DE102020201451A1 - Sheet steel for hot forming, method for producing a hot-formed sheet steel component and hot-formed sheet steel component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Stahlblech für eine Warmumformung, umfassend ein Substrat (1) aus einem härtbaren Stahlwerkstoff mit einem aluminiumbasierten Überzug (2), wobei zwischen Substrat (1) und aluminiumbasiertem Überzug (2) eine intermetallische Schicht (3) ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten Stahlblechbauteils (10) sowie ein warmumgeformtes Stahlblechbauteil (10).The invention relates to a steel sheet for hot forming, comprising a substrate (1) made of a hardenable steel material with an aluminum-based coating (2), an intermetallic layer (3) being formed between the substrate (1) and the aluminum-based coating (2). The invention also relates to a method for producing a hot-formed sheet steel component (10) and a hot-formed sheet steel component (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Stahlblech für eine Warmumformung, umfassend ein Substrat aus einem härtbaren Stahlwerkstoff mit einem aluminiumbasierten Überzug, wobei zwischen Substrat und aluminiumbasiertem Überzug eine intermetallische Schicht ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten Stahlblechbauteils sowie ein warmumgeformtes Stahlblechbauteil.The invention relates to a steel sheet for hot forming, comprising a substrate made of a hardenable steel material with an aluminum-based coating, an intermetallic layer being formed between the substrate and the aluminum-based coating. The invention also relates to a method for producing a hot-formed sheet steel component and a hot-formed sheet steel component.
Die Herstellung von Stahlblechbauteilen mittels Warmumformung hat sich bereits industriell etabliert, insbesondere zur Herstellung von Karosserieteilen wie zum Beispiel zur Herstellung von sicherheitsrelevanten B-Säulen etc. Stahlblechbauteile können im direkten wie auch im indirekten Warmumformverfahren hergestellt werden. Dabei werden ebene Platinen (direkt) oder bereits vorgeformte bzw. endabmessungsnahe (kalt)geformte Halbzeuge/Teile (indirekt) aus einem härtbaren Stahlwerkstoff auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher abhängig von der Zusammensetzung des verwendeten Substrats eine Gefügeumwandlung innerhalb des Substrats des Stahlblechs eintritt. Mit Ac1 beginnt die Gefügeumwandlung in Austenit und mit Erreichen von Ac3 bzw. oberhalb von Ac3 liegt ein im Wesentlichen vollständig austenitisches Gefüge vor. Die Erwärmung oberhalb von mindestens Ac1 wird in Fachkreisen auch „Austenitisieren“ genannt, insbesondere wenn eine vollständige Umwandlung in Austenit erfolgen soll (>= Ac3). Nach der Erwärmung wird das warme (austenitisierte) Stahlblech in ein Umformwerkzeug eingelegt und warm umgeformt. Dabei wird im Zuge oder nach Beendigung des Warmumformens das noch warme Stahlblech derart gekühlt, vorzugsweise innerhalb des Umformwerkzeug, welches vorzugsweise aktiv gekühlt wird, so dass das Gefüge im Substrat in ein hartes Gefüge aus Martensit und/oder Bainit, vorzugsweise im Wesentlichen aus Martensit, umwandelt. In Fachkreisen wird die Abkühlung respektive Abschreckung des Stahlblechs innerhalb des Umformwerkzeugs bzw. durch Einwirken eines (Härte-)Werkzeugs, welches die Endkontur des herzustellenden Stahlblechbauteils aufweist, auch „Presshärten“ genannt. Alternativ kann eine Abkühlung/Abschreckung auch außerhalb eines Umformwerkzeugs/Härtewerkzeugs erfolgen, insbesondere in einem (kalten) Medium, beispielsweise in einem Ölbad, und wird als „Härten“ bezeichnet. Erwärmungs- und Abkühlkurven zur Einstellung der geforderten Gefügestruktur sind abhängig von der chemischen Zusammensetzung des verwendeten, härtbaren Stahlwerkstoffs und lassen sich aus sog. ZTA- bzw. ZTU-Schaubildern entnehmen bzw. ableiten. Mittels Warmumformung ist die Einstellung einer im Wesentlichen martensitischen Gefügestruktur mit hohen Festigkeiten möglich. Mit der klassischen Warmumformung bzw. durch das Presshärten von insbesondere Mangan-Bor-Stählen zur Herstellung von Strukturbauteilen im Fahrzeugbereich, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, Landfahrzeugen und Schienenfahrzeugen ist eine gute Balance zwischen Festigkeit und Gewicht gefunden worden.The production of sheet steel components by means of hot forming has already established itself industrially, in particular for the production of body parts such as for example for the production of safety-relevant B-pillars etc. Sheet steel components can be produced in direct as well as in indirect hot forming processes. Flat blanks (directly) or pre-formed or near-net-shape (cold) formed semi-finished products / parts (indirect) made from a hardenable steel material are heated to a temperature at which, depending on the composition of the substrate used, a structural change occurs within the substrate of the steel sheet. With Ac1, the structural transformation into austenite begins and when Ac3 or above Ac3 is reached, an essentially completely austenitic structure is present. The heating above at least Ac1 is also called "austenitizing" in specialist circles, especially if a complete conversion into austenite is to take place (> = Ac3). After heating, the warm (austenitized) sheet steel is placed in a forming tool and hot formed. In the course of or after the hot forming process, the still warm steel sheet is cooled in such a way, preferably within the forming tool, which is preferably actively cooled, so that the structure in the substrate turns into a hard structure made of martensite and / or bainite, preferably essentially made of martensite, converts. In specialist circles, the cooling or quenching of the sheet steel within the forming tool or by the action of a (hardening) tool, which has the final contour of the sheet steel component to be produced, is also called “press hardening”. Alternatively, cooling / quenching can also take place outside of a forming tool / hardening tool, in particular in a (cold) medium, for example in an oil bath, and is referred to as “hardening”. Heating and cooling curves for setting the required microstructure are dependent on the chemical composition of the hardenable steel material used and can be seen or derived from so-called ZTA or ZTU diagrams. By means of hot forming, it is possible to set an essentially martensitic microstructure with high strengths. A good balance between strength and weight has been found with the classic hot forming or press hardening of manganese-boron steels in particular for the production of structural components in the vehicle sector, for example in motor vehicles, land vehicles and rail vehicles.
Konventionell werden mit einem metallischen Überzug beschichtete Stahlbleche aus einem härtbaren Stahlwerkstoff schmelztauchbeschichtet, in der Regel mit einem Al-basierten Überzug. Dabei bildet sich ein bestimmter Schichtaufbau innerhalb des Überzugs aus. Dieser Aufbau bestimmt sich ausgehend von einer sich einstellenden Al-Fe intermetallischen Schicht, welche unter anderem wesentlich für eine gute Haftung ist, wobei ihre Dicke von der Eintauchtemperatur und von der Zusammensetzung der Schmelze abhängt. Die auf diese Weise beschichteten Stahlbleche werden in einem Warmumformprozess zu einem Stahlblechbauteil weiterverarbeitet. Durch die Austenitisierung während der Warmumformung findet eine Umwandlung des Überzugs durch Diffusion und/oder Durchlegieren in einen n-schichtigen Aufbau statt, wobei n abhängig von der Zusammensetzung des Überzugs ist und mindestens 2 und mehr betragen kann. Darüber hinaus kann der Aufbau des Überzugs je nach Anforderung hinsichtlich Korrosion, Schweißbarkeit und Lackierbarkeit im Wesentlichen angepasst werden. Das im Wesentlichen Durchlegieren des metallischen Überzugs ergibt sich aufgrund von Diffusion zwischen dem metallischen Überzug und dem Substrat an der intermetallischen Schicht. Im Stand der Technik sind entsprechende Beispiele offenbart, beispielsweise in den Druckschriften
Während des Austenitisierens findet im Wesentlichen eine Durchlegierung des metallischen Überzugs statt. Eine Diffusion des Eisens aus dem Substrat in den Überzug und des Aluminiums/Siliziums aus dem Überzug in das Substrat erfolgt im Wesentlichen homogen, so dass sich insbesondere oberflächennah innerhalb des durchlegierten Überzugs Komponenten ausbilden, die einen im Wesentlichen nicht zufriedenstellenden Einfluss auf die Lackierbarkeit und/oder Schweißbarkeit haben, insbesondere dadurch bedingt, dass eine im Wesentlichen poröse Oberfläche mit überwiegend geschlossenen Poren vorliegt. Die schlechte Schweißbarkeit resultiert aus einer explosionsartigen Expansion des in den Poren eingeschlossenen Gases bzw. Gase und damit einer erhöhten Neigung für Spritzer. Eine offene Porosität wäre hingegen vorteilhaft für die Lackierbarkeit, da sich der Lack besser in der Oberflächenstruktur verhaken kann und eine relative Vergrößerung der Oberfläche vorliegt.During the austenitizing process, the metallic coating is essentially alloyed through. Diffusion of the iron from the substrate into the coating and of the aluminum / silicon from the coating into the substrate takes place essentially homogeneously, so that components are formed, in particular close to the surface within the alloyed coating, which have an essentially unsatisfactory influence on the paintability and / or weldability, in particular due to the fact that there is an essentially porous surface with predominantly closed pores. The poor weldability results from an explosion-like expansion of the gas or gases enclosed in the pores and thus an increased tendency for spatter. An open porosity, on the other hand, would be advantageous for paintability, since the paint can better get caught in the surface structure and there is a relative enlargement of the surface.
Aufgabe ist daher, ein mit einem aluminiumbasierten Überzug beschichtetes Stahlblech zur Verfügung zu stellen, welches die Herstellung eines warmumgeformten Stahlblechbauteils in einer Art und Weise ermöglicht, mit welchem ein warmumgeformtes Stahlblechbauteil mit einer guten Schweißbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und/oder Lackierbarkeit herstellbar ist.The object is therefore to provide a sheet steel coated with an aluminum-based coating which enables the production of a hot-formed sheet steel component in a manner with which a hot-formed sheet steel component can be produced with good weldability, corrosion resistance and / or paintability.
