DE102021128545A1 - Steel flat product with quick-heating coating - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Stahlflachprodukt zur Herstellung eines Stahlbauteils durch Warmumformen. Dabei umfasst das Stahlflachprodukt ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,1 - 3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht, und einen auf dem Stahlsubstrat aufliegenden Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis. Hierbei ist auf dem Korrosionsschutzüberzug eine Absorptionsschicht angeordnet ist, die Lithium Aluminium Hydroxide umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung die Herstellung eines solchen Stahlflachproduktes mit einer Absorptionsschicht.The invention relates to a flat steel product for producing a steel component by hot forming. The flat steel product comprises a steel substrate consisting of a steel containing 0.1-3% by weight Mn and optionally up to 0.01% by weight B, and an aluminum-based anti-corrosion coating lying on the steel substrate . In this case, an absorption layer, which comprises lithium aluminum hydroxide, is arranged on the anti-corrosion coating. Furthermore, the invention relates to the production of such a flat steel product with an absorption layer.
Description
Die Erfindung betrifft ein Stahlflachprodukt zur Herstellung eines Stahlbauteils durch Warmumformen, umfassend ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,1 - 3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht, und einen auf dem Stahlsubstrat aufliegenden Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis.The invention relates to a flat steel product for producing a steel component by hot forming, comprising a steel substrate consisting of a steel containing 0.1-3% by weight Mn and optionally up to 0.01% by weight B, and a Aluminum-based anti-corrosion coating on the steel substrate.
Unter dem Begriff „Stahlflachprodukt“ werden hier alle Walzprodukte, deren Länge sehr viel größer ist als ihre Dicke, verstanden. Hierzu zählen Stahlbänder und -bleche sowie daraus gewonnene Zuschnitte und Platinen.The term “flat steel product” is understood here to mean all rolled products whose length is much greater than their thickness. This includes steel strips and sheets as well as blanks and blanks made from them.
Beim Warmumformen, auch Warmformen, Presshärten oder Warmpressformhärten genannt, werden Stahlflachprodukte, beispielsweise Stahlplatinen, die von kalt- oder warmgewalztem Stahlband abgeteilt sind, auf eine in der Regel oberhalb der Austenitisierungstemperatur (AC3) des jeweiligen Stahls liegende Verformungstemperatur erwärmt und im erwärmten Zustand in das Werkzeug einer Umformpresse gelegt. Im Zuge der anschließend durchgeführten Umformung erfährt der Blechzuschnitt bzw. das aus ihm geformte Bauteil durch den Kontakt mit dem kühlen Werkzeug eine schnelle Abkühlung. Die Abkühlraten sind dabei so eingestellt, dass sich im Stahlsubstrat ein Härtegefüge ergibt. Das Gefüge wird in ein zumindest teilweise martensitisches Gefüge umgewandelt. Es ergibt sich also ein gehärtetes Stahlbauteil.During hot forming, also known as hot forming, press hardening or hot press form hardening, flat steel products, such as steel blanks, which are separated from cold or hot-rolled steel strip, are heated to a deformation temperature that is generally above the austenitization temperature (AC3) of the respective steel and, in the heated state, are tool of a forming press. In the course of the subsequent forming, the sheet metal blank or the component formed from it experiences rapid cooling through contact with the cool tool. The cooling rates are set in such a way that a hardened structure results in the steel substrate. The microstructure is transformed into an at least partially martensitic microstructure. The result is a hardened steel component.
Die Erwärmung des Stahlflachproduktes erfolgt typischerweise in einem vorgeheizten Rollenherdofen, den das Stahlflachprodukt durchläuft. Unter dem Gesichtspunkt der optimalen Energienutzung einschließlich verringerter CO2-Emission, der minimierten Prozessdauer und der optimierten Möglichkeiten der Prozesssteuerung besteht hier die Forderung nach einer möglichst wirkungsvollen Übertragung der in der Regel als Wärmestrahlung eingebrachten Wärmeenergie in das Stahlflachprodukt. Eine verkürzte Erwärmungszeit führt dazu, dass die entsprechenden Rollenherdöfen kürzer dimensioniert werden können, was sich positiv auf die Kosten und den Platzbedarf auswirkt.The flat steel product is typically heated in a preheated roller hearth furnace, which the flat steel product runs through. From the point of view of optimal energy use, including reduced CO 2 emissions, the minimized process duration and the optimized options for process control, there is a requirement for the most effective possible transfer of the thermal energy, which is usually introduced as thermal radiation, into the flat steel product. A shortened heating time means that the corresponding roller hearth furnaces can be dimensioned shorter, which has a positive effect on costs and space requirements.
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es für Stahlflachprodukte mit einem Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis, eine besonders geeignete Zusammensetzung der Absorptionsschicht bereitzustellen.The object of the present invention is to provide a particularly suitable composition for the absorption layer for flat steel products with an aluminum-based anti-corrosion coating.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Stahlflachprodukt zur Herstellung eines Stahlbauteils durch Warmumformen, umfassend ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,1-3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht, und einen auf dem Stahlsubstrat aufliegenden Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis. Dabei ist auf dem Korrosionsschutzüberzug eine Absorptionsschicht angeordnet, die Lithium Aluminium Hydroxide umfasst.This object is achieved by a flat steel product for producing a steel component by hot forming, comprising a steel substrate consisting of a steel containing 0.1-3% by weight Mn and optionally up to 0.01% by weight B, and an aluminum-based anti-corrosion coating overlying the steel substrate. In this case, an absorption layer comprising lithium aluminum hydroxide is arranged on the anti-corrosion coating.
Im Sinne der Erfindung sind Lithium Aluminium Hydroxide Mischhydroxide bzw. Doppelhydroxide, bei denen sich in der Kristallstruktur Metallkationen Hydroxidionen mit dem jeweiligen Nachbarn teilen. Die positive Überschussladung wird durch Anionen kompensiert.Within the meaning of the invention, lithium aluminum hydroxides are mixed hydroxides or double hydroxides in which metal cations share hydroxide ions with their respective neighbors in the crystal structure. The excess positive charge is compensated by anions.
Bei diesen Anionen handelt es sich bevorzugt um Carbonat-Anionen. Letztere werden als Hydroxycarbonate oder Hadroxidcarbonate bezeichnet. Die Absorptionschicht umfasst also bevorzugt Carbonate der Lithium Aluminium Hydroxide, insbesondere Lithiumhydrotalkit.These anions are preferably carbonate anions. The latter are referred to as hydroxycarbonates or hadroxide carbonates. The absorption layer therefore preferably comprises carbonates of lithium aluminum hydroxide, in particular lithium hydrotalcite.
Lithiumhydrotalkit ist die vereinfachte Bezeichnung für Lithiumaluminiumhydroxidcarbonat mit der chemischen Formel
Insbesondere liegt das Lithiumhydrotalkit in kristalliner Form vor.In particular, the lithium hydrotalcite is in crystalline form.
In einer speziellen Alternative der Erfindung bilden die Lithium Aluminium Hydroxide in der Kristallstruktur Schichten mit Zwischenschichten aus Anionen, die Kristallwasser enthalten können. Die H2O Moleküle in der Zwischenschicht stabilisieren die Verknüpfung der Schichten über Wasserstoffbrücken.In a specific alternative of the invention, the lithium aluminum hydroxides form layers in the crystal structure with interlayers of anions which may contain water of crystallization. The H 2 O molecules in the intermediate layer stabilize the linking of the layers via hydrogen bridges.
Insbesondere besteht die Absorptionsschicht aus 80 Gew.-% bis 100 Gew.-% Lithiumhydrotalkit oder zu 80 Gew.-% bis 100 Gew.-% aus einer Mischung von Lithiumhydrotalkit und Hydrotalkit und jeweils optionalen Bestandteilen, deren Gehalte in Summe nicht mehr als 20 Gew.-% betragen.In particular, the absorption layer consists of 80% by weight to 100% by weight lithium hydrotalcite or 80% by weight to 100% by weight of a mixture of lithium hydrotalcite and hydrotalcite and optional components in each case, the total content of which does not exceed 20 % by weight.
Lithium Aluminium Hydroxide, insbesondere deren Carbonate, bevorzugt Lithiumhydrotalkit, haben den Vorteil, dass sich bereits bei kleinen Mengen eine signifikante Absorption im Infrarotbereich und damit eine Reduzierung der Reflektivität im Infratrotbereich ergibt, also dem Bereich des Strahlungsspektrums, in dem das Ofeninnere Strahlung emittiert, die im Wesentlichen zur Aufheizung der Blechzuschnitte führt. Zudem führen auf Lithium basierende Salzschichten zu einer Passivierung der Oberfläche und damit zu einem verbesserten Korrosionsschutz.Lithium aluminum hydroxides, in particular their carbonates, preferably lithium hydrotalcite, have the advantage that even small amounts result in significant absorption in the infrared range and thus a reduction in reflectivity in the infrared range, i.e. the range of the radiation spectrum in which the interior of the furnace emits radiation that essentially leads to heating of the sheet metal blanks. In addition, lithium-based salt layers passivate the surface and thus improve corrosion protection.
