DE102021201845A1 - Process for the production of a hot-formed and press-hardened sheet steel component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils (1) aus einem noch ungehärteten, aus einer vergütbaren Warmumformlegierung hergestellten Stahlsubstrat-Band (3). Erfindungsgemäß erfolgt im Wärmebehandlungsschritt des Verfahrens eine gezielte Randschichtenentkohlung, bei der das Stahlblechbauteil mit oberflächennahen weichen Gefügeschichten (21) und einer harten Kernschicht (23) ausgebildet wird.The invention relates to a method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel component (1) from a still unhardened steel substrate strip (3) made from a heat-treatable hot-forming alloy. According to the invention, a targeted decarburization of the surface layers takes place in the heat treatment step of the method, in which the sheet steel component is formed with soft structural layers (21) near the surface and a hard core layer (23).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Stahlblechbauteil gemäß Anspruch 10.The invention relates to a method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel component according to the preamble of claim 1 and a sheet steel component according to claim 10.
In einem gattungsgemäßen Verfahren wird ein warmumgeformtes und pressgehärtetes Stahlblechbauteil aus einem noch ungehärteten, aus einer vergütbaren Warmumformlegierung hergestellten Stahlsubstrat-Band gefertigt. In dem Verfahren wird in einem Beschichtungsprozess das Stahlsubstrat-Band mit einer Zunderschutzschicht beschichtet. Anschließend erfolgt ein Platinenschnitt, in dem das beschichtete Stahlsubstrat-Band zu einer Formplatine zugeschnitten wird. Der folgende Warmumformprozess ist unterteilt in einen Wärmebehandlungsschritt und in einem Umformschritt. Im Wärmebehandlungsschritt wird die Formplatine bis auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur erwärmt. Im anschließenden Umformschritt wird die Formplatine im Heißzustand in ein Umformwerkzeug eingelegt und darin warmumgeformt sowie pressgehärtet, wodurch sich das Stahlblechbauteil bildet.In a generic method, a hot-formed and press-hardened sheet steel component is manufactured from a steel substrate strip that is not yet hardened and is made of a heat-treatable hot-forming alloy. In the process, the steel substrate strip is coated with an anti-scale layer in a coating process. This is followed by a blank cut, in which the coated steel substrate strip is cut to form a blank. The subsequent hot forming process is divided into a heat treatment step and a forming step. In the heat treatment step, the blank is heated above the material-specific austenitization temperature. In the subsequent forming step, the hot blank is placed in a forming tool and hot-formed and press-hardened there, resulting in the sheet steel component being formed.
Je nach eingesetzter Warmumformlegierung können solche warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteile eine gesteigerte Zugfestigkeit im gehärteten Zustand im Bereich von zum Beispiel 1900 MPa aufweisen, die mit einer entsprechend reduzierten Duktilität einhergeht. Dementsprechend liegt der Biegewinkel des Stahlblechbauteils auf relativ geringem Niveau, zum Beispiel bei 45° bis 50° für Warmumformstahl mit einer Zugfestigkeit im gehärteten Zustand von 1900 MPa. Der Biegewinkel ist für crashrelevante Bauteile eine entscheidende Größe. Diese gibt unter anderem an, wie viel kinetische Energie im Crashfall vom Stahlblechbauteil aufgenommen wird, bevor ein Bauteilversagen durch Sprödbruch eintritt. Der Biegewinkel wird in einem Plättchen-Biegeversuch gemäß VDA 238-100 ermittelt, und zwar mit dem Ziel, Rückschlüsse auf das Verformungsverhalten und die Anfälligkeit gegenüber Versagen von metallischen Werkstoffen bei Umformprozessen mit dominanten Biegeanteilen oder bei Crashbelastungen zu erhalten.Depending on the hot-forming alloy used, such hot-formed and press-hardened sheet steel components can have an increased tensile strength in the hardened state, for example in the range of 1900 MPa, which is associated with a correspondingly reduced ductility. Accordingly, the bending angle of the sheet steel component is at a relatively low level, for example at 45° to 50° for hot-forming steel with a tensile strength in the hardened state of 1900 MPa. The bending angle is a crucial variable for crash-relevant components. Among other things, this indicates how much kinetic energy is absorbed by the sheet steel component in the event of a crash before the component fails due to brittle fracture. The bending angle is determined in a plate bending test according to VDA 238-100 with the aim of drawing conclusions about the deformation behavior and the susceptibility to failure of metallic materials in forming processes with dominant bending components or in the event of crash loads.