Die Aufgabe wird mit einem Stahlblech für eine Warmumformung mit den Merkmalen des Anspruches 1, mit einem Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten Stahlblechbauteils mit den Merkmalen des Anspruches 9 sowie mit einem warmumgeformten Stahlblechbauteil mit den Merkmalen des Anspruches 12 gelöst.The object is achieved with a sheet steel for hot forming with the features of
Gemäß einer ersten Lehre der Erfindung umfasst das Stahlblech für die Warmumformung ein Substrat aus einem härtbaren Stahlwerkstoff mit einem aluminiumbasierten Überzug, wobei zwischen Substrat und aluminiumbasiertem Überzug eine intermetallische Schicht ausgebildet ist, wobei das Substrat eine Oberflächenstruktur mit Talbereichen, Flankenbereichen und Bergbereichen aufweist.According to a first teaching of the invention, the steel sheet for hot forming comprises a substrate made of a hardenable steel material with an aluminum-based coating, an intermetallic layer being formed between the substrate and the aluminum-based coating, the substrate having a surface structure with valley areas, flank areas and mountain areas.
Die Erfinder haben überraschend festgestellt, dass durch eine Strukturierung der Oberfläche des Substrats mit Talbereichen, Flankenbereichen und Bergbereichen, welche stochastisch, quasi-stochastisch oder deterministisch ausgebildet sein kann, eine Vergrößerung der Oberfläche im Vergleich zu einer standardmäßigen Oberfläche für die Warmumformung, sprich zu einer nicht mit einer Struktur versehenen Oberfläche, bereitgestellt werden kann, wodurch positiv Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und/oder Lackierbarkeit genommen werden kann. Durch die unterschiedlichen, insbesondere nichtlinearen Diffusionswege des Eisens aus dem Substrat in den Überzug stellt sich zumindest oberflächennah innerhalb des im Wesentlichen durchlegierten Überzugs eine Inhomogenität ein, was sich wiederum im Vergleich zu einer aus dem Stand der Technik homogenen Verteilung der Komponenten vorteilhaft bemerkbar machen kann, indem die geschlossene Porosität der Oberfläche im Vergleich zum Stand der Technik im Wesentlichen reduziert werden kann. Die Struktur kann mit geeigneten Mitteln, insbesondere durch Einprägen und/oder Einwalzen, insbesondere gezielt in die Oberfläche des Substrats eingebracht werden, wobei die Oberflächenstruktur eine geometrisch definierte Struktur aufweisen kann. Der Gestaltungsfreiheit der Oberflächenstruktur sind im Wesentlichen keine Grenzen gesetzt. Diese können individuell und bedarfsgerecht eingebracht werden. Die Tal-und Bergbereiche sind über Flankenbereiche miteinander verbunden, so dass über die Einstellung der Flankenbereichswinkel und/oder über die Tiefe bzw. den Abstand zwischen den Tal- und Bergbereichen insbesondere die Diffusion des Eisens aus dem Substrat in den Überzug vorzugsweise gezielt lokal eingestellt werden kann.The inventors have surprisingly found that by structuring the surface of the substrate with valley areas, flank areas and mountain areas, which can be designed stochastically, quasi-stochastically or deterministically, an enlargement of the surface compared to a standard surface for hot forming, i.e. to a surface which is not provided with a structure can be provided, whereby a positive influence on the corrosion resistance, weldability and / or paintability can be exerted. Due to the different, in particular non-linear diffusion paths of the iron from the substrate into the coating, an inhomogeneity occurs at least close to the surface within the essentially fully alloyed coating, which in turn can be advantageously noticeable in comparison to a homogeneous distribution of the components from the prior art, in that the closed porosity of the surface can be substantially reduced compared to the prior art. The structure can be introduced into the surface of the substrate in a targeted manner by suitable means, in particular by embossing and / or rolling in, in particular, wherein the surface structure can have a geometrically defined structure. There are essentially no limits to the design freedom of the surface structure. These can be introduced individually and as required. The valley and mountain areas are connected to one another via flank areas, so that the diffusion of the iron from the substrate into the coating is preferably set locally in a targeted manner by setting the flank area angles and / or via the depth or the distance between the valley and mountain areas can.
Unter Substrat ist ein Stahlflachprodukt in Bandform oder Blech-/Platinenform zu verstehen. Es weist eine Längserstreckung (Länge), eine Querstreckung (Breite) sowie eine Höhenerstreckung (Dicke) auf. Das Substrat kann ein Warmband (warmgewalztes Stahlband) oder Kaltband (kaltgewalztes Stahlband) sein oder aus einem Warmband oder aus einem Kaltband hergestellt sein. Das Substrat kann aus einem Werkstoff (Monolith) oder aus einem Werkstoffverbund (2 oder mehrere Lagen) bestehen. Bevorzugt kann die Oberfläche des Substrats mittels einer oder mehreren Walzen strukturiert werden, beispielsweise die Oberflächenstruktur in einem Walzgerüst in einer Walzstraße oder separat in einem (Nach-) Walzgerüst eingebracht werden. Die Tal-, Flanken- und Bergbereiche der Oberflächenstruktur können in ihrer Dimensionierung (Tiefe, Breite etc.) unter anderem abhängig vom Walzgrad sein, welcher beispielsweise bis zu 20 %, insbesondere bis zu 10 %, vorzugsweise bis zu 5 %, bevorzugt bis zu 4 %, besonders bevorzugt bis zu 3 % betragen kann, wobei der Walzgrad das Verhältnis der Dickenabnahme (Eingangsdicke minus Ausgangsdicke im Walzgerüst) des gewalzten Substrats zur Eingangsdicke ausdrückt, insbesondere die Dickenreduktion berücksichtigt. Der Walzgrad beträgt beispielsweise mindestens 0,2 %, insbesondere mindestens 0,5 %, vorzugsweise mindestens 1%.A substrate is to be understood as a flat steel product in the form of a strip or sheet metal / plate. It has a longitudinal extension (length), a transverse extension (width) and a vertical extension (thickness). The substrate can be a hot strip (hot-rolled steel strip) or a cold strip (cold-rolled steel strip), or it can be made from a hot strip or from a cold strip. The substrate can consist of a material (monolith) or a composite material (2 or more layers). The surface of the substrate can preferably be structured by means of one or more rollers, for example the surface structure can be introduced in a rolling stand in a rolling train or separately in a (subsequent) rolling stand. The valley, flank and mountain areas of the surface structure can depend in their dimensions (depth, width, etc.), inter alia, on the degree of rolling, which is for example up to 20%, in particular up to 10%, preferably up to 5%, preferably up to 4%, particularly preferably up to 3%, the degree of rolling expressing the ratio of the decrease in thickness (input thickness minus output thickness in the roll stand) of the rolled substrate to the input thickness, in particular taking into account the reduction in thickness. The degree of rolling is, for example, at least 0.2%, in particular at least 0.5%, preferably at least 1%.
Die Oberflächenstruktur mit Tal-, Flanken- und Bergbereichen auf der Oberfläche des Substrats (Negativabdruck) findet sich im Wesentlichen auf der oder den Walzen als Positivabdruck wieder, wobei ein Talbereich auf der Oberfläche des Substrats einem Bergbereich auf der Oberfläche der Walze entspricht. Die Oberflächenstruktur kann stochastisch, insbesondere quasi-stochastisch oder vorzugsweise deterministisch ausgebildet sein.The surface structure with valley, flank and mountain areas on the surface of the substrate (negative impression) is essentially found on the roller or rollers as a positive impression, with a valley area on the surface of the substrate corresponding to a mountain area on the surface of the roller. The surface structure can be designed stochastically, in particular quasi-stochastically or preferably deterministically.
Im Anschluss an das Einbringen der Oberflächenstruktur wird das Substrat, einseitig oder vorzugsweise beidseitig, mit einem aluminiumbasierten Überzug in einer Schmelztauchbeschichtungsanlage zu einem Stahlblech (Band-/Blech-/Platinenform) beschichtet.Following the introduction of the surface structure, the substrate is coated, on one side or preferably on both sides, with an aluminum-based coating in a hot-dip coating system to form a sheet steel (strip / sheet / plate shape).
Der aluminiumbasierte Überzug weist folgende chemische Zusammensetzung in Gew.-% auf: optional eines oder mehrerer Legierungselemente aus der Gruppe (Si, Fe, Mg, Zn):
Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen. In dem aluminiumbasierten Überzug können neben Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Silizium mit einem Gehalt bis zu 15,0 Gew.-% und/oder Eisen mit einem Gehalt bis zu 5,0 Gew.-% und/oder Magnesium mit einem Gehalt bis zu 5,0 Gew.-% und/oder Zink mit einem Gehalt bis zu 30,0 Gew.-% in dem Überzug enthalten sein. Si kann insbesondere mit mindestens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise mit mindestens 2,0 Gew.-%, bevorzugt mit mindestens 7,0 Gew.-% vorhanden sein, wobei der Gehalt insbesondere auf maximal 12,0 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 11,0 Gew.-% begrenzt werden kann. Si kann im Überzug zu einer verbesserten Verarbeitbarkeit beim Schmelztauchbeschichten beitragen. Alternativ oder zusätzlich kann Fe insbesondere mit mindestens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise mit mindestens 0,5 Gew.-%, bevorzugt mit mindestens 1,0 Gew.-% vorhanden sein, wobei der Gehalt insbesondere auf maximal 4,0 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 3,5 Gew.-% begrenzt werden kann. Fe kann im Überzug die Schmelztemperatur des Überzugs erhöhen, was beim Austenitisieren von Vorteil sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann Mg insbesondere mit mindestens 0,1 Gew.- %, vorzugsweise mit mindestens 0,2 Gew.-% vorhanden sein, wobei der Gehalt insbesondere auf maximal 3,0 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 1,5 Gew.-%, bevorzugt auf maximal 0,8 Gew.-% begrenzt werden kann. Mg kann im Überzug zu einer Verringerung der Aufnahme von diffusiblem Wasserstoff in das Substrat beitragen. Um eine Verbesserung der Korrosionseigenschaften zu bewirken, insbesondere um die Rotrostbildung zu reduzieren, kann Zn mit mindestens 1 Gew.-%, insbesondere mit mindestens 4 Gew.-% im Überzug vorhanden sein, wobei sein Gehalt auf maximal 50 Gew.-%, insbesondere auf maximal 22 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 16 Gew.-% beschränkt sein kann.Remainder AI and unavoidable impurities. In addition to aluminum and unavoidable impurities, additional elements such as silicon with a content of up to 15.0% by weight and / or iron with a content of up to 5.0% by weight and / or magnesium with a content of up to to 5.0% by weight and / or zinc with a content of up to 30.0% by weight in the coating. Si can be present in particular with at least 0.1% by weight, preferably with at least 2.0% by weight, preferably with at least 7.0% by weight, the content in particular being limited to a maximum of 12.0% by weight , can preferably be limited to a maximum of 11.0% by weight. Si in the coating can contribute to improved processability in hot-dip coating. Alternatively or additionally, Fe can be present in particular with at least 0.1% by weight, preferably with at least 0.5% by weight, preferably with at least 1.0% by weight, the content in particular being limited to a maximum of 4.0% by weight .-%, preferably to a maximum of 3.5 wt .-% can be limited. Fe in the coating can increase the melting temperature of the coating, which can be advantageous when austenitizing. Alternatively or in addition, Mg can in particular be present at at least 0.1% by weight, preferably at least 0.2% by weight, the content being in particular to a maximum of 3.0% by weight, preferably to a maximum of 1.5% by weight .-%, preferably to a maximum of 0.8 wt .-% can be limited. Mg in the coating can contribute to a reduction in the uptake of diffusible hydrogen into the substrate. In order to bring about an improvement in the corrosion properties, in particular to reduce the formation of red rust, Zn can be present in the coating with at least 1% by weight, in particular at least 4% by weight, its content to a maximum of 50% by weight, in particular can be limited to a maximum of 22% by weight, preferably to a maximum of 16% by weight.
