 Gew.-% Silizium
  • 0,3 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% Mangan
  • bis 0,06 Gew.-% Niob
  • 0,001 Gew.-% bis 0,01 Gew.-% Bor
  • bis 0,5 Gew.-% Chrom
  • bis 0,5 Gew.-% Nickel
  • bis 0,5 Gew.-% Molybdän
  • bis 0,1 Gew.-% Vanadium
  • bis 0,06 Gew.-% Aluminium
  • bis 0,05 Gew.-% Titan
  • bis 0,01 Gew.-% Stickstoff
  • bis 0,01 Gew.-% Schwefel
  • bis 0,02 Gew.-% Phosphor
Furthermore, the invention relates to a method for producing a sheet steel component comprising the following steps: heating and holding a coated sheet metal sheet in an austenitizing step for an austenitizing time above a material-specific austenitizing temperature, inserting the sheet metal sheet into a forming tool at an inserting temperature, cooling the one inserted in the forming tool Sheet metal blank in a press hardening step in a cooling time with formation of the sheet steel component, removing the sheet steel component in a removal step with a removal temperature from the forming tool, the base material having at least the following components in percent by weight:
  • 0.20 wt% to 0.42 wt% carbon
  • up to 2.2% by weight silicon
  • 0.3 wt% to 2.5 wt% manganese
  • up to 0.06% by weight niobium
  • 0.001 wt% to 0.01 wt% boron
  • up to 0.5% by weight of chromium
  • up to 0.5% by weight nickel
  • up to 0.5% by weight of molybdenum
  • up to 0.1% by weight vanadium
  • up to 0.06 wt% aluminum
  • up to 0.05 wt% titanium
  • up to 0.01% by weight nitrogen
  • up to 0.01% by weight sulfur
  • up to 0.02% by weight of phosphorus

Als weitere Bestandteile kann die Stahllegierung beispielsweise Eisen und Verunreinigungen aufweisen. Durch den relativ hohen Kohlenstoffgehalt bis 0,42 Gew.-% kann eine Stabilisierung von Restaustenit des Grundwerkstoffs realisiert werden. Um zudem auch eine gute Schweißbarkeit des Grundwerkstoffs erreichen zu können, sollte der Kohlenstoffgehalt 0,42 Gew.-% nicht übersteigen. Insbesondere durch den Siliziumanteil von 0,8 Gew.-% bis 2,2 Gew.-% kann das Zwischenstufengefüge und Restaustenit in dem Grundwerkstoff stabilisiert werden, wodurch die Duktilität des Grundwerkstoffs verbessert werden kann. Das Legierungselement Silizium trägt bei den höchstfesten Stählen zu einer Verbesserung des Anlassverhaltens bei, so dass eine erhöhte Duktilität erreicht werden kann. Da Silizium in Eisenkarbiden unlöslich ist, wird die Bildung von Karbiden unterdrückt und Restaustenit stabilisiert. Dieser liegt bei höchstfesten und gleichzeitig duktilen Stählen in geringen Mengen als dünner Film zwischen und innerhalb der Martensitlanzetten vor. Um die Duktilität des Grundwerkstoffs weiter zu verbessern, ist zudem der Mangangehalt begrenzt, sodass höchstens 2,5 Gew.-% Mangan, bevorzugt nur bis 1,0 % in der Stahllegierung enthalten sind, um ein homogenes Gefüge zu erzielen und eine nachteilige Karbidbildung in dem Grundwerkstoff zu verhindern. Durch den Zusatz von Niob von bis zu 0,06 Gew.-% kann eine Kornfeinung erreicht werden, welche ebenfalls zur Verbesserung der Duktilität beitragen kann. Durch die starke Reduzierung beziehungsweise den Wegfall von Titan wird die martensitische Umwandlung im Presshärteschritt verzögert und die Bainitumwandlung im Bainitisierungsschritt unterstützt. Bor dient zur Abbindung von Stickstoff, was ebenfalls die Duktilität verbessert. Mit den erfindungsgemäßen Legierungsbestandteilen kann ein Grundwerkstoff zur Verfügung gestellt werden, welcher sich durch eine hohe Festigkeit und gleichzeitig eine hohe Duktilität auszeichnet. Die Stahllegierung weist vorzugsweise Gehalte an Chrom, Nickel und/oder Molybdän auf, wobei die Summe an Chrom, Nickel und/oder Molybdän vorzugsweise weniger als 0,5 Gew.-%, bevorzugt weniger als 0,35 Gew.-% Gewichtsprozent aufweist. Die Stahllegierung weist damit vorzugsweise nur einen sehr geringen Anteil an Chrom, Nickel und Molybdän auf, wodurch die Menge an teureren Legierungselementen in der Stahllegierung verringert werden kann.The steel alloy can have iron and impurities, for example, as further constituents. Due to the relatively high carbon content of up to 0.42% by weight, the residual austenite of the base material can be stabilized. In order to also be able to achieve good weldability of the base material, the carbon content should not exceed 0.42% by weight. In particular, the silicon content of 0.8% by weight to 2.2% by weight can stabilize the intermediate structure and retained austenite in the base material, whereby the ductility of the base material can be improved. The alloying element silicon helps to improve the tempering behavior of high-strength steels, so that increased ductility can be achieved. Since silicon is insoluble in iron carbides, the formation of carbides is suppressed and retained austenite is stabilized. In the case of high-strength and at the same time ductile steels, this occurs in small quantities as a thin film between and within the martensite lancets. In order to further improve the ductility of the base material, the manganese content is also limited so that the steel alloy contains a maximum of 2.5% by weight of manganese, preferably only up to 1.0%, in order to achieve a homogeneous structure and disadvantageous carbide formation to prevent the base material. By adding up to 0.06% by weight of niobium, grain refinement can be achieved, which can also contribute to improving ductility. Due to the strong reduction or elimination of titanium, the martensitic transformation in the press hardening step is delayed and the bainite transformation is supported in the bainitization step. Boron is used to bind nitrogen, which also improves ductility. With the alloy components according to the invention, a base material can be made available which is characterized by high strength and, at the same time, high ductility. The steel alloy preferably has contents of chromium, nickel and / or molybdenum, the sum total of chromium, nickel and / or molybdenum preferably being less than 0.5% by weight, preferably less than 0.35% by weight. The steel alloy thus preferably has only a very small proportion of chromium, nickel and molybdenum, as a result of which the amount of more expensive alloying elements in the steel alloy can be reduced.

