DE102020210049A1 - Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils (28), mit einem Schmelztauch-Prozess (S), bei dem ein Stahlsubstrat-Band (1) in einem Schmelztauchbad (5) beidseitig mit einer AlSi-Beschichtungsauflage (7, 9) beschichtet wird, und in einer Abstreifer-Einheit (11) überschüssiges Beschichtungsmaterial von der AISi-Beschichtungsauflage (7. 9) abgestreift wird zur Einstellung einer vordefinierten Auflagendicke (d1, d2), und mit einem Warmumform-Prozess (W), bei dem das beschichtete Stahlsubstrat-Band (1) warmumgeformt und pressgehärtet wird, und zwar unter Bildung des Stahlblechbauteils (28). Erfindungsgemäß werden im Schmelztauch-Prozess (S) die Beschichtungsauflagen (7, 9) der beiden Stahlsubstrat-Bandseiten mit unterschiedlichen Auflagendicken (d1, d2) ausgebildet, so dass eine dickbeschichtete Beschichtungsauflage (7) mit größerer Auflagendicke (d1) auf der einen Stahlsubstrat-Bandseite und eine dünnbeschichtete Beschichtungsauflage (9) mit reduzierter Auflagendicke (d2) auf der anderen Stahlsubstrat-Bandseite erzeugt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Stahlblechbauteil nach Anspruch 13.
  • Herkömmliche Warmumformstähle, wie zum Beispiel 22MnB5, weisen nach dem Warmumform-Prozess ein nahezu vollständiges martensitisches Gefüge mit einer nominellen Zugfestigkeit Rm von 1500MPa auf. Die Zugfestigkeit dieser Warmumformstähle kann zum Beispiel durch eine Erhöhung des Kohlenstoffanteils im Stahlsubstrat weiter bis auf 2000MPa (zum Beispiel 34MnB5) gesteigert werden.
  • In einem gattungsgemäßen Verfahren erfolgt vor dem Warmumform-Prozess ein Schmelztauch-Prozess. Im Schmelztauch-Prozess wird ein noch unbeschichtetes Stahlsubstrat-Band als ein aufgewickeltes Coil bereitbestellt. Das aufgewickelte Stahlsubstrat-Band wird in einer Wickelstation in Fertigungsrichtung abgewickelt und durch ein Schmelztauchbad gefördert, das eine AlSi-Schmelze bei einer Prozesstemperatur von 600 bis 700°C enthält. An den aus dem Schmelztauchbad herausgeführten Stahlsubstrat-Band haftet beidseitig eine AlSi-Beschichtungsauflage, die als Zunderschutzschicht dient. Deren Auflagendicke wird in einer prozesstechnisch nachgeschalteten Abstreifer-Einheit eingestellt, in der das überschüssige Beschichtungsmaterial abgestreift wird. Im weiteren Fertigungsverlauf wird das beschichtete Band über eine Kühlstrecke gekühlt und in einer weiteren Wickelstation wieder zu einem Coil aufgewickelt. Das aus beschichtetem Stahlsubstrat-Band bestehende Coil wird zu einer Platinenschneidanlage transportiert und dort zu Blechplatinen zugeschnitten. Diese werden dann einer Warmumformanlage zugeführt. In der Warmumformanlage wird jede der Blechplatinen warmumgeformt und pressgehärtet, und zwar unter Bildung des Stahlblechbauteils.
  • Im konventionellen Schmelztauch-Prozess weist die beidseitig auf das Stahlsubstrat aufgebrachte Beschichtungsauflage eine Auflagendicke im Bereich von 20 bis 40µm auf. Bei einer derart großen Auflagendicke bildet die AISi-Beschichtungsauflage eine geschlossene Deckschicht. Diese wirkt als eine Wasserstoff-Barriere, deren Sperrwirkung temperaturabhängig ist. Das heißt, dass die Sperrwirkung bei Raumtemperatur erhöht ist und bei hoher Prozesstemperatur im Wärmebehandlungsschritt reduziert ist. Aufgrund der Wasserstoff-Sperrwirkung der AISi-Beschichtungsauflage ist nach dem Wärmebehandlungsschritt eine Wasserstoff-Effusion beeinträchtigt, bei der der Anteil von in das Stahlsubstrat eingetragenem Wasserstoff reduziert werden soll. Ein solcher Wasserstoff-Eintrag findet bekanntermaßen im Wärmebehandlungsschritt in Rollenherdofen statt. Dieser Wasserstoff-Eintrag führt insbesondere bei höchstfesten Stählen mit einer Zugfestigkeit bis 2000MPa zu einer wasserstoffinduzierten Rissbildung, die unter anderem beim nachgeschalteten Verbau der fertiggestellten Stahlblechbauteile in zum Beispiel einer Fahrzeugkarosserie auftreten können. Hinzu kommt, dass im Wärmebehandlungsschritt die Bildung von Flüssigphasen die Entstehung von diffusiblem Wasserstoff begünstigt.