Bei Einsatz von beschichtetem Warmumformmaterial (zum Beispiel AISi oder ZnFe-beschichtet) besteht aktuell keine anwendbare Lösung, um den Biegewinkel des Stahlblechbauteils signifikant zu erhöhen.When using coated hot-forming material (e.g. AISi or ZnFe-coated), there is currently no applicable solution to significantly increase the bending angle of the sheet steel component.
Bei Einsatz von unbeschichtetem Warmumformmaterial besteht dagegen die Möglichkeit, über eine Randschichtenentkohlung und über die Steuerung der Ofenatmosphäre (sowie Prozesstemperatur sowie -zeit) den Biegewinkel zu erhöhen. Dies basiert darauf, dass oberflächennah weichere Gefügeschichten (zum Beispiel ferritische oder perlitische Gefügebestandteile) entstehen, die einem spröden Bauteilversagen und einer oberflächennahen Rissinitiierung entgegenwirken. In diesem Fall bildet sich jedoch Zunder auf der Bauteiloberfläche, der die Tribologie im Umformwerkzeug signifikant verschlechtert. Zudem ist der Werkzeugverschleiß in Abhängigkeit von der Zunderbildung erhöht. Im Warmumformprozess verändert sich der Reibwert sukzessive mit dem Grad der Werkzeugverschmutzung, so dass ein regelmäßiges und aufwendiges Reinigen des Umformwerkzeugs notwendig ist.When using uncoated hot forming material, on the other hand, there is the possibility of increasing the bending angle by decarburizing the surface layer and by controlling the furnace atmosphere (as well as the process temperature and time). This is based on the fact that softer microstructure layers (e.g. ferritic or pearlitic microstructure components) are formed near the surface, which counteract brittle component failure and crack initiation near the surface. In this case, however, scale forms on the component surface, which significantly worsens the tribology in the forming tool. In addition, tool wear is increased as a function of scale formation. In the hot forming process, the coefficient of friction changes gradually with the degree of tool contamination, so that regular and time-consuming cleaning of the forming tool is necessary.
Zudem besteht bei beschichtetem Warmumformmaterial die folgende Problematik: Herkömmlicherweise ist eine AlSi-Schicht mit einer vergleichsweise großen Schichtdicke von 20 bis 30 µm als Zunderschutzschicht auf das Warmumformmaterial aufgetragen. Dadurch ist vorteilhaft der Werkzeugverschleiß im Warmumformprozess reduziert. Allerdings wirkt die AlSi-Schicht als eine Wasserstoffbarriere, deren Sperrwirkung temperaturabhängig ist. Das heißt bei Raumtemperatur ist die Sperrwirkung erhöht, bei hohen Prozesstemperaturen im Wärmebehandlungsschritt ist die Sperrwirkung reduziert. Aufgrund der Wasserstoff-Sperrwirkung der AlSi-Schicht ist nach dem Wärmebehandlungsschritt eine Wasserstoff-Effusion beeinträchtigt, bei der der Anteil von in das Warmumformmaterial eingetragenem Wasserstoff reduziert werden soll. Dieser Umstand führt insbesondere bei hoch- oder höchstfesten Stählen (etwa Vergütungsstahl, insbesondere 34MnB5, mit einer Zugfestigkeit im gehärteten Zustand von >1700 MPa) zu einer wasserstoffinduzierten Rissbildung. Vor diesem Hintergrund wird zum Beispiel ein solcher Vergütungsstahl in der Regel unbeschichtet im Warmumformprozess eingesetzt, um eine solche wasserstoffinduzierte Rissbildung zu vermeiden.In addition, there is the following problem with coated hot-forming material: conventionally, an AlSi layer with a comparatively large layer thickness of 20 to 30 μm is applied to the hot-forming material as an anti-scale layer. This advantageously reduces tool wear in the hot forming process. However, the AlSi layer acts as a hydrogen barrier, the blocking effect of which is temperature-dependent. This means that the blocking effect is increased at room temperature, while the blocking effect is reduced at high process temperatures in the heat treatment step. Due to the hydrogen barrier effect of the AlSi layer, hydrogen effusion is impaired after the heat treatment step, in which case the proportion of hydrogen introduced into the hot-forming material is intended to be reduced. This circumstance leads to hydrogen-induced cracking, particularly in the case of high-strength or ultra-high-strength steels (e.g. tempered steel, in particular 34MnB5, with a tensile strength in the hardened state of >1700 MPa). Against this background, for example, such a tempered steel is usually used uncoated in the hot forming process in order to avoid such hydrogen-induced cracking.