Es ist bevorzugt, dass das Warmumformverfahren eine indirekte Warmumformung ist, bei der eine Schneidoperation und/oder Formgebungsoperation in einem Kaltumformschritt bereits vor dem Wärmebehandlungsschritt und dem Presshärteschritt durchgeführt wird. Die indirekte Warmumformung ermöglicht es, komplexere Geometrien als beispielsweise mit der direkten Warmumformung zu erzielen.It is preferred that the hot forming process is an indirect hot forming in which a cutting operation and / or shaping operation in a cold forming step is carried out before the heat treatment step and the press hardening step. Indirect hot forming makes it possible to achieve more complex geometries than, for example, with direct hot forming.

Weiterhin ist bevorzugt, dass das Stahlblechbauteil ein Fahrzeugkarosseriebauteil und/oder Strukturbauteile und/oder Fahrzeugfahrwerksbauteil ist. Wird der Grundwerkstoff beispielsweise als Stahlblechbauteil eingesetzt beziehungsweise verwendet, beispielsweise für ein Fahrzeugkarosseriebauteil oder Strukturbauteil oder ein Fahrzeugfahrwerksbauteil, kann dies zu einer Gewichtsreduktion führen. Der Grundwerkstoff weist nach der Warmumformung eine Streckgrenze Rp größer als 800MPa auf, besonders bevorzugt Rp größer als 1350MPa. Die Streckgrenze kennzeichnet bei einem Material die Spannung, bis zu der bei momentenfreier und einachsicher Zugbelastung das Material nahezu keine bleibende plastische Verformungen aufweist. Das bedeutet, dass sich das Material zwar verformt, doch nach dem Zurücknehmen der Belastung wieder in die ursprüngliche Form zurückkehrt. Die Verformung bleibt reversibel beziehungsweise elastisch. Der Biegewinkel des Grundwerkstoffs ist nach der Warmumformung vorzugsweise gleich oder größer als 65°, besonders bevorzugt größer oder gleich 80°. Die Bruchdehnung eines beispielsweise im Quenching und Partitioning-Verfahren ausgebildeten Grundwerkstoffs ist vorzugsweise größer als 8%, besonders bevorzugt gleich oder größer als 12%. Durch diesen hohen Biegewinkel und/oder die hohe Bruchdehnung kann der Grundwerkstoff eine besonders hohe Duktilität aufweisen.It is also preferred that the sheet steel component is a vehicle body component and / or structural components and / or vehicle chassis component. If the base material is used or used, for example, as a sheet steel component, For example, for a vehicle body component or structural component or a vehicle chassis component, this can lead to a weight reduction. After hot forming, the base material has a yield strength Rp greater than 800MPa, particularly preferably Rp greater than 1350MPa. In a material, the yield point characterizes the stress up to which the material exhibits almost no permanent plastic deformation with a moment-free and uniaxial tensile load. This means that the material deforms, but returns to its original shape when the load is removed. The deformation remains reversible or elastic. The bending angle of the base material after hot forming is preferably equal to or greater than 65 °, particularly preferably greater than or equal to 80 °. The elongation at break of a base material formed, for example, using the quenching and partitioning method is preferably greater than 8%, particularly preferably equal to or greater than 12%. Due to this high bending angle and / or the high elongation at break, the base material can have a particularly high ductility.

Nachfolgend werden die verschiedenen Ausführungsformen anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 Prinzipskizze eines zweilagigen Schichtaufbaus nach der Warmumformung, nach einem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 2 Prinzipskizze eines dreilagigen Schichtaufbaus nach der Warmumformung, nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • 3 REM/EDX Untersuchung einer Ausführungsform der Beschichtung mit 1µm Stärke nach der Presshärtung.
  • 4 REM/EDX Untersuchung einer weiteren Ausführungsform der Beschichtung mit 1µm Stärke nach der Presshärtung.
  • 5 Prozessabfolge für eine direkte Warmumformung zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils als Blockschaubild veranschaulicht, nach einem ersten Warmumformverfahren.
  • 6 Prozessabfolge für eine indirekte Warmumformung zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils als Blockschaubild veranschaulicht, nach einem zweiten Warmumformverfahren.
  • 7 Prozessabfolge einer Quenching und Partinioning Warmumformung zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils, nach einem dritten Warmumformverfahren.
  • 8 Temperatur-Zeit-Verlauf einer Q&P-Prozessroute.
The various embodiments are explained in more detail below with reference to the following figures. Show it:
  • 1 Basic sketch of a two-layer layer structure after hot forming, according to a first embodiment.
  • 2 Schematic sketch of a three-layer layer structure after hot forming, according to a second exemplary embodiment.
  • 3 SEM / EDX investigation of an embodiment of the coating with a thickness of 1 µm after press hardening.
  • 4th SEM / EDX investigation of a further embodiment of the coating with a thickness of 1 µm after press hardening.
  • 5 Process sequence for a direct hot forming for the production of a hot formed and press-hardened sheet steel part illustrated as a block diagram, after a first hot forming process.
  • 6th Process sequence for an indirect hot forming for the production of a hot formed and press-hardened sheet steel part illustrated as a block diagram, after a second hot forming process.
  • 7th Process sequence of quenching and partinioning hot forming for the production of a hot-formed and press-hardened sheet steel part, according to a third hot-forming process.
  • 8th Temperature-time history of a Q&P process route.

