DE112022001581T5

DE112022001581T5 - Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile

Info

Publication number: DE112022001581T5
Application number: DE112022001581.0T
Authority: DE
Inventors: Peixing Liu; Gang Chen; Guangyu Jin; Liang Hao; Xingchang Gao; Peng Gao; Xiaoying Hou; Huasheng Tang; Weihua Sun
Original assignee: SD Steel Rizhao Co Ltd
Current assignee: SD Steel Rizhao Co Ltd
Priority date: 2021-09-14
Filing date: 2022-06-09
Publication date: 2024-01-25
Also published as: CN113751410A; GB2621778A8; GB202318204D0; KR20230170043A; GB2621778A; WO2023040369A1; CN113751410B

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile bereit und bezieht sich auf das Gebiet des Heißstanzens von dünnen Blechen und der Herstellung von Blechteilen. Dieses Verfahren umfasst folgende Schritte: S 1: Erhitzen eines beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials in einem Wärmeofen auf einen vollständig austenitisierten Zustand; S2: Überführen des erhitzten beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials in einen Tank für kochendes Wasser und Eintauchen des erhitzten beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials in das kochende Wasser, und Reinigen einer Oxidschicht; S3: Umformen des beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials unter der Zusammenwirkung von dem kochenden Wasser, einer oberen Form und einer unteren Form, Durchführen eines Druckhaltens und eines Abschreckens, um Teile zu erhalten; S4: Herausnehmen der Teile, um diese mit Luft angeblasen zu werden, oder Trocknen der Teile in einem Trockenofen, um Feuchtigkeit aus der Beschichtung der Teile zu entfernen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Heißstanzens von dünnen Blechen und der Herstellung von Blechteilen, insbesondere auf ein Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile.
Stand der Technik
Der Hauptprozess eines Heißstanz-Umformverfahrens umfasst: Erhitzen von Rohlingen - Stanzformen und Abschrecken - Lasertrimmen - Kugelstrahlen. Die Heißstanz-Umformtechnik findet aufgrund ihrer Vorteile einer geringen Umformkraft, einer geringen Rückfederung der Teile und einer hohen Festigkeit nach dem Umformen breite Anwendung. Aufgrund eines fehlenden kathodischen Schutzes für warmumgeformte Teile von blanken Blechen und Al-Si-plattierten Blechen korrodieren Teile, insbesondere untere Karosserieteile wie Türschwellenträger, während ihres Gebrauchs vorzeitig an Schnittpositionen.
Aufgrund des niedrigen Schmelzpunkts des Zinküberzugs (reines Zink hat einen Schmelzpunkt von nur etwa 400 °C) und der hohen Austenitisierungstemperatur des Grundmaterials (850-900 °C). Und beim direkten Prozess des Warmumformens gilt: Je niedriger die Temperatur der Beschichtung (unter 650 °C), desto besser; und je höher die Temperatur des Substrats (über 750 °C), desto besser. Beim herkömmlichen 22MnB5-Substratmaterial entsteht durch eine reduzierte Umformtemperatur (über 650 °C) Ferrit, was zu einer unzureichenden Festigkeit führt. Eine hohe Umformtemperatur (z. B. 780 °C) für das Material der verzinkten Beschichtung führt dazu, dass die verflüssigte Phase in der Beschichtung während der Verformung durch Zugspannung in die Austenitkorngrenze eindringt und zu Rissen in dem Substrat führt, d. h. das Phänomen der durch verflüssigtes Metall induzierten Sprödigkeit (LMIE). Daher besteht bei verzinktem warmumgeformtem Stahl zwischen der Beschichtung und dem Substrat ein Widerspruch. Seine Lösungen sind derzeit hauptsächlich in zwei Prozessmöglichkeiten unterteilt, und zwar das Verformen ohne Zugspannung und das Reduzieren der Umformtemperatur.
Das Verformen ohne Zugspannung, wie z. B. Vorformungsverfahren, umfasst folgenden Hauptprozess: Kaltstanzen und -umformen, um Teile zu erzeugen - Erhitzen der Teile, damit sie austenitisiert werden - Druckhalten und Abschrecken - Kugelstrahlen. Die Teile dieses Verfahrens wurden im Voraus verformt, und die erhitzten Teile werden in die Form übertragen und nur ohne Verformung durch Zugspannung abgeschreckt; daher tritt das Phänomen der durch verflüssigtes Metall induzierten Sprödigkeit (LMIE) nicht auf; bei diesem Verfahren müssen die Teile j edoch vorab kaltgestanzt und im Ofen erhitzt werden, was kostspielig und kompliziert zu automatisieren ist.