Aus der
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils bereitzustellen, das insbesondere einerseits eine hohe Zugfestigkeit im gehärteten Zustand aufweist und andererseits einen im Vergleich zum Stand der Technik erhöhten Biegewinkel im Umformprozess ermöglicht.The object of the invention is to provide a method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel component which, on the one hand, has high tensile strength in the hardened state and, on the other hand, enables an increased bending angle in the forming process compared to the prior art.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder des Anspruches 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is achieved by the features of claim 1 or claim 10. Preferred developments of the invention are disclosed in the dependent claims.
Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils aus, das aus einem noch ungehärteten, aus einer vergütbaren Warmumformlegierung hergestellten Stahlsubstrat-Band gefertigt wird. Vor dem Warmumformprozess wird das Stahlsubstrat-Band einem Beschichtungsprozess unterworfen, in dem das Stahlsubstrat-Band mit einer Zunderschutzschicht beschichtet wird.The invention is based on a method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel component, which is manufactured from a steel substrate strip that is not yet hardened and is made of a heat-treatable hot-forming alloy. Before the hot forming process, the steel substrate strip is subjected to a coating process in which the steel substrate strip is coated with an anti-scale layer.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 erfolgt im Wärmebehandlungsschritt während des Warmumformprozesses eine gezielte Randschichtenentkohlung, bei der das Stahlblechbauteil mit oberflächennahen weichen Gefügeschichten, etwa Ferrit oder Perlit, und einer harten Kernschicht, etwa Martensit, ausgebildet wird. Das erfindungsgemäße Stahlblechbauteil weist also beidseitig eine oberflächennahe weichere Gefügestruktur mit einer Zunahme harter Bestandteile in Richtung Blechmitte oder -kern auf.According to the characterizing part of claim 1 takes place in the heat treatment step during the hot forming process a targeted surface layer decarburization, in which the sheet steel component is formed with near-surface soft microstructure layers, such as ferrite or pearlite, and a hard core layer, such as martensite. The sheet steel component according to the invention therefore has a softer microstructure near the surface on both sides with an increase in hard components in the direction of the center or core of the sheet.
Im Stahlblechbauteil nimmt, in Blechdickenrichtung betrachtet, der Anteil ferritischer und perlitischer Gefügebestandteile in Richtung Oberfläche zu beziehungsweise der Anteil martensitischer Gefügestruktur in Richtung Substratoberfläche ab, wodurch sich die oberflächennahen Gefügeschichten sowie die harte Kernschicht bildet.In the sheet steel component, viewed in the sheet thickness direction, the proportion of ferritic and pearlitic microstructure components increases towards the surface and the proportion of martensitic microstructure decreases towards the substrate surface, resulting in the formation of the microstructure layers close to the surface and the hard core layer.