  • Im Stand der Technik sind zur Vermeidung einer solchen wasserstoffinduzierten Rissbildung bei der Herstellung von hoch- und höchstfesten Stahlblechteilen prozesstechnisch aufwendige Maßnahmen bereitgestellt. Beispielhaft kann dem Warmumform-Prozess ein prozesstechnisch aufwendiges Anlassen nachgeschaltet sein, um eine Wasserstoff-Effusion zu begünstigen.
  • Aus der WO 2015/185072 A2 ist ein Verbundstahlblech bekannt. Aus der EP 3 088 567 B1 ist eine Multilayer-Beschichtung bekannt. Aus der DE 10 2017 011 553 A1 ist ein beschichtetes Karosserieteil bekannt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils bereitzustellen, mittels dem eine wasserstoffinduzierte Rissbildung im Vergleich zum Stand der Technik in einfacher Weise reduzierbar ist.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 13 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass im konventionellen Schmelztauch-Prozess die AISi-Beschichtungsauflagen beidseitig mit identischer sowie großer Auflagendicke auf das Stahlsubstrat aufgetragen werden, so dass sich nahezu kein Wasserstoff-Effusionsweg in der Dickenrichtung des Stahlsubstrat-Bands einstellt. In Abkehr davon werden gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 im erfindungsgemäßen Schmelztauch-Prozess die Beschichtungsauflagen auf den beiden Stahlsubstrat-Bandseiten mit unterschiedlichen Auflagendicken ausgebildet. Von daher ist das Stahlsubstrat-Band auf der einen Bandseite mit einer dickbeschichteten Beschichtungsauflage mit größerer Auflagendicke beschichtet, während auf der anderen Stahlsubstrat-Bandseite eine dünnbeschichtete Beschichtungsauflage mit reduzierter Auflagendicke beschichtet ist. Die dünnbeschichtete Beschichtungsauflage weist - im Vergleich zum Stand der Technik - nur eine reduzierte Wasserstoff-Sperrwirkung auf. Von daher ergibt sich erfindungsgemäß in der Dickenrichtung des Stahlsubstrats ein Wasserstoff-Effusionsweg über die dünnbeschichtete Beschichtungsauflage.
  • Im Schmelztauch-Prozess wird das Stahlsubstrat-Band zunächst mit beidseitiger Beschichtungsauflage aus dem Schmelztauchbad herausgeführt. In der prozesstechnisch nachgeschalteten Abstreifer-Einheit erfolgt die erfindungsgemäße Einstellung der unterschiedlichen Auflagendicken der Beschichtungsauflagen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann das Beschichtungsmaterial in dem Schmelztauchbad eine Aluminium-Schmelze bei einer Prozesstemperatur im Bereich von 600 bis 700°C sein. Die Aluminium-Schmelze kann als weitere Bestandteile in Gewichtsprozent etwa 5 bis 12% Silizium sowie einen Eisen-Anteil und gegebenenfalls einen Magnesium-Anteil aufweisen.
  • Im Schmelztauchbad erfolgt ein Diffusionsvorgang, bei dem das Aluminium in das eingetauchte Stahlsubstrat-Band eindiffundiert und Eisen aus dem Stahlsubstrat in Richtung Beschichtungsauflage diffundiert. Da der Eisengehalt im Stahlsubstrat deutlich höher ist als in der Beschichtungsauflage, findet die Diffusion von Eisen nur in Richtung Beschichtungsauflage statt. Auf diese Weise wird eine feste Interdiffusionsschicht gebildet. Deren Schichtdicke kann, je nach Bandführung im Schmelztauch-Prozess, variieren. Bevorzugt kann die Schichtdicke der Interdiffusionsschicht in einem Bereich zwischen 2,5 und 10µm liegen. Aufgrund des Diffusionsvorgangs im Schmelztauchbad ist der Eisengehalt der Interdiffusionsschicht deutlich größer als der Eisengehalt des Schmelztauch-Überzugs. Die Phasen, die sich hierbei zwischen AlSi-Schmelztauchphase und Stahlsubstrat befinden, setzen sich wie folgt stöchiometrisch zusammen: Al8Fe2Si und Al5Fe2. Andere intermetallische Phasen, insb. von AI, Fe und Si können je nach Wärmeeintrag und Diffusionsdauer ebenso vorliegen.
  • Die beidseitig auf dem Stahlsubstrat-Band gebildete feste Interdiffusionsschicht ist (im aus dem Schmelztauchbad herausgeführten Stahlsubstrat-Band) mit einem Schmelztauch-Überzug der Aluminium-Schmelze überzogen. Entsprechend ist die jeweilige Beschichtungsauflage zweischichtig aufgebaut, und zwar aus der Interdiffusionsschicht und aus dem Schmelztauch-Überzug. Im ungehärteten Zustand, das heißt vor Durchführung des Warmumform-Prozesses, setzt sich somit die Auflagendicke der jeweiligen Beschichtungsauflage aus der Schichtdicke der Interdiffusionsschicht und der Schichtdicke des Schmelztauch-Überzugs zusammen.