Prozessbedingt bildet sich zwischen dem Substrat und dem Überzug eine intermetallische Schicht aus. Die intermetallische Schicht weist mindestens Eisen- und Aluminiumverbindungen auf. Die intermetallische Schicht kann eine Dicke zwischen 0,01 und 10 µm, insbesondere bis zu 8 µm, vorzugsweise zwischen bis zu 6 µm aufweisen.Due to the process, an intermetallic layer forms between the substrate and the coating. The intermetallic layer has at least iron and aluminum compounds. The intermetallic layer can have a thickness between 0.01 and 10 μm, in particular up to 8 μm, preferably between up to 6 μm.
Durch die vorher zumindest einseitig auf der Oberfläche des Substrats eingebrachte Oberflächenstruktur mit Tal-, Flanken- und Bergebereichen folgt die intermetallische Schicht diesem Verlauf. Der aluminiumbasierte Überzug des Stahlblechs weist auf der freien Oberfläche, quasi auf der dem Substrat und der intermetallischen Schicht abgewandten Seite,
Die Dicke des Stahlblechs beträgt beispielsweise 0,5 bis 4,0 mm, insbesondere 0,6 bis 3,0 mm, vorzugsweise 0,7 bis 2,5 mm.The thickness of the steel sheet is, for example, 0.5 to 4.0 mm, in particular 0.6 to 3.0 mm, preferably 0.7 to 2.5 mm.
Die Dicke des aluminiumbasierten Überzugs beträgt beispielsweise 3 bis 40 µm vor der Warmumformung, insbesondere 10 bis 40 µm, vorzugsweise 11 bis 35 µm, bevorzugt 12 bis 30 µm, weiter bevorzugt 13 bis 27 µm, wobei die Dicke der gemittelten Dicke entspricht. Aufgrund der Oberflächenstruktur und der in Längs- und Quererstreckung des Stahlblechs variierenden Dicke des Überzugs, ist die Dicke des Überzugs des erfindungsgemäßen Stahlblechs nicht durchgehend konstant, so dass eine gemittelte Dicke angegeben wird.The thickness of the aluminum-based coating is, for example, 3 to 40 μm before hot forming, in particular 10 to 40 μm, preferably 11 to 35 μm, preferably 12 to 30 μm, more preferably 13 to 27 μm, the thickness corresponding to the mean thickness. Due to the surface structure and the thickness of the coating, which varies in the longitudinal and transverse extent of the steel sheet, the thickness of the coating of the steel sheet according to the invention is not constant throughout, so that an average thickness is given.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus den Ansprüchen, der Beschreibung wie auch der Zeichnung können mit einem oder mehreren anderen Merkmalen daraus zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Es können auch ein oder mehrere Merkmale aus den unabhängigen Ansprüchen durch ein oder mehrere andere Merkmale verknüpft werden.Further advantageous configurations and developments emerge from the following description. One or more features from the claims, the description and also the drawing can be combined with one or more other features from them to form further embodiments of the invention. One or more features from the independent claims can also be linked by one or more other features.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs weist der härtbare Stahlwerkstoff folgende chemische Zusammensetzung in Gew.-% auf:
Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.Remainder Fe and unavoidable impurities.
Kohlenstoff (C) übernimmt mehrere wichtige Funktionen. In erster Linie ist C ein Martensitbildner und damit essentiell für die Einstellung einer gewünschten Härte im warmumgeformten Stahlblechbauteil, so dass mindestens ein Gehalt von 0,05 Gew.-%, insbesondere mindestens ein Gehalt von 0,1 Gew.-%, vorzugsweise mindestens ein Gehalt von 0,15 Gew.- % vorhanden ist. Weiterhin trägt C in großem Maße zu einem höheren CEV-Wert (CEV = Kohlenstoffäquivalent) bei, wodurch die Schweißeignung negativ beeinflusst wird, so dass ein Gehalt bis maximal 0,5 Gew.-%, zur Verringerung der Neigung zu Einrissen insbesondere bis maximal 0,45 Gew.-%, vorzugsweise bis maximal 0,4 Gew.-% eingestellt wird. Des Weiteren können durch die angegebene Obergrenze negative Einflüsse in Bezug auf die Zähigkeitseigenschaften, die Umformeigenschaften und die Schweißeignung vermieden werden. Je nach erforderlicher Umformbarkeit und Zähigkeit kann der C-Gehalt innerhalb der angegebenen Spannen individuell eingestellt werden.Carbon (C) performs several important functions. First and foremost, C is a martensite former and is therefore essential for setting a desired hardness in the hot-formed sheet steel component, so that at least a content of 0.05% by weight, in particular at least 0.1% by weight, preferably at least one Content of 0.15% by weight is present. Furthermore, C makes a major contribution to a higher CEV value (CEV = carbon equivalent), which has a negative impact on the weldability, so that a content of up to a maximum of 0.5% by weight, to reduce the tendency to crack, in particular up to a maximum of 0 , 45% by weight, preferably up to a maximum of 0.4% by weight. Furthermore, the specified upper limit can avoid negative influences on the toughness properties, the forming properties and the suitability for welding. Depending on the required formability and toughness, the C content can be set individually within the specified ranges.
Mangan (Mn) ist ein Legierungselement, das zur Härtbarkeit beiträgt. Gleichzeitig verringert Mn die Neigung zur unerwünschten Bildung von Perlit während der Abkühlung und setzt die kritische Abkühlgeschwindigkeit herab, wodurch die Härtbarkeit erhöht wird. Zudem kann Mn zur Abbindung von S, um zu verhindern, dass die Warmwalzbarkeit durch ein FeS Eutektikum zu sehr beeinträchtigt wird, und/oder Verringerung des Perlitanteils verwendet werden, so dass insbesondere ein Gehalt von mindestens 0,5 Gew.-% vorhanden ist. Eine zu hohe Mn-Konzentration wirkt sich dagegen negativ auf die Schweißeignung aus, so dass Mn auf maximal 3,0 Gew.-% begrenzt ist. Zur Gewährleistung der gewünschten Umformbarkeit wird der Gehalt insbesondere auf maximal 2,7 Gew.-%, zur Verbesserung der Zähigkeitseigenschaften, vorzugsweise auf maximal 2,5 Gew.-% beschränkt. Zur Einstellung der angestrebten Festigkeitseigenschaften wird insbesondere ein Gehalt von mindestens 0,8 Gew.-% zulegiert.Manganese (Mn) is an alloying element that contributes to hardenability. At the same time, Mn reduces the tendency for undesired formation of pearlite during cooling and lowers the critical cooling rate, whereby the hardenability is increased. In addition, Mn can be used to set S, in order to prevent the hot-rollability from being excessively impaired by an FeS eutectic, and / or to reduce the pearlite content, so that in particular a content of at least 0.5% by weight is present. An excessively high Mn concentration, on the other hand, has a negative effect on the weldability, so that Mn is limited to a maximum of 3.0% by weight. To ensure the desired formability, the content is limited in particular to a maximum of 2.7% by weight, and to improve the toughness properties, preferably to a maximum of 2.5% by weight. In order to set the desired strength properties, a content of at least 0.8% by weight is added in particular.
Silizium (Si) ist ein Legierungselement, das zur Desoxidation beiträgt. Zur Sicherstellung der Wirksamkeit wird ein Gehalt von mindestens 0,05 Gew.-% verwendet. Allerdings kann Si auch zur Festigkeitssteigerung beitragen, so dass vorzugsweise ein Gehalt von mindestens 0,1 Gew.-%, bevorzugt von mindestens 0,2 Gew.-% zulegiert wird. Wird dem Stahl zu viel Si zulegiert, kann dies einen negativen Einfluss auf die Zähigkeitseigenschaften, die Umformbarkeit und die Schweißeignung haben. Daher ist der Gehalt auf maximal 1,7 Gew.-%, zur Verbesserung der Oberflächenqualität, insbesondere auf maximal 0,9 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 0,7 Gew.-% begrenzt.Silicon (Si) is an alloying element that contributes to deoxidation. To ensure effectiveness, a content of at least 0.05% by weight is used. However, Si can also contribute to increasing the strength, so that a content of at least 0.1% by weight, preferably of at least 0.2% by weight, is preferably added. If too much Si is added to the steel, this can have a negative impact on the toughness properties, formability and weldability. The content is therefore limited to a maximum of 1.7% by weight, in order to improve the surface quality, in particular to a maximum of 0.9% by weight, preferably to a maximum of 0.7% by weight.
Phosphor (P) ist ein Legierungselement, das zur Verzögerung der Zementitbildung in Gehalten bis zu 0,1 Gew.-% eingestellt werden kann. Zur Sicherstellung der gewünschten Verzögerung und Stabilisierung werden Gehalte von insbesondere mindestens 0,002 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,004 Gew.-% eingestellt. Allerdings wirkt sich P stark zähigkeitsmindernd und dadurch ungünstig auf die Umformbarkeit aus. P kann zudem aufgrund seiner geringen Diffusionsgeschwindigkeit beim Erstarren der Schmelze zu starken Seigerungen führen. Negative Einflüsse auf die Umformbarkeit und/oder Schweißbarkeit können sicher ausgeschlossen werden, wenn der Gehalt insbesondere auf maximal 0,05 Gew.-%, zur zusätzlichen Verringerung der Seigerungseffekte vorzugsweise auf maximal 0,03 Gew.-% begrenzt wird.Phosphorus (P) is an alloying element that can be adjusted in contents of up to 0.1% by weight to delay the formation of cementite. To ensure the desired delay and stabilization, contents of in particular at least 0.002% by weight, preferably at least 0.004% by weight, are set. However, P has a strong toughness-reducing effect and therefore has an unfavorable effect on formability. In addition, due to its low diffusion rate, P can lead to severe segregation when the melt solidifies. Negative influences on the formability and / or weldability can be safely ruled out if the content is limited to a maximum of 0.05% by weight in particular, and preferably to a maximum of 0.03% by weight to further reduce the segregation effects.