In 1 ist der Aufbau nach einem ersten Ausführungsbeispiel einer beschichteten Blechplatine 2 dargestellt. Als Grundwerkstoff 1 kann beispielsweise kohlenstoff-, bor- und/oder mangan-haltiger Vergütungsstahl dienen. Auf diesen Grundwerkstoff 1 wird beidseitig eine Beschichtung 5 mit der Schichtdicke SG2 aufgebracht. Die Beschichtung ist zweischichtig. Die Schichtdicke SG2 ist größer gleich 0,5µm bis kleiner gleich 10µm. Die Beschichtung 5 kann in eine Anbindungsschicht 4 und eine Oberflächenschicht 3 unterteilt werden. Die Oberflächenschicht 3 kann eine Schichtdicke S1 von größer gleich 0,05µm bis kleiner gleich 5µm aufweisen. Die Anbindungsschicht 4 kann eine Schichtdicke S2 von größer gleich 0,05µm bis kleiner gleich 5µm aufweisen. Die Oberflächenschicht 3 weist im Wesentlichen Aluminium oder Silizium, Zink, Kupfer oder Magnesium auf. Die Anbindungsschicht 4 weist im Wesentlichen Titan auf. Die Beschichtung 5 kann als eine Sperrschicht wirken, mittels der während der Wärmebehandlung ein übermäßig großer Wasserstoff-Eintrag von der OfenAtmosphäre in den Grundwerkstoff 1 vermieden wird. Die Beschichtung 5 schmilzt im Ofen nicht, da der Schmelzpunkt der Legierung mit 1000°C deutlich über den Prozesstemperaturen liegt. Die Beschichtung 5 ist zudem punktschweißfähig. Von daher kann die Beschichtung 5 am fertiggestellten Stahlblechbauteil verbleiben und muss nicht entfernt werden.In 1 is the structure according to a first embodiment of a coated sheet metal plate 2 shown. As a base material 1 carbon, boron and / or manganese-containing quenched and tempered steel can be used, for example. On this base material 1 becomes a coating on both sides 5 with the layer thickness S G2 upset. The coating has two layers. The layer thickness S G2 is greater than or equal to 0.5 µm to less than or equal to 10 µm. The coating 5 can be in a tie layer 4th and a surface layer 3 be subdivided. The surface layer 3 can be a layer thickness S 1 from greater than or equal to 0.05 µm to less than or equal to 5 µm. The connection layer 4th can be a layer thickness S 2 from greater than or equal to 0.05 µm to less than or equal to 5 µm. The surface layer 3 essentially comprises aluminum or silicon, zinc, copper or magnesium. The connection layer 4th essentially comprises titanium. The coating 5 can act as a barrier layer, by means of which an excessive hydrogen entry from the furnace atmosphere into the base material during the heat treatment 1 is avoided. The coating 5 does not melt in the furnace because the melting point of the alloy at 1000 ° C is well above the process temperatures. The coating 5 can also be spot welded. The coating can therefore 5 remain on the finished sheet steel component and need not be removed.

2 zeigt nach einem zweiten Ausführungsbeispiel den Schichtaufbau der beschichteten Blechplatine 2a. Die dreischichtige Beschichtung 7 mit einer Schichtdicke SG3 zwischen 0,5µm und 10µm weist neben der Oberflächenschicht 3 und der Anbindungsschicht 4 eine Übergangsschicht 6 mit der Schichtdicke S3 auf. Während einer Ofenauslagerung kann es zu Diffusionsvorgängen der verschiedenen Komponenten innerhalb der Schicht und einer Entmischung und Reaktion mit der umgebenden Atmosphäre kommen, wodurch sich eine zunderbeständige Oberflächenschicht 3, eine gradierte Übergangsschicht 6 und eine duktile Anbindungsschicht 4 zum Grundwerkstoff 1 bildet. 2 shows, according to a second embodiment, the layer structure of the coated sheet metal blank 2a . The three-layer coating 7th with a layer thickness S G3 between 0.5 µm and 10 µm has next to the surface layer 3 and the connection layer 4th a transition layer 6th with the layer thickness S 3 on. During exposure in a furnace, the various components within the layer can diffuse and separate and react with the surrounding atmosphere, creating a scale-resistant surface layer 3 , a graded transition layer 6th and a ductile bonding layer 4th to the base material 1 forms.

In 3 ist eine REM/EDX Untersuchung einer TiAI-Beschichtung mit einer Schichtdicke SG3 von im Wesentlichen 1µm Stärke nach einer Presshärtung gezeigt. Die Anteile der Elemente Eisen (Fe), Aluminium (AI), Titan (Ti), Silizium (Si) und Sauerstoff (O) sind in arbiträren Einheiten [au] über der Schicktdicke in [µm] dargestellt. Es wurde eine dünne Schicht kleiner als 1µm auf die Platine mittels PVD-Verfahren aufgebracht, welche das Blech vor Oxidation und Wasserstoffversprödung nach dem Erwärmen und vor dem Umformen schützt. Im gezeigten Beispiel wurde eine TiAI-Schicht auf eine Blechplatine aufgebracht. Die Blechplatine wurde nach dem Presshärteschritt P untersucht. Es findet eine Entmischung von Eisen, Aluminium, Titan und Silizium statt. Aluminium reichert sich mit Sauerstoff an der Oberfläche an, dadurch bildet sich mit dem Sauerstoff der Umgebung eine schützende AlOx-Schicht. Der Sauerstoffpeak durchdringt nicht die gesamte Schichtdicke SG3 , daher sind dünne Schichten kleiner als 1µm ausreichend für die Anwendung. Ein Durchoxidieren findet nicht statt. Die Schicht kann ihrer Funktion nachkommen.In 3 is an SEM / EDX investigation of a TiAI coating with a layer thickness S G3 of essentially 1 µm in thickness shown after press hardening. The proportions of the elements iron (Fe), aluminum (Al), titanium (Ti), silicon (Si) and oxygen (O) are shown in arbitrary units [au] over the thickness of the layer in [µm]. A thin layer smaller than 1 µm was applied to the board using the PVD process, which protects the sheet from oxidation and hydrogen embrittlement after heating and from forming. In the example shown, a TiAl layer was applied to a Sheet metal plate applied. The sheet metal blank was made after the press hardening step P. examined. There is a segregation of iron, aluminum, titanium and silicon. Aluminum is enriched with oxygen on the surface, thereby forming a protective AlOx layer with the oxygen in the environment. The oxygen peak does not penetrate the entire layer thickness S G3 , therefore thin layers smaller than 1 µm are sufficient for the application. Oxidation does not take place. The layer can fulfill its function.

Nach einer Übergangsschicht 6 mit einer Schichtdicke S3 ist eine titanreiche Schicht unter der AlOx-Schicht zu erkennen. Das Titan-Signal ist hier überlagert mit dem Silizium, welches aus dem Blechwerkstoff in die Schicht diffundiert ist. Einen weiteren positiveren Effekt hat die Überlagerung von Silizium und Sauerstoff, welches für eine SiOx-Schicht innerhalb der neu gebildeten Schicht spricht: Die SiOx-Schicht unter dem AlOx weist eine gute Korrosionsschutzbarriere auf. Eisen diffundiert aus dem Grundmaterial bis in die in die mittlere Schichtlage.After a transition shift 6th with a layer thickness S 3 a titanium-rich layer can be seen under the AlOx layer. The titanium signal is superimposed here with the silicon, which has diffused from the sheet material into the layer. The superimposition of silicon and oxygen has another positive effect, which speaks in favor of a SiOx layer within the newly formed layer: The SiOx layer under the AlOx has a good corrosion protection barrier. Iron diffuses from the base material into the middle layer.