  • In der Abstreifer-Einheit kann an beiden Stahlsubstrat-Bandseiten ein Abstreifen erfolgen, so dass die Restschichtdicke des Schmelztauch-Überzugs von der einen Bandseite zur anderen Bandseite abweicht bzw. variiert. Gegebenenfalls kann im Extremfall die Abstreifer-Einheit den Schmelztauch-Überzug weitgehend vollständig abstreifen, so dass an einer Bandseite des Stahlsubstrat-Bands nahezu ausschließlich die Interdiffusionsschicht verbleibt.
  • Nach dem Schmelztauch-Prozess wird das beschichtete Stahlsubstrat-Band zu einer Schneidstation transportiert, in der das beschichtete Stahlsubstrat-Band als Blechplatine zugeschnitten wird. Die Blechplatine wird in einem Wärmebehandlungsschritt (zum Beispiel in einem Rollenherdofen) auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur wärmebehandelt. Anschließend wird die wärmebehandelte Blechplatine im Heißzustand in ein Umformwerkzeug eingelegt und dort in einem Presshärteschritt warmumgeformt und pressgehärtet, wodurch das Stahlblechbauteil erzeugt wird. Die Prozessdauer der Wärmebehandlung kann in Abhängigkeit von der Blechdicke der Blechplatine in einen Bereich von 0,5 bis 20min. liegen. Im Umformwerkzeug ist bevorzugt ein Kühlsystem integriert, mittels dessen die Blechplatine im Presshärteschritt mit einer erhöhten Abkühlrate auf eine Entnahmetemperatur abkühlbar ist, die bevorzugt kleiner als 300°C ist.
  • In einer bevorzugten Anwendung kann das Stahlblechbauteil in einer Fahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs verbaut werden, zum Beispiel als ein Fahrzeugtunnel. In diesem Fall ist eine fahrzeugäußere (d.h. fahrzeuguntere) Bauteilseite des Stahlblechbauteils einer größeren mechanischen (aufgrund von Steinschlag) und chemischen (aufgrund von Korrosion) Beanspruchung ausgesetzt. Bevorzugt weist daher die fahrzeugäußere Bauteilseite des Stahlblechbauteils die dickbeschichtete Beschichtungsauflage auf, um einen Korrosionsschutz und/oder einen Steinschlagschutz zu gewährleisten.
  • In einer ersten technischen Umsetzung kann im ungehärteten Zustand, das heißt nach dem Abstreif-Vorgang, die Schichtdicke der Interdiffusionsschicht auf der dickbeschichteten Bandseite kleiner als 50% der Auflagendicke sein, insbesondere zwischen 20% und kleiner als 50%, und bevorzugt zwischen 20% und 30% der Auflagendicke der dickbeschichteten Bandseite sein. Demgegenüber kann im ungehärteten Zustand, das heißt nach dem Abstreif-Vorgang, die Schichtdicke der Interdiffusionsschicht auf der dünnbeschichteten Bandseite größer als 50% der Auflagendicke sein, insbesondere größer als 80%, und bevorzugt zwischen 70% und 95% der Auflagendicke der dünnbeschichteten Bandseite sein.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die dickbeschichtete Beschichtungsauflage im ungehärteten Zustand, das heißt vor dem Warmumform-Prozess, eine Auflagendicke von größer als 15µm, bevorzugt größer als 25µm, insbesondere bevorzugt größer als 30µm aufweisen. Zudem kann die dünnbeschichtete Beschichtungsauflage im ungehärteten Zustand, das heißt vor dem Warmumform-Prozess, eine Auflagendicke kleiner als 30µm aufweisen. Die Auflagendicke der dünnbeschichteten Beschichtungsauflage kann insbesondere in einem Bereich zwischen 5µm und 25µm, und bevorzugt in einem Bereich zwischen 7 bis 15µm liegen. Daraus kann sich eine bevorzugte Dicken-Differenz (im ungehärteten Zustand) zwischen den beiden Beschichtungsauflagen ergeben, die zwischen 3µm und 25µm liegt.
  • Die Abstreifer-Einheit kann beispielhaft ein kontaktloses Abstreifverfahren anwenden. In diesem Fall kann das überschüssige Beschichtungsmaterial noch in der Flüssigphase außerhalb des Schmelztauchbades sowie oberhalb des Metallbadspiegels mithilfe pneumatischer Abstreifer, zum Beispiel mittels Druckluftdüsen oder dergleichen, zurückgehalten werden, so dass sich eine Soll-Schichtdicke ergibt. Der pneumatische Abstreifer kann als Arbeitsgas Luft oder Stickstoff verwenden. Durch den hohen Auftreffimpuls des Gases auf dem Schmelztauch-Überzug wird dieser zumindest teilweise oder vollständig abgestreift und fließt am Stahlsubstrat-Band entlang zurück in das Schmelztauchbad, wodurch sich auch der Materialaufwand im Schmelztauch-Prozess reduziert. Alternativ dazu kann die Abstreifer-Einheit einen elektromagnetischen Abstreifer oder einen mechanisch wirkenden Abstreifer aufweisen.