Schwefel (S) ist ein Legierungselement, das in Gehalten bis zu 0,1 Gew.-% vorhanden sein kann. Da S im Stahl eine starke Neigung zur Seigerung aufweisen und die Umformbarkeit respektive Zähigkeit in Folge der übermäßigen Bildung von FeS, MnS bzw. (Mn, Fe) S negativ beeinträchtigen kann, wird der Gehalt daher insbesondere auf maximal 0,05 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 0,05 Gew.-%, bevorzugt auf maximal 0,01 Gew.-% begrenzt.Sulfur (S) is an alloying element which can be present in contents up to 0.1% by weight. Since S in steel has a strong tendency to segregate and can negatively affect the formability or toughness as a result of the excessive formation of FeS, MnS or (Mn, Fe) S, the content is therefore in particular to a maximum of 0.05% by weight. , preferably limited to a maximum of 0.05% by weight, preferably to a maximum of 0.01% by weight.
Stickstoff (N) kann als Legierungselement in Gehalten bis zu 0,1 Gew.-% zur Nitridbildung und/oder Verbesserung der Härtbarkeit eingestellt werden. Grundsätzlich lässt sich N bei der Stahlherstellung durch die N-haltige Erdatmosphäre nicht vollständig vermeiden, kann jedoch, abhängig von weiteren Legierungselementen, sehr vorteilhaft sein. N kann genauso wie C zur Steigerung der Martensithärte eingesetzt werden, schwächt aber im Vergleich zu C die Korngrenzen weniger. Um diese Wirkung zu erzielen, können insbesondere Gehalte von mindestens 0,0005 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,001 Gew.-%, bevorzugt von mindestens 0,002 Gew.-% eingestellt werden. Allerdings führt N insbesondere in Verbindung mit AI und/oder Ti zur Bildung von groben Nitriden, die sich negativ auf die Umformbarkeit auswirken können. Der Gehalt ist daher insbesondere auf maximal 0,015 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 0,01 Gew.-%, bevorzugt auf maximal 0,007 Gew.-% begrenzt. Falls Ti vorhanden ist, sollte im Falle von Ti-Gehalten > 0,01 Gew.-% der N-Gehalt besonders bevorzugt zwischen 0,001% < N <= 0,004 % eingestellt werden.Nitrogen (N) can be used as an alloying element in contents of up to 0.1% by weight to form nitride and / or improve hardenability. In principle, N cannot be completely avoided in steel production due to the N-containing earth's atmosphere, but it can be very advantageous, depending on other alloying elements. Like C, N can be used to increase the martensite hardness, but it does not weaken the grain boundaries as much as C does. In order to achieve this effect, contents of at least 0.0005% by weight, preferably of at least 0.001% by weight, preferably of at least 0.002% by weight, can be set. However, especially in combination with Al and / or Ti, N leads to the formation of coarse nitrides, which can have a negative effect on formability. The content is therefore limited in particular to a maximum of 0.015% by weight, preferably to a maximum of 0.01% by weight, preferably to a maximum of 0.007% by weight. If Ti is present, in the case of Ti contents> 0.01% by weight, the N content should particularly preferably be set between 0.001% <N <= 0.004%.
Das Stahlblech kann optional eines oder mehrere Legierungselemente aus der Gruppe (AI, Ti, V, Nb, B, Cr, Mo, Cu, Ni, Ca) enthalten.The steel sheet can optionally contain one or more alloy elements from the group (Al, Ti, V, Nb, B, Cr, Mo, Cu, Ni, Ca).
Aluminium (Al) kann als optionales Legierungselement bis zu maximal 1,0 Gew.-% zulegiert werden. Insbesondere kann AI zum Abbinden von gegebenenfalls vorhandenem Stickstoff verwendet werden, so dass optional zulegiertes Bor seine festigkeitssteigernde Wirkung entfalten kann. Daher wird insbesondere ein Gehalt von mindestens 0,005 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,01 Gew.-% zulegiert. Zur Vermeidung gießtechnischer Probleme wird der Gehalt insbesondere auf maximal 0,5 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 0,2 Gew.-%, begrenzt.Aluminum (Al) can be added as an optional alloying element up to a maximum of 1.0% by weight. In particular, Al can be used to bind any nitrogen that may be present, so that optionally alloyed boron can develop its strength-increasing effect. In particular, a content of at least 0.005% by weight, preferably at least 0.01% by weight, is therefore added. To avoid problems with casting technology, the content is limited in particular to a maximum of 0.5% by weight, preferably to a maximum of 0.2% by weight.
Titan (Ti) kann als optionales Legierungselement die Festigkeit durch Bildung von Carbiden, Nitriden und/oder Carbonitriden steigern und als Mikroseigerungselement wirken. Des Weiteren kann die Bildung von grobem Austenitgefüge unterdrückt werden. Auch kann Ti zur Kornfeinung und/oder Stickstoffabbindung und, falls Bor vorhanden ist, die Wirksamkeit von Bor erhöhen. Da es zudem zur Verstärkung der Wirksamkeit von Cr beitragen kann, kann es optional mit einem Gehalt bis zu 0,2 Gew.-% zulegiert werden. Aus Kostengründen wird der Gehalt insbesondere auf maximal 0,15 Gew.-%, zur sicheren Vermeidung der Bildung zu großer Titannitride vorzugsweise auf maximal 0,1 Gew.-%, bevorzugt auf maximal 0,05 Gew.- % beschränkt. Zur Sicherstellung der Wirksamkeit kann ein Gehalt insbesondere von mindestens 0,005 Gew.-% zulegiert werden. Zur Ausnutzung der festigkeitssteigernden Wirkung können vorzugsweise Gehalte von mindestens 0,01 Gew.-%, bevorzugt von mindestens 0,015 Gew.-% verwendet werden.As an optional alloying element, titanium (Ti) can increase strength through the formation of carbides, nitrides and / or carbonitrides and act as a micro-segregation element. Furthermore, the formation of a coarse austenite structure can be suppressed. Ti can also be used for grain refinement and / or nitrogen binding and, if boron is present, to increase the effectiveness of boron. Since it can also contribute to enhancing the effectiveness of Cr, it can optionally be added with a content of up to 0.2% by weight. For reasons of cost, the content is limited in particular to a maximum of 0.15% by weight, to reliably avoid the formation of excessively large titanium nitrides, preferably to a maximum of 0.1% by weight, preferably to a maximum of 0.05% by weight. To ensure effectiveness, a content of at least 0.005% by weight can be added. To utilize the strength-increasing effect, contents of at least 0.01% by weight, preferably of at least 0.015% by weight, can preferably be used.
Vanadium (V) und/oder Niob (Nb) können als optionale Legierungselemente einzeln oder in Kombination zur Kornfeinung und/oder zur Verzögerung der wasserstoffinduzierten Rissbildung zulegiert werden. Diese optionalen Legierungselemente können wie Ti als Mikrolegierungselemente eingesetzt werden, um festigkeitssteigernde Carbide, Nitride und/oder Carbonitride zu bilden. Zur Gewährleistung ihrer Wirksamkeit können V und/oder Nb insbesondere mit Gehalten von (jeweils) mindestens 0,005 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,01 Gew.-%, bevorzugt von mindestens 0,015 Gew.-%, eingesetzt werden. Für Nb und V liegt der Mindestgehalt einzeln oder in Summe besonders bevorzugt bei mindestens 0,02 Gew.-%. Die optionalen Legierungselemente sind (jeweils) auf maximal 0,5 Gew.-%, insbesondere auf maximal 0,2 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 0,1 Gew.-% begrenzt, da höhere Gehalte sich nachteilig auf die Werkstoffeigenschaften, insbesondere sich negativ auf die Zähigkeitseigenschaften des Stahls auswirken können.Vanadium (V) and / or niobium (Nb) can be added as optional alloying elements individually or in combination to refine the grain and / or to delay the hydrogen-induced crack formation. These optional alloying elements, like Ti, can be used as micro-alloying elements in order to form strength-increasing carbides, nitrides and / or carbonitrides. To ensure their effectiveness, V and / or Nb can be used in particular with contents of (each) at least 0.005% by weight, preferably of at least 0.01% by weight, preferably of at least 0.015% by weight. For Nb and V, the minimum content, individually or in total, is particularly preferably at least 0.02% by weight. The optional alloying elements are (each) limited to a maximum of 0.5% by weight, in particular to a maximum of 0.2% by weight, preferably to a maximum of 0.1% by weight, since higher contents have a detrimental effect on the material properties, in particular can have a negative effect on the toughness properties of the steel.
Bor (B) kann als optionales Legierungselement auf den Phasengrenzen segregieren und deren Bewegung verhindern. Dies kann zu einem feinkörnigen Gefüge führen, was sich vorteilhaft auf die mechanischen Eigenschaften auswirken kann. Um die Wirksamkeit dieser Effekte zu gewährleisten und die Härtbarkeit zu erhöhen, kann ein Gehalt bis zu 0,01 Gew.-%, insbesondere aus Kostengründen bis maximal 0,005 Gew.-%, und zur sicheren Vermeidung einer Versprödung an Korngrenzen bevorzugt bis maximal 0,004 Gew.-%, sowie insbesondere zur Gewährleistung der sicheren Wirksamkeit auch bei Vorhandensein von N, beispielsweise in Form von technisch unvermeidbaren Verunreinigungen der Stahlschmelze mit N, insbesondere von mindestens 0,0005 Gew.-%, zur Erhöhung der Feinkörnigkeit, vorzugsweise von mindestens 0,0010 Gew.-%, bevorzugt von mindestens 0,0015 Gew.-%, zulegiert werden. Beim optionalen Zulegieren von B sollte zudem ausreichend Ti für die Abbindung von N zulegiert sein.As an optional alloying element, boron (B) can segregate on the phase boundaries and prevent their movement. This can lead to a fine-grain structure, which can have beneficial effects on the mechanical properties. In order to ensure the effectiveness of these effects and to increase the hardenability, a content of up to 0.01 wt .-%, and in particular to ensure reliable effectiveness even in the presence of N, for example in the form of technically unavoidable contamination of the steel melt with N, in particular at least 0.0005% by weight, to increase the fine grain size, preferably at least 0, 0010% by weight, preferably at least 0.0015% by weight, are added. With the optional alloying of B, sufficient Ti should also be alloyed to bind N.
