DE10350885A1 - Process to manufacture corrosion-proofed automotive frame member from flame-aluminised sheet steel - Google Patents

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Abstract

In a process to manufacture a corrosion-proofed steel component part of an automotive frame, the component is made of sheet steel and is of varying thickness. The initial sheet steel material of uniform thickness is reduced by prior art rolling and flame-aluminised, creating an inter-metallic phase. The component is cut as sheet metal from the resulting panel and is subsequently hot-pressed and hardened in the press.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines korrosionsgeschützten, warmgeformten und werkzeuggehärteten Formbauteils aus einem feueraluminierten Stahlband gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The The invention relates to a method for producing a corrosion-protected, thermoformed and tool-hardened Molded part of a hot-dip aluminized steel strip according to the preamble of claim 1.

In der Kraftfahrzeugindustrie werden vielfach Struktur- und/oder Sicherheitsteile aus hochfestem Stahl eingesetzt. Dabei ist es zum einen aus der DE 02452486 C2 bekannt, eine einem Coil entnommene Platine aus Stahl auf über AC3- Temperatur zu erwärmen, warmzuformen und im Umformwerkzeug zu härten. Durch dieses Verfahren erhält man ein Formbauteil mit guter Maßhaltigkeit und hohen Festigkeitswerten. Zum anderen müssen viele der so hergestellten Formbauteile zunächst von durch die Wärmebehandlungen entstandenen Oxidschichten gereinigt und anschließend mit einer Korrosionsschutzschicht versehen werden, um während des Kraftfahrzeugbetriebs die Dauerhaltbarkeit zu gewährleisten. Das Korrosionsschutzbeschichten warmgeformter und gehärteter Bauteile ist jedoch problematisch. Eine herkömmliche Zinkbeschichtung kann nicht vor dem Warmformen aufgebracht werden, weil ihr Schmelzpunkt deutlich unterhalb der Umformtemperatur des Stahls liegt. Eine nach dem Härten erfolgende Beschichtung darf keine Herabsetzung der eingestellten Festigkeitswerte durch einen wesentlichen Wärmeeintrag verursachen.Structural and / or safety parts made of high-strength steel are often used in the motor vehicle industry. It is on the one hand from the DE 02452486 C2 It is known to heat a sheet of steel taken from a coil to above AC 3 temperature, to thermoform it and to harden it in the forming tool. By this method, a molded component having good dimensional stability and high strength values is obtained. On the other hand, many of the molded components thus produced must first be cleaned of oxide layers formed by the heat treatments and then provided with a corrosion protection layer in order to ensure durability during motor vehicle operation. However, anti-corrosion coating of thermoformed and cured components is problematic. A conventional zinc coating can not be applied before thermoforming because its melting point is well below the forming temperature of the steel. A post-curing coating must not cause a reduction in the set strength values due to significant heat input.

Aus der EP 1 013 785 A1 ist es bekannt, ein gewalztes Stahlblech, beispielsweise aus einem borlegierten Stahl zu tauchaltieren, auch feueraluminieren genannt, und so mit einer Aluminiumbeschichtung zu versehen. Anschließend wird das beschichtete Blech auf über 700° C erwärmt und warm tiefgezogen. Die Aluminiumschicht bildet dabei mit dem darunter liegenden Stahl eine sogenannte intermetallische Phase aus, wodurch der Schmelzpunkt der Beschichtung derart ansteigt, dass sie das Warmformverfahren übersteht. Die Beschichtung schützt den Stahl so während des Warmformens vor einer Oxidation und Entkohlung. Im Anschluß an den Warmform vorgang wird das Formbauteil mit einer Geschwindigkeit abgekühlt, die über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegt, um hohe mechanische Härteeigenschaften des Stahls und eine hohe Oberflächenhärte des Überzugs zu erzielen. Der Überzug schützt das fertige Formbauteil vor Korrosion. Eine zusätzliche Korrosionsschutzschicht ist nicht mehr nötig. Das beschriebene beschichtete Band wird von der Firma Arcelor auch unter der Bezeichnung Usibor 1500P verkauft.From the EP 1 013 785 A1 It is known to dip a rolled steel sheet, for example made of a boron-alloyed steel, also called fire aluminizing, and so provided with an aluminum coating. Subsequently, the coated sheet is heated to over 700 ° C and deep drawn hot. The aluminum layer forms with the underlying steel a so-called intermetallic phase, whereby the melting point of the coating increases so that it survives the thermoforming process. The coating thus protects the steel from oxidation and decarburization during thermoforming. Following the thermoforming process, the mold component is cooled at a rate above the critical cure speed to achieve high mechanical hardness properties of the steel and high surface hardness of the coating. The coating protects the finished molded component from corrosion. An additional corrosion protection layer is no longer necessary. The coated tape described is also sold by Arcelor under the designation Usibor 1500P.

