DE202007018832U1

DE202007018832U1 - Geschweißtes Teil mit sehr hohen mechanischen Eigenschaften aus einem gewalzten und beschichteten Blech

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Publication number: DE202007018832U1
Application number: DE202007018832U
Authority: DE
Original assignee: ArcelorMittal France SA
Current assignee: ArcelorMittal SA
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2017-03-30
Also published as: US10626902B2; BRPI0709937A2; PT2007545E; US20170232560A1; US9676061B2; ATE437720T1; US9669490B2; US20160008928A1; US20190285102A1; KR101141994B1; MX2008012825A; US10473130B2; US10352342B2; US8614008B2; US20160010174A1; SI2007545T1; MA30458B1; ES2328298T3; US10480554B2; US11154950B2

Abstract

Blech, das aus einem Stahlsubstrat (1) und einer Vorbeschichtung (2) gebildet ist, wobei die Vorbeschichtung aus einer Schicht (3) einer intermetallischen Legierung in Kontakt mit dem Substrat, überlagert von einer Schicht (4) einer metallischen Legierung, gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer vorbeschichteten Seite des Blechs eine Zone (6) ohne die Schicht der metallischen Legierung ist, wobei die Zone am Rand des Blechs liegt.

Description

Die Erfindung betrifft beschichtete Stahlbleche oder -zuschnitte, die geschweißt und dann thermisch behandelt werden, um Teile zu erhalten, die hohe mechanische Eigenschaften sowie eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Für bestimmte Anwendungen wird versucht, Teile aus Stahl zu verwirklichen, die eine hohe mechanische Zugfestigkeit, eine große Stoßfestigkeit und ein gutes Korrosionsverhalten kombinieren. Diese Art von Kombination ist in der Kraftfahrzeugindustrie besonders erwünscht, in der eine signifikante Gewichtsverringerung der Fahrzeuge und eine ausgezeichnete Energieabsorptionskapazität im Fall von Kollisionen angestrebt werden. Dies kann insbesondere durch die Verwendung von Stählen mit sehr hohen mechanischen Eigenschaften erhalten werden, deren Mikrostruktur martensitisch oder bainitisch-martensitisch ist: Aufprallschutzteile, Strukturteile oder Teile, die sich an der Sicherheit der Kraftfahrzeuge beteiligen, wie die Stoßstangenquerträger, die Verstärkungen der Tür, des Mittelholms oder des Dachs, erfordern beispielsweise die vorstehend erwähnten Beschaffenheiten.
Das Patent EP 0971044 offenbart ein Herstellungsverfahren, in dem ein warm oder kalt gewalztes Stahlblech aus mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung beschichtetem Stahl beschafft wird. Nach dem Umformen zum Erhalten eines Teils und vor einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur, die höher ist als A_c1, wird die Beschichtung einer Temperaturerhöhung unterzogen, um eine Legierungsverbindung an der Oberfläche durch Diffusion zwischen dem Stahl und der Aluminiumbeschichtung zu bilden. Diese Legierungsverbindung ermöglicht es, jegliche Entkohlung des Metalls sowie jegliche Oxidati on während der Wärmebehandlung im Ofen zu vermeiden. Sie beseitigt folglich die Notwendigkeit für Öfen mit einer speziellen Atmosphäre. Die Anwesenheit dieser Legierungsverbindung ermöglicht es auch, bestimmte Oberflächenbearbeitungen an den behandelten Teilen, wie das Sandstrahlen, Bearbeitungen, die im Fall von Blechen erforderlich sind, die keine Beschichtung besitzen, zu vermeiden. Anschließend werden die Teile unter Bedingungen abgekühlt, die eine mechanische Zugfestigkeit verleihen können, die 1500 MPa übersteigen kann.
Zum Zweck der Gewichtsverringerung der Fahrzeuge wurden außerdem Teile entwickelt, die aus Stahlzuschnitten unterschiedlicher Zusammensetzungen oder Dicken bestehen, welche kontinuierlich stumpf miteinander verschweißt werden. Diese geschweißten Teile tragen den Namen ”flans raboutés” oder ”Fügezuschnitte”. Das Schweißen durch einen LASER-Strahl ist eine bevorzugte Art zum Zusammenfügen dieser Zuschnitte, die aus den Eigenschaften der Flexibilität, der Qualität und der Produktivität dieses Verfahrens Nutzen zieht. Nach dem Kaltziehen dieser geschweißten Zuschnitte werden so Teile erhalten, die innerhalb sich selbst variable mechanische Zugfestigkeitseigenschaften, Tiefzieheigenschaften und Stoßabsorptionseigenschaften aufweisen. Somit ist es möglich, über erforderliche Eigenschaften an der richtigen Stelle zu verfügen, ohne in unnützer oder kostspieliger Weise die Teile in ihrer Gesamtheit zu benachteiligen.