Bei der Warmumformung einer erfindungsgemäß beschichteten Werkstoffgüte kann eine gezielte Randschichtentkohlung und Biegewinkelerhöhung mit stark reduzierter Zunderbildung erreicht werden, und zwar im Vergleich zur Warmumformung eines unbeschichteten Vergütungsstahls. Dies birgt die Vorteile, dass, im Vergleich zur Warmumformung einer unbeschichteten Werkstoffgüte, komplexe Bauteile hergestellt werden können (konstanter Reibwert und Prozessparameter) sowie ein deutlich geringerer Werkzeugverschleiß vorliegt (dies liegt an der Verminderung der Zunderbildung).During the hot forming of a material grade coated according to the invention, a targeted decarburization of the surface layer and an increase in the bending angle can be achieved with greatly reduced scale formation, compared to the hot forming of an uncoated heat-treated steel. This has the advantage that, compared to hot forming of an uncoated material quality, complex components can be manufactured (constant coefficient of friction and process parameters) and there is significantly less tool wear (this is due to the reduction in scale formation).
Das erfindungsgemäße Verfahren kann die folgenden Prozessschritte aufweisen:
- - Bereitstellen eines Stahlsubstrat-Bands als ein Coil einer vergütbaren Warmumformlegierung, zum Beispiel Vergütungsstahl, insbesondere 34MnB5, mit einer Zugfestigkeit im gehärteten Zustand von >1700 MPa, oder alternativ einer warmgewalzten Werkstoffgüte (HotRolled);
- - Optional ist ein Weichglühen/Anlassen des Stahlsubstrat-Bands notwendig/möglich;
- - Abhaspeln des zu einem Coil gewickelten Stahlsubstrat-Bands sowie anschließendes Beschichten (insbesondere Bandbeschichten) des Stahlsubstrat-Bands mit einer Al-haltigen Zunderschutzbeschichtung, insbesondere eines Lacks mit Zunderschutzpartikeln in einer anorganischen Matrix; alternativ kann ein dünner Auftrag einer Schmelztauchschicht und/oder ein Abscheiden aus der Gasphase auf das Stahlsubstrat-Band erfolgen. Hierbei werden ebenfalls primär AI- und Zn-haltige Schichten aufgetragen;
- - Optional (wenn notwendig) kann ein Einbrennen des Zunderschutzlacks oder der Beschichtung erfolgen;
- - Bereitstellen des beschichteten Coils an einen Platinenschnitt (ein Laserschnitt ist ebenfalls denkbar);
- - Bereitstellen der Formplatinen an eine Warmumformlinie; Erwärmung erfolgt in der Regel im Rollenherdofen. Alternativ ist auch eine Schnellerwärmung insbesondere bei dünnen Schichten durchführbar. Dies kann induktiv, konduktiv oder über Kontakt durchgeführt werden. Insbesondere kann der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre sowie der Taupunkt gezielt reguliert werden, um das oberflächennahe Gefüge zu beeinflussen. Auch die Durchlaufzeit und die Erwärmungstemperatur kann bewusst reguliert werden (das heißt eine längere Zeitdauer sowie eine höhere Temperatur erhöhen in der Regel den Grad der Randschichtentkohlung).
- - Providing a steel substrate strip as a coil of a heat-treatable hot-forming alloy, for example heat-treatable steel, in particular 34MnB5, with a tensile strength in the hardened state of >1700 MPa, or alternatively a hot-rolled material grade (HotRolled);
- - Optionally, soft annealing/tempering of the steel substrate strip is necessary/possible;
- - Uncoiling the steel substrate strip wound into a coil and subsequent coating (in particular strip coating) of the steel substrate strip with an Al-containing anti-scale coating, in particular a paint with anti-scale particles in an inorganic matrix; alternatively, a thin application of a hot dip layer and/or vapor deposition onto the steel substrate strip can take place. In this case, layers containing primarily Al and Zn are also applied;
- - Optionally (if necessary) the anti-scale paint or the coating can be baked;
- - Providing the coated coils to a blank cut (a laser cut is also conceivable);
- - Providing the blanks to a hot forming line; Heating usually takes place in a roller hearth furnace. Alternatively, rapid heating can also be carried out, particularly in the case of thin layers. This can be done inductively, conductively or by contact. In particular, the oxygen content in the atmosphere and the dew point can be specifically regulated in order to influence the near-surface structure. The throughput time and the heating temperature can also be deliberately regulated (i.e. a longer period of time and a higher temperature usually increase the degree of surface layer decarburization).