In 4 ist eine REM/EDX Untersuchung einer TiAIZn-Beschichtung mit einer Schichtdicke SG3 von im Wesentlichen 1µm Stärke nach einer Presshärtung gezeigt. Die Anteile der Elemente Eisen (Fe), Titan (Ti), Zink (Zn), Aluminium (AI) und Sauerstoff (O) sind in arbiträren Einheiten [au] über der Schicktdicke in [µm] dargestellt. Es wurde eine dünne Schicht ca. 1µm auf die Platine mittels PVD-Verfahren aufgebracht, welche das Blech vor Oxidation und Wasserstoffversprödung nach dem Erwärmen und vor dem Umformen schützt. Im gezeigten Beispiel wurde eine TiAIZn-Schicht auf eine Blechplatine aufgebracht. Die Blechplatine wurde nach dem Presshärteschritt P untersucht. Es findet eine Entmischung von Aluminium, Titan und Zink statt. Aluminium reichert sich mit Sauerstoff aus der Umgebungsatmosphäre an der Oberfläche an, dadurch bildet sich eine gegen Zunder schützende AlOx-Schicht. Der Sauerstoffpeak durchdringt nicht die gesamte Schichtdicke SG3 , daher sind dünne Schichten mit ca. 1µm ausreichend für die Anwendung. Ein Durchoxidieren findet nicht statt. Die Schicht kann ihrer Funktion nachkommen. In einer Übergangsschicht 6 mit der Schichtdicke S3 hat sich Zink angereichert und bildet eine gute Korrosionsschutzbarriere aus. Beim Schweißprozess verflüssigt die Zinkschicht partiell und führt zu einer guten Schweißbarkeit der Beschichtung. Nach der Übergangsschicht ist eine titanreiche Schicht zu erkennen. Diese Anbindungsschicht sorgt für eine gute Haftung und Verformbarkeit der Beschichtung im Warmumformprozess.In 4th is an SEM / EDX investigation of a TiAlZn coating with a layer thickness S G3 of essentially 1 µm in thickness shown after press hardening. The proportions of the elements iron (Fe), titanium (Ti), zinc (Zn), aluminum (Al) and oxygen (O) are shown in arbitrary units [au] over the thickness of the layer in [µm]. A thin layer of approx. 1 µm was applied to the board using the PVD process, which protects the sheet from oxidation and hydrogen embrittlement after heating and from forming. In the example shown, a TiAlZn layer was applied to a sheet metal plate. The sheet metal blank was made after the press hardening step P. examined. There is a segregation of aluminum, titanium and zinc. Aluminum is enriched with oxygen from the surrounding atmosphere on the surface, creating an AlOx layer that protects against scale. The oxygen peak does not penetrate the entire layer thickness S G3 , therefore thin layers of approx. 1 µm are sufficient for the application. Oxidation does not take place. The layer can fulfill its function. In a transitional shift 6th with the layer thickness S 3 zinc has accumulated and forms a good anti-corrosion barrier. During the welding process, the zinc layer partially liquefies and makes the coating easy to weld. A titanium-rich layer can be seen after the transition layer. This bonding layer ensures good adhesion and deformability of the coating in the hot forming process.

In 5 ist nach einem ersten Warmumformverfahren schematisch die Prozessabfolge einer direkten Warmumformung zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils gezeigt. In einem ersten Einlegeschritt Ei1 wird die zunächst noch unverformte beschichtete Blechplatine 2, 2a aus einem Grundwerkstoff in einen Ofen transferiert. In einem Austenitisierungsschritt Ac wird die unverformte beschichtete Blechplatine 2, 2a auf eine Prozesstemperatur oberhalb der werkzeugspezifischen Austenitisierungstemperatur Ac3 der beschichteten Blechplatine 2, 2a erwärmt, die beispielhaft bei ca. 900°C liegen kann. In einem zweiten Einlegeschritt Ei2 wird die noch unverformte beschichtete Blechplatine 2, 2a direkt vom Ofen im Heißzustand in ein Umformwerkzeug befördert, wobei zuvor keine Kaltumformung erfolgt ist. Im Umformwerkzeug erfolgt in einem Presshärteschritt P unter Bildung des Stahlblechbauteils die Warmumformung bei gleichzeitiger Presshärtung. In einem Entnahmeschritt Eo wird das so gebildete Stahlblechbauteil nach erfolgter Warmumformung/Presshärtung aus dem Umformwerkzeug entnommen. In einem Ablageschritt Ab wird das Stahlblechbauteil für die weitere Verarbeitung abgelegt. In einem Bearbeitungsschritt B wird das Stahlblechbauteil in einer Nachbearbeitungsstation weiterbearbeitet, beispielsweise in Form von Schneidoperationen.In 5 After a first hot forming process, the process sequence of direct hot forming to produce a hot formed and press-hardened sheet steel part is shown schematically. In a first insertion step E i1 becomes the initially undeformed coated sheet metal blank 2 , 2a transferred from a base material to an oven. In one austenitizing step A c becomes the undeformed coated sheet metal blank 2 , 2a to a process temperature above the tool-specific austenitizing temperature A c3 the coated sheet metal blank 2 , 2a heated, which can be around 900 ° C, for example. In a second insertion step E i2 becomes the as yet undeformed coated sheet metal blank 2 , 2a Conveyed directly from the furnace in the hot state into a forming tool, whereby no cold forming has been carried out beforehand. A press hardening step takes place in the forming tool P. hot forming with simultaneous press hardening with the formation of the sheet steel component. In one removal step E o the sheet steel component formed in this way is removed from the forming tool after hot forming / press hardening. In one filing step A b the sheet steel component is stored for further processing. In one processing step B. the sheet steel component is further processed in a post-processing station, for example in the form of cutting operations.