Das Reduzieren der Umformtemperatur, wie z. B. vorzeitiges Abkühlen, umfasst folgenden Hauptprozess: Abkühlen eines erhitzen Blechmaterials (unter Verwendung von Mediumgas, Trockeneis usw.) - Umformen - Druckhalten und Abschrecken. Allerdings ist bei diesem Verfahren sehr schwierig, eine automatisierte Steuerung zu erreichen und den Kühlprozess sowie die Temperatur zu steuern; ferner ist es auch schwierig, die Oxidschicht auf der Oberfläche der Teile gleichmäßig zu entfernen.
Das chinesische Patent CN106795578A offenbart ein „Verfahren zum Zwischenkühlen von Stahlblechen“, bei dem „ein Trockeneis, ein Trockenschnee oder ein Trockeneispartikel enthaltenden Gasstrom“ zum Bestrahlen der Oberfläche verwendet wird, wodurch die Reinigung der Oxidschicht auf der Oberfläche eines verzinkten Stahlblechs und die Reduzierung der Temperatur des Blechmaterials erreicht sind, wobei die Reinigungskraft für die Oxidschicht auf der Oberfläche des Stahlblechs aus der Aufprallkraft eines externen Hochdruck-„Bestrahlens“ stammt. Bei diesem Verfahren ist es schwierig, eine gleichmäßige Reinigung der Oxidschicht auf der Oberfläche und eine gleichmäßige Steuerung der Umformtemperatur des Blechmaterials zu erreichen, wobei eine automatisierte Steuerung schwierig ist, und wobei eine Vorfertigung von „Trockeneis, Trockenschnee und anderen Partikeln“ erforderlich ist und die Herstellungskosten vergleichsweise hoch sind.
Das chinesische Patent CN101821429A offenbart „ein Verfahren und eine Vorrichtung zum sekundären Entzundern von Metallbändern durch Sprühen von Wasser unter niedrigem Druck“, wobei bei dem Verfahren beschrieben wird, dass beim Walzprozess des warmgewalzten Knüppels zwischen einem „Vorwalzprozess“ und einem „Fertigwalzprozess“ ein Hochdruckwasser zum Bestrahlen der Knüppeloberfläche verwendet wird, um die Oxidschicht auf der Knüppeloberfläche zu entfernen, wobei bei diesem Vorgang die Dicke des Knüppels in der Regel 80 mm bis 200 mm beträgt und vergleichsweise groß ist, wobei die Dicke der Oxidschicht in der Regel 100 µm bis 1 mm beträgt, wobei sich das Verfahren nicht für eine ultradünne verzinkte Oxidschicht mit einer Dicke von etwa 1 µm eignet, wobei sich die gesamte Beschichtung leicht reinigen lässt, wobei Wasser mit Raumtemperatur die Temperatur des dünnen Blechs auf Raumtemperatur reduziert (die Abkühlgeschwindigkeit einer heißen Stahlplatte mit einer Dicke von 1,5 mm in Wasser mit Raumtemperatur beträgt 500 °C/s bis 1000 °C/s) und die Temperatur des Blechmaterials schwer zu kontrollieren ist.
Das chinesische Patent CN107922988A offenbart „ein Verfahren zum kontaktlosen Kühlen von Stahlplatten sowie eine Vorrichtung hierfür“, wobei bei dem Verfahren ein Matrixrohr zur Luftkühlung verwendet wird, so dass eine ungleichmäßige Kühltemperatur für das Blechmaterial verursacht werden kann, die automatisierte Steuerung erschwert wird und die Oxidschicht auf der Oberfläche des Materials nach dem Erhitzen nicht gereinigt werden kann.
Das chinesische Patent CN107127238 A offenbart „ein Heißstanz-Umformverfahren für verzinkte Stahlplatten oder Stahlbänder“, bei dem die Umformtemperatur des beschichteten Blechmaterials durch einen Schneidvorgang des heißen Blechmaterials reduziert wird; mit dem Schneidvorgang ist es schwer sicherzustellen, dass die Temperatur des Materials gleichmäßig reduziert wird, da die Abkühlrate an der Schnittposition niedrig ist und die Temperatur an anderen Positionen hoch ist; dabei ist die Steuerung der Automatisierung schwierig.