Die Anwendung eines Herstellungsverfahrens, wie im Patent EP 0971044 beschrieben, auf Fügezuschnitte kann folgende sein: Ausgehend von Blechen aus Stählen, die eventuell verschiedene Zusammensetzungen oder Dicken aufweisen, wobei diese Bleche eine metallische Vorbeschichtung umfassen, wird ein Schweißen durchgeführt, um Fügezuschnitte zu erhalten. Diese geschweißten Zuschnitte erfahren anschließend eine Wärmebehandlung, um an der Oberfläche eine Legierungsverbindung zu bilden, werden dann warm gezogen und gehärtet. So werden gehärtete Teile erhalten, deren Dicken, inneren mechanischen Eigenschaften variabel sind und die ideal den lokalen Belastungsanforderungen entsprechen.
Derart hergestellte Fügezuschnitte stoßen jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten: beim Schweißen der beschichteten Stahlzuschnitte wird nämlich ein Teil der anfänglichen Oberflächenvorbeschichtung in das Innere der geschmolzenen Zone übertragen, die durch den Schweißvorgang erzeugt wird. Diese exogenen metallischen Elemente werden insbesondere aufgrund von starken Konvektionsströmen im flüssigen Metall konzentriert. Diese Elemente sondern sich insbesondere im Inneren der interdentritischen Räume ab, in denen sich die flüssige Fraktion konzentriert, die an gelösten Elementen am reichsten ist. Wenn anschließend eine Austenitisierungswärmebehandlung der geschweißten Zuschnitte mit der Absicht einer Abschreckhärtung durchgeführt wird, legieren sich diese angereicherten Zonen durch Interdiffusion mit dem Eisen oder anderen Elementen der Matrix und bilden intermetallische Zonen. Bei einer späteren mechanischen Belastung können diese intermetallischen Zonen bevorzugte Stellen für eine Bruchauslösung unter statischen oder dynamischen Bedingungen sein. Die globale Verformung der Schweißverbindungen nach der Wärmebehandlung wird somit durch die Anwesenheit dieser intermetallischen Zonen beträchtlich verringert, die sich aus dem Schweißen und der späteren Legierungs- und Austenitisierungsbehandlung ergeben.
Folglich ist es wünschenswert, die Quelle der Bildung dieser intermetallischen Zonen, nämlich die anfängliche metallische Oberflächenbeschichtung, zu beseitigen, die beim Stumpfnahtschweißvorgang aufgeschmolzen werden kann. Diese Beseitigung wirft jedoch selbst ein bedeutendes Problem auf: es kann nämlich beispielsweise durch ein mechanisches Verfahren die vorbeschichtete Zone auf beiden Seiten der zukünftigen Schweißverbindung beseitigt werden. Die Breite dieser Zone, in der die Vorbeschichtung entfernt wird, muß mindestens gleich jener der zukünftigen durch Schweißen aufgeschmolzenen Zone sein, um die spätere Bildung von intermetallischen Zonen nicht zu fördern. In der Praxis muß sie signifikant größer sein, um eventuelle Breitenschwankungen der geschmolzenen Zone im Verlauf des Zusammenfügungsvorgangs zu berücksichtigen. Nach dem Schweißvorgang existieren folglich Zonen auf beiden Seiten der Schweißverbindung, die keine metallische Oberflächenvorbeschichtung mehr umfassen. Bei der späteren Wärmebehandlung zur Legierung und Austenitisierung wird die Bildung von Zunder und eine Entkohlung im Inneren dieser Zonen, die sich auf beiden Seiten der Schweißverbindung befinden, unterstützt. Diese sind bevorzugte Korrosionszonen, wenn die Teile in Betrieb genommen werden, da sie durch keine Beschichtung geschützt sind.
Folglich wird angestrebt, die Bildung der intermetallischen Zonen im Inneren der geschweißten Zusammenfügungen zu vermeiden, die Quellen für eine Bruchauslösung sind.
Es wird auch ein gutes Korrosionsverhalten der geschweißten und wärmebehandelten Teile angestrebt.