Chrom (Cr) kann als optionales Legierungselement zur Einstellung der Härte und der Festigkeit insbesondere mit einem Gehalt von mindestens 0,01 Gew.-% zulegiert werden, da es wie C die Umwandlung in Austenit unterstützen kann. Aus Kostengründen ist die Obergrenze mit 1,0 Gew.-% definiert. Bei zu hohem Gehalt kann die Schweißeignung und/oder die Zähigkeit negativ beeinflusst werden, so dass der Gehalt insbesondere auf maximal 0,75 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 0,45 Gew.-% begrenzt wird. Um die Kohlenstoffdiffusion herabzusetzen und so eine gleichgewichtsferne Umwandlung zu begünstigen, können insbesondere Gehalte von mindestens 0,01 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,1 Gew.-%, bevorzugt von mindestens 0,15 Gew.-% zulegiert werden.Chromium (Cr) can be added as an optional alloying element for setting the hardness and strength, in particular with a content of at least 0.01% by weight, since, like C, it can support the conversion into austenite. For reasons of cost, the upper limit is defined as 1.0% by weight. If the content is too high, the weldability and / or the toughness can be adversely affected, so that the content is limited in particular to a maximum of 0.75% by weight, preferably to a maximum of 0.45% by weight. In order to reduce the carbon diffusion and thus promote a non-equilibrium conversion, contents of at least 0.01% by weight, preferably of at least 0.1% by weight, preferably of at least 0.15% by weight, can be added.
Molybdän (Mo) kann als optionales Legierungselement die Festigkeit und die Härte erhöhen. Da es zur Verstärkung der Wirksamkeit von Cr beitragen bzw. den Einsatz dieses Legierungselements ersetzen kann, kann es optional mit einem Gehalt bis zu 1,0 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,01 und 0,8 Gew.-%, zur Erzielung einer möglichst großen Härte und zur Verringerung der Kohlenstoffdiffusion vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,5 Gew.-% zulegiert werden.Molybdenum (Mo) as an optional alloying element can increase strength and hardness. Since it can contribute to increasing the effectiveness of Cr or can replace the use of this alloying element, it can optionally be used with a content of up to 1.0% by weight, in particular between 0.01 and 0.8% by weight, to achieve this the greatest possible hardness and preferably between 0.1 and 0.5% by weight to reduce carbon diffusion.
Werden beispielsweise die optionalen Legierungselemente Cr und Mo zusammen zulegiert, so sind ihre Gehalte in Summe auf maximal 1,0 Gew.-%, insbesondere auf maximal 0,8 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 0,6 Gew.-% begrenzt.If, for example, the optional alloying elements Cr and Mo are alloyed together, their total contents are limited to a maximum of 1.0% by weight, in particular to a maximum of 0.8% by weight, preferably to a maximum of 0.6% by weight.
Kupfer (Cu) kann als optionales Legierungselement zur Verbesserung der Härtbarkeit mit einem Gehalt bis zu 1,0 Gew.-% zulegiert werden. Um diese Wirkung zu gewährleisten, können Gehalte insbesondere von mindestens 0,01 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,05 Gew.-% zulegiert werden. Der Gehalt wird insbesondere auf maximal 0,5 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 0,2 Gew.-% begrenzt, um negative Einflüsse auf die Schweißeignung und die Zähigkeitseigenschaften in der Wärmeeinflusszone einer am Stahlblechbauteil möglichen vorgenommenen Schweißung zu vermeiden.Copper (Cu) can be added as an optional alloying element to improve hardenability with a content of up to 1.0% by weight. In order to ensure this effect, contents of at least 0.01% by weight, preferably of at least 0.05% by weight, can be added. The content is limited in particular to a maximum of 0.5% by weight, preferably to a maximum of 0.2% by weight, in order to avoid negative influences on the suitability for welding and the toughness properties in the heat-affected zone of a possible weld made on the sheet steel component.
Nickel (Ni) kann als optionales Legierungselement die Härtbarkeit verbessern. Zur Sicherstellung der Wirksamkeit kann ein Gehalt insbesondere von mindestens 0,01 Gew.-% zulegiert werden. Zur Erhöhung der Zähigkeit können vorzugsweise Gehalte von mindestens 0,02 Gew.-% zulegiert werden. Zur Verbesserung der Schweißbarkeit wird der Gehalt auf maximal 1,0 Gew.-%, aus Kostengründen insbesondere auf maximal 0,5 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 0,2 Gew.-% beschränkt.Nickel (Ni) as an optional alloying element can improve hardenability. To ensure effectiveness, a content of at least 0.01% by weight can be added. To increase the toughness, contents of at least 0.02% by weight can preferably be added. To improve weldability, the content is limited to a maximum of 1.0% by weight, for cost reasons in particular to a maximum of 0.5% by weight, preferably to a maximum of 0.2% by weight.
Calcium (Ca) kann als optionales Legierungselement der Schmelze als Entschwefelungsmittel und zur gezielten Sulfidbeeinflussung in Gehalten bis zu 0,1 Gew.-%, insbesondere bis maximal 0,05 Gew.-%, vorzugsweise bis maximal 0,01 Gew.-%, bevorzugt bis maximal 0,005 Gew.-% zulegiert werden, was zu einer veränderten Plastizität der Sulfide bei der Warmwalzung führen kann. Die beschriebenen Effekte können ab einem Gehalt insbesondere von mindestens 0,0005 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,001 Gew.-% wirksam sein.Calcium (Ca) can be used as an optional alloying element of the melt as a desulfurizing agent and for targeted sulfide influence in contents of up to 0.1% by weight, in particular up to a maximum of 0.05% by weight, preferably up to a maximum of 0.01% by weight, preferably up to a maximum of 0.005% by weight are added, which can lead to a changed plasticity of the sulfides during hot rolling. The effects described can be effective from a content of in particular at least 0.0005% by weight, preferably of at least 0.001% by weight.
Die als optional angegebenen Legierungselemente können alternativ auch als Verunreinigungen in Gehalten unterhalb der angegebenen Mindestgrenzen toleriert werden, ohne die Eigenschaften des Stahlwerkstoffs zu beeinflussen, vorzugsweise nicht zu verschlechtern. Auch können P, S und/oder N, wenn sie nicht gezielt zulegiert werden, als Verunreinigung toleriert werden.The alloying elements specified as optional can alternatively also be tolerated as impurities in contents below the specified minimum limits without influencing, preferably not worsening, the properties of the steel material. P, S and / or N can also be tolerated as impurities if they are not added in a targeted manner.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs ist der aluminiumbasierte Überzug mit mindestens 30 Gew.-% Fe zulegiert. Nach dem Schmelztauchbeschichten kann das beschichtete Substrat einer (weiteren) Wärmebehandlung zugeführt werden, bei welchem durch Diffusionsprozesse der aluminiumbasierte Überzug mit Eisen aus dem Substrat angereichert werden kann. Durch eine vor der Warmformung vorgeschaltete Wärmebehandlung kann ein gezieltes „Vorlegieren“ abhängig von Temperaturen (beispielsweise < Ac1 bzw. => Ac1) und Dauer (beispielsweise bis ca. 600 s bzw. > 600 s) durchgeführt werden, um beispielsweise eine (weitere) Verkürzung der Dauer bis zum Durchlegieren des Überzugs während der Austenitisierung bei der Warmumformung zu ermöglichen, vgl. beispielsweise
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs ist die Oberflächenstruktur mit Talbereichen, Flankenbereichen und Bergbereichen deterministisch ausgebildet. Unter deterministischer Oberflächenstruktur sind insbesondere regelmäßig wiederkehrende Oberflächenstrukturen zu verstehen, welche eine definierte Form und/oder Ausgestaltung bzw. Dimensionierung aufweisen. Insbesondere gehören hierzu zudem Oberflächenstrukturen mit einer (quasi-)stochastischen Anmutung, die sich aus stochastischen Formelementen in einer wiederkehrenden Struktur zusammensetzen. Somit lassen sich die Talbereiche, Flankenbereiche und Bergbereiche gezielt einstellen.According to a preferred embodiment of the steel sheet according to the invention, the surface structure with valley areas, flank areas and mountain areas is designed deterministically. A deterministic surface structure is to be understood in particular as regularly recurring surface structures which have a defined shape and / or configuration or dimensioning. In particular, this also includes surface structures with a (quasi-) stochastic appearance, which are composed of stochastic form elements in a recurring structure. In this way, the valley areas, flank areas and mountain areas can be set in a targeted manner.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs beträgt in Höhenerstreckung des Substrats der Abstand bzw. maximale Rautiefe Rt zwischen den Talbereichen und Bergbereichen zwischen 1 und 50 µm, insbesondere zwischen 3 und 40 µm, vorzugsweise zwischen 5 und 28 µm, bevorzugt zwischen 8 und 20 µm.According to a further preferred embodiment of the steel sheet according to the invention, the distance or maximum roughness depth Rt between the valley areas and mountain areas in the vertical extent of the substrate is between 1 and 50 μm, in particular between 3 and 40 μm, preferably between 5 and 28 μm, preferably between 8 and 20 µm.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs weist das Substrat eine um mindestens 3%, insbesondere um mindestens 5%, vorzugsweise um mindestens 10%, bevorzugt um mindestens 13% vergrößerte Oberfläche auf. Die Vergrößerung der Oberfläche des Substrats ist in Relation zur „Projektionsfläche“ der Oberfläche des Substrats zu sehen. Dies bedeutet, dass eine oder mehrere definierte Bereiche betrachtet werden, beispielsweise Aufnahmen mittels konfokalem Weißlichtmikroskop, und die ermittelte oder gemessene Ist-Oberfläche in Relation zur Projektionsoberfläche (plane oder ebene Oberfläche) in dem oder den definierten Bereichen gesetzt wird. Die Vergrößerung der Oberfläche ist abhängig von der Form, Ausgestaltung und/oder Dimensionierung der Tal-, Flanken- und Bergbereiche der Oberflächenstruktur sowie der abhängig von der Anzahl respektive Verteilung der Struktur, wobei eine vergrößerte Oberfläche beispielsweise bis zu 500 %, insbesondere bis zu 200 %, vorzugsweise bis zu 50 % eingestellt werden kann. Die bevorzugte vergrößerte Oberfläche bezieht sich insbesondere auf das noch unbeschichtete Substrat.According to a particularly preferred embodiment of the steel sheet according to the invention, the substrate has a surface that is enlarged by at least 3%, in particular by at least 5%, preferably by at least 10%, preferably by at least 13%. The enlargement of the surface of the substrate can be seen in relation to the “projection area” of the surface of the substrate. This means that one or more defined areas are viewed, for example recordings using a confocal white light microscope, and the determined or measured actual surface is set in relation to the projection surface (plane or flat surface) in the defined area or areas. The enlargement of the surface depends on the shape, configuration and / or dimensioning of the valley, flank and mountain areas of the surface structure and also depends on the number or distribution of the structure, with an enlarged surface, for example, up to 500%, in particular up to 200 %, preferably up to 50% can be set. The preferred enlarged surface relates in particular to the as yet uncoated substrate.