Daher ist es äußerst wichtig, ein Warmumformverfahren zu entwickeln, das niedrige Kosten und hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist, leicht zu schweißen ist, und eine gleichmäßige sowie steuerbare Entfernung der Oxidschicht und eine gleichmäßige und steuerbare Kühltemperatur ermöglicht.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Mängel (insbesondere die Probleme, dass es schwierig ist, die extrem dünne Oberflächenoxidschicht gleichmäßig und steuerbar zu reinigen und die Vorkühltemperatur zu steuern, usw.) im Stand der Technik zu überwinden und ein Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile bereitzustellen, bei dem die Umformtemperatur der Beschichtung und die Umformtemperatur des Substrats ausgeglichen werden, wobei das Blechmaterial in kochendes Wasser eingetaucht wird, wobei mittels der zwischen dem kochenden Wasser und dem heißen Blechmaterial entstehenden Luftblasen die Oxidschicht auf der Oberfläche des Stahlblechmaterials gleichmäßig und steuerbar entfernt wird, und wobei die Umformtemperatur des Blechmaterials gleichmäßig und genau gesteuert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile bereit, das folgende Schritte umfasst:

S 1: Erhitzen eines beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials in einem Wärmeofen auf einen vollständig austenitisierten Zustand; wobei eine Beschichtung des beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials eine von einer GI-verzinkten Beschichtung, einer GA-verzinkten Beschichtung und einer Beschichtung aus Zn-Al-Mg-Legierung ist;
S2: Überführen des erhitzten beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials in einen Tank für kochendes Wasser und Eintauchen des erhitzten beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials in das kochende Wasser, und Reinigen einer Oxidschicht;
S3: Umformen des beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials unter der Zusammenwirkung von dem kochenden Wasser, einer oberen Form und einer unteren Form, Durchführen eines Druckhaltens und eines Abschreckens, um Teile zu erhalten;
S4: Herausnehmen der Teile, um diese mit Luft angeblasen zu werden, oder Trocknen der Teile in einem Trockenofen, um Feuchtigkeit aus der Beschichtung der Teile zu entfernen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass im Schritt S1 ein Sauerstoffgehalt der Atmosphäre im Wärmeofen, ausgedrückt in Volumenprozent, 5 % bis 20 % beträgt. Während des Erhitzungsprozesses wird die Oberfläche der Beschichtung oxidiert, wobei das Aluminiumelement zwischen der Beschichtung und dem Substrat zur Oberfläche der Beschichtung diffundiert und eine dichte Schicht aus Al₂O₃ bildet, die die Dicke von ZnO unterdrückt. Ist der Sauerstoffgehalt jedoch zu niedrig, kann sich die Oxidschicht auf der Oberfläche nicht bilden, wodurch sich der Großteil des Zinks verflüchtigt und die korrosionsbeständige Schicht auf der Oberfläche des beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials verloren geht; ist der Sauerstoffgehalt zu hoch und die ZnO-Schicht zu dick, wird die Schweißleistung beeinträchtigt.
Das erhitzte beschichtete warmumgeformte Stahlblechmaterial kann auch ein maßgeschneiderter lasergeschweißter Rohling, ein geschweißtes Patchblech oder ein Walzblech mit ungleicher Dicke sein. Unter der Voraussetzung, dass eine vollständige Austenitisierung des Matrixmaterials sichergestellt ist, sollte die Heizzeit so weit wie möglich verkürzt werden, um eine übermäßige Diffusion zwischen der Beschichtung und dem Substrat zu verhindern, die zu einem geringen Gehalt an korrosionsbeständigen Elementen wie Zn in der Beschichtung und zu einer verringerten kathodischen Schutzwirkung führt. Die Temperatur des Erhitzens beträgt 850 °C bis 900 °C, wobei das Blechmaterial nach Erreichen einer Haltetemperatur 0,5 bis 4 Minuten lang bei dieser Haltetemperatur gehalten wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass im Schritt S2 die Temperatur des kochenden Wassers 80 °C bis 100°C beträgt, wobei der Druck des kochenden Wassers auf einer Oberfläche der Oxidschicht 0 bar bis 0,1 bar beträgt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Tiefe des beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials im kochenden Wasser 3 mm bis 1000 mm beträgt. Wenn das Blechmaterial in kochendes Wasser eingetaucht wird, wird auf seiner Oberfläche eine thermische Dampfisolierschicht erzeugt, wobei die Übertragungsgeschwindigkeit zwischen der Temperatur des Blechmaterials und der Temperatur des Wassers stark reduziert wird, wobei die Abkühlgeschwindigkeit bei einem im vertikalen Zustand befindlichen Blechmaterials mit einer Dicke von 1,5 mm nur 30 °C/s bis 50 °C/s beträgt; bei einer Eintauchtiefe von 3 mm bis 1000 mm ist der Innendruck der thermischen Isolierschicht größer als der hydrostatische Druck, unter dem das Stahlblech im Wasser steht, wodurch Luftblasen entstehen; wenn die thermische Isolierschicht beschädigt ist, wird die Oberfläche während der Blasenbildung gereinigt, um Oxide wie ZnO, Al₂O₃ und MnO auf der Oberfläche zu entfernen; die Luftblasen an der thermischen Isolierschicht werden kontinuierlich gebildet und reinigen somit die Oberfläche des Stahlblechs kontinuierlich. Die Verweildauer des Blechmaterials im kochenden Wasser beträgt 2 bis 20 Sekunden, wobei die Abkühlgeschwindigkeit im kochenden Wasser gleichmäßig und steuerbar ist; dies lässt sich leicht automatisiert implementieren, solange die Zeitdauer, die Haltung sowie die Position des Blechmaterials im kochenden Wasser kontrolliert werden.