Unter Infrarotbereich wird im Sinne dieser Anmeldung der Bereich der Wellenzahl von 1000 - 10000 cm-1 verstanden. Dies entspricht dem Wellenlängenbereich von 1 - 10 µm.In the context of this application, the infrared range is understood to mean the wave number range from 1000 to 10,000 cm -1 . This corresponds to the wavelength range of 1 - 10 µm.
Zudem lässt sich eine gut haftende Absorptionsschicht mit Lithium Aluminium Hydroxiden auf einfache Weise erzeugen, indem das Stahlflachprodukt in eine Lithiumcarbonat (Li2CO3) umfassende wässrige Lösung eingetaucht oder mit einer solchen Lösung besprüht oder im Coil-Coating-Verfahren belegt wird. Beim anschließenden Trocknen des Stahlflachproduktes kommt es an der aluminiumhaltigen Oberfläche des Korrosionsschutzüberzuges zur Bildung von Lithiumhydrotalkit-Kristallen. Es bildet sich also eine Absorptionsschicht mit Lithiumhydrotalkit-Kristallen.In addition, a well-adhering absorption layer with lithium aluminum hydroxide can be produced in a simple manner by immersing the flat steel product in an aqueous solution comprising lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) or by spraying it with such a solution or by coil coating it. During the subsequent drying of the steel flat product, lithium hydrotalcite crystals form on the aluminum-containing surface of the anti-corrosion coating. An absorption layer with lithium hydrotalcite crystals is thus formed.
Die Absorptionsschicht liegt auf dem Korrosionsschutzüberzug und grenzt unmittelbar an diesen an. Insbesondere ist die Absorptionsschicht eine Deckschicht, die den auf dem Stahlflachprodukt ausgebildeten Schichtaufbau auf seiner außenliegenden Seite abschließt.The absorption layer lies on top of the anti-corrosion coating and is directly adjacent to it. In particular, the absorption layer is a cover layer which closes off the layer structure formed on the flat steel product on its outer side.
Bei einer bevorzugten Variante beträgt das Auflagengewicht der Absorptionsschicht 20 - 750 mg/m2. Unter dem Auflagengewicht ist das Auflagengewicht pro Seite zu verstehen. Bei beidseitig beschichteten Stahlflachprodukten mit Absorptionsschicht auf beiden Seiten beträgt also das Auflagengewicht auf jeder der beiden Seiten 20 - 750 mg/m2. Es hat sich gezeigt, dass bereits derartig niedrige Auflagengewichte zu einer deutlichen Reduzierung des Reflexionsgrades führen.In a preferred variant, the coating weight of the absorption layer is 20-750 mg/m 2 . The print run weight is the print run weight per page. In the case of steel flat products coated on both sides with an absorption layer on both sides, the coating weight on each of the two sides is 20-750 mg/m 2 . It has been shown that even such low coating weights lead to a significant reduction in the degree of reflection.
Der Reflexionsgrad
Dabei ergibt sich iλ(T) aus dem Planck'schen Strahlungsgesetz
Der Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis kann einseitig oder beidseitig auf dem Stahlflachprodukt aufgebracht sein. Als die beiden Seiten des Stahlflachproduktes werden die beiden sich gegenüberliegenden großen Flächen des Stahlflachproduktes bezeichnet. Die schmalen Flächen werden als Kanten bezeichnet.The aluminum-based anti-corrosion coating can be applied to one or both sides of the flat steel product. The two opposite large surfaces of the flat steel product are referred to as the two sides of the flat steel product. The narrow faces are called edges.
Ein solcher Korrosionsschutzüberzug wird bevorzugt durch Schmelztauchbeschichten des Stahlflachproduktes erzeugt. Dabei wird das Stahlflachprodukt durch eine flüssige Schmelze geführt, die aus bis 15 Gew.-% Si bevorzugt mehr als 1,0%, optional 2-4 Gew.-% Fe, optional bis zu 5 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, bevorzugt bis zu 1,0% Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, und optional bis zu 15 Gew.-% Zn, bevorzugt bis zu 10 Gew.-% Zn und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium besteht. Bei einer bevorzugten Variante beträgt der Si-Gehalt der Schmelze 1,0 - 3,5 Gew.-% oder 7 - 12 Gew.-%, insbesondere 8 - 10 Gew.-%.Such an anti-corrosion coating is preferably produced by hot-dip coating the steel flat product. The flat steel product is passed through a liquid melt consisting of up to 15 wt .-% Si preferably more than 1.0%, optionally 2-4 wt .-% Fe, optionally up to 5 wt .-% alkali or alkaline earth metals, preferably up to 1.0% wt .-% alkali or Alkaline earth metals, and optionally up to 15% by weight of Zn, preferably up to 10% by weight of Zn and optional further components, the total content of which is limited to a maximum of 2.0% by weight, and the remainder is aluminum. In a preferred variant, the Si content of the melt is 1.0-3.5% by weight or 7-12% by weight, in particular 8-10% by weight.
Bei einer bevorzugten Variante umfasst der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Schmelze 0,1 - 1,0 Gew.-% Mg, insbesondere 0,1 - 0,7 Gew.-% Mg, bevorzugt 0,1- 0,5 Gew.- % Mg. Weiterhin kann der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Schmelze insbesondere mindestens 0,0015 Gew.-% Ca, insbesondere mindestens 0,01 Gew.-% Ca, umfassen.In a preferred variant, the optional content of alkali or alkaline earth metals in the melt comprises 0.1-1.0% by weight Mg, in particular 0.1-0.7% by weight Mg, preferably 0.1-0. 5% by weight Mg. Furthermore, the optional content of alkali metals or alkaline earth metals in the melt can include in particular at least 0.0015% by weight Ca, in particular at least 0.01% by weight Ca.
Beim Schmelztauchbeschichten diffundiert Eisen aus dem Stahlsubstrat in den flüssigen Überzug, so dass der Korrosionsschutzüberzug des Stahlflachproduktes beim Erstarren insbesondere eine Legierungsschicht und eine Al-Basisschicht aufweist.During hot-dip coating, iron diffuses from the steel substrate into the liquid coating, so that the anti-corrosion coating of the flat steel product has an alloy layer and an Al base layer in particular when it solidifies.
Die Legierungsschicht liegt auf dem Stahlsubstrat auf und grenzt unmittelbar an dieses an. Die Legierungsschicht wird im Wesentlichen aus Aluminium und Eisen gebildet. Die übrigen Elemente aus dem Stahlsubstrat oder der Schmelzenzusammensetzung reichern sich nicht signifikant in der Legierungsschicht an. Bevorzugt besteht die Legierungsschicht aus 35 - 60 Gew.-% Fe, bevorzugt α-Eisen, optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 5,0 Gew.-%, bevorzugt 2,0% beschränkt sind, und als Rest Aluminium, wobei der Al-Gehalt bevorzugt in Richtung Oberfläche ansteigt. Die optionalen weiteren Bestandteile beinhalten insbesondere die übrigen Bestandteile der Schmelze (das heißt Silizium und gegebenenfalls Alkali- oder Erdalkalimetalle, insbesondere Mg bzw. Ca) und die übrigen Anteile des Stahlsubstrates zusätzlich zu Eisen.The alloy layer rests on the steel substrate and is directly adjacent to it. The alloy layer is essentially made up of aluminum and iron. The remaining elements from the steel substrate or the melt composition do not enrich significantly in the alloy layer. The alloy layer preferably consists of 35-60% by weight Fe, preferably α-iron, optional further components whose contents are limited to a maximum of 5.0% by weight, preferably 2.0%, and the remainder aluminum. the Al content preferably increasing towards the surface. The optional further components include in particular the remaining components of the melt (ie silicon and optionally alkali metals or alkaline earth metals, in particular Mg or Ca) and the remaining components of the steel substrate in addition to iron.