Das erfindungsgemäße Stahlblech kann optional dressiert sein. Nachdem das Substrat mit einem aluminiumbasierten Überzug beschichtet worden ist, kann beispielsweise das Stahlblech mittels Dressierwalzen dressiert werden, insbesondere mit einem Walzgrad zwischen 0,2 und 4 %, um eine gezielte Rauheit und/oder Strukturierung an der freien Oberfläche des Überzugs des Stahlblechs einstellen zu können.The steel sheet according to the invention can optionally be dressed. After the substrate has been coated with an aluminum-based coating, the steel sheet can, for example, be skin-passed by means of skin-pass rollers, in particular with a degree of rolling between 0.2 and 4%, in order to set a targeted roughness and / or structure on the free surface of the coating of the steel sheet be able.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten Stahlblechbauteils, wobei das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Stahlblechs; Austenitisieren des Stahlblechs bei einer Temperatur von mindestens Ac1; Warmumformen und Abkühlen des austenitisierten Stahlblechs auf eine Temperatur zwischen 20°C und Ms.According to a second aspect, the invention relates to a method for producing a hot-formed sheet steel component, the method according to the invention comprising the following steps: providing a steel sheet according to the invention; Austenitizing the steel sheet at a temperature of at least Ac1; Hot forming and cooling of the austenitized steel sheet to a temperature between 20 ° C and Ms.
Das erfindungsgemäße Stahlblech wird auf eine Temperatur von mindestens Ac1 oder darüber, insbesondere auf mindestens Ac3 oder darüber, zur Bildung von Austenit im Substrat erwärmt bzw. austenitisiert, vorzugsweise in einem Zeitraum, welcher ausreichend ist, um, insbesondere abhängig von der Dicke und/oder Zusammensetzung des verwendeten Stahlwerkstoffs, das Stahlblech vollständig durchzuwärmen. Bei teilweiser Austenitisierung zwischen Ac1 und Ac3 ist der Austenitgehalt sowie der Kohlenstoffgehalt im Austenit abhängig von der Austenitisierungsdauer, sodass eine vollständige Austenitisierung > Ac3 bevorzugt ist.The steel sheet according to the invention is heated or austenitized to a temperature of at least Ac1 or above, in particular to at least Ac3 or above, in order to form austenite in the substrate, preferably in a period of time which is sufficient to, in particular depending on the thickness and / or Composition of the steel material used to completely heat the steel sheet. In the case of partial austenitization between Ac1 and Ac3, the austenite content and the carbon content in the austenite depend on the austenitization time, so that complete austenitization> Ac3 is preferred.
Im Sinne der Erfindung soll neben der vollständigen auch nur eine partielle Erwärmung des Stahlblechs verstanden werden, falls ein Stahlblechbauteil mit partiell unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt werden soll. So kann auch nur ein zumindest teilbereichsweises Austenitisieren des Stahlblechs bei einer Temperatur von mindestens Ac1 erfolgen. Insbesondere soll auch eine Erwärmung mit verschiedenen, teilbereichsweisen Temperatur-Zonen innerhalb des Stahlblechs verstanden werden, wovon zumindest eine oberhalb von Ac3 liegt. Beispielsweise kann auch eine vollständige Erwärmung des Stahlblechs mit einem temporäreren, teilbereichsweisen Zwischenkühlen, vorzugsweise mit einem Fluid, zur teilbereichsweisen Festigkeitsveränderung erfolgen, wobei beispielsweise das Stahlblech dazu kurzeitig aus dem Ofen herausgefahren und nach der teilbereichsweisen Zwischenkühlung wieder in einen Ofen hineingefahren wird.For the purposes of the invention, in addition to complete heating of the sheet steel, only partial heating is to be understood if a sheet steel component with partially different properties is to be produced. In this way, austenitizing the steel sheet at least partially at least at a temperature of at least Ac1 can also take place. In particular, a heating with different, partial-area temperature zones within the steel sheet is to be understood, of which at least one is above Ac3. For example, complete heating of the steel sheet can also take place with temporary, partial-area intermediate cooling, preferably with a fluid, for partial-area-related strength change, for example, the steel sheet being moved out of the furnace for a short time and then moved back into an oven after partial-area intermediate cooling.
Unter „Warmumformen und Abkühlen“ ist zu verstehen, dass das Stahlblech infolge der gezielten Austenitisierung ein Warmumformen als indirekte oder direkte Warmumformung kombiniert mit einem Abkühlen in einem Werkzeug (Presshärten) oder in einem Medium (Härten) umfasst. Erfolgt eine Abkühlung des austenitisierten Stahlblechs auf eine Temperatur unterhalb von Ms, kann sichergestellt werden, dass die Ausbildung eines harten Gefüges von Austenit in Martensit erzwungen wird, insbesondere durch geeignete Abkühlgeschwindigkeiten. Die durchschnittliche bzw. kritische Abkühlgeschwindigkeit beträgt insbesondere mindestens 20K/s, vorzugsweise mindestens 30K/s, bevorzugt mindestens 40K/s. Abgeschlossen ist die Umwandlung vollständig in Martensit bei Erreichen bzw. Unterschreiten der Mf - Temperatur, wobei eine Abkühlung bis zu einer Temperatur von 20°C, insbesondere bis zu einer Temperatur von 50°C, vorzugsweise bis zu einer Temperatur von 80°C, bevorzugt bis zu einer Temperatur von 100°C, weiter bevorzugt bis zu einer Temperatur von 200°C erfolgen kann.“Hot forming and cooling” is to be understood as meaning that the steel sheet includes hot forming as indirect or direct hot forming combined with cooling in a tool (press hardening) or in a medium (hardening) as a result of the targeted austenitization. If the austenitized steel sheet to a temperature below Ms, it can be ensured that the formation of a hard structure of austenite in martensite is forced, in particular by means of suitable cooling rates. The average or critical cooling rate is in particular at least 20K / s, preferably at least 30K / s, preferably at least 40K / s. The conversion to martensite is complete when the Mf temperature is reached or fallen below, cooling to a temperature of 20 ° C., in particular to a temperature of 50 ° C., preferably to a temperature of 80 ° C., being preferred up to a temperature of 100.degree. C., more preferably up to a temperature of 200.degree.
Kenngrößen wie Ac1, Ac3, Ms, Mf, (kritische) Abkühlgeschwindigkeiten etc. sind abhängig von der Zusammensetzung des verwendeten Stahlwerkstoffs und lassen sich aus sogenannten ZTU- bzw. ZTA-Diagrammen ableiten.Parameters such as Ac1, Ac3, Ms, Mf, (critical) cooling rates etc. depend on the composition of the steel material used and can be derived from so-called ZTU or ZTA diagrams.
Erfolgt das Warmumformen in einem Warmumformwerkzeug und das Abkühlen in einem Abkühlwerkzeug oder Warmumformen und Abkühlen in einem Werkzeug, so entsprechen Abkühlwerkzeug und Werkzeug einem Presshärtewerkzeug, welches den Vorteil hat, dass ein besonders maßhaltiges Stahlblechbauteil hergestellt wird, da das austenitisierte Stahlblech in Kontakt mit einer formgebenden Kontur des Presshärtewerkzeugs gelangt. Bei der indirekten Warmumformung bewirkt das Presshärtewerkzeug nur eine geringfügige Formgebung (= Warmumformen) im Rahmen einer Kalibrierung und/oder Korrektur auf Sollmaß oder Endgeometrie des herzustellenden Stahlblechbauteils. Bevorzugt ist das Presshärtewerkzeug aktiv gekühlt und stellt entsprechende (kritische) Abkühlgeschwindigkeiten bereit, um ein hartes Gefüge in dem warmumgeformten Stahlblechbauteil einstellen zu können. Als Stahlblech wird gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens bei der indirekten Warmumformung ein vorgeformtes Teil bereitgestellt, welches im Wesentlichen eine endabmessungsnahe Geometrie aufweist.If the hot forming takes place in a hot forming tool and the cooling in a cooling tool or hot forming and cooling in a tool, the cooling tool and tool correspond to a press hardening tool, which has the advantage that a particularly dimensionally stable sheet steel component is produced, since the austenitized steel sheet is in contact with a forming The contour of the press hardening tool arrives. In the case of indirect hot forming, the press hardening tool effects only a slight shaping (= hot forming) within the scope of a calibration and / or correction to the nominal size or final geometry of the sheet steel component to be produced. The press hardening tool is preferably actively cooled and provides corresponding (critical) cooling speeds in order to be able to set a hard structure in the hot-formed sheet steel component. According to one embodiment of the method in the case of indirect hot forming, a preformed part is provided as the steel sheet which essentially has a geometry close to the final dimension.