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass sich die intermetallische Phase zwischen der Beschichtung und dem borlegierten Stahl bereits durch den Wärmeeintrag beim Tauchaltieren oder Feueraluminieren bildet. Die intermetallische Phase liegt daher bereits in dem beschichteten Band vor dem eigentlichen Warmformvorgang vor. Die intermetallische Phase ist jedoch so spröde, dass sie bei jedem Kaltformen reißt. Das beschichtete Band ist daher nur noch warmverformbar, sonst ist der Korrosionsschutz gefährdet und im fertigen Formbauteil nicht mehr genügend gegeben. Bereits die DE-PS 1 252 034 stellt im übrigen fest, dass ein feueraluminierter Überzug sich zwar warmformen lässt, aber die Kaltformung schlecht aushält.It However, it has been found that the intermetallic phase between the coating and the boron-alloyed steel already through the heat input when diving or fire aluminizing forms. The intermetallic Phase is therefore already in the coated tape before the actual Thermoforming process before. However, the intermetallic phase is so brittle that she breaks with every cold forming. The coated tape is therefore only thermoformable, otherwise the corrosion protection is at risk and not given enough in the finished molded component. Already the DE-PS 1 252 034 represents otherwise notes that a hot-dip coated coating will thermoform leaves, but the cold forming badly endures.

Ein kalt Vorformen ist jedoch häufig eine notwendige Verfahrensvoraussetzung zur Erzielung komplexer geometrischer Strukturen, die nicht in einem Zug aus einer Platine warm umgeformt werden können. Muss aufgrund der Bauteilgeometrie mehr als ein Umformschritt ausgeführt werden, wird in der Regel kalt vorgeformt, da bei mehreren Warmformschritten der Kontakt mit dem Umformwerkzeug die erwärmte Platine bereits beim ersten Umformschritt unter die erforderliche Umformtemperatur abkühlen und eine Härtung einsetzten würde, die weitere Formschritte ohne ein Zwischenerwärmen ausschließt. Eine Zwischenerwärmung erhöht jedoch erheblich die Kosten und die gesamte Prozessdauer des Herstellungsverfahrens.One cold preforming, however, is common a necessary procedural requirement for achieving complex geometric structures that are not in a train from a circuit board can be thermoformed. If more than one forming step has to be carried out due to the component geometry, is usually preformed cold, as in several thermoforming steps the contact with the forming tool the heated board already at the first Cool down the forming step below the required forming temperature and a cure would use excludes the further molding steps without an intermediate heating. A between warming elevated however, significantly the cost and the entire process time of the manufacturing process.