  • Die Auflagendicke auf der dickbeschichteten Bandseite kann in etwa der Auflagendicke einer herkömmlichen Beschichtungsauflage entsprechen. Bei einer solchen konventionellen Auflagendicke entsteht nach dem Warmumform-Prozess auf dem Stahlsubstrat zum Beispiel ein vier- bis fünflagiger Schichtaufbau mit abwechselnd eisen- und aluminiumreichen Phasen. Dieser Lagenaufbau ist im Stand der Technik an beiden Bandseiten identisch. Im Gegensatz dazu ist erfindungsgemäß die Auflagendicke auf der dünnbeschichteten Bandseite - im Vergleich zu einer herkömmlichen Auflagendicke - reduziert. Es gilt dabei der folgende Zusammenhang: Je kleiner die Auflagendicke, desto geringer wird die Anzahl von Phasen (nach Warmumformung) und desto eisenhaltiger werden diese Phasen. Von daher entsteht erfindungsgemäß nach dem Warmumform-Prozess auf der dünnbeschichteten Bandseite kein vier- bis fünflagiger Schichtaufbau, sondern zum Beispiel ein ein- bis zweilagiger oder ein- bis dreilagiger Schichtaufbau, und zwar mit Phasen, die - im Vergleich zum Stand der Technik - deutlich eisenreicher sind. Der Schichtaufbau auf der dünnbeschichteten Bandseite kann (nach Warmumformung) eine Schichtdicke von kleiner als 20 µm aufweisen. Demgegenüber kann (nach Warmumformung) der Schichtaufbau auf der dickbeschichteten Bandseite eine Schichtdicke aufweisen, die größer als 20µm ist.
  • Bei einem (nach Warmumformung) zweilagigen Schichtaufbau auf der dünnbeschichteten Bandseite kann die stahlnahe Phase beispielhaft ca. 90% Eisen sowie 6% Aluminium aufweisen. Die oberflächennahe Phase kann beispielhaft 80% Eisen sowie 17% Aluminium aufweisen.
  • Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
  • Es zeigen:
    • 1 in einem Blockschaltdiagramm eine Prozesskette zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils;
    • 2 und 3 jeweils ein schematisches Querschliffbild des beschichteten Stahlsubstrat-Bands in verschiedenen Prozesszuständen im ungehärteten Zustand;
    • 4 ein schematisches Querschliffbild des warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils; und
    • 5 in einer Ansicht entsprechend der 3 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • Nachfolgend wird anhand der 1 eine Prozessroute zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils 28 beschrieben: Demzufolge wird ein noch unbeschichtetes Stahlsubstrat-Band 1 als Coil bereitgestellt. Das noch unbeschichtete Stahlsubstrat-Band 1 ist als ein Warm- oder Kaltband bereitgestellt, wobei das Stahlsubstrat im gehärteten Zustand eine Festigkeit größer als 1000 MPa aufweist, etwa 34MnB5, 22MnB5 oder dergleichen.
  • Das noch unbeschichtete Stahlsubstrat-Band 1 wird zunächst einem Schmelztauch-Prozess S unterworfen, bei dem es in einer Wickelstation in einer Fertigungsrichtung abgewickelt wird und durch ein Schmelztauchbad 5 gefördert wird. Das Schmelztauchbad 5 weist eine Aluminium-Schmelze mit einem Silizium-Anteil von 5 bis 12% sowie einem Eisen-Anteil und gegebenenfalls einem Magnesium-Anteil auf. In dem Schmelztauchbad 5 wird das Stahlsubstrat-Band 1 beidseitig mit einer Beschichtungsauflage 7, 9 beschichtet. Das aus dem Schmelztauchbad 5 herausgeführte beschichtete Stahlsubstrat-Band 1 wird in eine Abstreifer-Einheit 11 gefördert, die überschüssiges Beschichtungsmaterial von den beiden Beschichtungsauflagen 7, 9 abstreift, um eine der vordefinierten Auflagendicken d1, d2 einzustellen. Diese sind erfindungsgemäß unterschiedlich groß bemessen, wie es später anhand der 3 erläutert wird.
  • Prozesstechnisch nachgeschaltet ist eine Kühlstrecke 13, in der das beschichtete Stahlsubstrat-Band 1 abkühlt und die beiden Beschichtungsauflagen 7, 9 in eine feste Phase übergehen. Anschließend wird das beschichtete Stahlsubstrat-Band 1 in einer weiteren Wickelstation wieder zu einem Coil aufgewickelt. Das Coil mit dem beschichteten Stahlsubstrat-Band 1 wird zu einer der Warmumformanlage vorgelagerten Platinenschneidanlage P transportiert, in der ein Platinenschnitt stattfindet. Die in der Platinenschneidanlage P hergestellten Platinen 25 werden auf einem Platinenstapel 26 gestapelt und von dort dem Warmumform-Prozess W zugeführt. Die Warmumformanlage weist in der 1, in einer Fertigungsrichtung betrachtet, einen Rollenherdofen 19 als Wärmebehandlungseinrichtung und ein Umformwerkzeug 21 zur Warmumformung und Presshärtung sowie eine nicht näher dargestellte Nachbearbeitungsstation 23 zur Durchführung von zum Beispiel Schneidoperationen auf. Zudem ist der Warmumformanlage eine Schneidstation 17 vorgelagert.