Weiter ist vorgesehen, dass im Schritt S2 das kochende Wasser ferner ein Lösungsmittel mit einem Massenanteil von 0 % bis 10 % enthält, wobei das Lösungsmittel NaOH enthält. Die Verweildauer des Blechmaterials in kochendem Wasser, die Temperatur des kochenden Wassers und andere Parameter werden abhängig von der Dicke der Oxidschicht und der Formbarkeit der Teile festgelegt. Dem kochenden Wasser kann bei Bedarf NaOH mit einer bestimmten Konzentration zugesetzt werden, was die Auflösung der Oxidschicht beschleunigen kann. Vor dem Trocknen der Teile sollte die NaOH abgewaschen werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass im Schritt S3 die Temperatur des Umformens 400 °C bis 650 °C beträgt. Die untere Form der Formen befindet sich im kochenden Wasserbad und das Blechmaterials wird über der unteren Form platziert; wenn sich die Pressmaschine nach unten bewegt, wird die obere Form nach unten gefahren, wobei das beschichtete warmumgeformte Stahlblechmaterial unter der Zusammenwirkung von dem kochenden Wasser, der oberen Form und der unteren Form umgeformt wird und einem Druckhalten sowie einem Abschrecken unterzogen wird. Beim Umformen und Abschrecken zerstören die Formen die thermische Isolierschicht auf der Oberfläche des Stahlblechs, wobei die Formen in direktem Kontakt mit dem Blechmaterial stehen, und wobei ein schneller Wärmeaustausch zwischen dem Blechmaterial und die Formen erfolgt, um das Abschrecken des Blechmaterials zu ermöglichen.
Wenn nach der Erhitzung des Blechmaterials und der Reinigung des Blechmaterials im kochenden Wasserbad der Zustand der Oberfläche der Beschichtung den nachfolgenden Vorgängen wie Schweißen nicht entspricht, umfasst das Verfahren ferner, dass vor dem „Herausnehmen der Teile, um diese mit Luft angeblasen zu werden, oder Trocknen der Teile in einem Trockenofen“ die Teile aus dem Tank für kochendes Wasser entnommen und zur Ultraschallreinigung in ein sauerstofffreies Wasser mit Raumtemperatur überführt werden.
Weiter ist vorgesehen, dass die Ultraschallreinigung 0,5 bis 5 Minuten dauert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Zusammensetzung des Rohstoffs des beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials, ausgedrückt in Massenprozent, umfasst: C: 0,05 Gew.-% bis 0,35 Gew.-%, Si: 0,05 Gew.-% bis 0,2 Gew.-%, Mn: 0,5 Gew.-% bis 2,5 Gew.-%, Cr: 0 Gew.-% bis 0,3 Gew.-%, Mo: 0 Gew.-% bis 0,25 Gew.-%, Ti: 0,02 Gew.-% bis 0,04 Gew.-%, Nb: 0 Gew.-% bis 0,2 Gew.-%, V: 0 Gew.-% bis 0,2 Gew.-%, B: 0,002 Gew.-% bis 0,006 Gew.-%, P: 0 Gew.-% bis 0,020 Gew.-%, S: 0 Gew.-% bis 0,003 Gew.-%, Al: 0,02 Gew.-% bis 0,06 Gew.-%, N: 0 Gew.-% bis 0,006 Gew.-%, mit Fe als verbleibendem Element.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Beschichtung eine Dicke von 5 µm bis 30 µm aufweist.
Die technische Lösung der vorliegenden Erfindung weist folgende Vorteile auf:

1. Das durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte Verfahren kann den Prozess der Entfernung der Oxidationsschicht und den Prozess der Abkühlung des Blechmaterials gleichzeitig gleichmäßig steuern; der gesamte Steuerungsprozess ist automatisiert und einfach zu implementieren, solange der Fließdruck (Strömungsgeschwindigkeit) des kochenden Wassers im Wassertank sowie die Position, die Haltung und die Zeitdauer des Stahlblechs im Wasser gesteuert werden.