Aus Gründen des Leichtbaus ist es dabei mittlerweile erforderlich, die Wandstärken eines Formbauteils gezielt an die erforderlichen Belastungen anzupassen. Dabei wird das Bauteil nicht mehr über seine gesamte Ausdehnung mit der Wandstärke der am stärksten beanspruchten Stelle versehen. Stattdessen wird die Wandstärke in Bereichen mit geringerer Belastung gezielt reduziert, um Material und Gewicht einzusparen. Aus der DE 197 04 300 A1 ist es beispielsweise bekannt, durch Verformung eines annähernd gleichmäßig dicken Ausgangsmaterials mittels partiell wal zender Verformung eine Platine mit in Walzrichtung bereichsweise wechselnden Dicken herzustellen. Die Platine ist dann bereits präzise auf die jeweiligen Belastungen und Spannungsspitzen abgestimmt, denen ein aus der Platine gefertigtes Karosserie- oder Fahrwerksbauteil unterliegt. Allerdings gestaltet sich auch bei diesem Verfahren die eingangs erwähnte Korrosionsschutzbeschichtung nach dem Warmformen und Härten eines Formbauteils als schwierig. Ein nachgeschaltetes Feueraluminieren ist nicht durchführbar wegen eines zu hohen Wärmeeintrags in das Bauteil. Bei einer elektrolytischen Beschichtung besteht die Gefahr der Wasserstoffversprödung bei Festigkeiten Rm > 1000 Mpa, die bei hochfesten Bauteilen überschritten werden. Die Zinklflakebeschichtung ist teuer und bereitet zudem Schweißprobleme.For reasons of lightweight construction, it is now necessary to adapt the wall thicknesses of a molded component specifically to the required loads. The component is no longer provided over its entire extent with the wall thickness of the most stressed point. Instead, the wall thickness in areas with less stress is deliberately reduced in order to save material and weight. From the DE 197 04 300 A1 For example, it is known to produce by deformation of an approximately uniformly thick starting material by means of partially Wal zender deformation a board with regions varying in the rolling direction thicknesses. The board is then already precisely matched to the respective loads and voltage peaks, which is subject to a manufactured from the board body or chassis component. However, even in this method, the above-mentioned corrosion protection coating after the thermoforming and curing of a molded component designed difficult. A downstream Feueraluminieren is not feasible because of excessive heat input into the component. In the case of an electrolytic coating there is a risk of hydrogen embrittlement at strengths R m > 1000 Mpa, which is high solid components are exceeded. The zinc flake coating is expensive and also causes welding problems.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Herstellen eines korrosionsgeschützten, gewichts- und belastungsoptimierten warmgeformten und gehärteten Formbauteils aufzuzeigen.task The invention therefore relates to a method for producing a corrosion-protected, weight-reduced and stress-optimized thermoformed and hardened molded component show.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1. Demnach wird ein Stahlband vor dem Feueraluminieren durch Abwalzen partiell in der Dicke reduziert. Danach erst wird das Stahlband feueraluminiert, wodurch die intermetallische Phase zwischen dem Stahlband und der Aluminiumbeschichtung entsteht. Anschließend wird aus dem partiell dickenreduzierten und beschichteten Stahlband mit einer definierten Position und Geometrie eine Platine entnommen, warm zu einem Formbauteil umgeformt und im Werkzeug gehärtet. Dabei werden in dem so hergestellten Formbauteil definierte Bereiche mit reduzierter Wandstärke gezielt eingestellt. Durch die Feueraluminierung bleibt das Formbauteil auch während der Erwärmung und Härtung zunderfrei. Zudem ist der benötigte Korrosionsschutz bereits gegeben. Um diesen lückenlos zu gestalten, kann das Formbauteil an allen erforderlichen Schnittkanten mit einer Korrosionsschutzschicht nachbeschichtet werden.These Task solves the invention with the characterizing part of claim 1. Accordingly A steel strip becomes partial prior to the hot aluminizing by rolling reduced in thickness. Only then is the steel strip hot-dip aluminized, whereby the intermetallic phase between the steel strip and the Aluminum coating is created. Subsequently, from the partial reduced thickness and coated steel strip with a defined Position and geometry taken from a board, warm to a molded part deformed and hardened in the tool. In this case, defined areas are defined in the molded component produced in this way with reduced wall thickness targeted. Through the Feueraluminierung remains the molded part even while the warming and curing scale-free. In addition, the required Corrosion protection already given. To make this gapless, can the molded part at all required cutting edges with a Anti-corrosion layer to be recoated.

Es ist von großer Bedeutung, dass nach dem Feueraluminieren des partiell dickenreduzierten Bandes nur Umformvorgänge im erwärmten Zustand an einer aus dem feueraluminierten Band entnommenen Platine durchgeführt werden, um den Korrosionsschutz nicht zu gefährden. Daher ist es auch unbedingt erforderlich, sämtliche dickenreduzierenden Walzvorgänge vor dem Feueraluminieren durchzuführen, da auch diese Walzvorgänge als Kaltformen die Schutzschicht reißen lassen.It is great Meaning that after the fire aluminizing the partially reduced thickness Bandes only forming operations in the heated Condition are carried out on a board removed from the hot-dip aluminized strip, so as not to endanger the corrosion protection. That's why it's essential required, all thickness reducing rolling operations before the fire aluminizing, as these rolling operations as Cold forming can cause the protective layer to crack.