Es wird auch ein Produkt angestrebt, bei dem die Vorgänge des Stumpfnahtschweißens, dann der Wärmebehandlung, des Ziehens und des Abschreckhärtens zur Herstellung eines Teils führen, das eine zufrieden stellende Streckbarkeit und eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweist. Insbesondere wird eine Gesamtdehnung angestrebt, die größer als oder gleich 4% quer über die Schweißverbindung ist.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, die vorstehend geschilderten Probleme zu lösen.
Dazu hat die Erfindung ein Blech zum Gegenstand, das aus einem Substrat aus Stahl und einer Vorbeschichtung besteht, wobei die Vorbeschichtung aus einer Schicht einer intermetallischen Legierung in Kontakt mit dem Substrat, überlagert von einer Schicht einer metallischen Legierung, besteht. Auf zumindest einer vorbeschichteten Seite des Blechs ist eine Zone, die sich am Rand des Blechs befindet, ohne die Schicht der metallischen Legierung.
Vorzugsweise ist die Vorbeschichtung eine Legierung aus Aluminium oder auf der Basis von Aluminium.
Bevorzugt umfaßt die Schicht der metallischen Legierung der Vorbeschichtung in der Gewichtszusammensetzung 8 bis 11% Silicium, 2 bis 4% Eisen, wobei der Rest der Zusammensetzung Aluminium und unvermeidliche Verunreinigungen sind.
Die Breite der Zone ohne die Schicht der metallischen Legierung liegt vorzugsweise zwischen 0,2 und 2,2 mm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Breite der Zone ohne die metallische Schicht variabel.
Die Dicke der Schicht der intermetallischen Legierung liegt bevorzugt zwischen 3 und 10 Mikrometer.
Die Zone ohne metallische Legierung wird auch vorzugsweise durch teilweises Beseitigen der Schicht der metallischen Legierung auf mindestens einer vorbeschichteten Seite des Blechs durch Bürsten erhalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Zone ohne metallische Legierung durch teilweises Beseitigen der Schicht der metallischen Legierung auf mindestens einer vorbeschichteten Seite des Blechs mittels eines LASER-Strahls erhalten.
Die Erfindung hat außerdem einen geschweißten Zuschnitt zum Gegenstand, der durch Stumpfnahtschweißen von mindestens zwei Blechen gemäß einer der obigen Ausführungsformen erhalten wird, wobei die Schweißverbindung an der zu der Zone ohne Schicht der metallischen Legierung benachbarten Kante bewirkt wird.
Die Erfindung hat außerdem ein Teil zum Gegenstand, das durch die Wärmebehandlung und die Umformung eines geschweißten Zuschnitts gemäß der obigen Ausführungsform erhalten wird, wobei die Vorbeschichtung auf der Gesamtheit ihrer Dicke durch die Wärmebehandlung in eine intermetallische Legierungsverbindung transformiert wird, die einen Schutz gegen die Korrosion und die Entkohlung des Stahlsubstrats sicherstellt.
Die Erfindung hat außerdem ein Blech zum Gegenstand, einen Zuschnitt oder ein Teil gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei die Zusammensetzung des Stahls umfaßt, wobei die Gehalte auf das Gewicht bezogen ausgedrückt sind: 0,10% ≤ C ≤ 0,5%, 0,5% ≤ Mn ≤ 3%, 0,1% ≤ Si ≤ 1%, 0,01% ≤ Cr ≤ 1%, Ti ≤ 0,2%, Al ≤ 0,1%, S ≤ 0,05%, P ≤ 0,1%, 0,0005% ≤ B ≤ 0,010%, wobei der Rest der Zusammensetzung aus Eisen und aus unvermeidlichen Verunreinigungen, die sich aus der Erschmelzung ergeben, gebildet ist.
Die Zusammensetzung des Stahls umfaßt vorzugsweise die Gehalte, die auf das Gewicht bezogen ausgedrückt sind: 0,15% ≤ C ≤ 0,25%, 0,8% ≤ Mn ≤ 1,8%, 0,1% ≤ Si ≤ 0,35%, 0,01% ≤ Cr ≤ 0,5%, Ti ≤ 0,1%, Al ≤ 0,1%, S ≤ 0,05%, P ≤ 0,1%, 0,002% ≤ B ≤ 0,005%, wobei der Rest der Zusammensetzung aus Eisen und aus unvermeidli chen Verunreinigungen, die sich aus der Erschmelzung ergeben, gebildet ist.
Die Erfindung hat außerdem ein Teil gemäß einer der obigen Ausführungsformen zum Gegenstand, bei dem die Mikrostruktur des Stahls martensitisch, bainitisch oder bainitisch-martensitisch ist.
Die Erfindung hat auch ein vorbeschichtetes Stahlblech zum Gegenstand, das dadurch erhältlich ist, daß:

– ein Stahlblech beschafft wird,
– das Blech beschichtet wird, um eine Vorbeschichtung zu erhalten, die aus einer Schicht einer intermetallischen Legierung, überlagert von einer Schicht einer metallischen Legierung, gebildet ist,
– auf mindestens einer Seite des Blechs die Schicht der metallischen Legierung in einer Zone am Rand des Blechs entfernt wird.

Die Breite der Zone liegt vorzugsweise zwischen 0,2 und 2,2 mm.
Die Erfindung hat außerdem ein vorbeschichtetes Stahlblech zum Gegenstand, das dadurch erhältlich ist, daß:

– ein Stahlblech beschafft wird,
– das Blech beschichtet wird, um eine Vorbeschichtung zu erhalten, die aus einer Schicht einer intermetallischen Legierung, überlagert von einer Schicht einer metallischen Legierung, gebildet ist, dann
– auf mindestens einer Seite des Blechs die Schicht der metallischen Legierung in einer Zone, die an den Rand des Blechs nicht vollständig angrenzt, entfernt wird, dann
– das Blech entlang einer Ebene geschnitten wird, so daß die Zone ohne metallische Legierung sich am Rand des geschnittenen Blechs befindet.

Die Breite der Zone ohne metallische Legierung, die nicht vollständig an den Rand des Blechs angrenzt, liegt vorzugsweise zwischen 0,4 und 30 mm.
Die Vorbeschichtung wird vorzugsweise durch Aluminisieren im Tauchbad ausgeführt.
Die Entfernung der Schicht wird vorzugsweise durch Bürsten ausgeführt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Entfernung der Schicht mittels des Auftreffens eines LASER-Strahls auf die Vorbeschichtung ausgeführt.
Die Erfindung hat außerdem ein vorbeschichtetes Stahlblech gemäß einer der obigen Ausführungsformen zum Gegenstand, an dem der Wert des Emissionsvermögens oder des Reflexionsvermögens der Zone gemessen wird, in der die Schicht der metallischen Legierung entfernt wird, der gemessene Wert mit einem Referenzwert verglichen wird, der für das Emissionsvermögen oder das Reflexionsvermögen der Schicht der metallischen Legierung charakteristisch ist, und der Entfernungsvorgang angehalten wird, wenn die Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem Referenzwert größer ist als ein kritischer Wert.
Die Erfindung hat außerdem ein vorbeschichtetes Stahlblech zum Gegenstand, an dem die Entfernung der Schicht durch einen LASER-Strahl ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität oder die Wellenlänge der emittierten Strahlung am Auftreffpunkt des LASER-Strahls gemessen wird, daß dieser gemessene Wert mit einem Referenzwert verglichen wird, der für das Emissionsvermögen der Schicht der metallischen Legierung charakteristisch ist, und daß der Entfernungsvorgang angehalten wird, wenn die Differenz zwischen dem gemes senen Wert und dem Referenzwert größer ist als ein kritischer Wert.
Die Erfindung hat außerdem einen geschweißten Zuschnitt zum Gegenstand, bei dem mindestens zwei gemäß einer der obigen Ausführungsformen hergestellte Bleche stumpf geschweißt werden, wobei die Schweißverbindung an der an die Zone des Randes ohne Schicht der metallischen Legierung angrenzenden Kante durchgeführt wird.
Vor dem Schweißen ist die Breite der Zone ohne metallische Legierung, die nicht vollständig an den Rand des Blechs angrenzt, vorzugsweise um 20 bis 40% größer als die Breite einer Schweißnaht.
Die Erfindung hat außerdem die Aufgabe, ein Teil zu schaffen, das dadurch erhältlich ist, daß ein geschweißter Zuschnitt gemäß der obigen Ausführungsform beschafft wird, dann:

– der Zuschnitt erhitzt wird, um durch Legierung zwischen dem Stahlsubstrat und der Beschichtung eine intermetallische Legierungsverbindung zu bilden und um dem Stahl eine teilweise oder vollständig austenitische Struktur zu verleihen, dann
– der Zuschnitt warm umgeformt wird, um ein Teil zu erhalten,
– das Teil mit einer Geschwindigkeit abgekühlt wird, die die angestrebten mechanischen Eigenschaften verleihen kann.

Die Abkühlgeschwindigkeit ist vorzugsweise höher als die kritische Geschwindigkeit der martensitischen Härtung.
Gemäß einer bevorzugten Form wird das Schweißen durch einen LASER-Strahl bewirkt.
Das Schweißen wird auch vorzugsweise mit einem elektrischen Lichtbogen bewirkt.
Die Erfindung hat außerdem die Verwendung eines Blechs, eines Zuschnitts oder eines Teils gemäß einer der obigen Ausführungsformen für die Herstellung von Struktur- oder Sicherheitsteilen für ein Bodenkraftfahrzeug mit Motor zum Gegenstand.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung zeigen sich im Verlauf der nachstehenden Beschreibung, die als Beispiel gegeben wird und mit Bezug auf die folgenden beigefügten Fig. durchgeführt wird:
1 stellt ein schematisches Beispiel eines Blechs gemäß der Erfindung vor dem Schweißvorgang dar.
2 stellt ein zweites schematisches Beispiel eines Blechs gemäß der Erfindung dar.
3 stellt ein schematisches Beispiel einer Stumpfnahtschweißverbindung gemäß der Erfindung dar.
4 stellt eine Makrographie einer Schweißverbindung gemäß der Erfindung nach der Wärmebehandlung zur Austenitisierung und Legierung dar.
5 stellt eine Makrographie einer Referenzschweißverbindung dar, die ungünstige intermetallische Zonen im Inneren des geschmolzenen Metalls erscheinen läßt.
6 stellt eine Makrographie eines Blechs gemäß der Erfindung vor dem Schweißvorgang dar, dessen metallische Legierung durch einen LASER-Strahl lokal entfernt wurde.
Vorstehend wurde gesehen, daß die vollständige Beseitigung der metallischen Beschichtung auf beiden Seiten der Verbindung vor dem Schweißvorgang zu Problemen einer lokalisierten Korrosion führen würde. Die Erfinder haben in überraschender Weise dargelegt, daß die Beseitigung eines präzisen Teils dieser Beschichtung es ermöglichen würde, die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen.
Um die Erfindung gut zu verstehen, wird als erstes an bestimmte Eigenschaften der beschichteten Bänder oder Bleche erinnert, die gewöhnlich durch Eintauchen in Bäder aus geschmolzenem Zink oder Aluminium oder Legierungen aus Zink oder Aluminium hergestellt werden.
Diese kontinuierlichen so genannten Verfahren ”im Tauchbad” führen zur folgenden allgemeinen Morphologie der Beschichtungen:

– An der Oberfläche des Stahlsubstrats des Blechs beobachtet man einen Niederschlag einer Schicht von intermetallischen Legierungen mit einer Dicke von einigen Mikrometern, die durch sehr schnelle Reaktion beim Eintauchen in das geschmolzene Bad gebildet wird. Da diese intermetallischen Legierungen relativ spröde sind, wird versucht, das Wachsen dieser Schicht durch die Zugabe von Inhibitoren zu dem Schmelzbad zu begrenzen. Im Fall einer Beschichtung aus Zink- oder Aluminiumlegierungen sind die Legierungen, die diese Schicht bilden, häufig vom Typ Fe_xAl_y, insbesondere Fe₂Al₅. Im Fall von Beschichtungen aus Zinklegierungen erklärt sich die Anwesenheit dieser an Aluminium reichen intermetallischen Schicht durch die Tatsache, daß die Zinkbäder häufig eine geringe Menge an Aluminium enthalten, das eine Inhibierungsrolle spielt.

Diese Schicht aus intermetallischen Legierungen kann manchmal komplexer Natur sein und sich beispielsweise in zwei intermetallische Unterschichten unterteilen, wobei die Unterschicht in Kontakt mit dem Substrat reicher an Eisen ist.

– Diese Schicht aus intermetallischen Legierungen ist von einer Schicht aus einer metallischen Legierung überlagert, deren Zusammensetzung sehr nahe jener des Bades liegt. Eine mehr oder weniger bedeutende metallische Schicht wird nämlich am Ausgang des Schmelzbades durch das Blech mitgenommen, deren Dicke mittels Luft- oder Stickstoffstrahlen gesteuert werden kann.

Die Erfinder haben dargelegt, daß in besonders vorteilhafter Weise es angebracht ist, diese letzte Schicht lokal zu beseitigen, um die vorher erwähnten Probleme zu lösen.
Es wird spezieller auf 1 Bezug genommen, die ein Blech gemäß der Erfindung darstellt. Der Begriff Blech muß in einem breiten Sinn verstanden werden und bezeichnet insbesondere jedes Band oder jedes Objekt, das durch Schneiden von einem Band, einer Spule oder einer Tafel erhalten wird. Dieses Blech umfaßt zwei Seiten und vier Ränder in diesem speziellen Fall. Die Erfindung ist natürlich nicht auf diese rechteckige Geometrie begrenzt. 1 legt dar:

– Ein Substrat 1 aus Stahl. Dieses Substrat kann insbesondere in Form eines kalt oder warm gewalzten Blechs in Abhängigkeit von der gewünschten Dicke oder in jeder anderen geeigneten Form vorliegen.
– Auf das Substrat und in Kontakt mit diesem ist eine Vorbeschichtung 2 überlagert, die auf den zwei Seiten des Teils vorhanden ist. Diese Vorbeschichtung besteht selbst aus Folgendem:
– einer Schicht 3 einer intermetallischen Legierung, die mit dem Substrat 1 in Kontakt steht. Es handelt sich, wie zu sehen war, um eine Schicht, die durch Reaktion zwischen dem Substrat und dem geschmolzenen Metall des Bades gebildet wird.

Vorteilhafterweise ist die Vorbeschichtung eine Legierung aus Aluminium oder auf der Basis von Aluminium. Diese Art von Vorbeschichtung ist nämlich besonders gut an die spätere Wärmebehandlung, die zur Bildung einer intermetallischen Verbindung durch Interdiffusion mit dem Substrat 1 führt, und wie zu sehen sein wird, an eine lokalisierte Entfernung der Oberflächenschicht angepaßt. Insbesondere kann die metallische Legierung der Vorbeschichtung 8 bis 11 Gewichts-% Silicium, 2 bis 4% Eisen enthalten, wobei der Rest der Zusammensetzung Aluminium und unvermeidliche Verunreinigungen sind. Die Zugabe von Silicium ermöglicht es insbesondere, die Dicke der intermetallischen Schicht 3 zu verringern.