  • Alternativ zur dargestellten Blechplatine 25 können auch TRB/TWB-Platinen zum Einsatz kommen. Auch ist es möglich, Patchbauteile und/oder Patchplatinen aus dem Werkstoff zu erzeugen.
  • Die Blechplatine 25 wird mittels Transfereinrichtungen 27 (durch Pfeile angedeutet) in einer Prozessabfolge zunächst in den Rollenherdofen 19, anschließend in das Umformwerkzeug 21 und dann weiter in eine nicht näher dargestellte Nachbearbeitungsstation 23 gefördert. In dem Rollenherdofen 19 wird die Blechplatine 25 bis auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur wärmebehandelt. Anschließend wird die wärmebehandelte Blechplatine 25 in einem Einlegeschritt in das Umformwerkzeug 21 eingelegt. In einem nachfolgenden Presshärteschritt wird die Blechplatine 25 warmumgeformt und pressgehärtet, wodurch das Stahlblechbauteil 28 erzeugt wird. In dem Umformwerkzeug 21 ist ein Kühlsystem 29 integriert, mittels dessen das erzeugte Stahlblechbauteil 28 mit einer erhöhten Abkühlrate bis auf eine Entnahmetemperatur abgekühlt wird.
  • Der Kern der Erfindung betrifft die Abstreifer-Einheit 11, in der die Beschichtungsauflagen 7, 9 an den beiden gegenüberliegenden Stahlsubstrat-Bandseiten mit unterschiedlichen Auflagendicken d1, d2 (3) ausgebildet werden. Auf diese Weise ergibt sich nach dem Abstreif-Vorgang (das heißt im ungehärteten Zustand) eine dickbeschichtete Beschichtungsauflage 7 mit größerer Auflagendicke d1 und eine dünnbeschichtete Beschichtungsauflage 9 mit reduzierter Auflagendicke d2.
  • In der 2 ist der Schichtaufbau der beiden Beschichtungsauflagen 7, 9 unmittelbar nach dem Herausführen des Stahlsubstrat-Bands 1 aus der Aluminium-Schmelze sowie noch vor der Abstreifer-Einheit 11 gezeigt. Demzufolge weist das Stahlsubstrat-Band 1 beidseitig jeweils noch in etwa gleich dicke Beschichtungsauflagen 7, 9 auf. Jede der beiden Beschichtungsauflagen 7, 9 ist in der 2 zweischichtig aufgebaut, und zwar aus einem äußeren Schmelztauch-Überzug 33 und einer inneren festen Interdiffusionsschicht 31. Diese bildet sich bei einem Diffusionsvorgang im Schmelztauchbad 5, bei dem Aluminium in das Stahlsubstrat-Band 1 eindiffundiert und Eisen aus dem Stahlsubstrat in Richtung der Beschichtungsauflage 7, 9 diffundiert. Die innere feste Interdiffusionsschicht 31 weist daher einen erhöhten Eisengehalt aufweist, und zwar im Vergleich zum äußeren Schmelztauch-Überzug 33 (AISi10Fe3-Phase), die in etwa die Schmelzbad-Zusammensetzung aufweist.
  • Die Schichtdicke d1 der im Schmelztauchbad 5 erzeugten Interdiffusionsschicht 31 liegt in einem Bereich zwischen 2,5 und 10µm. Die Interdiffusionsschicht 31 kann ein Mehrphasen-Lagenaufbau sein, der aus zum Beispiel zwei stöchiometrischen intermetallischen Phasen besteht.
  • Zur Bildung der dünnbeschichteten Beschichtungsauflage 9 wird in der Abstreifer-Einheit 11 der Schmelztauch-Überzug 33 von einer (in der 3 rechten) Bandseite des Stahlsubstrat-Bands 1 weitgehend abgestreift, so dass der Schmelztauch-Überzug 33 lediglich mit einer reduzierten Rest-Schichtdicke dF auf der (in der 3 rechten) Stahlsubstrat-Bandseite verbleibt. Der Schmelztauch-Überzug 33 auf der gegenüberliegenden (in der 3 linken) Bandseite des Stahlsubstrat-Bands 1 weist dagegen nach dem Abstreif-Vorgang eine wesentlich größere Rest-Schichtdicke dF auf. Wie aus der 3 hervorgeht, liegt nach dem Abstreif-Vorgang die Schichtdicke d1 der Interdiffusionsschicht 31 auf der dickbeschichteten Bandseite bei ca. 20% der Gesamtdicke, das heißt der Auflagendicke d1. Demgegenüber liegt die Schichtdicke d1 der Interdiffusionsschicht 31 auf der dünnbeschichteten Bandseite bei ca. 60% der Gesamtdicke, das heißt der Auflagendicke d2.