In 6 ist nach einem zweiten Warmumformverfahren schematisch die Prozessabfolge einer indirekten Warmumformung zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils gezeigt. In einem Kaltumformschritt Ku wird vor einer Wärmebehandlung die noch unverformte beschichtete Blechplatine 2, 2a kaltumgeformt. Anschließend wird in einem ersten Einlegeschritt Ei1 die kaltumgeformte beschichtete Blechplatine 2, 2a in einen Ofen transportiert. In einem Austenitisierungsschritt Ac wird die kaltumgeformte beschichtete Blechplatine 2, 2a auf eine Prozesstemperatur oberhalb der werkzeugspezifischen Austenitisierungstemperatur Ac3 der beschichteten Blechplatine 2, 2a erwärmt.In 6th After a second hot forming process, the process sequence of indirect hot forming for the production of a hot formed and press-hardened sheet steel part is shown schematically. In a cold forming step K u before a heat treatment, the coated sheet metal blank, which has not yet been deformed, becomes 2 , 2a cold formed. Then in a first insertion step E i1 the cold-formed coated sheet metal blank 2 , 2a transported to an oven. In one austenitizing step A c is the cold-formed, coated sheet metal blank 2 , 2a to a process temperature above the tool-specific austenitizing temperature A c3 the coated sheet metal blank 2 , 2a warmed up.

Im über Austenitisierungstemperatur erwärmten Zustand, in einem zweiten Einlegeschritt Ei2 wird dann die beschichtete Blechplatine 2, 2a einem Umformwerkzeug zugeführt. In einem Presshärteschritt P erfolgt eine Warmumformung sowie eine Presshärteschritung unter Bildung des Stahlblechbauteils. Anschließend wird in einem Entnahmeschritt Eo die Blechplatine aus dem Umformwerkzeug entnommen und in einem Ablageschritt Ab zur weiteren Bearbeitung, beispielsweise in Form von Schneidoperation, in einem Bearbeitungsschritt B abgelegt. Nicht dargestellt ist, dass alternativ der Bearbeitungsschrit B dem Austenitisierungsschritt Ac vorgelagert sein kann.In a condition heated to above austenitizing temperature, in a second insertion step E i2 is then the coated sheet metal blank 2 , 2a fed to a forming tool. In one press hardening step P. hot forming and press hardening takes place with the formation of the sheet steel component. Then in a removal step E o the sheet metal blank is removed from the forming tool and in a storage step A b for further processing, for example in the form of a cutting operation, in one processing step B. filed. What is not shown is that, as an alternative, the processing step B. the austenitizing step A c can be upstream.

In 7 ist nach einem dritten Warmumformverfahren schematisch die Prozessabfolge einer Quenching und Partinioning Warmumformung zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils gezeigt. In einem Austenitisierungsschritt Ac wird eine unverformte beschichtete Blechplatine 2, 2a oberhalb der werkzeugspezifischen Austenitisierungstemperatur Ac3 erwärmt. Darauf folgt ein Abschreckprozessschritt As . Danach folgt ein Bainitisierungsschritt Bs . Anschließend wird in einem Einlegeschritt Ei die unverformte beschichtete Blechplatine 2, 2a einem Umformwerkzeug zugeführt. In einem Presshärteschritt P erfolgt eine Warmumformung sowie eine Presshärtung unter Bildung des Stahlblechbauteils. In einem Entnahmeschritt Ei wird das Stahlblechbauteil entnommen und in einem Ablageschritt Ab abgelegt. Daran schließt sich in ein Partitioning-Wärmebehandlungsschritt Pw an.In 7th is the schematic process sequence of a third hot forming process Quenching and partinioning hot forming for the production of a hot-formed and press-hardened sheet steel part shown. In one austenitizing step A c becomes an undeformed coated sheet metal blank 2 , 2a above the tool-specific austenitizing temperature A c3 warmed up. This is followed by a quenching process step A s . This is followed by a bainitization step B s . Then in one insertion step E i the undeformed coated sheet metal blank 2 , 2a fed to a forming tool. In one press hardening step P. hot forming and press hardening takes place with the formation of the sheet steel component. In one removal step E i the sheet steel component is removed and placed in a storage step A b filed. This is followed by a partitioning heat treatment step P w at.

8 veranschaulicht exemplarisch den Verlauf der Temperatur T in °C über der Zeit t bei einer Quenching und Partitioning Warmumformung. Bei einem ersten
Wärmebehandlungsprozessschritt Ac wird die beschichtete Blechplatine 2, 2a vorzugsweise auf eine Prozesstemperatur TA innerhalb einer Zeit ΔtA , über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur Ac3 , beispielsweise auf etwa 900°C erwärmt. Der Abschreckprozess Ac wird vorzugsweise bei einer Abkühlrate von mehr als 27°C/s über eine Zeitspanne Δts durchgeführt, so dass ein schnelles Abkühlen der beschichteten
Blechplatine 2, 2a erfolgen kann, bevor der zweite Wärmebehandlungsprozess Bs startet. Der zweite Wärmebehandlungsprozess Bs startet vorzugsweise, wenn das Werkstück eine Temperatur Tein kleiner der Bainit-Start-Temperatur Bstart und größer der Bainit-Finish-Temperatur Bfin aufweist. Die Haltephase ΔtB während des zweiten Wärmebehandlungsschrittes ist dabei so ausgelegt, dass im Grundwerkstoff 1 eine Gefügeumwandlung im Wesentlichen zu Bainit, Restaustenit und Martensit erfolgen kann. Es kann sich ein Ferritgebiet Fer, ein Bainitgebiet Ba und ein Perlitgebiet Per bilden. Die Haltephase ΔtB kann hierfür zwischen 10 Sekunden und 30 Minuten liegen, bevorzugt zwischen 30 Sekunden und 6 Minuten. Während dem Presshärteschritt P kühlt das Werkstück innerhalb der Zeit ΔtH weiter auf Taus ab. Während dem Ablageschritt Ab erfolgt weiter eine Luftkühlung für eine Zeit ΔtLK .
In einem dritten Wärmebehandlungsschritt Pw , einem Partitioning-Wärmebehandlungsschritt, wird innerhalb der Zeitspanne Δtp das eingefrorene im Wesentlichen aus Bainit, stabilisiertem Restaustenit und ggf. Martensit bestehende Gefüge partitioniert, d.h. stabilisiert durch gleichmäßige Umverteilung des Kohlenstoffes. Die Temperaturen können im Temperaturbereich größer als 100-225°C für 30 Sekunden bis 60 Minuten, bevorzugt bei größer als 150-200°C für 5-30 Minuten liegen.
8th exemplifies the course of the temperature T in ° C over time t for quenching and partitioning hot forming. At a first
Heat treatment process step A c becomes the coated sheet metal blank 2 , 2a preferably to a process temperature T A within a time Δt A , via the material-specific austenitizing temperature A c3 , for example heated to about 900 ° C. The deterrent process A c is preferably at a cooling rate of greater than 27 ° C / s over a period of time Δt s carried out so that a rapid cooling of the coated
Sheet metal blank 2 , 2a can be done before the second heat treatment process B s starts. The second heat treatment process B s preferably starts when the workpiece has a temperature Tein less than the bainite start temperature B start and greater the bainite finish temperature B fin having. The holding phase Δt B during the second heat treatment step is designed so that in the base material 1 a structural transformation can essentially take place to bainite, retained austenite and martensite. It can be a ferrite area Fer , a bainite area Ba and a pearlite area By form. The holding phase Δt B can be between 10 seconds and 30 minutes, preferably between 30 seconds and 6 minutes. During the press hardening step P. cools the workpiece within the time Δt H further on T off away. During the filing step A b air cooling continues for a while Δt LK .
In a third heat treatment step P w , a partitioning heat treatment step, is used within the time span Δt p the frozen structure consisting essentially of bainite, stabilized retained austenite and possibly martensite is partitioned, ie stabilized by uniform redistribution of the carbon. The temperatures can be in the temperature range greater than 100-225 ° C. for 30 seconds to 60 minutes, preferably greater than 150-200 ° C. for 5-30 minutes.