Bevorzugte Prozessparameter im Wärmebehandlungsschritt sind: Erwärmungstemperatur der Platine: 850-950°C; Ofenverweilzeit/Erwärmungszeit: Bei Erwärmung im Rollenherdofen liegen die Mindestofenverweilzeiten zw. 100s - 300s (bei Blechdicken zwischen 1,0 und 3,0 mm). Die maximale Ofenverweilzeit orientiert sich primär an der gewünschten Randschichtenentkohlung. Bei Schnellerwärmung sind signifikant geringere Ofenverweilzeiten beziehungsweise Erwärmungsanlagen-Verweilzeiten denkbar. Auch ist eine kombinierte Erwärmung, zum Beispiel induktiv und Rollenherdofen, durchführbar. Die Ofenatmosphäre ist in der Regel Standardatmosphäre mit einer Taupunktregelung über trockene Lufteinspeisung. Zudem ist eine Teilzugabe reduzierender Gase denkbar. Eine vollständige Schutzgasatmosphäre N2 + NH4 (wie im Fall einer unbeschichteten Warmumformung) wird nicht benötigt beziehungsweise angestrebt. Im Vergleich zu einer herkömmlichen AISi-Beschichtung wird keine zusätzliche Diffusionszeit (zur Ausbildung der Schicht) benötigt. Daher erwärmt sich das erfindungsgemäß beschichtete Blech signifikant schneller.Preferred process parameters in the heat treatment step are: heating temperature of the board: 850-950°C; Oven residence time/heating time: When heating in a roller hearth furnace, the minimum furnace residence times are between 100s and 300s (for sheet thicknesses between 1.0 and 3.0 mm). The maximum furnace dwell time is primarily based on the desired surface layer decarburization. In the case of rapid heating, significantly lower residence times in the oven or residence times in the heating system are conceivable. Combined heating, for example inductive and roller hearth furnaces, can also be carried out. Furnace atmosphere is typically standard atmosphere with dew point control via dry air injection. In addition, a partial addition of reducing gases is conceivable. A complete protective gas atmosphere N2 + NH4 (as in the case of uncoated hot forming) is not required or sought. Compared to a conventional AISi coating, no additional diffusion time (to form the layer) is required. The sheet metal coated according to the invention therefore heats up significantly faster.
Die Dicke (gemessen über die Blechdicke) der entkohlten Randschicht, das heißt der weichen Gefügeschicht, wird auf kleiner 0,15 mm und/oder maximal 10% der Blechdicke (je Seite der Beschichtung) begrenzt. Die Dicke der Randschicht wird mittels Härtemessung bestimmt und verläuft bis zu der Kerntiefe, bei der eine normgemäße Martensithärte erreicht ist. Für Vergütungsstahl, insbesondere 34MnB5, mit einer Zugfestigkeit im gehärteten Zustand von 1900 MPa. liegt beispielsweise die Normhärte zwischen 520 und 640 HV10.The thickness (measured across the sheet thickness) of the decarburized surface layer, i.e. the soft structural layer, is reduced to less than 0.15 mm and/or a maximum of 10% of the sheet thickness (per side of the coating tion) limited. The thickness of the surface layer is determined by hardness measurement and runs down to the core depth at which a standardized martensite hardness is reached. For tempering steel, especially 34MnB5, with a tensile strength in the hardened condition of 1900 MPa. For example, the standard hardness is between 520 and 640 HV10.
Das erfindungsgemäße Stahlblechbauteil (zum Beispiel aus Vergütungsstahl, insbesondere 34MnB5, mit einer Zugfestigkeit im gehärteten Zustand von >1700 MPa) mit Zunderschutzbeschichtung weist einen Biegewinkel größer 55° auf. Eine Biegewinkelerhöhung größer 10% ist damit im Vergleich zu einer, über die gesamte Blechdicke vollharten, das heißt primär martensitischen Gefügestruktur (zum Beispiel einem unbeschichteten und warmumgeformten CR1900-Warmumfommaterial) möglich.The sheet steel component according to the invention (for example made of heat-treated steel, in particular 34MnB5, with a tensile strength in the hardened state of >1700 MPa) with an anti-scale coating has a bending angle greater than 55°. A bending angle increase of more than 10% is possible compared to a fully hard, i.e. primarily martensitic microstructure (e.g. an uncoated and hot-formed CR1900 hot-forming material) over the entire sheet thickness.