  • Nach erfolgtem Warmumform-Prozess W weist das erzeugte Stahlblechbauteil 28 einen Materialaufbau auf, der in der 4 angedeutet ist. Demnach ist auf der (in der 4 linken) dickbeschichteten Stahlsubstrat-Bandseite ein fünflagiger Schichtaufbau 34 mit abwechselnd eisen- und aluminiumreichen Phasen 35, 36 ausgebildet ist. Auf der (in der 4 rechten) dünnbeschichteten Stahlsubstrat-Bandseite ist dagegen ein dreilagiger Schichtaufbau 34 mit Phasen 35, 36 ausgebildet ist, die im Vergleich zu den Phasen 35, 36 der dickbeschichteten Bandseite deutlich eisenreicher sind. Beispielhaft liegt die Schichtdicke s1 des Schichtaufbaus 34 auf der dickbeschichteten Bandseite in einem Bereich zwischen 20µm und 50µm, während die Schichtdicke s2 des Schichtaufbaus 34 auf der dünnbeschichteten Bandseite zwischen 8µm und 20µm liegt.
  • Die Schichtdicke s1 des Schichtaufbaus 34 auf der dickbeschichteten Bandseite kann, bezogen auf die Schichtdicke s2 auf der dünnbeschichteten Bandseite, um 50% oder mehr größer sein. Wenn also die dünne Seite eine Schichtdicke s2 von 14µm hat, hat die dicke Seite mindestens eine Schichtdicke s1 von 21 µm.
  • Der in der 4 rechts angedeutete dreilagige Schichtaufbau 34 der dünnbeschichteten Beschichtungsauflage 9 weist, im Vergleich zur dickbeschichteten Bandseite, nur noch eine reduzierte Wasserstoff-Sperrwirkung auf. Von daher ergibt sich erfindungsgemäß in der Dickenrichtung des Stahlblechbauteils 28 ein Wasserstoff-Effusionsweg über die rechte dünnbeschichtete Bandseite.
  • In dem in der 4 gezeigten Schichtaufbau 34 kommen - analog zum FeAl-Phasendiagramm - primär die folgenden intermetallischen Phasen vor: AlFe, AIFe3; Al5Fe2; AI2Fe; Al13Fe4. Die dünnbeschichtete Seite weist entsprechend dem (auf die Schichtdicke bezogenen) höheren Eisengehalt bevorzugt eisenhaltige Phasen auf, wie zum Beispiel AlFe und AI2Fe (in Abhängigkeit der Diffusionszeit und Temperatur). Die dickbeschichtete Seite weist entsprechend dem niedrigeren - auf die Schichtdicke bezogenen - Eisengehalt bevorzugt eisenärmere Phasen auf, wie zum Beispiel AI5Fe2 und Al13Fe. Substratnah können selbstverständlich auch Al2Fe und/oder AlFe entstehen. Substratnah liegt in der Regel Fe vor (zum Beispiel alpha-Fe oder delta-Fe).
  • In der 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel in einer Ansicht gezeigt, die der 3 des ersten Ausführungsbeispiels entspricht. In der 5 ist der Schmelztauch-Überzug 33 im Abstreif-Vorgang komplett von einer (in der 5 rechten) Bandseite des Stahlsubstrat-Bands 1 abgestreift, das heißt es verbleibt kein Schmelztauch-Überzug 33 auf der (in der 5 rechten) Stahlsubstrat-Bandseite. Die gegenüberliegende (in der 5 linke) Bandseite des Stahlsubstrat-Bands 1 ist identisch wie in der 3 gezeigt. In der 5 weist daher die dünnbeschichtete Beschichtungsauflage 9 nur die Interdiffusionsschicht 31 auf.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Stahlsubstrat-Band
    5
    Schmelztauchbad
    7
    dickbeschichtete Beschichtungsauflage
    9
    dünnbeschichtete Beschichtungsauflage
    11
    Abstreifer-Einheit
    13
    Kühlstrecke
    17
    Schneidstation
    19
    Wärmebehandlungseinrichtung
    21
    Umformwerkzeug
    23
    Nachbehandlungsstation
    25
    Blechplatine
    26
    Platinenstapel
    27
    Transfereinrichtung
    28
    Stahlblechbauteil
    29
    Kühlsystem
    31
    Interdiffusionsschicht
    33
    Schmelztauch-Überzug
    34
    Schichtaufbau nach Warmumformung
    35, 36
    Phasen
    S
    Schmelztauch-Prozess
    P
    Platinenschneidanlage
    W
    Warmumform-Prozess
    d1, d2
    Auflagendicken
    dI
    Schichtdicke der Interdiffusionsschicht
    dF
    Schichtdicke des Schmelztauch-Überzugs
    s1, s2
    Schichtdicken
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2015/185072 A2 [0006]
    • EP 3088567 B1 [0006]
    • DE 102017011553 A1 [0006]

Claims (16)