– Es wurde auch der Rand 5 des Blechs dargestellt. Gemäß der Erfindung ist ein Teil 6 des Randes ohne die Schicht 4 aus einer metallischen Legierung, aber bewahrt die Schicht 3 aus der intermetallischen Legierung. Dieser Teil 6 soll an ein anderes Blech angestoßen werden, dann entlang einer durch die Kante 11 definierten Ebene stumpf geschweißt werden, um einen Zuschnitt zu bilden.
– Gemäß einer ersten Ausführungsform wird die Entfernung der Schicht 4 vorteilhafterweise durch einen Bürstvorgang ausgeführt, der am Rand 5 durchgeführt wird: die Entfernung von Material, die durch die Bürste ausgeführt wird, betrifft nämlich im Wesentlichen die Oberflächenschicht, deren Härte am geringsten ist, d. h. die Schicht 4 der metallischen Legierung. Die härtere Schicht 3 wird bei dem Durchgang der Bürste an der Stelle belassen. Die Verwendung einer Vorbeschichtung aus Aluminium oder auf der Basis von Aluminium ist besonders vorteilhaft, da die Härtedifferenz zwischen der Schicht 3 der intermetallischen Legierung und der metallischen Schicht 4 sehr groß ist.

Der Fachmann kann die verschiedene Parameter, die für den Bürstvorgang geeignet sind, wie die Wahl der Art der Bürste, der Geschwindigkeit der Drehung und der relativen Translation, des Drucks senkrecht zur Oberfläche, anpassen, um die Entfernung in der vollständigsten und schnellsten Weise auszuführen, indem er sie an die spezielle Art der Vorbeschichtung anpaßt. Als Beispiel kann eine Lamellenbürste verwendet werden, die an einer Drehachse angebracht ist, die zu einer Translationsbewegung parallel zur Kante des Teils 6 angeregt wird.

– Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird die Entfernung der Schicht 4 durch einen LASER-Strahl ausgeführt, der auf den Rand des Blechs gerichtet wird: die Wechselwirkung zwischen diesem Strahl mit hoher Energiedichte und der Vorbeschichtung ruft eine Verdampfung und eine Entfernung der Oberfläche dieser letzteren hervor. In Anbetracht der unterschiedlichen thermischen und physikalischen Eigenschaften zwischen der Schicht 4 der metallischen Legierung und der intermetallischen Schicht 3 haben die Erfinder dargelegt, daß eine Folge von kurzen LASER-Impulsen mit angepaßten Parametern zu einer selektiven Abtragung der metallischen Schicht 4 führt, während die Schicht 3 an der Stelle belassen wird. Die Wechselwirkung eines gepulsten LASER-Strahls, der in einer relativen Translation in Bezug auf dieses Blech auf den Rand eines beschichteten Blechs gerichtet wird, führt folglich zu einer Entfernung der metallischen Schicht 4 am Rand. Der Fachmann kann die ver schiedenen Parameter wie die Wahl des LASER-Strahls, der Einfallsenergie, der Dauer der Impulse, der Geschwindigkeit der relativen Translation zwischen dem Strahl und dem Blech und der Fokussierung des Strahls auf die Oberfläche, anpassen, um die Abtragung in der schnellsten und vollständigsten Weise zu verwirklichen, indem er sie an die spezielle Art der Vorbeschichtung anpaßt. Als Beispiel kann ein LASER des Güteschaltungstyps mit einer nominalen Leistung von einigen hundert Watt, der Impulse in der Größenordnung von etwa fünfzig Nanosekunden liefert, verwendet werden. Natürlich kann die Breite der Entfernungszone 6 durch aufeinander folgende benachbarte Abtragungen variiert werden.

Die Breite der Zone 6 ohne die metallische Schicht muß eingestellt werden, um folgendes zu ermöglichen:

– ein Schweißen ohne Einführung eines Vorbeschichtungselements in die geschmolzene Zone
– eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit der geschweißten Anordnung nach der späteren Wärmebehandlung zur Legierung und Austenitisierung.