Das erfindungsgemäße Stahlblechbauteil kann in einer Fahrzeugkarosserie verbaut werden, entweder vollständig gestrahlt und/oder mit verbleibender Zunderschutzbeschichtung (diese ist in der Regel phosphatierbar). Auch ist eine Anwendung für TWB, sowie Patchplatinen und TRB denkbar. Auch hier gibt es die Vorteile des erhöhten Biegewinkels aufgrund einer bewusst eingestellten duktilen Randphase. Auch ein Tailored-Tempering der Platinen ist denkbar, wobei mindestens ein Bauteilbereich eine bewusste Gefügeeinstellung duktilerer Phasen erfährt.The sheet steel component according to the invention can be installed in a vehicle body, either completely blasted and/or with a remaining anti-scale coating (this can generally be phosphated). An application for TWB, as well as patch boards and TRB is also conceivable. Here, too, there are the advantages of the increased bending angle due to a deliberately adjusted ductile edge phase. Tailored tempering of the blanks is also conceivable, with at least one component area undergoing a deliberate microstructure adjustment of more ductile phases.
Nachfolgend werden Aspekte der Erfindung nochmals im Einzelnen hervorgehoben: So kann im Beschichtungsprozess als Zunderschutzschicht eine Al-haltige und/oder eine Zn-haltige Dünnschicht auf das Stahlsubstrat-Band aufgetragen werden. Die Schichtdicke der Zunderschutzschicht kann bevorzugt kleiner als 5 µm sein und insbesondere in einem Bereich von 1 bis 3 µm liegen. Dadurch kann einerseits eine Zunderbildung, im Vergleich zur Warmumformung eines unbeschichteten Vergütungsstahls, stark reduziert werden und andererseits trotzdem eine gezielte Randschichtenentkohlung im Wärmebehandlungsschritt erfolgen. Die erfindungsgemäße Al-haltige und/oder eine Zn-haltige Dünnschicht lässt im Vergleich zu einer konventionellen, als Dickschicht (Schichtdicke zwischen 20 und 30 µm) aufgetragenen AISi- oder ZnFe-Zunderschutzschicht die Randschichtenentkohlung im Beschichtungsprozess) verstärkt zu.Aspects of the invention are highlighted again in detail below: In the coating process, a thin layer containing Al and/or a thin layer containing Zn can be applied to the steel substrate strip as an anti-scale layer. The layer thickness of the anti-scale layer can preferably be less than 5 μm and in particular be in a range from 1 to 3 μm. As a result, on the one hand scale formation can be greatly reduced compared to hot forming of uncoated heat-treated steel, and on the other hand targeted surface layer decarburization can still take place in the heat treatment step. Compared to a conventional AISi or ZnFe anti-scale layer applied as a thick layer (layer thickness between 20 and 30 μm), the Al-containing and/or Zn-containing thin layer according to the invention allows increased surface layer decarburization in the coating process.