Die Al-Basisschicht liegt auf der Legierungsschicht und grenzt unmittelbar an diese an. Bevorzugt entspricht die Zusammensetzung der AI-Basisschicht der Zusammensetzung der Schmelze des Schmelzbades. Das heißt, sie besteht aus 1,0 - 15 Gew.-% Si, optional 2 - 4 Gew.-% Fe, optional zu 5 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, bevorzugt bis zu 1,0% Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, optional bis zu 15% Zn und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium.The Al base layer lies on top of the alloy layer and is immediately adjacent to it. The composition of the Al base layer preferably corresponds to the composition of the melt in the melt bath. That is, it consists of 1.0-15% by weight Si, optionally 2-4% by weight Fe, optionally up to 5% by weight alkali or alkaline earth metals, preferably up to 1.0% by weight Alkaline or alkaline earth metals, optionally up to 15% Zn and optional further components, the total content of which is limited to a maximum of 2.0% by weight, and the remainder aluminum.
Bei einer bevorzugten Variante der AI-Basisschicht umfasst der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen 0,1 - 1,0 Gew.-% Mg, insbesondere 0,1 - 0,7 Gew.-% Mg, bevorzugt 0,1 - 0,5 Gew.-% Mg. Weiterhin kann der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Al-Basisschicht insbesondere mindestens 0,0015 Gew.-% Ca, insbesondere mindestens 0,1 Gew.-% Ca, umfassen.In a preferred variant of the Al base layer, the optional content of alkali or alkaline earth metals comprises 0.1-1.0% by weight Mg, in particular 0.1-0.7% by weight Mg, preferably 0.1-0 .5% by weight Mg. Furthermore, the optional content of alkali metals or alkaline earth metals in the Al base layer can include in particular at least 0.0015% by weight Ca, in particular at least 0.1% by weight Ca.
Bei einer weiter bevorzugten Variante des Korrosionsschutzüberzuges ist der Si-Gehalt in der Legierungsschicht geringer als der Si-Gehalt in der AI-Basisschicht.In a further preferred variant of the anti-corrosion coating, the Si content in the alloy layer is lower than the Si content in the Al base layer.
Der Korrosionsschutzüberzug hat bevorzugt eine Dicke von 5 - 60 µm, insbesondere von 10 - 40 µm. Das Auflagengewicht des Korrosionsschutzüberzuges beträgt insbesondere
Die Dicke der Legierungsschicht ist bevorzugt kleiner als 20 µm, besonders bevorzugt kleiner 16 µm, besonders bevorzugt kleiner 12 µm, insbesondere kleiner 10 µm. Die Dicke der Al-Basisschicht ergibt sich aus der Differenz der Dicken von Korrosionsschutzüberzug und Legierungsschicht. Bevorzugt beträgt die Dicke der Al-Basisschicht auch bei dünnen Korrosionsschutzüberzügen mindestens 1 µm.The thickness of the alloy layer is preferably less than 20 μm, particularly preferably less than 16 μm, particularly preferably less than 12 μm, in particular less than 10 μm. The thickness of the Al base layer results from the difference in the thicknesses of the anti-corrosion coating and the alloy layer. The thickness of the Al base layer is preferably at least 1 μm, even in the case of thin anti-corrosion coatings.
Bei der bevorzugten Variante mit 0,1 - 1,0 Gew.-% Mg in der Al-Basisschicht umfasst die Absorptionsschicht bevorzugt nicht nur Lithiumhydrotalkit, sondern zusätzlich Hydrotalkit Mg6Al2[(OH)16|CO3] · 4H2O. Hydrotalkit bildet sich, wenn das Stahlflachproduktes in eine Lithiumcarbonat (Li2CO3) umfassende wässrige Lösung eingetaucht oder mit einer solchen Lösung besprüht oder im Coil-Coating-Verfahren belegt wird und zudem der beschriebene Mg-Anteil in der AI-Basisschicht vorhanden ist. In einem solchen Fall umfasst die Absorptionsschicht eine Mischung von Hydrotalkit und Lithiumhydrotalkit. Insbesondere besteht die Absorptionsschicht zu 80 Gew.-% bis 100 Gew.-% aus einer Mischung aus Lithiumhydrotalkit und Hydrotalkit und optionalen Bestandteilen, deren Gehalte in Summen nicht mehr als 20 Gew.-% betragen. Bevorzugt beträgt der Anteil von Hydrotalkit an der Mischung von Hydrotalkit und Lithiumhydrotalkit mindestens 5 Gew.-%, bevorzugt mindestens 10 Gew.-%. Insbesondere beträgt der Anteil von Hydrotalkit an der Mischung von Hydrotalkit und Lithiumhydrotalkit maximal 90 Gew.-%, bevorzugt maximal 75 Gew.-%.In the preferred variant with 0.1-1.0 wt Hydrotalcite forms when the flat steel product is immersed in, sprayed with or coil-coated in an aqueous solution comprising lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and In addition, the Mg content described is present in the Al base layer. In such a case, the absorbent layer comprises a mixture of hydrotalcite and lithium hydrotalcite. In particular, the absorption layer consists of 80% by weight to 100% by weight of a mixture of lithium hydrotalcite and hydrotalcite and optional components whose total contents are not more than 20% by weight. The proportion of hydrotalcite in the mixture of hydrotalcite and lithium hydrotalcite is preferably at least 5% by weight, preferably at least 10% by weight. In particular, the proportion of hydrotalcite in the mixture of hydrotalcite and lithium hydrotalcite is at most 90% by weight, preferably at most 75% by weight.
Bei einer bevorzugten Variante des Stahlflachproduktes ist der Reflexionsgrad
Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung von Lithium Aluminium Hydroxide, insbesondere dessen Carbonate, bevorzugt Lithiumhydrotalkit, in einer Absorptionsschicht auf einem Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis zur Reduzierung der Reflektivität im Infrarotbereich. Die Verwendung hat dabei die gleichen Vorteile, die vorstehend in Bezug auf das Stahlflachprodukt erläutert wurden. Weiterhin betrifft die Erfindung auch die Verwendung der vorstehend genannten speziell weitergebildeten Absorptionsschichten und insbesondere die Verwendung einer Mischung von Lithiumhydrotalkit und Hydrotalkit in einer Absorptionsschicht auf einem Korrosionsschutzüberzug mit 0,1 - 1,0 Gew.-% Mg in der Al-Basisschicht.The invention also relates to the use of lithium aluminum hydroxide, in particular its carbonates, preferably lithium hydrotalcite, in an absorption layer on an aluminum-based anti-corrosion coating to reduce the reflectivity in the infrared range. The use has the same advantages that were explained above in relation to the flat steel product. The invention also relates to the use of the specially developed absorption layers mentioned above and in particular to the use of a mixture of lithium hydrotalcite and hydrotalcite in an absorption layer on an anti-corrosion coating with 0.1-1.0% by weight Mg in the Al base layer.
Das Stahlsubstrat ist aus einem Stahl, der 0,1 - 3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist. Insbesondere ist das Gefüge des Stahls durch ein Warmumformen in ein martensitisches oder teilweise martensitisches Gefüge umwandelbar. Das Gefüge des Stahlsubstrates des Stahlbauteils ist also bevorzugt ein martensitisches oder zumindest teilweise martensitisches Gefüge, da dieses eine besonders hohe Härte aufweist.The steel substrate is a steel containing 0.1-3 wt% Mn and optionally up to 0.01 wt% B. In particular, the microstructure of the steel can be converted into a martensitic or partially martensitic microstructure by hot forming. The microstructure of the steel substrate of the steel component is therefore preferably a martensitic or at least partially martensitic microstructure, since this has a particularly high degree of hardness.