Alternativ kann bei der direkten Warmumformung das Stahlblech als ebene Platine bereitgestellt werden, welche nach der Austenitisierung in mindestens einem Warmumformwerkzeug warm umgeformt wird. Das Warmumformen kann je nach Komplexität des herzustellenden Stahlblechbauteils und/oder abhängig von der Taktzeit auch in zwei oder mehreren Warmumformwerkzeugen warm umgeformt werden. Das eine oder das bei mehreren Werkzeugen in dem Prozess in der letzten Stufe befindliche Warmumformwerkzeug ist gleichzeitig auch zum Abkühlen ausgelegt, so dass das eine oder das letzte in der Prozesskette angeordnete Warmumformwerkzeug als Presshärtewerkzeug ausgebildet ist, welches aktiv gekühlt ist und entsprechende (kritische) Abkühlgeschwindigkeiten bereitstellt, um ein hartes Gefüge in dem warmumgeformten Stahlblechbauteil einstellen zu können. Bei mehreren Warmumformwerkzeugen kann das erste Warmumformwerkzeug in der Prozesskette auch für ein teilweises Abkühlen, insbesondere mittels Kontaktabkühlung, ausgelegt sein.Alternatively, in the case of direct hot forming, the steel sheet can be provided as a flat blank which, after austenitization, is hot formed in at least one hot forming tool. Depending on the complexity of the sheet steel component to be produced and / or depending on the cycle time, the hot forming can also be hot formed in two or more hot forming tools. The one or the hot forming tool in the last stage of several tools in the process is also designed for cooling, so that the one or the last hot forming tool in the process chain is designed as a press hardening tool, which is actively cooled and corresponding (critical) cooling speeds provides in order to be able to set a hard structure in the hot-formed sheet steel component. In the case of several hot forming tools, the first hot forming tool in the process chain can also be designed for partial cooling, in particular by means of contact cooling.
Im Sinne der Erfindung soll neben der vollständigen auch nur eine partielle Abkühlung des Stahlblechs/Stahlblechbauteils verstanden werden, falls ein Stahlblechbauteil mit partiell unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt werden soll.For the purposes of the invention, in addition to complete cooling, only partial cooling of the sheet steel / sheet steel component is to be understood if a sheet steel component with partially different properties is to be produced.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Austenitisieren in einem Ofen bei einer Temperatur von mindestens Ac3 für eine Dauer, insbesondere Verweildauer im Ofen, zwischen 50 und 1200 s, insbesondere zwischen 80 und 720 s, vorzugsweise zwischen 100 und 600 s, bevorzugt zwischen 120 und 360 s durchgeführt. Die Temperatur zur Austenitisierung beträgt maximal 980°C, insbesondere maximal 940°C. Abhängig von der Temperatur im Ofen und von der Dicke des verwendeten erfindungsgemäßen Stahlblechs kann neben der Umwandlung des Stahlwerkstücks vollständig in Austenit auch ein im Wesentlichen vollständige Durchlegierung des Überzugs in den vorgegebenen Zeitspannen sichergestellt werden. Unter „Durchlegierung“ ist zu verstehen, dass > 50 Gew.-% Fe im Überzug vorliegt bzw. in allen Phasen AI < 70 Gew.-% vorliegt.According to a preferred embodiment of the method, austenitizing is carried out in a furnace at a temperature of at least Ac3 for a duration, in particular dwell time in the furnace, between 50 and 1200 s, in particular between 80 and 720 s, preferably between 100 and 600 s, preferably between 120 and carried out for 360 s. The temperature for austenitizing is a maximum of 980 ° C, in particular a maximum of 940 ° C. Depending on the temperature in the furnace and on the thickness of the steel sheet according to the invention used, in addition to the conversion of the steel workpiece completely into austenite, an essentially complete alloying of the coating can also be ensured within the specified time periods. “Through alloying” is to be understood as meaning that> 50% by weight Fe is present in the coating or Al <70% by weight is present in all phases.
Die dritte Lehre der Erfindung betrifft ein warmumgeformtes Stahlblechbauteil, wobei das Stahlblechbauteil ein Substrat mit einem aluminiumbasierten Überzug und einer zwischen dem Substrat und dem aluminiumbasierten Überzug ausgebildeten Interdiffusionsschicht aufweist, wobei das Substrat eine Oberflächenstruktur mit Talbereichen, Flankenbereichen und Bergbereichen aufweist.The third teaching of the invention relates to a hot-formed sheet steel component, the sheet steel component having a substrate with an aluminum-based coating and an interdiffusion layer formed between the substrate and the aluminum-based coating, the substrate having a surface structure with valley areas, flank areas and mountain areas.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des warmumgeformten Stahlblechbauteils folgt die ausgebildete Interdiffusionsschicht dem Verlauf der Oberflächenstruktur. Die Oberflächenstruktur mit Talbereichen, Flankenbereichen und Bergbereichen des warmumgeformten Stahlblechbauteils entspricht im Wesentlichen der Grundstruktur der Oberflächenstruktur mit Talbereichen, Flankenbereichen und Bergbereichen des Stahlblechs, wobei infolge der Diffusion bei der Austenitisierung und der mechanischen Beanspruchung im Zuge der Warmumformung die Oberflächenstruktur des Substrats des warmumgeformten Stahlblechbauteils eine Veränderung im Vergleich zur Oberflächenstruktur des Substrats des Stahlblechs, insbesondere zumindest teilbereichsweise eine relative Glättung erfahren kann.According to a preferred embodiment of the hot-formed sheet steel component, the interdiffusion layer that is formed follows the course of the surface structure. The surface structure with valley areas, flank areas and mountain areas of the hot-formed sheet steel component essentially corresponds to the basic structure of the surface structure with valley areas, flank areas and mountain areas of the steel sheet, whereby due to the diffusion during austenitization and the mechanical stress in the course During the hot forming, the surface structure of the substrate of the hot-formed sheet steel component can undergo a change in comparison to the surface structure of the substrate of the steel sheet, in particular a relative smoothing in at least some areas.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des warmumgeformten Stahlblechbauteils beträgt in Höhenerstreckung des Substrats der Abstand bzw. maximale Rautiefe Rt zwischen den Talbereichen und Bergbereichen zwischen 1 und 50 µm, insbesondere zwischen 3 und 40 µm, vorzugsweise zwischen 5 und 28 µm, bevorzugt zwischen 8 und 20 µm.According to a further preferred embodiment of the hot-formed sheet steel component, the distance or maximum roughness depth Rt between the valley areas and mountain areas in the vertical extent of the substrate is between 1 and 50 μm, in particular between 3 and 40 μm, preferably between 5 and 28 μm, preferably between 8 and 20 µm.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die Ausführungen des erfindungsgemäßen Stahlblechs und Verfahrens Bezug genommen.In order to avoid repetition, reference is made to the explanations of the steel sheet and method according to the invention.
Das Substrat des warmumgeformten Stahlblechbauteils weist ein Gefüge aus Martensit mit mindestens 50 Flächen-%, insbesondere mindestens 60 Flächen-%, vorzugsweise mindestens 70 Flächen-%, bevorzugt mindestens 80 Flächen-%, besonders bevorzugt mindestens 90 Flächen-% auf, wobei andere bzw. verbleibende Gefügebestandteile in Form von Bainit, Austenit, Restaustenit, Zementit, Perlit und/oder Ferrit vorhanden sein können. Insbesondere besteht der verbleibende nicht martensitische Gefügeanteil zum größten Teil aus Bainit, wobei vorzugsweise Perlit und/oder Ferrit mit bis zu 10 Flächen-%, bevorzugt mit bis zu 5 Flächen-% vorliegen können. Vorzugsweise besteht das Gefüge zu 100 Flächen-% aus Martensit, wodurch die höchstmögliche Härte, insbesondere in Verbindung mit den entsprechend eingesetzten Legierungselementen, bereitgestellt werden kann. Das Gefüge kann optional bis maximal 2 Flächen-% herstellungsbedingte, unvermeidbare Gefügebestandteile, wie Zementit oder andere Ausscheidungen wie Carbide, Nitride und/oder Oxide sowie deren Mischformen aufweisen.The substrate of the hot-formed sheet steel component has a structure made of martensite with at least 50 area%, in particular at least 60 area%, preferably at least 70 area%, preferably at least 80 area%, particularly preferably at least 90 area% remaining structural components in the form of bainite, austenite, retained austenite, cementite, pearlite and / or ferrite may be present. In particular, the remaining non-martensitic structural component consists for the most part of bainite, it being possible for pearlite and / or ferrite to be present with up to 10% by area, preferably with up to 5% by area. The structure preferably consists of 100% martensite by area, whereby the highest possible hardness, in particular in connection with the corresponding alloying elements used, can be provided. The structure can optionally have production-related, unavoidable structural components such as cementite or other precipitates such as carbides, nitrides and / or oxides and their mixed forms up to a maximum of 2% by area.
Die oben genannten Gefügebestandteile können vollständig im Stahlblechbauteil vorhanden sein oder partiell, falls ein Stahlblechbauteil mit partiell unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt werden soll.The above-mentioned structural components can be present entirely in the sheet steel component or partially, if a sheet steel component with partially different properties is to be produced.
Der aluminiumbasierte Überzug des warmumgeformten Stahlblechbauteils ist im Wesentlichen durchlegiert und weist eine Mischform auf, welche u. a. von der chemischen Zusammensetzung abhängig ist. Die intermetallische Schicht weist zumindest lokal eine größere Dicke im Vergleich zur Dicke der intermetallischen Schicht vor dem Austenitisieren und Abkühlen auf.The aluminum-based coating of the hot-formed sheet steel component is essentially through-alloyed and has a mixed form, which, among other things, has the following properties: depends on the chemical composition. The intermetallic layer has, at least locally, a greater thickness compared to the thickness of the intermetallic layer before austenitizing and cooling.
Alle Angaben zu Gehalten der in der vorliegenden Anmeldung angegebenen Legierungselemente sind auf das Gewicht bezogen, sofern nicht ausdrücklich anders erwähnt. Alle Gehalte sind daher als Angaben in Gew.-% zu verstehen. Die angegebenen Gefügebestandteile werden durch ein geeignetes Auswerteverfahren, z. B Auswertung licht- oder elektronenmikroskopischer Untersuchungen insbesondere an einem oder mehreren Schliffbildern bestimmt und sind daher als Flächenanteile in Flächen-% zu verstehen, sofern nicht ausdrücklich anders erwähnt. Eine Ausnahme hiervon bildet der Gefügebestandteil Austenit bzw. Restaustenit, welcher als Volumenanteil in Vol.-% angegeben wird, sofern nicht ausdrücklich anders erwähnt.All information on the contents of the alloying elements specified in the present application are based on weight, unless expressly stated otherwise. All contents are therefore to be understood as figures in% by weight. The specified structural components are determined by a suitable evaluation method, e.g. B Evaluation of light or electron microscopic examinations, in particular determined on one or more micrographs and are therefore to be understood as area proportions in area%, unless expressly stated otherwise. An exception to this is the structural component austenite or retained austenite, which is specified as a volume percentage in% by volume, unless expressly stated otherwise.