2. Bei dem durch die vorliegende Erfindung bereitgestellten Verfahren stammt die zum Entfernen der Oxidschicht auf der Oberfläche des Stahlblechs aus einer Wärmefreisetzung zwischen dem Stahlblech und dem kochenden Wasser und aus einer Aufprallkraft, die durch die Verdampfung und das Aufbrechen von kochendem Wasser auf der Oberfläche des Stahlblechs und durch die Bildung von Luftblasen entsteht; der umgebende Wasserstrom bewegt sich schnell und entfernt die Oxide schnell; die Reinigungskraft ist schwach, was für die Oberflächenoxidschicht mit einer Dicke von etwa 1 µm sehr gut geeignet ist; wenn der Oberflächendruck zu hoch ist, wird die gesamte Beschichtung entfernt und ist die Entfernung der Oxidschicht ungleichmäßig. Die vorliegende Erfindung kann die Entfernung der Oxidschicht durch die Zufuhr von Luftblasen mit geringer Reinigungskraft über einen langen Zeitraum realisieren.
3. Das durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte Verfahren eignet sich für die tatsächliche Produktion, wobei man nur braucht, die Formen in kochendes Wasser zu legen und die Schließzeit der Formen verzögern. Und während einer Massenproduktion wird die Temperatur des Blechmaterials kontinuierlich auf das Wasser übertragen, wobei der Energieverbrauch des kochenden Wasserbades während eines kontinuierlichen Produktionsprozesses stark reduziert wird. Da die Formen in kochendes Wasser gelegt werden, muss die untere Form nicht mit einem Kühlwasserkanal ausgestattet werden, was die Bearbeitungs- und Herstellungskosten der Formen erheblich senkt. Die Temperatur der Formen ist konstant, was die thermische Ermüdung der Formen verringert und die Beschädigung der Formen verringert. Darüber hinaus hat sich die Beschichtung verfestigt und haftet beim Umformen nicht mehr an der Form, wobei die von der Form aufgenommene Wärme reduziert wird, was sich positiv auf die Lebensdauer der Form auswirkt. Dadurch können die Funktionen wie Reinigen und Kühlen vorm Umformen des Blechmaterials realisiert werden. Während des Druckhaltens der Form kann die Abschreck- und Abkühlgeschwindigkeit des Blechmaterials reduziert werden, wobei die Struktur und die Leistung des Blechmaterials verbessert werden. Ferner kann das Problem der Rissbildung wirksam gelindert werden, wenn sich die Oberflächenoxidschicht der korrosionsbeständigen Beschichtung mit niedrigem Schmelzpunkt bildet.
4. Bei diesem Verfahren rostet die Form im kochenden Wasser nicht. Da der Sauerstoffgehalt im kochenden Wasser 0 beträgt und das Element Fe im Formmaterial nicht mit Sauerstoff in Kontakt kommen kann, wird die Form nicht rosten.
5. Der Stanzvorgang dieses Verfahrens wird in einem kochenden Wasserbad abgeschlossen, wodurch der Kontakt zwischen dem Blechmaterial und Sauerstoff isoliert und die Oxidation des Blechmaterials während des Überführ- und Umformprozesses verhindert wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Um die technischen Lösungen in den ausführlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oder im Stand der Technik deutlicher zu veranschaulichen, werden nachstehend die Zeichnungen, die bei der Beschreibung der ausführlichen Ausführungsformen oder des Standes der Technik verwendet werden müssen, kurz vorgestellt. Offensichtlich stellen die Zeichnungen in der folgenden Beschreibung nur einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Der Durchschnittsfachmann kann basierend auf diesen Zeichnungen weitere Zeichnungen erhalten, ohne erfinderische Arbeit zu leisten.

1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm des Warmbad-Umformverfahrens für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile, welches durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt ist;
2 zeigt einen Abkühlprozess des Blechmaterials in kochendem Wasser in einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei A bzw. B für eine tatsächliche Abkühlkurve des Blechmaterials in der Mitte bzw. am Rand des Blechmaterials steht, wobei der Abkühlprozess sehr gleichmäßig ist;
3 zeigt eine Oberflächenmorphologie einer Beschichtung eines einem kochenden Wasserbad unterzogenen Teils in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt eine Morphologie der Beschichtung an einer Außenseite einer Ecke des einem kochenden Wasserbad unterzogenen Teils in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt eine Oberflächenmorphologie einer Beschichtung eines herkömmlichen luftgekühlten Teils in einem ersten Vergleichsbeispiel; und
6 zeigt eine Rissmorphologie einer Beschichtung an einer Außenseite einer Ecke eines direkt heißgestanzten Teils in einem zweiten Vergleichsbeispiel.