Besonders bevorzugt ist das Stahlsubstrat ein Stahl, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) aus
- C: 0,04 - 0,45 Gew.-%,
- Si: 0,02 - 1,2 Gew.-%,
- Mn: 0,5 - 2,6 Gew.-%,
- Al: 0,02 - 1,0 Gew.-%,
- P: ≤ 0,05 Gew.-%,
- S: ≤ 0,02 Gew.-%,
- N: ≤ 0,02 Gew.-%,
- Sn: ≤ 0,03 Gew.-%
- As: ≤ 0,01 Gew.-%
- Ca: ≤ 0,005 Gew.-%
- Cr: 0,08 - 1,0 Gew.-%,
- B: 0,001 - 0,005 Gew.-%
- Mo: ≤ 0,5 Gew.-%
- Ni: ≤ 0,5 Gew.-%
- Cu: ≤ 0,2 Gew.-%
- Nb: 0,02 - 0,08 Gew.-%,
- Ti: 0,01 - 0,08 Gew.-%
- V: ≤ 0,1 Gew.-%
- C: 0.04 - 0.45% by weight,
- Si: 0.02 - 1.2% by weight,
- Mn: 0.5 - 2.6% by weight,
- Al: 0.02 - 1.0% by weight,
- P: ≤ 0.05% by weight,
- S: ≤ 0.02% by weight,
- N: ≤ 0.02% by weight,
- Sn: ≤ 0.03% by weight
- As: ≤ 0.01% by weight
- Ca: ≤ 0.005% by weight
- Cr: 0.08 - 1.0% by weight,
- B: 0.001 - 0.005% by weight
- Mo: ≤ 0.5% by weight
- Ni: ≤ 0.5% by weight
- Cu: ≤ 0.2% by weight
- Nb: 0.02 - 0.08% by weight,
- Ti: 0.01 - 0.08 wt%
- V: ≤ 0.1% by weight
Bei den Elementen P, S, N, Sn, As, Ca handelt es sich um Verunreinigungen, die bei der Stahlerzeugung nicht vollständig vermieden werden können. Neben diesen Elementen können auch noch weitere Elemente als Verunreinigungen im Stahl vorhanden sein. Diese weiteren Elemente werden unter den „unvermeidbaren Verunreinigungen“ zusammengefasst. Bevorzugt beträgt der Gehalt an unvermeidbaren Verunreinigungen in Summe maximal 0,2 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,1 Gew.-%. Die optionalen Legierungselemente Cr, B, Nb, Ti, für die eine Untergrenze angegeben ist, können auch in Gehalten unterhalb der jeweilige Untergrenze als unvermeidbare Verunreinigungen im Stahlsubstrat vorkommen. In dem Fall werden sie ebenfalls zu den unvermeidbaren Verunreinigungen gezählt, deren Gesamtgehalt auf maximal 0,2 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,1 Gew.-% begrenzt ist. Bevorzugt sind die individuellen Obergrenzen für die jeweilige Verunreinigung dieser Elemente wie folgt:
- Cr: ≤ 0,050 Gew.-%,
- B: ≤ 0,0005 Gew.-%
- Nb: ≤ 0,005 Gew.-%,
- Ti: ≤ 0,005 Gew.-%
- Cr: ≤ 0.050% by weight,
- B: ≤ 0.0005% by weight
- Nb: ≤ 0.005% by weight,
- Ti: ≤ 0.005% by weight
Dabei sind diese bevorzugten Obergrenzen als alternativ oder gemeinsam zu betrachten. Bevorzugte Varianten des Stahls erfüllen also eine oder mehrere dieser vier Bedingungen.These preferred upper limits are to be considered as alternatives or together. Preferred variants of the steel therefore meet one or more of these four conditions.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der C-Gehalt des Stahls maximal 0,37 Gew.-% und/oder mindestens 0,06 Gew.-%. Bei besonders bevorzugten Ausführungsvarianten liegt der C-Gehalt im Bereich von 0,06 - 0,09 Gew.-% oder im Bereich von 0,12 - 0,25 Gew.-% oder im Bereich von 0,33 - 0,37 Gew.-%.In a preferred embodiment, the carbon content of the steel is at most 0.37% by weight and/or at least 0.06% by weight. In particularly preferred variants, the C content is in the range from 0.06 to 0.09% by weight or in the range from 0.12 to 0.25% by weight or in the range from 0.33 to 0.37% by weight %.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Si-Gehalt des Stahls maximal 1,00 Gew.-% und/oder mindestens 0,06 Gew.-%.In a preferred embodiment, the Si content of the steel is at most 1.00% by weight and/or at least 0.06% by weight.
Der Mn-Gehalt des Stahls beträgt bei einer bevorzugten Variante maximal 2,4 Gew.-% und/oder mindestens 0,75 Gew.-%. Bei besonders bevorzugten Ausführungsvarianten liegt der Mn-Gehalt im Bereich von 0,75 - 0,85 Gew.-% oder im Bereich von 1,0 - 1,6 Gew.-%.In a preferred variant, the Mn content of the steel is at most 2.4% by weight and/or at least 0.75% by weight. In particularly preferred variants, the Mn content is in the range of 0.75-0.85% by weight or in the range of 1.0-1.6% by weight.
Der Al-Gehalt des Stahls beträgt bei einer bevorzugten Variante maximal 0,75 Gew.-%, insbesondere maximal 0,5 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,25 Gew.-%. Alternativ oder ergänzend beträgt der Al-Gehalt bevorzugt mindestens 0,02%.In a preferred variant, the Al content of the steel is at most 0.75% by weight, in particular at most 0.5% by weight, preferably at most 0.25% by weight. Alternatively or additionally, the Al content is preferably at least 0.02%.
Zudem hat sich gezeigt, dass es hilfreich sein kann, wenn die Summe der Gehalte von Silizium und Aluminium begrenzt ist. Bei einer bevorzugten Variante beträgt daher die Summe der Gehalte von Si und Al (üblicherweise bezeichnet als Si+Al) maximal 1,5 Gew.-%, bevorzugt maximal 1,2 Gew.- %. Ergänzend oder alternativ beträgt die Summe der Gehalte von Si und Al mindestens 0,06 Gew.- %, bevorzugt mindestens 0,08 Gew.-%.It has also been shown that it can be helpful if the sum of the silicon and aluminum contents is limited. In a preferred variant, the sum of the contents of Si and Al (usually referred to as Si+Al) is therefore at most 1.5% by weight, preferably at most 1.2% by weight. Additionally or alternatively, the sum of the contents of Si and Al is at least 0.06% by weight, preferably at least 0.08% by weight.
Bei den Elementen P, S, N handelt es sich um typische Verunreinigungen die bei der Stahlerzeugung nicht vollständig vermieden werden können. Bei bevorzugten Varianten beträgt der P-Gehalt maximal 0,03 Gew.-%. Unabhängig davon beträgt der S-Gehalt bevorzugt maximal 0,012%. Zusätzlich oder ergänzend beträgt der N-Gehalt bevorzugt maximal 0,009 Gew.-%.The elements P, S, N are typical impurities that cannot be completely avoided in steel production. In preferred variants, the maximum P content is 0.03% by weight. Regardless, the S content is preferably at most 0.012%. In addition or as a supplement, the N content is preferably at most 0.009% by weight.
Optional enthält der Stahl zudem Chrom mit einem Gehalt von 0,08 - 1,0 Gew.-%. Bevorzugt beträgt der Cr-Gehalt maximal 0,75 Gew.-%, insbesondere maximal 0,5 Gew.-%.Optionally, the steel also contains chromium with a content of 0.08 - 1.0% by weight. The Cr content is preferably at most 0.75% by weight, in particular at most 0.5% by weight.
Im Falle einer optionalen Zulegierung von Chrom ist bevorzugt die Summe der Gehalte von Chrom und Mangan begrenzt. Die Summe beträgt maximal 3,3 Gew.-%, insbesondere maximal 3,15 Gew.-%. Weiterhin beträgt die Summe mindestens 0,5 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,75 Gew.- %.In the case of an optional addition of chromium, the sum of the chromium and manganese contents is preferably limited. The total is at most 3.3% by weight, in particular at most 3.15% by weight. Furthermore, the sum is at least 0.5% by weight, preferably at least 0.75% by weight.
Bevorzugt enthält der Stahl optional zudem Bor mit einem Gehalt von 0,001 - 0,005 Gew.-%. Insbesondere beträgt der B-Gehalt maximal 0,004 Gew.-%.The steel preferably also optionally contains boron with a content of 0.001-0.005% by weight. In particular, the B content is at most 0.004% by weight.
Optional kann der Stahl Molybdän mit einem Gehalt von maximal 0,5 Gew.-% enthalten, insbesondere maximal 0,1 Gew.-%.The steel can optionally contain molybdenum with a content of at most 0.5% by weight, in particular at most 0.1% by weight.
Weiterhin kann der Stahl optional Nickel enthalten mit einem Gehalt von maximal 0,5 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,15 Gew.-%.Furthermore, the steel can optionally contain nickel with a content of at most 0.5% by weight, preferably at most 0.15% by weight.
Optional kann der Stahl zudem Kupfer enthalten mit einem Gehalt von maximal 0,2 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,15 Gew.-%.Optionally, the steel can also contain copper with a content of at most 0.2% by weight, preferably at most 0.15% by weight.
Zudem kann der Stahl optional eines oder mehrere der Mikrolegierungselemente Nb, Ti und V enthalten. Dabei beträgt der optionale Nb-Gehalt mindestens 0,02 Gew.-% und maximal 0,08 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,04 Gew.-%. Der optionale Ti-Gehalt beträgt mindestens 0,01 Gew.- % und maximal 0,08 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,04 Gew.-%. Der optionale V-Gehalt beträgt maximal 0,1 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,05 Gew.-%.In addition, the steel can optionally contain one or more of the micro-alloying elements Nb, Ti and V. The optional Nb content is at least 0.02% by weight and at most 0.08% by weight, preferably at most 0.04% by weight. The optional Ti content is at least 0.01% by weight and at most 0.08% by weight, preferably at most 0.04% by weight. The optional V content is at most 0.1% by weight, preferably at most 0.05% by weight.