Die Entnahmetemperatur Taus kann in einem Temperaturbereich von -10% bis +30% um die werkstoffspezifische Martensit-Finish-Temperatur Mf und unterhalb der Martensit-Start-Temperatur Ms liegen, bei der eine Umwandlung von Austenit zu Martensit zum größten Teil abgeschlossen ist. Das Umformwerkzeug kann im Presshärteschritt aufgeheizt werden, insbesondere auf eine Werkzeugtemperatur unterhalb der Martensit-Finish-Temperatur Mf .The removal temperature T off can be used in a temperature range of -10% to + 30% around the material-specific martensite finish temperature M f and below the martensite start temperature M s in which a transformation from austenite to martensite has largely been completed. The forming tool can be heated in the press hardening step, in particular to a tool temperature below the martensite finish temperature M f .

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
GrundwerkstoffBase material
22
beschichtete Blechplatine mit einer zweischichtigen Beschichtungcoated sheet metal blank with a two-layer coating
2a2a
beschichtete Blechplatine mit einer dreischichtigen Beschichtungcoated sheet metal plate with a three-layer coating
33
OberflächenschichtSurface layer
44th
AnbindungsschichtConnection layer
55
zweischichtige Beschichtungtwo-layer coating
66th
ÜbergangsschichtTransition layer
77th
dreischichtige Beschichtungthree-layer coating
Abaway
AblageschrittFiling step
AcAc
AustenitisierungsschrittAustenitizing step
Ac3Ac3
werkstoffspezifische Austenitisierungstemperaturmaterial-specific austenitizing temperature
AsAs
AbschreckprozessschrittQuenching process step
BB.
BearbeitungsschrittMachining step
BaBa
BainitgebietBainite area
BfinBfin
Bainit-Finish-TemperaturBainite finish temperature
BsBs
BainitisierungsschrittBainitization step
BstartBstart
Bainit-Start-TemperaturBainite start temperature
Eiegg
EinlegeschrittInsertion step
Ei1Egg1
erster Einlegeschrittfirst insertion step
Ei2Egg2
zweiter Einlegeschrittsecond insertion step
EoEo
EntnahmeschrittRemoval step
FerFer
FerritgebietFerrite area
KuKu
KaltumformschrittCold forming step
MfMf
Martensit-Finish-TemperaturMartensite finish temperature
MsMs
Martensit-Start-TemperaturMartensite start temperature
PP.
PresshärteschrittPress hardening step
PwPw
Partitioning-WärmebehandlungsschrittPartitioning heat treatment step
PerBy
PerlitgebietPearlite area
S1S1
Schichtdicke der OberflächenschichtLayer thickness of the surface layer
S2S2
Schichtdicke der AnbindungsschichtLayer thickness of the connection layer
S3S3
Schichtdicke der ÜbergangsschichtLayer thickness of the transition layer
SG2SG2
Schichtdicke der zweischichtigen BeschichtungLayer thickness of the two-layer coating
SG3SG3
Schichtdicke der dreischichtigen BeschichtungLayer thickness of the three-layer coating
TT
Temperaturtemperature
tt
ZeitTime
TATA
Prozesstemperatur während des Austenitisierungsschrittes Ac Process temperature during the austenitizing step A c
TausThou
Werkstücktemperatur zum Ende des Presshärteschrittes PWorkpiece temperature at the end of the press hardening step P
TeinTein
Werkstücktemperatur während des Bainitisierungsschrittes Bs Workpiece temperature during the bainitization step B s
ΔTΔT
Temperaturdifferenz zwischen der Martensit-Start-Temperatur Ms und der Werkstücktemperatur während des Bainitisierungsschrittes BsTemperature difference between the martensite start temperature M s and the workpiece temperature during the bainitizing step Bs
ΔtA,ΔtA,
Zeitdauer des Austenitisierungsschrittes Ac Duration of the austenitizing step A c
ΔtBΔtB
Haltephase während des BainitisierungsschrittesHolding phase during the bainitization step
ΔtHΔtH
Zeitdauer des Presshärteschrittes PDuration of the press hardening step P
ΔtLKΔtLK
Zeitdauer der Luftkühlung während des Ablageschrittes Ab Duration of the air cooling during the depositing step A b
ΔtpΔtp
Zeitdauer des Partitioning-Wärmebehandlungsschritt Pw Duration of the partitioning heat treatment step P w
ΔtsΔts
Zeitdauer des Abschreckprozesses Ac Duration of the quenching process A c

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 2018/0274062 A1 [0005]US 2018/0274062 A1 [0005]
  • US 7527876 B2 [0006]US 7527876 B2 [0006]

Claims (15)