Im Folgenden werden konkrete Ausgestaltungen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung im Detail näher erläutert. Die Zeichnung und begleitende Beschreibung der resultierenden Merkmale sind nicht beschränkend auf die jeweiligen Ausgestaltungen zu lesen, dienen jedoch der Illustration beispielhafter Ausgestaltung. Weiterhin können die jeweiligen Merkmale untereinander wie auch mit Merkmalen der obigen Beschreibung genutzt werden für mögliche weitere Entwicklungen und Verbesserungen der Erfindung, speziell bei zusätzlichen Ausgestaltungen, welche nicht dargestellt sind.In the following, specific embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing. The drawing and accompanying description of the resulting features are not to be read in a restrictive manner to the respective configurations, but serve to illustrate exemplary configurations. Furthermore, the respective features can be used with one another as well as with features of the above description for possible further developments and improvements of the invention, especially in the case of additional configurations which are not shown.
Die Zeichnungen zeigen in
-
1 ) einen schematischen Schnitt durch ein Substrat, -
2a, b ) einen schematischen Schnitt durch ein Stahlblech gemäß dem Stand der Technik (a) und durch ein Stahlblech gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform (b), -
3a, b ) einen schematischen Schnitt durch ein Stahlblech gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform vor dem Austenitisieren (a) und nach dem Warmumformen und Abkühlen (b) und -
4a, b ) jeweils einen Ausschnitt eines Schliffbildes eines warmumgeformten Stahlblechbauteils gemäß dem Stand der Technik (a) und eines warmumgeformten Stahlblechbauteils gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform (b).
-
1 ) a schematic section through a substrate, -
2a, b ) a schematic section through a steel sheet according to the prior art (a) and through a steel sheet according to an embodiment of the invention (b), -
3a, b ) a schematic section through a steel sheet according to an embodiment of the invention before austenitizing (a) and after hot forming and cooling (b) and -
4a, b ) each a section of a micrograph of a hot-formed sheet steel component according to the prior art (a) and a hot-formed sheet steel component according to an embodiment of the invention (b).
In einer Untersuchung wurden Stahlbleche bereitgestellt. Als Stahlwerkstoffe kamen zwei kaltgewalzte Substrate A, B mit einer Dicke von jeweils 1,5 mm zum Einsatz, wobei die Substrate die in Tabelle 1 aufgeführten chemischen Legierungselemente in Gew.-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen aufwiesen.
Tabelle 1
Die Substrate A, B wurden mit einem metallischen Überzug in einer Schmelztauchbeschichtungsanlage beschichtet. Die Schmelze war eine aluminiumbasierte Legierung, welche als aluminiumbasierter Überzug mit 10,7 Gew.-% Si, 2,6 Gew.-% Fe, Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen auf den Substraten aufgebracht wurde. Die Substrate wurden zum einen konventionell prozessiert, wobei diese als Referenz im Folgenden als Stahlbleche mit einem (') gekennzeichnet sind. Weitere Substrate wurden erzeugt, wobei an ihren Oberflächen vor der Beschichtung mit dem aluminiumbasierten Überzug eine Oberflächenstruktur mit Talbereichen, Flankenbereichen und Bergbereichen mittels eines Walzenpaars, welche beidseitig auf die Oberflächen der Substrate einwirkten, eingebracht wurden, wobei der Walzgrad bis zu 2% betrug. Die Oberflächenstruktur auf den Oberflächen der Substrate wies eine deterministische Struktur auf, ein wiederkehrendes Muster in Form einer I-Struktur, wobei a=12 µm, b=20 µm und d=15 µm betrug, vgl.
- Nr. 1 - Stahlblech A' mit dB=22 µm;
- Nr. 2 - Stahlblech B' mit dB=22 µm;
- Nr. 3 - Stahlblech A' mit dB=35 µm;
- Nr. 4 - Stahlblech A mit dB, gem=25 µm;
- Nr. 5 - Stahlblech B mit dB, gem= 25 µm;
- Nr. 6 - Stahlblech A mit dB, gem=39 µm.
- No. 1 - steel sheet A 'with dB = 22 µm;
- No. 2 - sheet steel B 'with dB = 22 µm;
- No. 3 - sheet steel A 'with dB = 35 µm;
- No. 4 - sheet steel A with dB, gem = 25 µm;
- No. 5 - sheet steel B with dB, gem = 25 µm;
- No. 6 - sheet steel A with dB, according to = 39 µm.
Die Proben Nr. 1 bis 6 wurden einer direkten Warmumformung unterzogen. Die Austenitisierung der Proben fand in einem Ofen statt, wobei die Zieltemperaturen bei Nr. 1 und 4 bei920°C, bei Nr. 2 und 5 bei 960°C und bei Nr. 3 und 6 bei 880°C lagen. Im Anschluss an die Austenitisierung wurden die warmen respektive austenitisierten Proben Nr. 1 bis 6 nach dem Erreichen der Zieltemperatur aus dem Ofen entnommen und innerhalb einer Transferzeit von ca. 7 s einem Warmumformwerkzeug, welches aktiv gekühlt war und somit gleichzeitig auch als Presshärtewerkzeug ausgelegt war, zugeführt und eingelegt, in welchem ein Warmumformen und Abkühlen zu warmumgeformten Stahlblechbauteilen Nr. 1 bis 6 durchgeführt wurde. Die durchschnittliche Abkühlgeschwindigkeit betrug mindestens 40 K/s und lag damit über der kritischen Abkühlgeschwindigkeit. Es stellte sich bei allen Stahlblechbauteilen ein Gefüge aus Martensit mit > 95 Flächen.-% ein. Aus den ebenen Proben Nr. 1 bis 6 wurden warmumgeformte Stahlblechbauteile Nr. 1 bis 6 mit einem hutförmigen Querschnitt hergestellt. Die Erwärmung erfolgte vollständig an den Proben. Auch das Abkühlen erfolgte vollständig an den warmumgeformten Stahlblechbauteilen.Samples Nos. 1 to 6 were subjected to direct hot working. The samples were austenitized in an oven, with the target temperatures for No. 1 and 4 at 920 ° C, for No. 2 and 5 at 960 ° C and for No. 3 and 6 at 880 ° C. After the austenitization, the warm or austenitized specimens No. 1 to 6 were removed from the furnace after the target temperature had been reached and, within a transfer time of approx. 7 s, a hot forming tool, which was actively cooled and thus also designed as a press hardening tool, fed and inserted, in which hot working and cooling into hot-worked sheet steel components No. 1 to 6 were carried out. The average cooling rate was at least 40 K / s and was thus above the critical cooling rate. A structure of martensite with> 95 surface% was established in all sheet steel components. From the flat samples Nos. 1 to 6, hot-forged steel sheet members Nos. 1 to 6 having a hat-shaped cross section were produced. The samples were completely heated. The cooling also took place completely on the hot-formed sheet steel components.
Mit erfindungsgemäßen Stahlblechen können warmumgeformte Stahlblechbauteile (
Bei den Ausführungen im Stand der Technik kommt es durch die schnelle Diffusion zu einer Entmischung von Atomen in den oberflächennahen Schichten des Überzugs aufgrund der unterschiedlichen thermischen und chemischen Eigenschaften der Gefügebestandteile, was schließlich zu einer erhöhten Porenbildung führt. Die unkontrollierte Bildung von Poren, insbesondere von geschlossenen Poren, führt zu einem negativen Einfluss auf die Schweißbarkeit. Durch eine strukturierte und regelmäßige Keimbildung infolge der Strukturierung der Oberfläche des Substrates kommt es zu einer gerichteten Diffusion, die weniger Freiräume für die Bildung von geschlossenen Poren lässt. Der geringere thermische und chemische (Elementverteilung) Gradient in den oberflächennahen Schichten des Überzugs ist im Wesentlichen für die oben genannten Zusammenhänge verantwortlich. Der unstetige Verlauf der thermischen und chemischen Gradienten kann somit zu weniger geschlossenen Poren und bevorzugt zu offenen Poren an der Grenzschicht zur Atmosphäre führen.In the designs in the prior art, the rapid diffusion leads to a segregation of atoms in the layers of the coating close to the surface due to the different thermal and chemical properties of the structural components, which ultimately leads to increased pore formation. The uncontrolled formation of pores, especially closed pores, has a negative impact on weldability. A structured and regular nucleation as a result of the structuring of the surface of the substrate leads to a directional diffusion, which leaves less space for the formation of closed pores. The lower thermal and chemical (element distribution) gradient in the layers of the coating close to the surface is essentially responsible for the above-mentioned relationships. The discontinuous course of the thermal and chemical gradients can thus lead to less closed pores and preferably to open pores at the boundary layer with the atmosphere.
Durch eine im Vergleich zum Stand der Technik geringe Porosität mit geschlossenen Poren an der Oberfläche, kann beispielsweise beim Widerstandspunktschweißen ein gleichmäßigerer Stromfluss erfolgen und eine geringere Neigung zu Spritzern, da durch die geringere Porosität ein geringerer Widerstand, welcher für das Widerstandspunktschweißen erforderlich ist und dieses begünstigt, so dass eine Schweißverbindung mit einer ausreichenden Festigkeit und besserer Reproduzierbarkeit erzeugt werden kann. Im Gegensatz hierzu ist für eine bessere Lackierbarkeit eine gleichmäßige, aber offene Porosität an der Oberfläche vorteilhaft, da die chemische Bindung zwischen der Oberfläche und einer auf dem Überzug aufgebrachten organischen Beschichtung (Lack) eine größere Kontaktfläche vorfindet und eine bessere Verhakung sicherstellt.Due to the low porosity compared to the prior art with closed pores on the surface, a more even current flow can occur with resistance spot welding, for example, and a lower tendency to spatter, since the lower porosity results in a lower resistance, which is necessary for resistance spot welding and promotes this so that a welded joint with sufficient strength and better reproducibility can be produced. In contrast, a uniform but open porosity on the surface is advantageous for better paintability, since the chemical bond between the surface and an organic coating (paint) applied to the coating has a larger contact area and ensures better interlocking.
Zur Bewertung der Schweißbarkeit und Lackierbarkeit wurden die aus den Proben/Stahlblechen Nr. 1 bis 6 warmumgeformten Stahlblechbauteile widerstandsgeschweißt und lackiert, s. Tabelle 2. Die Schweißbarkeit wurde anhand der Breite des Schweißfensters bewertet. Die Lackierbarkeit wurde anhand einer optischen Anmutung bewertet.
Tabelle 2
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