Erfindungsgemäß werden damit die Vorteile beider Verfahren verbunden und die Nachteile gleichzeitig vermieden. Das fertige Formbauteil besitzt bereits einen guten Korrosionsschutz. Zudem sind die Wandstärken in dem erforderlichen Umfang den reduzierten Belastungen angepasst. Weiterhin können die Umformvorgänge nach dem Feueraluminieren aufgrund der bereits vorliegenden unterschiedlichen Dicken auf das Warmformen beschränkt werden. Das fertige Formbauteil ist ein Produkt mit guter Maßhaltigkeit, hervorragenden Materialeigenschaften und einem guten Korrosionsschutz mit einem optimierten Gewichts-/Leistungsverhältnis.According to the invention hence the advantages of both methods and the disadvantages avoided at the same time. The finished molded part already has a good corrosion protection. In addition, the wall thicknesses in adapted to the required extent to the reduced loads. Furthermore you can the forming operations after the fire aluminizing due to the already existing different ones Thicknesses limited to thermoforming become. The finished molded part is a product with good dimensional stability, excellent material properties and good corrosion protection with an optimized weight / performance ratio.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand der einzigen Figur näher erläutert. Die Figur zeigt beispielhaft für ein Sicherheits- und/oder Strukturbauteil eine B-Säule 1. Diese B-Säule 1 kann aufgrund der Wanddickenreduktion nunmehr wie dargestellt einteilig hergestellt werden. Bisher wurde die B-Säule 1 im oberen Trockenbereich 2 der Karosserie beispielsweise aus einer warmgeformten und gehärteten Stahlsorte mit folgender Legierungszusammensetzung, dargestellt in Gewichtsprozent, hergestellt: Kohlenstoff (C) 0,18 % bis 0,3 % Silizium (Si) 0,1 % bis 0,7 % Mangan (Mn) 1,0 % bis 2,5 % Phosphor (P) maximal 0,025 % Chrom (Cr) bis 0,8 % Molybdän (Mo) bis 0,5 % Schwefel (S) maximal 0,01 % Titan (Ti) 0,02 % bis 0,05 % Bor (B) 0,0015 % bis 0,005 % Aluminium (Al) 0,01 % bis 0,06 % The invention is explained in more detail with reference to the single figure. The figure shows an example of a safety and / or structural component a B-pillar 1 , This B-pillar 1 can now be made in one piece because of the wall thickness reduction as shown. So far, the B-pillar 1 in the upper dry area 2 for example, the body is made of a thermoformed and hardened steel grade having the following alloy composition, shown in weight percent: Carbon (C) 0.18% to 0.3% Silicon (Si) 0.1% to 0.7% Manganese (Mn) 1.0% to 2.5% Phosphorus (P) maximum 0.025% Chrome (Cr) up to 0.8% Molybdenum (Mo) up to 0.5% Sulfur (S) maximum 0.01% Titanium (Ti) 0.02% to 0.05% Boron (B) 0.0015% to 0.005% Aluminum (Al) 0.01% to 0.06%

Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen. Nach dem Warmumformen und Härten stellen sich bei diesem Stahl ein Streckgrenze RP0,2 ≥ 950 MPa, eine Zugfestigkeit Rm ≥ 1350 MPa und eine Dehnung A5 ≥ 8 % ein. Dieser Stahl ließ sich bisher nur mit Zinkflakes (Deltatone) einigermaßen befriedigend be schichten, wobei die Haftungseigenschaften der Zinkflakeschicht begrenzt sind. Für die B-Säule 1 wurde er nur unbeschichtet im Trockenbereich 2 der Karosserie eingesetzt. Im unteren Naßbereich 3 bestand die B-Säule 1 bisher aus einem beidseitig verzinkten, mikrolegierten höherfesten Stahl, der mit dem Trockenbereich 2 der B-Säule 1 gefügt wurde.Remaining iron, including impurities caused by melting. After hot working and hardening, this steel has a yield strength R P0.2 ≥ 950 MPa, a tensile strength R m ≥ 1350 MPa and an elongation A5 ≥ 8%. So far, this steel has only been satisfactorily coated with zinc flakes (deltatone), with the adhesion properties of the zinc flaky layer being limited. For the B-pillar 1 he was only uncoated in the dry area 2 the body used. In the lower wet area 3 was the B-pillar 1 previously made of a galvanized on both sides, micro-alloyed high-strength steel, with the dry area 2 the B-pillar 1 was added.