  1. Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils (28), mit - einem Schmelztauch-Prozess (S), bei dem ein Stahlsubstrat-Band (1) in einem Schmelztauchbad (5) beidseitig mit einer AISi-Beschichtungsauflage (7, 9) beschichtet wird, und in einer Abstreifer-Einheit (11) überschüssiges Beschichtungsmaterial von der AISi-Beschichtungsauflage (7, 9) abgestreift wird zur Einstellung einer vordefinierten Auflagendicke (d1, d2), und mit - einem Warmumform-Prozess (W), bei dem das beschichtete Stahlsubstrat-Band (1) warmumgeformt und pressgehärtet wird, und zwar unter Bildung des Stahlblechbauteils (28), dadurch gekennzeichnet, dass im Schmelztauch-Prozess (S) die Beschichtungsauflagen (7, 9) der beiden Stahlsubstrat-Bandseiten mit unterschiedlichen Auflagendicken (d1, d2) ausgebildet werden, so dass im ungehärteten Zustand eine dickbeschichtete Beschichtungsauflage (7) mit größerer Auflagendicke (d1) auf der einen Stahlsubstrat-Bandseite und eine dünnbeschichtete Beschichtungsauflage (9) mit reduzierter Auflagendicke (d2) auf der anderen Stahlsubstrat-Bandseite erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlsubstrat-Band (1) zunächst mit beidseitiger Beschichtungsauflage (7, 9) aus dem Schmelztauchbad (5) herausgeführt wird, und dass in der prozesstechnisch nachgeschalteten Abstreifer-Einheit (11) die unterschiedlichen Auflagendicken (d1, d2) eingestellt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial im Schmelztauchbad (5) eine Aluminium-Schmelze ist, die zumindest folgende Bestandteile in Gewichtsprozent aufweist: 5 bis 12% Silizium, Eisen-Anteil; und gegebenenfalls Magnesium-Anteil.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Schmelztauchbad (5) Aluminium in einem Diffusionsvorgang in das eingetauchte Stahlsubstrat-Band (1) eindiffundiert und Eisen aus dem Stahlsubstrat in die sich bildende Beschichtungsauflage (7, 9) diffundiert, und zwar unter Erzeugung einer festen Interdiffusionsschicht (31), deren Schichtdicke (dI) insbesondere zwischen 2,5 und 13µm liegt, besonders bevorzugt zwischen 2,5 und 10µm, und dass an dem aus dem Schmelztauchbad (5) herausgeführten Stahlsubstrat-Band (1) ein Schmelztauch-Überzug (33) der Aluminium-Schmelze haftet.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund des Diffusionsvorgangs im Schmelztauchbad (5) der Eisengehalt der Interdiffusionsschicht (31) deutlich größer ist als der Eisengehalt des Schmelztauch-Überzugs (33), der im Wesentlichen dem Eisengehalt im Schmelztauchbad (5) entspricht, und/oder dass insbesondere im aus dem Schmelztauchbad (5) herausgeführten Stahlsubstrat-Band (1) die Beschichtungsauflage (7, 9) zweilagig aus der eisenreichen Interdiffusionsschicht (31) und der eisenärmeren Flüssigphasen-Schicht (33) aufgebaut ist, und/oder dass sich im ungehärteten Zustand, das heißt vor Durchführung des Warmumform-Prozesses (W), die Auflagendicke (d1, d2) der jeweiligen Beschichtungsauflage (7, 9) aus der Schichtdicke (dI) der Interdiffusionsschicht (31) und der Schichtdicke (dF) des Schmelztauch-Überzugs (33) zusammensetzt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abstreifer-Einheit (11) beidseitig ein Abstreifen erfolgt, so dass die verbleibende Rest-Schichtdicke (dF) des Schmelztauch-Überzugs (33) von der einen Stahlsubstrat-Bandseite zur anderen Stahlsubstrat-Bandseite abweicht bzw. variiert, und/oder dass im Extremfall an der dünnbeschichteten Bandseite nahezu der komplette Schmelztauch-Überzug (33) entfernt ist, so dass nur die Interdiffusionsschicht (31) vorliegt, und/oder dass nach dem Abstreifvorgang in der Abstreifer-Einheit (11) das Stahlsubstrat-Band (1) über eine Kühlstrecke (13) abgekühlt wird, wodurch der Schmelztauch-Überzug (33) der Beschichtungsauflage (7, 9) in eine feste Phase übergeht, und/oder dass die Abstreifer-Einheit (11) ein kontaktloses Abstreifverfahren anwendet, etwa Luftdüsen, oder ein elektromagnetisches Abstreifen, oder ein kontaktbehaftetes Abstreifverfahren anwendet.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ungehärteten Zustand, das heißt nach dem Abstreif-Vorgang, die Schichtdicke (dI) der Interdiffusionsschicht (31) auf der dickbeschichteten Bandseite kleiner als 50% der Auflagendicke (d1) ist, insbesondere zwischen 20% und kleiner als 50%, und bevorzugt zwischen 20% und 30% der Auflagendicke (d1) ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ungehärteten Zustand, das heißt nach dem Abstreif-Vorgang, die Schichtdicke (dI) der Interdiffusionsschicht (31) auf der dünnbeschichteten Bandseite größer als 50% der Auflagendicke (d2) ist, insbesondere größer als 80%, und bevorzugt zwischen 70% und 