Beschichtete Blechplatine (2, 2a) zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechteils, wobei die Blechplatine (2, 2a) als Grundwerkstoff (1) einen härtbaren Stahl mit einer wenigstens einseitigen Beschichtung (5, 7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Titan und Aluminium und/oder mindestens ein weiteres Legierungselement, umfassend Magnesium, Silizium, Zink und/oder Kupfer aufweist und dass während eines Warmumformprozesses der beschichteten Blechplatine (2, 2a) ein Austenitisierungsschritt (Ac) erfolgt, wobei sich die Legierungselemente der Beschichtung (5, 7) innerhalb der Beschichtung nach dem Austenitisierungsschritt (Ac) entmischen und dadurch die Beschichtung mindestens eine Oberflächenschicht (3) und eine Anbindungsschicht (4) aufweist, wobei die Oberflächenschicht (3) im Wesentlichen Aluminium, Silizium, Magnesium, Zink und/oder Kupfer aufweist und die Anbindungsschicht (4) im Wesentlichen Titan aufweist.Coated sheet metal plate (2, 2a) for the production of a hot-formed and press-hardened sheet steel part, the sheet metal plate (2, 2a) having a hardenable steel as base material (1) with a coating (5, 7) on at least one side, characterized in that the coating is titanium and aluminum and / or at least one further alloy element comprising magnesium, silicon, zinc and / or copper and that an austenitizing step (A c ) takes place during a hot forming process of the coated sheet metal blank (2, 2a), the alloying elements of the coating (5 , 7) segregate within the coating after the austenitizing step (A c ) and thereby the coating has at least one surface layer (3) and one bonding layer (4), the surface layer (3) essentially aluminum, silicon, magnesium, zinc and / or Has copper and the connection layer (4) has essentially titanium. Beschichtete Blechplatine (2, 2a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7) zusätzlich zwischen der Oberflächenschicht (3) und der Anbindungsschicht (4) eine Übergangsschicht (6) aufweist, wobei die Übergangsschicht (6) als gradierte Schicht ausgebildet ist und Legierungselemente umfassend Titan, Aluminium, Magnesium, Silizium, Zink und/oder Kupfer und Legierungselemente des Grundwerkstoffes (1) aufweist.Coated sheet metal plate (2, 2a) according to Claim 1 , characterized in that the coating (7) additionally has a transition layer (6) between the surface layer (3) and the connecting layer (4), the transition layer (6) being designed as a graded layer and alloying elements comprising titanium, aluminum, magnesium, Has silicon, zinc and / or copper and alloying elements of the base material (1). Beschichtete Blechplatine (2, 2a) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsschicht (6) im Wesentlichen Zink, Titan und/oder Aluminium aufweist.Coated sheet metal plate (2, 2a) according to Claim 2 , characterized in that the transition layer (6) essentially comprises zinc, titanium and / or aluminum. Beschichtete Blechplatine (2, 2a) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5,7) Elemente aus dem Grundwerkstoff (1) aufweist.Coated sheet metal blank (2, 2a) according to one of the preceding claims, characterized in that the coating (5, 7) has elements made from the base material (1). Beschichtete Blechplatine (2, 2a) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Warmumformprozesses der beschichteten Blechplatine (2, 2a) zwischen dem Austenitisierungsschritt (Ac) und einem Presshärteschritt (P) ein zweiter Wärmebehandlungsschritt (Bs) stattfindet und/oder nach dem Presshärteschritt (P) ein dritter Wärmebehandlungsschritt (Pw) erfolgt, sodass das Gefüge des Grundwerkstoffs (1) aus im Wesentlichen Martensit mit Restaustenit und vorzugsweise Bainit besteht.Coated sheet metal blank (2, 2a) according to one of the preceding claims, characterized in that a second heat treatment step (B s ) takes place during the hot forming process of the coated sheet metal blank (2, 2a) between the austenitizing step (A c ) and a press hardening step (P) and / or a third heat treatment step (P w ) takes place after the press hardening step (P), so that the structure of the base material (1) consists essentially of martensite with retained austenite and preferably bainite. Beschichtete Blechplatine (2, 2a) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5,7) der Blechplatine eine Schichtdicke (SG2, SG3) zwischen 0,1µm und 10µm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 5µm, besonders bevorzugt nicht größer als 1µm aufweist.Coated sheet metal blank (2, 2a) according to one of the preceding claims, characterized in that the coating (5, 7) of the sheet metal blank has a layer thickness (S G2 , S G3 ) between 0.1 µm and 10 µm, preferably between 0.5 and 5 µm, particularly preferably not larger than 1 μm. Beschichtete Blechplatine (2, 2a) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (3) und die Anbindungsschicht (4) jeweils eine Schichtdicke (S1, S2) von größer gleich 0,05µm bis kleiner gleich 5µm aufweisen.Coated sheet metal blank (2, 2a) according to one of the preceding claims, characterized in that the surface layer (3) and the connection layer (4) each have a layer thickness (S 1 , S 2 ) of greater than or equal to 0.05 µm to less than or equal to 5 µm. Beschichtete Blechplatine (2, 2a) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5,7) die folgenden Legierungselemente aufweist: • Titan: bis 90 Gew.-% • Aluminium: bis 60 Gew.-% und/oder mindestens ein weiteres Legierungselement, umfassend • Magnesium: bis 50 Gew.-%, • Silizium: bis 35 Gew.-%, • Zink: bis 90 Gew.-% und/oder • Kupfer: bis 60 Gew.-%, wobei die Beschichtung bevorzugt: • Titan: 15-60 Gew.-%, • Aluminium: 5-40 Gew.-%, • Zink: 15-60 Gew.-%, und/oder • Magnesium: 5-30 Gew.-%, • Silizium: bis 35 Gew.-%, wobei die Beschichtung besonders bevorzugt • Titan: 30-40 Gew.-%, • Aluminium: 25-35 Gew.-% und • Zink: 35-45 Gew.