Im Falle einer optionalen Zulegierung von mehreren der Elemente Nb, Ti und V ist bevorzugt die Summe der Gehalte von Nb, Ti und V begrenzt. Die Summe beträgt maximal 0,1 Gew.-%, insbesondere maximal 0,068 Gew.-%. Weiterhin beträgt die Summe bevorzugt mindestens 0,015 Gew.- %.In the case of an optional addition of several of the elements Nb, Ti and V, the sum of the contents of Nb, Ti and V is preferably limited. The total is at most 0.1% by weight, in particular at most 0.068% by weight. Furthermore, the sum is preferably at least 0.015% by weight.
Die vorstehenden Erläuterungen zu bevorzugten Stahlsubstraten gelten selbstverständlich ebenso für die Stahlsubstrate in den nachfolgend beschriebenen Herstellungsverfahren.Of course, the above explanations for preferred steel substrates also apply to the steel substrates in the production processes described below.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines vorbeschriebenen Stahlflachproduktes umfassend mindestens folgende Arbeitsschritte:
- a) Bereitstellen eines Stahlflachproduktes umfassend ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl,
der 0,1 - 3 Gew.-% Mn undoptional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht, und einen auf dem Stahlsubstrat aufliegenden Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis, - b) Applizieren einer Lithiumcarbonat (Li2CO3) umfassenden wässrigen Lösung auf das Stahlflachprodukt, insbesondere Eintauchen des Stahlflachproduktes in eine Lithiumcarbonat (Li2CO3) umfassende wässrige Lösung oder Besprühen des Stahlflachproduktes mit einer Lithiumcarbonat (Li2CO3) umfassenden wässrigen Lösung oder Belegen des Stahlflachproduktes mit einer Lithiumcarbonat (Li2CO3) umfassenden wässrigen Lösung im Coil-Coating-Verfahren.
- a) Providing a flat steel product comprising a steel substrate consisting of a steel containing 0.1-3% by weight Mn and optionally up to 0.01% by weight B, and an anti-corrosion coating on aluminum lying on the steel substrate -Base,
- b) Applying an aqueous solution comprising lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) to the flat steel product, in particular immersing the flat steel product in an aqueous solution comprising lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) or spraying the flat steel product with an aqueous solution comprising lithium carbonate (Li 2 CO 3 ). or coating the flat steel product with an aqueous solution comprising lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) in the coil coating process.
Durch diese Behandlung wird die wässrige Lösung mit Lithiumcarbonat gleichmäßig über die gesamte Oberfläche verteilt, so dass sich eine homogene flächendeckende Absorptionsschicht bildet, die Lithium Aluminium Hydroxide, insbesondere deren Carbonate, bevorzugt Lithiumhydrotalkit umfasst.As a result of this treatment, the aqueous solution with lithium carbonate is distributed evenly over the entire surface, so that a homogeneous, surface-covering absorption layer is formed, which comprises lithium aluminum hydroxide, in particular its carbonates, preferably lithium hydrotalcite.
Bei einer bevorzugten Weiterentwicklung liegt der pH-Wert der wässrigen Lösung bei mindestens 11 und maximal 15, insbesondere bei maximal 13, bevorzugt bei maximal 12. Hierdurch ist sichergestellt, dass ausreichend Li2CO3 gelöst ist, so dass sich genügend Lithium Aluminium Hydroxide bilden können. Zudem führt der pH-Wert in diesem Bereich zu einer guten Benetzbarkeit und damit zu einer besonders gleichmäßigen Verteilung.In a preferred further development, the pH of the aqueous solution is at least 11 and at most 15, in particular at most 13, preferably at most 12. This ensures that sufficient Li 2 CO 3 is dissolved so that sufficient lithium aluminum hydroxide forms can. In addition, the pH value in this range leads to good wettability and thus to particularly even distribution.
Insbesondere enthält die wässrige Lösung 0 bis 20 g/L Li2CO3. Bevorzugt beträgt der Gehalt an Li2CO3 mindestens 5 g/L. Weiterhin bevorzugt beträgt der Gehalt an Li2CO3 maximal 15 g/L. Optional kann die Lösung LiOH enthalten. Der Gehalt an LiOH beträgt insbesondere 0- 10 g/L. Bevorzugt beträgt der Gehalt an LiOH mindestens 1 g/L. Weiterhin bevorzugt beträgt der Gehalt an LiOH maximal 5 g/L.In particular, the aqueous solution contains 0 to 20 g/L Li 2 CO 3 . The content of Li 2 CO 3 is preferably at least 5 g/L. Furthermore, the content of Li 2 CO 3 is preferably not more than 15 g/L. Optionally, the solution can contain LiOH. The LiOH content is in particular 0-10 g/L. The LiOH content is preferably at least 1 g/L. Furthermore, the content of LiOH is preferably not more than 5 g/L.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung enthält die wässrige Lösung zusätzlich ein Oxidationsmittel zur Verbesserung der Homogenität und als Beschleuniger der Reaktion. Das Oxidationsmittel ist bevorzugt Nitrat mit einer Konzentration von 0.1-15 g/L, bevorzugt 2-10 g/L oder Chlorat in der Konzentration 0.05-2 g/L, bevorzugt 0.2 - 1.5 g/L hinzugefügt werden. Als Nitrate und Chlorate sind jeweils die Salze der Alkalimetalle, bevorzugt LiNO3 und KClO3, geeignet.In a preferred development, the aqueous solution also contains an oxidizing agent to improve the homogeneity and to accelerate the reaction. The oxidizing agent is preferably nitrate with a concentration of 0.1-15 g/L, preferably 2-10 g/L or chlorate with a concentration of 0.05-2 g/L, preferably 0.2-1.5 g/L. The salts of the alkali metals, preferably LiNO3 and KClO3, are suitable as nitrates and chlorates.
Im Falle des Eintauchens erfolgt das Eintauchen bevorzugt für eine Tauchzeit von 60s bis 300s, bevorzugt 120s bis 240s. Eine längere Tauchzeit hat den Vorteil, dass die Reaktion zur Bildung Lithiumhydrotalkit zuverlässig stattfinden kann. Allerdings ist für eine industrielle Fertigung eine kürzere Tauchzeit vorteilhaft, um den Herstellungsprozess effizient zu gestalten. Die genannten Zeiten haben sich in dieser Hinsicht als ein guter Kompromiss erwiesen.In the case of immersion, the immersion preferably takes place for an immersion time of 60 s to 300 s, preferably 120 s to 240 s. A longer immersion time has the advantage that the reaction to form lithium hydrotalcite can take place reliably. However, a shorter immersion time is advantageous for industrial production in order to make the manufacturing process efficient. The times mentioned have proved to be a good compromise in this respect.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens weist das Stahlflachprodukt beim Applizieren der wässrigen Lösung, insbesondere beim Eintauchen oder Besprühen oder Belegen im Coil-Coating-Verfahren, eine Temperatur von 40°C bis 100°C, bevorzugt 50°C bis 80°C, auf. Eine höhere Temperatur beschleunigt die chemische Reaktion bei der Schichtbildung, bei einer zu hohen Temperatur verdampft jedoch die wässrige Lösung zu schnell, sodass die Schichtbildung nicht zuverlässig abgeschlossen ist.In a preferred development of the method, the flat steel product has a temperature of 40°C to 100°C, preferably 50°C to 80°C, when the aqueous solution is applied, in particular when it is immersed or sprayed or covered in the coil coating method . A higher temperature accelerates the chemical reaction in film formation, but if the temperature is too high, the aqueous solution evaporates too quickly, so that film formation is not reliably completed.