95% der Auflagendicke (d2) ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dickbeschichtete Beschichtungsauflage (7) im ungehärteten Zustand, das heißt vor dem Warmumform-Prozess (W), eine Auflagendicke (d1) von größer als 15µm, bevorzugt größer als 25µm, insbesondere bevorzugt größer als 30µm aufweist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dünnbeschichtete Beschichtungsauflage (9) im ungehärteten Zustand, das heißt vor dem Warmumform-Prozess (W), eine Auflagendicke (d2) kleiner als 30µm aufweist, und die Auflagendicke (d2) der dünnbeschichteten Beschichtungsauflage (9) insbesondere in einem Bereich zwischen 5µm und 25µm, und bevorzugt in einem Bereich zwischen 7 bis 15µm liegt, und/oder dass im ungehärteten Zustand eine Dicken-Differenz zwischen den beiden Beschichtungsauflagen (7, 9) zwischen 3µm und 25µm liegt.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Warmumform-Prozess (W) das Stahlsubstrat-Band (1) in einem Wärmebehandlungsschritt auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur wärmebehandelt wird, in einem Einlegeschritt das wärmebehandelte Stahlsubstrat-Band (1) in ein Umformwerkzeug (21) eingelegt wird, und in einem Presshärteschritt das Stahlsubstrat-Band (1) warmumgeformt und pressgehärtet wird, und zwar unter Bildung des Stahlblechbauteils (28), und dass insbesondere vor Durchführung des Warmumform-Prozesses (W) ein vorgelagerter Platinenschnitt (P) stattfindet, bei dem das beschichtete Stahlsubstrat-Band (1) als Blechplatine (25) zugeschnitten wird, die dem Warmumform-Prozess (W) zugeführt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblechbauteil (28) in einer Fahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs verbaut wird, und das insbesondere eine mechanisch, chemisch und/oder thermisch beanspruchte Bauteilseite des verbauten Stahlblechbauteils (28) die dickbeschichtete Beschichtungsauflage (7) aufweist.
  13. Stahlblechbauteil, das mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Warmumform-Prozess (W) auf der dickbeschichteten Bandseite und auf der dünnbeschichteten Bandseite des Stahlsubstrats ein mehrlagiger Schichtaufbau (34) aus abwechselnd eisen- und aluminiumreichen Phasen (35, 36) ausgebildet ist, und dass insbesondere der Schichtaufbau (34) auf der dickbeschichteten Bandseite eine größere Anzahl von Phasen-Lagen aufweist als der Schichtaufbau (34) auf der dünnbeschichteten Bandseite.
  14. Stahlblechbauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Warmumform-Prozess (W) auf der dickbeschichteten Bandseite ein vier- bis fünflagiger Schichtaufbau (34) ausgebildet ist, und/oder dass auf der dünnbeschichteten Bandseite des Stahlsubstrats ein ein- bis dreilagiger, insbesondere ein ein- bis zweilagiger Schichtaufbau (34) ausgebildet ist.
  15. Stahlblechbauteil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau (34) auf der dünnbeschichteten Bandseite mit Phasen (35, 36) ausgebildet ist, die im Vergleich zu den Phasen (35, 36) der dickbeschichteten Bandseite deutlich eisenreicher sind.
  16. Stahlblechbauteil nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau (34) auf der dickbeschichteten Bandseite des Stahlblechbauteils (28) eine Schichtdicke (s1) aufweist, die größer als 20µm ist, und/oder dass der Schichtaufbau (34) auf der dünnbeschichteten Bandseite des Stahlblechbauteils (28) eine Schichtdicke (s2) aufweist, die kleiner als 20µm ist, und/oder dass die Schichtdicke (s1) des Schichtaufbaus (34) auf der dickbeschichteten Bandseite, bezogen auf die Schichtdicke (s2) auf der dünnbeschichteten Bandseite, um mindestens 50% größer bemessen ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2015185072A2 (de) 2013-10-25 2015-12-10 GM Global Technology Operations LLC Verbundstahlblech
EP3088567B1 (de) 2015-04-30 2019-02-20 Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH Multilayerbeschichtung
DE102017011553A1 (de) 2017-12-14 2019-06-19 Daimler Ag Beschichtung aus einer konfigurationsentropiestabiliesierten Legierung, Karosserieteil mit einer solchen Beschichtung, Verfahren zur Herstellung eines Karosserieteils mit einer solchen Beschichtung, sowie Verwendung einer solchen Beschichtung zum Beschichten eines Karosserieteils

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