-%, aufweist.Coated sheet metal blank (2, 2a) according to one of the preceding claims, characterized in that the coating (5, 7) has the following alloying elements: • titanium: up to 90% by weight • aluminum: up to 60% by weight and / or at least one further alloy element, comprising • magnesium: up to 50% by weight, • silicon: up to 35% by weight, • zinc: up to 90% by weight and / or • copper: up to 60% by weight, where the Coating preferred: • titanium: 15-60% by weight, • aluminum: 5-40% by weight, • zinc: 15-60% by weight, and / or • magnesium: 5-30% by weight, • Silicon: up to 35% by weight, the coating particularly preferably having • titanium: 30-40% by weight, • aluminum: 25-35% by weight and • zinc: 35-45% by weight. Beschichtete Blechplatine (2, 2a) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundwerkstoff (1), zum Aufbringen der Beschichtung (5,7) mindestens einseitig eine Zinkbeschichtung aufweist.Coated sheet metal blank (2, 2a) according to one of the preceding claims, characterized in that the base material (1) has a zinc coating on at least one side for applying the coating (5, 7). Beschichtete Blechplatine (2, 2a) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5,7) nach dem Austenitisierungsschritt (Ac) einen Siliziumanteil bis 35 Gew.-%, bevorzugt bis 15 Gew.-% und/oder einen Zinkanteil bis 90 Gew.-%, bevorzugt bis 60 Gew.-% aufweist.Coated sheet metal blank (2, 2a) according to one of the preceding claims, characterized in that the coating (5, 7) after the austenitizing step (A c ) has a silicon content of up to 35% by weight, preferably up to 15% by weight and / or has a zinc content of up to 90% by weight, preferably up to 60% by weight. Beschichtete Blechtplatine (2, 2a) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundwerkstoff (1) einer Materialklasse zur Herstellung höchstfester Stahlblechbauteile zugeordnet ist, deren Festigkeit Rm größer als 1180MPa, bevorzugt Rm größer als 1650MPa, besonders bevorzugt Rm größer als 1800MPa ist.Coated sheet metal plate (2, 2a) according to one of the preceding claims, characterized in that the base material (1) is assigned to a material class for the production of high-strength sheet steel components, the strength of which is Rm greater than 1180MPa, preferably Rm greater than 1650MPa, particularly preferably Rm greater than 1800MPa is. Beschichtete Blechtplatine (2, 2a) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5,7) des Grundwerkstoffes (1) mittels Gasphasenabscheidung, vorzugsweise PVD oder CVD, oder elektrochemisch, insbesondere galvanisch oder chemisch auftragbar ist oder die Auftragung aus dem pulverförmigen Zustand, vorzugsweise mittels Pulverbeschichtung oder Plasmaspritzen durchführbar ist.Coated sheet metal plate (2, 2a) according to one of the preceding claims, characterized in that the coating (5, 7) of the base material (1) by means of gas phase deposition, preferably PVD or CVD, or electrochemically, in particular can be applied galvanically or chemically or the application can be carried out from the powdery state, preferably by means of powder coating or plasma spraying. Verfahren zur Herstellung eines Stahlblechbauteils, umfassend die folgenden Schritte: - Erhitzen und halten einer beschichteten Blechplatine (2, 2a) in einem Austenitisierungsschritt (Ac) für eine Austenitisierungszeit (ΔtA,) über einer werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur (Ac3). - Einlegen der Blechplatine (2, 2a) in einem Einlegeschritt (Ei) mit einer Einlegetemperatur (TA) in ein Umformwerkzeug - Abkühlen der im Umformwerkzeug eingelegten Blechplatine (2, 2a) in einem Presshärteschritt (P) in einer Abkühlzeit (ΔtH) unter Bildung des Stahlblechbauteils - Entnehmen des Stahlblechbauteils in einem Entnahmeschritt (Eo) mit einer Entnahmetemperatur (Taus) aus dem Umformwerkzeug, wobei der Grundwerkstoff (1) in Gewichtsprozent mindestens die folgenden Bestandteile aufweist: 0,20 Gew.-% bis 0,42 Gew.-% Kohlenstoff bis 2,2 Gew.-% Silizium 0,3 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% Mangan bis 0,06 Gew.-% Niob 0,001 Gew.-% bis 0,01 Gew.-% Bor bis 0,5 Gew.-% Chrom bis 0,5 Gew.-% Nickel bis 0,5 Gew.-% Molybdän bis 0,1 Gew.-% Vanadium bis 0,06 Gew.-% Aluminium bis 0,05 Gew.-% Titan bis 0,01 Gew.-% Stickstoff bis 0,01 Gew.-% Schwefel bis 0,02 Gew.-% PhosphorA method for producing a sheet steel component, comprising the following steps: heating and holding a coated sheet metal blank (2, 2a) in an austenitizing step (A c ) for an austenitizing time (Δt A ,) above a material-specific austenitizing temperature (A c3 ). - Inserting the sheet metal blank (2, 2a) in an inserting step (E i ) with an insertion temperature (T A ) in a forming tool - Cooling the sheet metal blank (2, 2a) inserted in the forming tool in a press hardening step (P) in a cooling time (Δt H ) with formation of the sheet steel component - removing the sheet steel component in a removal step (E o ) with a removal temperature (T out ) from the forming tool, the base material (1) having at least the following components in percent by weight: 0.20% by weight to 0 , 42% by weight carbon to 2.2% by weight silicon, 0.3% by weight to 2.5% by weight manganese to 0.06% by weight niobium, 0.001% by weight to 0.01 % By weight boron to 0.5% by weight chromium to 0.5% by weight nickel to 0.5% by weight molybdenum to 0.1% by weight vanadium to 0.06% by weight aluminum up to 0.05% by weight titanium to 0.01% by weight nitrogen to 0.01% by weight sulfur to 0.02% by weight phosphorus Verfahren zur Herstellung eines Stahlblechbauteils nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eine indirekte Warmumformung ist, bei der eine Schneidoperation und/oder Formgebungsoperation in einem Kaltumformschritt (Ku) bereits vor dem Austenitisierungsschritt (Ac) und dem Presshärteschritt (Pw) durchgeführt wird.Method for producing a sheet steel component according to Claim 13 , characterized in that the method is an indirect hot forming, in which a cutting operation and / or shaping operation in a cold forming step (K u ) is carried out before the austenitizing step (A c ) and the press hardening step (P w ). Stahlblechbauteil, das nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 13 oder 14 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblechbauteil ein Fahrzeugkarosseriebauteil und/oder Strukturbauteile und/oder Fahrzeugfahrwerksbauteil ist.Sheet steel component that is produced by a method according to Claims 13 or 14th is produced, characterized in that the sheet steel component is a vehicle body component and / or structural components and / or vehicle chassis component.
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