Bei einer bevorzugten Variante wird das Stahlflachprodukt vor Schritt b) einer Aktivierungsbehandlung, analog zu einem Phosphatierprozess, unterzogen. Außerdem kann die Oberfläche vor der Behandlung analog zu einem Phosphatierprozess, aktiviert werden. Hierzu wird eine Aktivierungslösung auf Basis von Phosphaten, insbesondere auf Basis von Natriumtitanylphosphat, oder auf Basis von Kupfer auf das Stahlflachprodukt aufgebracht. Geeignete Aktivierungsmittel sind beispielsweise unter den Handelsbezeichnungen SurTec® 145, SurTec® 610 V, SurTec® 615 V, SurTec® 616 V, Fixodine®X, Fixodine®50, Fixodine®50CF (jetzt Bonderite® M-AC 50CF), Fixodine®950 (jetzt Bonderite® M-AC 950), Fixodine®G 3039, Fixodine®C 5020 A, Fixodine®G 5020 B, Fixodine®C 9114, Fixodine®9112, Gardolene® Z26, Gardolene®V 6599, Gardolene® V 6560 A, Gardolene® V 6559, Gardolene® V 6526, Gardolene® V 6522, Gardolene® V 6520, Gardolene® V 6518, Gardolene® V 6513, Prepalene® X ® 163 erhältlich.In a preferred variant, before step b), the flat steel product is subjected to an activation treatment analogous to a phosphating process. In addition, the surface can be activated before the treatment, analogous to a phosphating process. For this purpose, an activation solution based on phosphates, in particular based on sodium titanyl phosphate, or based on copper is applied to the flat steel product. Suitable activating agents are, for example, under the trade names SurTec® 145, SurTec® 610 V, SurTec® 615 V, SurTec® 616 V, Fixodine®X, Fixodine®50, Fixodine®50CF (now Bonderite® M-AC 50CF), Fixodine®950 (now Bonderite® M-AC 950), Fixodine®G 3039, Fixodine®C 5020 A, Fixodine®G 5020 B, Fixodine®C 9114, Fixodine®9112, Gardolene® Z26, Gardolene®V 6599, Gardolene® V 6560 A , Gardolene® V 6559, Gardolene® V 6526, Gardolene® V 6522, Gardolene® V 6520, Gardolene® V 6518, Gardolene® V 6513, Prepalene® X ® 163 available.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Blechformteils umfassend folgende Arbeitsschritte:
- a) Bereitstellen eines Blechzuschnitts aus einem zuvor erläuterten Stahlflachprodukt;
- b) Erwärmen des Blechzuschnitts derart, dass zumindest teilweise die AC3 Temperatur des Zuschnitts überschritten ist und die Temperatur des Zuschnitts beim Einlegen in ein für ein Wampressformen vorgesehenes Umformwerkzeug (Arbeitsschritt c)) zumindest teilweise eine Temperatur oberhalb von Ms+100°C aufweist, wobei Ms die der Martensitstarttemperatur bezeichnet, wobei die mittlere Aufheizung größer ist als 15 Kmm/s;
- c) Einlegen des erwärmten Blechzuschnitts in ein Umformwerkzeug, wobei die für das Entnehmen aus der Erwärmungseinrichtung und das Einlegen des Zuschnitts benötigte Transferdauer tTrans höchstens 20s, bevorzugt höchstens 15s, beträgt;
- d) Warmpressformen des Blechzuschnitts zu dem Blechformteil, wobei der Zuschnitt im Zuge des Warmpressformens über eine Dauer twz von mehr als 1s mit einer zumindest teilweise mehr als 30 K/s betragenden Abkühlgeschwindigkeit rwz auf die Zieltemperatur TZiel abgekühlt und optional dort gehalten wird;
- e) Entnehmen des auf die Zieltemperatur abgekühlten Blechformteils aus dem Werkzeug.
- a) providing a sheet metal blank from a previously explained flat steel product;
- b) heating the sheet metal blank in such a way that the AC3 temperature of the blank is at least partially exceeded and the temperature of the blank when it is placed in a forming tool provided for hot-press forming (step c)) at least partially has a temperature above Ms+100°C, wherein Ms denotes the martensite start temperature, the mean heating being greater than 15 Kmm/s;
- c) inserting the heated sheet metal blank into a forming tool, the transfer time t Trans required for removing it from the heating device and inserting the blank being at most 20 s, preferably at most 15 s;
- d) Hot pressing of the sheet metal blank to form the shaped sheet metal part, the blank being cooled to the target temperature T target over a period twz of more than 1 s at a cooling rate rwz, at least in some cases exceeding 30 K/s, during the course of the hot pressing and optionally being held there;
- e) removing the shaped sheet metal part, which has cooled to the target temperature, from the tool.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird somit ein Zuschnitt, der aus einem entsprechend den voranstehenden Erläuterungen in geeigneter Weise zusammengesetzten Stahl mit einer erläuterten Absorptionsschicht besteht, bereitgestellt (Arbeitsschritt a)), der dann mit einer mittleren Aufheizung größer 15 Kmm/s so erwärmt wird, dass zumindest teilweise die AC3 Temperatur des Zuschnitts überschritten ist und die Temperatur TEinig des Zuschnitts beim Einlegen in ein für ein Warmpressformen vorgesehenes Umformwerkzeug (Arbeitsschritt c)) zumindest teilweise eine Temperatur oberhalb von Ms+100°C beträgt.In the method according to the invention, a blank is thus provided (step a)), which consists of steel suitably composed in accordance with the above explanations and has an absorption layer, which is then heated with an average heating rate of more than 15 km/s in such a way that at least the AC3 temperature of the blank is partially exceeded and the temperature T eing of the blank when it is placed in a forming tool provided for hot-press forming (work step c)) is at least partially a temperature above Ms+100°C.
Unter der mittleren Aufheizung ist dabei das Produkt aus mittlerer Aufheizgeschwindigkeit von 30°C auf 700°C und Blechdicke zu verstehen. Die mittlere Aufheizung beträgt mehr als 15 Kmm/s, insbesondere mehr als 20 Kmm/s, bevorzugt mehr als 25 Kmm/s, insbesondere mehr als 30 Kmm/s, besonders bevorzugt mehr als 35 Kmm/s. Die Erwärmung in Schritt a) findet bevorzugt in einem Ofen, insbesondere einem Rollenherdofen statt. Daher dominiert die Wärmestrahlung gegenüber der Wärmeleitung bei der Erwärmung der Blechzuschnitte. Durch die erfindungsgemäße Absorptionsschicht wird der Anteil der absorbierten Wärmestrahlung erhöht, so dass sich derart hohe mittlere Aufheizungen ergeben.The mean heating is to be understood as the product of the mean heating rate from 30° C. to 700° C. and the sheet metal thickness. The mean heating is more than 15 Kmm/s, in particular more than 20 Kmm/s, preferably more than 25 Kmm/s, in particular more than 30 Kmm/s, particularly preferably more than 35 Kmm/s. The heating in step a) preferably takes place in an oven, in particular a roller hearth oven. Therefore, thermal radiation dominates over thermal conduction when heating the sheet metal blanks. The absorption layer according to the invention increases the proportion of the absorbed thermal radiation, so that such high average heating results.
Unter teilweisem Überschreiten einer Temperatur (hier AC3 bzw. bzw. Ms+100°C) wird im Sinne dieser Anmeldung verstanden, dass mindestens 30%, insbesondere mindestens 60%, des Volumens des Zuschnitts eine entsprechende Temperatur überschreiten. Beim Einlegen in das Umformwerkzeug weist also mindestens 30% des Zuschnitts ein austenitisches Gefüge auf, d.h. die Umwandlung vom ferritischen ins austenitische Gefüge muss beim Einlegen in das Umformwerkzeug noch nicht abgeschlossen sein. Vielmehr können bis zu 70% des Volumens des Zuschnitts beim Einlegen in das Umformwerkzeug aus anderen Gefügebestandteilen, wie angelassenem Bainit, angelassenem Martensit und/oder nicht bzw. teilweise rekristallisiertem Ferrit bestehen. Zu diesem Zweck können bestimmte Bereiche des Zuschnitts während der Erwärmung gezielt auf einem niedrigeren Temperaturniveau gehalten werden als andere. Hierzu kann die Wärmezufuhr gezielt nur auf bestimmte Abschnitte des Zuschnitts gerichtet werden oder die Teile, die weniger erwärmt werden sollen, gegen die Wärmezufuhr abgeschirmt werden. In dem Teil des Zuschnittmaterials, dessen Temperatur niedriger bleibt, entsteht im Zuge der Umformung im Werkzeug kein oder nur deutlich weniger Martensit, so dass das Gefüge dort deutlich weicher ist als in den jeweils anderen Teilen, in denen ein martensitisches Gefüge vorliegt. Auf diese Weise kann im jeweils geformten Blechformteil gezielt ein weicherer Bereich eingestellt werden, indem beispielsweise eine für den jeweiligen Verwendungszweck optimale Zähigkeit vorliegt, während die anderen Bereiche des Blechformteils eine maximierte Festigkeit besitzen.For the purposes of this application, partially exceeding a temperature (here AC3 or Ms+100°C) means that at least 30%, in particular at least 60%, of the volume of the blank exceeds a corresponding temperature. When it is placed in the forming tool, at least 30% of the blank has an austenitic structure, ie the transformation from the ferritic to the austenitic structure does not have to be complete when it is placed in the forming tool. Rather, up to 70% of the volume of the blank when it is placed in the forming tool can consist of other structural components, such as tempered bainite, tempered martensite and/or non-recrystallized or partially recrystallized ferrite. For this purpose, certain areas of the blank can be kept at a lower temperature level than others during heating. For this, the The heat supply can only be directed to certain sections of the blank or the parts that are to be heated less are shielded from the heat supply. In the part of the cut material whose temperature remains lower, no martensite or only significantly less martensite is formed in the course of forming in the tool, so that the structure there is significantly softer than in the other parts in which a martensitic structure is present. In this way, a softer area can be set in a targeted manner in the formed sheet metal part, for example by having optimum toughness for the respective application, while the other areas of the sheet metal part have maximum strength.