Ausführliche Beschreibung
Erstes Ausführungsbeispiel
Ein Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile, wie in 1 gezeigt, umfasst folgende Schritte:

S1: ein verzinktes warmumgeformtes Stahlblechmaterial (das ein Substrat mit folgenden Zusammenfassung umfasst: C: 0,18 Gew.-% bis 0,21 Gew.-%, Si: 0,05 Gew.-% bis 0,2 Gew.-%, Mn: 1,5 Gew.-% bis 2,2 Gew.-%, Cr: 0 Gew.-% bis 0,3 Gew.-%, Mo: 0 Gew.-% bis 0,25 Gew.-%, Ti: 0,02 Gew.-% bis 0,04 Gew.-%, Nb: 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, B: 0,002 Gew.-% bis 0,006 Gew.-%, P: 0 Gew.-% bis 0,020 Gew.-%, S: 0 Gew.-% bis 0,003 Gew.-%, Al: 0,02 Gew.-% bis 0,06 Gew.-%, N: 0 Gew.-% bis 0,006 Gew.-%; also, eine doppelte GI-Oberfläche verzinkt mit 150 g/m² und einer einseitigen Dicke von 11 µm) mit einer Blechdicke von 1,5 mm wird in einen kastenförmigen Wärmeofen bei 890 °C überführt und dort 5 Minuten lang gehalten, um die Austenitisierung abzuschließen, wobei der Sauerstoffgehalt (in Volumenanteil) der Atmosphäre in dem Wärmeofen 20 % beträgt.
S2: Nach Abschluss des Erhitzens wird das Blechmaterial in einen Tank für kochendes Wasser überführt und zur gleichmäßigen Reinigung und Kühlung ins kochende Wasser eingetaucht, wobei die Eintauchtiefe 3 mm bis 1000 mm beträgt und die Temperatur des kochenden Wassers 100 °C beträgt, wobei die Verweildauer des Stahlblechs im kochenden Wasser 6 Sekunden beträgt.
S3: Da sich die Formen im kochenden Wasserbad befinden, muss nur gesteuert wird, dass die Formschließzeit der hydraulischen Pressmaschine um 6 Sekunden verzögert wird, wobei durch das Schließen der Formen durch die hydraulische Pressmaschine das Umformen und das Druckhalten sowie Abschrecken ermöglicht werden, wobei die Pressmaschine 3 Sekunden braucht, um die Formen zu schließen; wobei die Gesamtzeit des Blechmaterials im kochendem Wasser vor dem Umformen etwa 9 Sekunde beträgt, so dass die Temperatur des Blechmaterials vor dem Umformen 520 °C bis 560 °C beträgt (siehe 2). Die Druckhaltezeit beträgt 10 Sekunden; der Haltedruck für Formschließen beträgt 100 T (der Druck der projizierten Fläche des Teils beträgt 20 MPa).
S4: Nachdem die Teile aus Wasser entnommen wurden, werden sie mit Luft angeblasen, um das Wasser auf der Oberfläche der Teile zu entfernen, so dass das gewünschte Produkt erhalten wird.

Mechanische Eigenschaften von Teilen nach der Umformung (Teststandard: GB/T 228.1-2010 „Metallic Materials Tensile Test Part 1: Room Temperature Test Method“): Die Zugfestigkeit beträgt 1420 MPa bis 1600 MPa; die Bruchdehnung beträgt 5 % bis 9 %; die Oberflächenmorphologie der Teile ist in 3 dargestellt, wobei die das kochende Wasserbad behandelte Oberflächenmorphologie körnig und sehr gleichmäßig ist, wobei fast keine durchgehende Oxidschicht auf der großen Oberfläche vorliegt; das Stromfenster des Schweißverfahrens der Fertigteile beträgt 1,1 KA bis 1,4 KA, was die Anforderungen des aktuellen Schweißverfahrens vollständig erfüllt. In der Beschichtung tritt keine Rissbildung der Beschichtung durch Verflüssigung auf (siehe 4); nach dem Umformen und Abschrecken beträgt der Zn-Gehalt in der verzinkten Beschichtung 32 % bis 55 %, was eine gute kathodische Schutzwirkung aufweist.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile umfasst folgende Schritte:

S1: ein verzinktes warmumgeformtes Stahlblechmaterial (das ein Substrat mit folgenden Zusammenfassung umfasst: C: 0,05 Gew.-% bis 0,35 Gew.-%, Si: 0,05 Gew.-% bis 0,2 Gew.-%, Mn: 0,5 Gew.-% bis 2,5 Gew.-%, Cr: 0 Gew.-% bis 0,3 Gew.-%, Mo: 0 Gew.-% bis 0,25 Gew.-%, Ti: 0,02 Gew.-% bis 0,04 Gew.-%, Nb: 0 Gew.-% bis 0,2 Gew.-%, V: 0 Gew.-% bis 0,2 Gew.-%, B: 0,002 Gew.-% bis 0,006 Gew.-%, P: 0 Gew.-% bis 0,020 Gew.-%, S: 0 Gew.-% bis 0,003 Gew.-%, Al: 0,02 Gew.-% bis 0,06 Gew.-%, N: 0 Gew.-% bis 0,006 Gew.-%, mit Fe als verbleibendem Element; also, eine doppelte GA-Oberfläche verzinkt mit 150 g/m² und einer einseitigen Dicke von 11 µm) mit einer Blechdicke von 1,5 mm wird in einen kastenförmigen Wärmeofen bei 900°C überführt und dort 5 Minuten lang gehalten, um die Austenitisierung abzuschließen, wobei der Sauerstoffgehalt (in Volumenanteil) der Atmosphäre in dem Wärmeofen 20 % beträgt.