Durch den Einsatz eines bereits im Band partiell dickenreduzierten und anschließend feueraluminierten Stahls der oben genannten Zusammensetzung kann die gesamte B-Säule 1 nunmehr einteilig aus der warmgeformten und gehärteten Stahlsorte des Trockenbereichs 2 hergestellt werden. Durch die Feueraluminierung ist dieser borlegierte Stahl nunmehr auch im Naßbereich 3 einsetzbar, zudem entfällt bei der erfindungsgemäß hergestellten B-Säule 1 die Materialdoppelung im Übergangsbereich. Gleichzeitig läßt sich eine Gewichtseinsparungen durch die reduzierte Blechdicke im Fußbereich 3 erzielen.Through the use of a partially already reduced in the band and then hot-dip aluminized steel of the above composition, the entire B-pillar 1 now in one piece from the hot-formed and hardened steel grade of the dry area 2 getting produced. Through the fire generals ning this boron-alloyed steel is now also in the wet range 3 can be used, also omitted in the invention produced B-pillar 1 the material doubling in the transition area. At the same time, weight savings can be achieved through the reduced sheet thickness in the foot area 3 achieve.

Claims (4)

Verfahren zum Herstellen eines korrosionsgeschützten, warmgeformten und werkzeuggehärteten Formbauteils 1 aus einem feueraluminierten Stahlband, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlband vor dem Feueraluminieren durch Abwalzen partiell in der Dicke reduziert wird und in dem aus dem feueraluminierten Band mittels Warmumformung und Werkzeughärtung einer entnommenen Platine hergestellten Formbauteil 1 definierte Bereiche 3 mit reduzierter Wandstärke eingestellt werden.Method for producing a corrosion-protected, thermoformed and tool-hardened molded component 1 from a hot-dip aluminized steel strip, characterized in that the steel strip is partially reduced in thickness before tempering by hot rolling and in the formed from the hot-dip aluminized strip by hot forming and tool hardening a removed board molding 1 defined areas 3 be set with reduced wall thickness. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Feueraluminieren des partiell dickenreduzierten Bandes nur Umformvorgänge im erwärmten Zustand an einer daraus entnommen Platine vorgenommen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that after the fire aluminizing the partially reduced thickness Bandes only forming operations in the heated Condition can be made on a board taken from it. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlband aus einer Stahlsorte besteht, die sich in Gewichtsprozent ausgedrückt zusammensetzt aus Kohlenstoff (C) 0,18 % bis 0,3 % Silizium (Si) 0,1 % bis 0,7 % Mangan (Mn) 1,0 % bis 2,5 % Phosphor (P) maximal 0,025 % Chrom (Cr) bis 0,8 % Molybdän (Mo) bis 0,5 % Schwefel (S) maximal 0,01 % Titan (Ti) 0,02 % bis 0,05 % Bor (B) 0,0015 % bis 0,005 %
Aluminium (Al) 0,01 % bis 0,06 %
Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the steel strip consists of a steel grade which is composed in terms of weight percent Carbon (C) 0.18% to 0.3% Silicon (Si) 0.1% to 0.7% Manganese (Mn) 1.0% to 2.5% Phosphorus (P) maximum 0.025% Chrome (Cr) up to 0.8% Molybdenum (Mo) up to 0.5% Sulfur (S) maximum 0.01% Titanium (Ti) 0.02% to 0.05% Boron (B) 0.0015% to 0.005%
Aluminum (Al) 0.01% to 0.06%
Remaining iron, including impurities caused by melting. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Formbauteil um eine B-Säule 1 handelt, bei der die reduzierte Blechdicke gezielt im Fuß 3 eingestellt wird.A method according to claim 3, characterized in that it is in the mold component to a B-pillar 1 acts in which the reduced sheet thickness targeted in the foot 3 is set.
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