Durch die erfindungsgemäße Randschichtenentkohlung wird die Zugfestigkeit des Stahlblechbauteils lokal reduziert und entsprechend dessen Duktilität erhöht. Auf diese Weise wird der im Plättchen-Biegeversuch nach VDA238-100 ermittelbare Biegewinkel des Stahlblechbauteils gesteigert, und zwar im Vergleich zu einer, über die gesamte Blechdicke vollharten, das heißt primär martensitischen Gefügestruktur. Die Biegewinkelerhöhung liegt im Vergleich zu einem herkömmlichen, warmumgeformten sowie pressgehärteten Stahlblechbauteil, das aus einem unbeschichteten oder schmelztauchveredeltem Stahlsubstrat-Band gleicher Warmumformlegierung hergestellt ist, bei größer 10%. Bevorzugt kann jede der randseitigen oberflächennahen Gefügeschichten eine Materialdicke von kleiner als 0,15 mm aufweisen. Alternativ dazu kann die jeweilige Gefügeschichtdicke bis maximal 10% der Blechdicke sein.The surface layer decarburization according to the invention reduces the tensile strength of the sheet steel component locally and increases its ductility accordingly. In this way, the bending angle of the sheet steel component that can be determined in the platelet bending test according to VDA238-100 is increased, compared to a microstructure that is fully hard, i.e. primarily martensitic, over the entire sheet thickness. The increase in the bending angle is greater than 10% compared to a conventional, hot-formed and press-hardened sheet steel component made from an uncoated or hot-dip-coated steel substrate strip of the same hot-forming alloy. Each of the structural layers close to the surface at the edge can preferably have a material thickness of less than 0.15 mm. As an alternative to this, the respective microstructure layer thickness can be up to a maximum of 10% of the sheet metal thickness.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders bevorzugt anwendbar auf einen hochfesten oder höherfesten Stahl, insbesondere Vergütungsstahl, insbesondere 34MnB5, mit einer Zugfestigkeit im gehärteten Zustand von >1700 MPa.The method according to the invention can be applied particularly preferably to a high-strength or higher-strength steel, in particular heat-treated steel, in particular 34MnB5, with a tensile strength in the hardened state of >1700 MPa.
Zur Regulierung der Randschichtenentkohlung können die blechdickenabhängigen Prozessparameter im Wärmebehandlungsschritt wie folgt bemessen sein: So kann die Erwärmungstemperatur der Formplatine beispielhaft bei 850°C bis 950°C liegen. Die Mindestverweildauer der Formplatine in der Wärmebehandlungseinrichtung kann beispielhaft 100s und 300s liegen, und zwar bei einer Blechdicke im Bereich von 1,0 mm bis 3,0 mm. Unter Umständen können auch höhere Ofenverweilzeiten gewählt werden.To regulate the surface layer decarburization, the sheet thickness-dependent process parameters in the heat treatment step can be dimensioned as follows: The heating temperature of the blank can be 850°C to 950°C, for example. The minimum dwell time of the shaped blank in the heat treatment device can be 100 s and 300 s, for example, with a sheet metal thickness in the range of 1.0 mm to 3.0 mm. Under certain circumstances, longer oven residence times can also be selected.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die im Vergleich zu einer herkömmlichen, als Dickschicht (Schichtdicke zwischen 20 und 30 µm) aufgetragenen AISi- oder ZnFe-Zunderschutzschicht dünne Zunderschutzschicht in einem Coil-Coating-Prozess als ein Lack auf das Stahlsubstrat-Band aufgetragen wird. Bevorzugt kann der Lack aus einer anorganischen Matrix mit darin enthaltenen Zunderschutzpartikeln bestehen. Nach der Lack-Beschichtung erfolgt ein Einbrenn-Teilschritt, in dem der Lack eingebrannt wird. Im Anschluss an den Warmumformprozess kann ein zusätzlicher Strahlprozess erfolgen, in dem der Lack von dem Stahlblechbauteil abgetragen wird, um eine Schweißfähigkeit des Stahlblechbauteils zu gewährleisten.It is particularly preferred if the anti-scale layer, which is thin compared to a conventional AISi or ZnFe anti-scale layer applied as a thick layer (layer thickness between 20 and 30 μm), is applied to the steel substrate strip as a paint in a coil coating process. The paint can preferably consist of an inorganic matrix containing anti-scale particles. After the paint coating, there is a partial baking step in which the paint is baked. Following the hot forming process, an additional blasting process can take place, in which the paint is removed from the sheet steel component in order to ensure that the sheet steel component can be welded.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying figures.
Es zeigen:
-
1 in einem Blockschaltdiagramm eine Prozesskette zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils; und -
2 und3 jeweils ein schematisches Querschliffbild des beschichteten Stahlsubstrat-Bands (2 ) und des warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils (3 ).
-
1 in a block circuit diagram, a process chain for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel component; and -
2 and3 a schematic cross-section of the coated steel substrate strip (2 ) and the hot stamped one and press-hardened sheet steel component (3 ).