S2: Nach Abschluss des Erhitzens wird das Blechmaterial in einen Tank für kochendes Wasser überführt und zur gleichmäßigen Reinigung und Kühlung ins kochende Wasser eingetaucht, wobei die Eintauchtiefe des Blechmaterials 3 mm bis 1000 mm beträgt und die Temperatur des kochenden Wassers 80°C beträgt, wobei die Verweildauer des Stahlblechs im kochenden Wasser 6 Sekunden beträgt.
S3: Da sich die Formen im kochenden Wasserbad befinden, muss nur gesteuert wird, dass die Formschließzeit der hydraulischen Pressmaschine um 6 Sekunden verzögert wird, wobei durch das Schließen der Formen durch die hydraulische Pressmaschine das Umformen und das Druckhalten sowie Abschrecken ermöglicht werden; wobei die Gesamtzeit des Blechmaterials im kochendem Wasser vor dem Umformen etwa 9 Sekunde beträgt, so dass die Temperatur des Blechmaterials vor dem Umformen 500 °C bis 600°C beträgt. Die Druckhaltezeit beträgt 10 Sekunden; der Haltedruck für Formschließen beträgt 100 T.
S4. Nachdem die Teile aus Wasser entnommen wurden, werden sie zur Ultraschallreinigung in ein sauerstofffreies Wasser mit Raumtemperatur überführt, wobei die Oxidschicht auf der Oberfläche der Teile durch Ultraschallvibration gereinigt wird, wobei die Reinigungszeit 0,5 bis 5 Minuten beträgt; dann werden die Teile herausgenommen, um mit Luft angeblasen und getrocknet zu werden, wobei das Wasser auf der Oberfläche der Teile entfernt wird, so dass das gewünschte Produkt erhalten wird. Die Teile nach dem Umformen weisen die gleichen mechanischen Eigenschaften, die gleiche Schweißbarkeit und die gleiche Rissbildung der Beschichtung durch Verflüssigung der Teile wie im ersten Ausführungsbeispiel.

Erstes Vergleichsbeispiel
Dabei wird eine herkömmliche Luftkühlungstechnologie, deren Prozessdetails im Dokument CN107922988A beschrieben sind, verwendet, um die Teile herzustellen, deren Oberflächenmorphologie in 5 dargestellt ist, wobei die Oberflächenmorphologie ungleichmäßig ist und eine großflächige durchgehende Oxidschicht vorliegt.
Zweites Vergleichsbeispiel
Dabei wird ein direktes Warmumformverfahren verwendet, siehe „Strength, Ductility and Fracture Strain of Press-Hardening Steels“ (Yi Hongliang, Chang Zhiyuan, Cai Helong, et al. [J]., in: „Acta Metallica Sinica", 2020, v. 56(04): 51-65). Das Verfahren lautet spezifisch wie folgt: Ein Blechrohling eines Teils wird zunächst in einem Wärmeofen auf etwa 930 °C erhitzt, um eine einheitliche voll austenitische Struktur zu erzeugen, und wird dann durch einen Manipulator an die Pressmaschine überführt, und weist bei einem Schließen von Formen und einem Stanzen eine Temperatur von 700 °C bis 800 °C auf, und befindet sich beim Stanzen in einem vollständig austenitischen Zustand mit einer Zugfestigkeit von etwa 200 MPa und einer Dehnung von mehr als 40 %. Das Kühlwassersystem in der Form hält die Oberflächentemperatur der Form bei 50 °C bis 100 °C, wobei beim Stanzen und Umformen eine vollständig martensitische Struktur durch die Wärmeleitung und Abschreckung der Form gebildet wird. Nachdem die Montage der Teile abgeschlossen ist, wird die Rohkarosserie schließlich lackiert und eingebrannt und für 10 bis 20 Minuten bei einer Temperatur von 150 °C bis 180 °C gehalten. Die durch dieses Verfahren erhaltene Beschichtung, bei der das verflüssigte Zink mehr als 40 µm in das Substrat eindringt, wie in 6 dargestellt, kann die Betriebsleistung, insbesondere die Ermüdung, nicht erfüllen.