Maximale Festigkeitseigenschaften des erhaltenen Blechformteils können dadurch ermöglicht werden, dass die zumindest teilweise im Blechzuschnitt erreichte Temperatur zwischen AC3 und 1000°C, bevorzugt zwischen 850°C und 950°C liegt.Maximum strength properties of the formed sheet metal part obtained can be made possible by the temperature at least partially reached in the sheet metal blank being between AC3 and 1000°C, preferably between 850°C and 950°C.
Dabei ist die zu überschreitende Mindesttemperatur AC3 gemäß der von HOUGARDY, HP. in Werkstoffkunde Stahl Band 1: Grundlagen, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf, 1984, p. 229., angegebenen Formel
Eine optimal gleichmäßige Eigenschaftsverteilung lässt sich dadurch erreichen, dass der Zuschnitt im Arbeitsschritt b) vollständig durcherwärmt wird.An optimally uniform distribution of properties can be achieved by completely heating the blank in step b).
Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante erfolgt die Erwärmung in einem Ofen mit einer Ofentemperatur TOfen von mindestens 850°C, bevorzugt mindestens 880°C, besonders bevorzugt mindestens 900°C, insbesondere mindestens 920°C, und maximal 1000°C, bevorzugt maximal 950°C, besonders bevorzugt maximal 930°C.In a preferred embodiment, the heating takes place in an oven with an oven temperature T oven of at least 850° C., preferably at least 880° C., particularly preferably at least 900° C., in particular at least 920° C., and at most 1000° C., preferably at most 950° C, particularly preferably a maximum of 930°C.
Bevorzugt beträgt der Taupunkt im Ofen mindestens -20°C, bevorzugt mindestens -15°C, insbesondere mindestens -5°C, bevorzugt mindestens 0°C, besonders bevorzugt mindestens +5°C und maximal +25°C, bevorzugt maximal +20°C insbesondere maximal +15°C.The dew point in the oven is preferably at least -20°C, preferably at least -15°C, in particular at least -5°C, preferably at least 0°C, particularly preferably at least +5°C and at most +25°C, preferably at most +20 °C, in particular a maximum of +15°C.
Bei einer speziellen Ausführungsvariante erfolgt die Erwärmung in Schritt b) stufenweise in Bereichen mit unterschiedlicher Temperatur. Insbesondere erfolgt die Erwärmung in einem Rollenherdofen mit unterschiedlichen Heizzonen. Hierbei erfolgt die Erwärmung in einer ersten Heizzone mit einer Temperatur (sogenannte Ofeneinlauftemperatur) von mindestens 650°C, bevorzugt mindestens 680°C, insbesondere mindestens 720°C. Maximal beträgt die Temperatur in der ersten Heizzone bevorzugt 900°C, insbesondere maximal 850°C. Weiterhin bevorzugt beträgt die maximale Temperatur aller Heizzonen im Ofen maximal 1200°C, insbesondere maximal 1000°C, bevorzugt maximal 950°C, besonders bevorzugt maximal 930°C.In a special embodiment, the heating in step b) takes place in stages in areas with different temperatures. In particular, the heating takes place in a roller hearth furnace with different heating zones. Here, the heating takes place in a first heating zone at a temperature (so-called furnace inlet temperature) of at least 650°C, preferably at least 680°C, in particular at least 720°C. The maximum temperature in the first heating zone is preferably 900°C, in particular a maximum of 850°C. Furthermore, the maximum temperature of all heating zones in the furnace is preferably at most 1200°C, in particular at most 1000°C, preferably at most 950°C, particularly preferably at most 930°C.
Die Gesamtzeit im Ofen tOfen, die sich aus einer Erwärmungszeit und einer Haltezeit zusammensetzt, beträgt bei beiden Varianten (konstante Ofentemperatur, stufenweise Erwärmung) bevorzugt mindestens 1 Minute, insbesondere mindestens 2 Minuten, bevorzugt mindestens 3 Minuten. Weiterhin beträgt die Gesamtzeit im Ofen bei beiden Varianten bevorzugt maximal 12 Minuten, insbesondere maximal 10 Minuten, bevorzugt maximal 8 Minuten, insbesondere maximal 6 Minuten. Längere Gesamtzeiten im Ofen haben den Vorteil, dass eine gleichmäßige Austenitisierung des Blechzuschnittes sichergestellt ist. Andererseits führt ein zu langes Halten oberhalb von AC3 zu einer Kornvergröberung, die sich negativ auf die mechanischen Eigenschaften auswirkt.The total time in the oven t oven , which is made up of a heating time and a holding time, is preferably at least 1 minute, in particular at least 2 minutes, preferably at least 3 minutes, in both variants (constant oven temperature, gradual heating). Furthermore, the total time in the oven in both variants is preferably a maximum of 12 minutes, in particular a maximum of 10 minutes, preferably a maximum of 8 minutes, in particular a maximum of 6 minutes. Longer total times in the furnace have the advantage that uniform austenitization of the sheet metal blank is ensured. On the other hand, holding above AC3 for too long leads to grain coarsening, which has a negative effect on the mechanical properties.
Der so erwärmte Zuschnitt wird aus der jeweiligen Erwärmungseinrichtung entnommen und so schnell in das Umformwerkzeug transportiert, dass seine Temperatur beim Eintreffen in dem Werkzeug zumindest teilweise oberhalb von Ms+100°C liegt, bevorzugt oberhalb von 600°C, insbesondere oberhalb von 650°C, besonders bevorzugt oberhalb von 700°C. Hierbei bezeichnet Ms die Martensitstarttemperatur. Bei einer besonders bevorzugten Variante liegt die Temperatur zumindest teilweise oberhalb der AC1-Temperatur. Bei allen diesen Varianten beträgt die Temperatur insbesondere maximal 900°C. Durch diese Temperaturbereiche wird insgesamt eine gute Umformbarkeit des Materials gewährleistet.The blank heated in this way is removed from the respective heating device and transported into the forming tool so quickly that its temperature when it arrives in the tool is at least partially above Ms+100°C, preferably above 600°C, in particular above 650°C , particularly preferably above 700°C. Here, Ms denotes the martensite start temperature. In a particularly preferred variant, the temperature is at least partially above the AC1 temperature. In all of these variants, the temperature is in particular a maximum of 900°C. Overall, these temperature ranges ensure good formability of the material.
Im Arbeitsschritt c) wird der Transfer des austenitisierten Zuschnitts von der jeweils zum Einsatz kommenden Erwärmungseinrichtung zum Umformwerkzeug innerhalb von vorzugsweise höchstens 20s, insbesondere von maximal 15s absolviert. Ein derart schneller Transport ist erforderlich, um eine zu starke Abkühlung vor der Verformung zu vermeiden.In work step c), the transfer of the austenitized blank from the heating device used in each case to the forming tool is completed within preferably no more than 20 seconds, in particular no more than 15 seconds. Such rapid transport is necessary to avoid excessive cooling before deformation.
Das Werkzeug besitzt beim Einlegen des Zuschnitts typischerweise eine Temperatur zwischen Raumtemperatur (RT) und 200°C, bevorzugt zwischen 20°C und 180°C, insbesondere zwischen 50°C und 150°C. Optional kann das Werkzeug in einer besonderen Ausführungsform zumindest bereichsweise auf eine Temperatur Twz von mindestens 200°C, insbesondere mindestens 300°C temperiert sein, um das Bauteil nur partiell zu härten. Weiterhin beträgt die Werkzeugtemperatur Twz bevorzugt maximal 600°C, insbesondere maximal 550°C. Es ist lediglich sicherzustellen, dass die Werkzeugtemperatur Twz unterhalb der gewünschten Zieltemperatur TZiel liegt. Die Verweilzeit im Werkzeug twz beträgt bevorzugt mindestens 2s, insbesondere mindestens 3s, besonders bevorzugt mindestens 5s. Maximal beträgt die Verweilzeit im Werkzeug bevorzugt 25s, insbesondere maximal 20s.When inserting the blank, the tool typically has a temperature between room temperature (RT) and 200°C, preferably between 20°C and 180°C, in particular between 50°C and 150°C. In a special embodiment, the tool can optionally be tempered at least in regions to a temperature Twz of at least 200° C., in particular at least 300° C., in order to only partially harden the component. Furthermore, the tool temperature Twz is preferably at most 600°C, in particular at most 550°C. It is only necessary to ensure that the tool temperature Twz is below the desired target temperature T target . The residence time in the tool twz is preferably at least 2s, in particular at least 3s, particularly preferably at least 5s. The maximum residence time in the tool is preferably 25 s, in particular a maximum of 20 s.