In der
Das noch unbeschichtete Stahlsubstrat-Band 3 wird zunächst einem Beschichtungsprozess unterworfen, der in einer Lackier-Station I als ein Coil-Coating-Prozess realisiert ist, bei dem das Coil in einer Wickelstation abgewickelt wird und durch die Lackier-Station I gefördert wird. Die Lackier-Station I weist eine Auftrags-Einheit 5 auf, in der ein Lack beidseitig auf das Stahlsubstrat-Band 1 aufgetragen wird. Anschließend wird der Lack in einer Einbrenn-Einheit 7 eingebrannt. Der aufgetragene Lack weist bevorzugt eine anorganische Matrix mit darin enthaltenen Zunderschutzpartikeln auf.The still uncoated steel substrate strip 3 is first subjected to a coating process that is implemented in a painting station I as a coil coating process, in which the coil is unwound in a winding station and conveyed through the painting station I. The painting station I has an
In der Lackier-Station I wird das Stahlsubstrat-Band 3 beidseitig mit einer dünnen, als Zunderschutz wirkenden Lackschicht 9 beschichtet, die eine Schichtdicke dL (
Das beschichtete Stahlsubstrat-Band 3 wird in einer weiteren Wickelstation wieder zu einem Coil aufgewickelt. Das Coil mit dem beschichteten Stahlsubstrat-Band 3 wird zu einer Platinenschneidanlage II transportiert, in der ein Platinenschnitt stattfindet. Die in der Platinenschneidanlage II hergestellten Formplatinen 11 werden auf einem Platinenstapel 13 gestapelt und von dort einer Warmumformanlage zugeführt. Die Warmumformanlage weist in der
In der Wärmebehandlungseinrichtung 15 wird die Formplatine 11 bis auf über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur erwärmt und anschließend im Heißzustand in das Umformwerkzeug 17 eingelegt, in dem das Stahlblechbauteil 1 warmumgeformt und pressgehärtet wird.In the
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass sowohl die Zunderschutzschicht 9 als auch die Prozessparameter in der Wärmebehandlungseinrichtung 15 derart bemessen sind, dass im Wärmebehandlungsschritt eine gezielte Randschichtenentkohlung erfolgt, bei der das Stahlblechbauteil 1 beidseitig mit einer oberflächennahen weichen Gefügeschicht 21, etwa Ferrit oder Perlit, sowie einer harten Kernschicht 23, etwa Martensit, ausgebildet wird. Wie aus der
Das mit einem solchen Gefügeaufbau hergestellte Stahlblechbauteil 1 ermöglicht im Vergleich zu einem herkömmlichen, warmumgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteil, das aus einem unbeschichteten Stahlsubstrat-Band gleicher Warmumformlegierung hergestellt ist, in einem Plättchen-Biegeversuch gemäß VDA 238-100 eine Biegewinkelerhöhung im Bereich von größer als 10%.Compared to a conventional, hot-formed and press-hardened sheet steel component made from an uncoated steel substrate strip of the same hot-forming alloy, the sheet steel component 1 produced with such a microstructure enables a bending angle increase in the range of greater than 10 in a platelet bending test according to VDA 238-100 %.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Stahlblechbauteilsheet steel component
- 33
- Substrat-Bandsubstrate tape
- 55
- Auftrags-Einheitorder unit
- 77
- Einbrenn-Einheitburn-in unit
- 99
- Lackschichtenpaint layers
- 1111
- Formplatinemolded board
- 1313
- Stapelstack
- 1515
- Wärmebehandlungseinrichtungheat treatment facility
- 1717
- Warmumformwerkzeughot stamping tool
- 1919
- Nachbearbeitungsstationpost-processing station
- 2121
- weiche Gefügeschichtensoft texture layers
- 2323
- harte Kernschichthard core layer
- II
- Lackier-Stationpainting station
- IIII
- Platinenschneidanlageblanking line
- dLdL
- Lackschichtdickepaint film thickness
- dGdG
- Gefügeschichtdickemicrostructure thickness
- di.e
- Blechdickesheet thickness
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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