Offensichtlich handelt es sich bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen nur um Beispiele zur klaren Verdeutlichung und nicht um Einschränkungen der Ausführungsformen. Der Durchschnittsfachmann kann auf der Grundlage der obigen Beschreibung weitere Änderungen bzw. Modifikationen in unterschiedlicher Form vornehmen. Es ist nicht notwendig und unmöglich, hierin alle Ausführungsformen erschöpfend aufzulisten. Die daraus abgeleiteten offensichtlichen Änderungen bzw. Modifikationen liegen immer noch im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CN 106795578 A [0006]
CN 101821429 A [0007]
CN 107922988 A [0008, 0028]
CN 107127238 A [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Yi Hongliang, Chang Zhiyuan, Cai Helong, et al. [J]., in: „Acta Metallica Sinica“, 2020, v. 56(04): 51-65 [0029]

Claims

Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst: S1: Erhitzen eines beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials in einem Wärmeofen auf einen vollständig austenitisierten Zustand; wobei eine Beschichtung des beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials eine von einer GI-verzinkten Beschichtung, einer GA-verzinkten Beschichtung und einer Beschichtung aus Zn-Al-Mg-Legierung ist; S2: Überführen des erhitzten beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials in einen Tank für kochendes Wasser und Eintauchen des erhitzten beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials in das kochende Wasser, und Reinigen einer Oxidschicht; S3: Umformen des beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials unter der Zusammenwirkung von dem kochenden Wasser, einer oberen Form und einer unteren Form, Durchführen eines Druckhaltens und eines Abschreckens, um Teile zu erhalten.
Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt S1 ein Sauerstoffgehalt der Atmosphäre im Wärmeofen 5 % bis 20 % beträgt.
Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt S1 die Temperatur des Erhitzens 850 °C bis 900 °C beträgt, wobei das Blechmaterial nach Erreichen einer Haltetemperatur 0,5 bis 4 Minuten lang bei dieser Haltetemperatur gehalten wird.
Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt S2 die Temperatur des kochenden Wassers 80 °C bis 100°C beträgt, wobei der Druck des kochenden Wassers auf einer Oberfläche der Oxidschicht 0 bar bis 0,1 bar beträgt.
Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe des beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials im kochenden Wasser 3 mm bis 1000 mm beträgt.
Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des kochenden Wassers auf der Oberfläche der Oxidschicht des beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials beträgt 0 bar bis 0,1 bar beträgt.
Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweildauer des beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials im kochenden Wasser 2 bis 20 Sekunden beträgt.
Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das kochende Wasser ferner ein Lösungsmittel mit einem Massenanteil von 0 % bis 10 % enthält, wobei das Lösungsmittel NaOH enthält.
Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt S3 die Temperatur des Umformens 400 °C bis 650 °C beträgt.
Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt S3 die unter Form in einem kochenden Wasserbad liegt, wobei das beschichtete warmumgeformte Stahlblechmaterial über der unteren Form platziert ist.
Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Rohstoffs des beschichteten warmumgeformten Stahlblechmaterials, ausgedrückt in Massenprozent, umfasst: C: 0,05 Gew.-% bis 0,35 Gew.-%, Si: 0,05 Gew.-% bis 0,2 Gew.-%, Mn: 0,5 Gew.-% bis 2,5 Gew.-%, Cr: 0 Gew.-% bis 0,3 Gew.-%, Mo: 0 Gew.-% bis 0,25 Gew.-%, Ti: 0,02 Gew.-% bis 0,04 Gew.-%, Nb: 0 Gew.-% bis 0,2 Gew.-%, V: 0 Gew.-% bis 0,2 Gew.-%, B: 0,002 Gew.-% bis 0,006 Gew.-%, P: 0 Gew.-% bis 0,020 Gew.-%, S: 0 Gew.-% bis 0,003 Gew.-%, Al: 0,02 Gew.-% bis 0,06 Gew.-%, N: 0 Gew.-% bis 0,006 Gew.-%, mit Fe als verbleibendem Element.
Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Dicke von 5 µm bis 30 µm aufweist.
Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das beschichtete warmumgeformte Stahlblechmaterial durch einen maßgeschneiderten lasergeschweißten Rohling, ein geschweißtes Patchblech oder ein Walzblech mit ungleicher Dicke ersetzt wird.
Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt S3 ferner umfasst: Schritt S4: Anblasen der Teile mit Luft oder Trocknen der Teile in einem Trockenofen, um Feuchtigkeit aus der Oberfläche der Teile zu entfernen.
Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner umfasst, dass vor dem Schritt „Herausnehmen der Teile, um diese mit Luft angeblasen zu werden, oder Trocknen der Teile in einem Trockenofen“ die Teile aus dem Tank für kochendes Wasser entnommen und zur Ultraschallreinigung in ein sauerstofffreies Wasser mit Raumtemperatur überführt werden.
Warmbad-Umformverfahren für hochkorrosionsbeständige und leicht zu schweißende Warmpressteile nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallreinigung 0,5 bis 5 Minuten dauert.