Die Zieltemperatur TZiel des Blechformteils liegt zumindest teilweise unterhalb 400°C, bevorzugt unterhalb 300°C, insbesondere unterhalb von 250°C, bevorzugt unterhalb von 200°C, besonders bevorzugt unterhalb von 180°C, insbesondere unterhalb von 150°C. Alternativ liegt die Zieltemperatur TZiel des Blechformteils besonders bevorzugt unter Ms-50°C, wobei Ms die Martensitstarttemperatur bezeichnet. Weiterhin beträgt die Zieltemperatur des Blechformteils bevorzugt mindestens 20°C, besonders bevorzugt mindestens 50°C.The target temperature T target of the sheet metal part is at least partially below 400°C, preferably below 300°C, in particular below 250°C, preferably below 200°C, particularly preferably below 180°C, in particular below 150°C. Alternatively, the target temperature T target of the shaped sheet metal part is particularly preferably below Ms−50° C., with Ms denoting the martensite start temperature. Furthermore, the target temperature of the sheet metal part is preferably at least 20°C, particularly preferably at least 50°C.
Die Martensitstarttemperatur eines im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorgaben liegenden Stahls ist gemäß der Formel:
Die AC1-Temperatur und die AC3-Temperatur eines im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorgaben liegenden Stahls ist gemäß den Formeln:
Im Werkzeug wird der Zuschnitt somit nicht nur zu dem Blechformteil geformt, sondern gleichzeitig auch auf die Zieltemperatur abgeschreckt. Die Abkühlrate im Werkzeuge rwz auf die Zieltemperatur beträgt insbesondere mindestens 20 K/s, bevorzugt mindestens 30 K/s, insbesondere mindestens 50 K/s, besonders bevorzugt mindestens 100 K/s.In the tool, the blank is not only formed into the shaped sheet metal part, but is also quenched to the target temperature at the same time. The cooling rate in the tool rwz to the target temperature is in particular at least 20 K/s, preferably at least 30 K/s, in particular at least 50 K/s, particularly preferably at least 100 K/s.
Nach dem Entnehmen des Blechformteils in Schritt e) erfolgt ein Abkühlen des Blechformteils auf eine Abkühltemperatur TAB von weniger als 50°C innerhalb einer Abkühldauer tAB von 0,5 bis 600s. Dies geschieht im Regelfall durch eine Luftabkühlung.After the sheet metal part has been removed in step e), the sheet metal part is cooled to a cooling temperature T AB of less than 50° C. within a cooling time t AB of 0.5 to 600 s. This is usually done by air cooling.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments.
Die Figuren zeigen:
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1a eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme einer Aufsicht auf eine Absorptionschicht in einer ersten Auflösung; -
1b eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme einer Aufsicht auf eine Absorptionsschicht in einer zweiten Auflösung; -
2 den Reflexionsgrad R(k) als Funktion der Wellenzahl k für die Versuche 1-6.
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1a a scanning electron micrograph of a top view of an absorption layer in a first resolution; -
1b a scanning electron micrograph of a top view of an absorption layer in a second resolution; -
2 the reflectance R(k) as a function of the wave number k for experiments 1-6.
Zum Nachweis der Wirkung der Erfindung wurden mehrere Versuche durchgeführt. Dazu wurden Stahlzuschnitte mit einer Stahlzusammensetzung gemäß Tabelle 1 mittels Schmelztauchbeschichten mit einem Korrosionsschutzüberzug auf Al-Basis beschichtet. Die Schmelzenanalyse ist in Tabelle 2 angegeben. Der sich ergebende Korrosionsschutzüberzug wies jeweils eine Al-Basisschicht auf, deren Zusammensetzung der Schmelzenanalyse entspricht. Die einseitige Dicke des Korrosionsschutzüberzuges ist ebenfalls in Tabelle 2 aufgeführt. Die so bereitgestellten Stahlzuschnitte wurden mit einer Lithiumcarbonat umfassenden wässrigen Lösung behandelt, um eine Absorptionsschicht auf dem Korrosionsschutzüberzug zu erzeugen. Die Lösung enthielt dabei 13g/L Li2CO3 (gesättigte Lösung) und 2g/L LiOH. Der pH-Wert der Lösung betrug 12. Dabei wurden die Stahlzuschnitte in die wässrige Lösung für eine Tauchzeit eingetaucht. In Tabelle 3 sind die Details der Behandlungsmethode jeweils angegeben. Dies sind die Aufbringmethode, der pH-Wert der wässrigen Lösung, die Tauchzeit und die Temperatur der Stahlzuschnitte während der Behandlung. Die sich hieraus ergebenden Eigenschaften sind in Tabelle 2 aufgeführt. Dies sind das Auflagengewicht der Absorptionsschicht und der mittlere Reflexionsgrad im Infrarotbereich.Several tests were carried out to demonstrate the effect of the invention. For this purpose, steel blanks with a steel composition according to Table 1 were coated with an Al-based anti-corrosion coating by means of hot-dip coating. Ladle analysis is given in Table 2. The resulting anti-corrosion coating in each case had an Al base layer whose composition corresponds to the melt analysis. The one-sided thickness of the anti-corrosion coating is also listed in Table 2. The steel blanks thus provided were treated with an aqueous solution comprising lithium carbonate to produce an absorption layer on the anti-corrosion coating. The solution contained 13 g/L Li 2 CO 3 (saturated solution) and 2 g/L LiOH. The pH of the solution was 12. The steel blanks were immersed in the aqueous solution for an immersion time. Table 3 shows the details of each treatment method. These are the application method, the pH of the aqueous solution, the immersion time and the temperature of the steel blanks during treatment. The resulting properties are listed in Table 2. These are the coating weight of the absorption layer and the average reflectance in the infrared range.
Die so erzeugten Stahlzuschnitte sind anschließend mittels Warmumformen zu einem Blechformteil verarbeitet worden. Dazu sind die Zuschnitte in einem Rollenherdofen von Raumtemperatur mit einer mittleren Aufheizrate rOfen (zwischen 30°C und 700°C) mit einer Ofentemperatur von 920°C erwärmt worden. Die mittlere Aufheizrate und die mittlere Aufheizung sind in Tabelle 2 angegeben. Deutlich ist zu erkennen, dass die mittlere Aufheizung in allen erfindungsgemäßen Fällen mehr als 15 Kmm/s betrug.The steel blanks produced in this way were then processed into a shaped sheet metal part by means of hot forming. For this purpose, the blanks were heated in a roller hearth furnace from room temperature with an average heating rate r furnace (between 30°C and 700°C) with a furnace temperature of 920°C. The mean heating rate and the mean heating are given in Table 2. It can be clearly seen that the average heating was more than 15 km/s in all cases according to the invention.
Anschließend sind die Zuschnitte in konventioneller Weise weiterverarbeitet worden. Hierzu sind die Zuschnitte aus dem Rollenherdofen entnommen und in ein Umformwerkzeug eingelegt worden. Beim Entnehmen aus dem Ofen hatten die Zuschnitte die Ofentemperatur angenommen. Die sich aus der für das Entnehmen aus der Erwärmungseinrichtung, den Transport zum Werkzeug und das Einlegen ins Werkzeug zusammensetzende Transferzeit lag bei ca 10s. Die Temperatur der Zuschnitte beim Einlegen in das Umformwerkzeug lag in allen Fällen oberhalb der jeweiligen AC1-Temperatur und damit auch oberhalb von Ms+100°C. Im auf Raumtemperatur temperierten Umformwerkzeug sind die Zuschnitte zum jeweiligen Blechformteil umgeformt worden, wobei die Blechformteile im Werkzeug mit einer Abkühlgeschwindigkeit von ca. 50 K/s für ca. 15s abgekühlt wurden. Abschließend sind die Proben aus dem Werkzeug entnommen worden und auf Raumtemperatur abgekühlt worden. Die Abkühlung erfolgte dabei an ruhender Luft mit einer Abkühlrate von 7 K/s. Tabelle 1 (Stahlsorten)
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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