Die Erfinder haben dargelegt, daß diese Bedingungen erfüllt werden, wenn die Breite der Zone 6 in einem Verhältnis von 20% bis 40% größer ist als die halbe Breite der geschmolzenen Zone, die beim Stumpfnahtschweißen von Zuschnitten erzeugt wird.
Der minimale Wert von 20% stellt sicher, daß die Vorbeschichtung beim Schweißen nicht in das geschmolzene Metall eingeführt wird, der Wert von 40% stellt eine zufrieden stellende Korrosionsbeständigkeit sicher.
In Anbetracht der Schweißbedingungen für Bleche mit einer Dicke, die von 1 bis 3 mm geht, liegt die Breite der Zone 6 zwischen 0,2 und 2,2 mm.
Diese Situation ist in 3 dargestellt, die schematisch einen Schnitt nach dem Schweißen eines Blechs mit einer Vorbeschichtung 2 darstellt, die selbst aus einer Schicht 3 einer intermetallischen Legierung und einer metallischen Schicht 4 gebildet ist. Die geschmolzene Zone ist mit 10 bezeichnet, ihre axiale Ebene in der Schweißrichtung mit 9. Die Schraffierungsstriche stellen die anfängliche Ausdehnung einer durch den Schweißvorgang aufgeschmolzenen Zone 6 dar.
3 stellt die Situation dar, in der die Schweißnaht auf den zwei entgegengesetzten Seiten des Blechs global symmetrisch ist. Unter diesen Bedingungen ist die Breite der Zone 6 auf den zwei Seiten identisch. In Abhängigkeit vom verwendeten Schweißverfahren und von den Parametern zur Ausführung dieses Verfahrens kann die Naht jedoch ein asymmetrisches Aussehen aufweisen. Gemäß der Erfindung kann die Breite der Zone 6 folglich mit dieser Asymmetrie koordiniert werden, so daß diese Breite auf jeder der zwei jeweiligen Seiten geringfügig größer ist als die halbe Breite der geschmolzenen Zone 10. Unter diesen Bedingungen unterscheidet sich die Breite der Zone 6 von jener der Zone 6', die in 3 dargestellt ist.
Im Fall von Schweißbedingungen, die sich längs einer Anordnung verändern, beispielsweise um eine lokale Modifikation der Geometrie oder der Dicke zu berücksichtigen, kann die Breite der Zone 6 auch mit der entsprechenden Entwicklung der Änderung der Breite der geschmolzenen Zone entlang des geschweißten Randes des Blechs koordiniert werden. Die Breite der Zone 6 nimmt natürlich zu, wenn die lokalen Bedingungen zur Bildung einer breiteren Schweißnaht führen.
Im Fall des Schweißens von zwei Blechen mit unterschiedlicher Dicke, die eine Beschichtung umfassen, kann die Breite der Zone 6 auch auf dem geschweißten Randteil von jedem der zwei Bleche unterschiedlich sein.
Gemäß einer Variante der Erfindung, die in 2 dargestellt ist, wird die Entfernung der Schicht 4 in einer Zone 7 eines beschichteten Blechs durchgeführt, wobei die Entfernungszone nicht vollständig an den Rand 5 des Blechs angrenzt. Anschließend wird das Blech entlang einer axialen Ebene 8 senkrecht zu diesem beispielsweise durch Längsteilung geschnitten. Dann wird ein Blech, wie in 1 dargestellt, erhalten. Die Breite der Entfernung ist in einem Verhältnis von 20% bis 40% größer als die Breite der geschmolzenen Zone, die durch einen Schweißvorgang erhalten wird, der entlang der axialen Ebene 8 ausgeführt wird.
Gemäß einer Variante der Erfindung liegt die Breite der Entfernung zwischen 0,4 und 30 mm. Der minimale Wert entspricht einer Breite, die es ermöglicht, nach dem Schneiden entlang der axialen Ebene 8 zwei Bleche zu verwirklichen, die eine sehr schmale Entfernungszone von 0,2 mm an jedem der zwei Bleche aufweisen. Der maximale Wert von 30 mm entspricht einer Entfernungsbreite, die gut an industrielle Werkzeuge für eine derartige Entfernung angepaßt ist. Ein späteres Schneiden kann nicht nur in der axialen Ebene 8, die sich in der Mitte der Entfernungszone befindet, sondern an einer Positionierung bewirkt werden, die angepaßt ist, um ein Blech zu erhalten, dessen Entfernungsbreite geringfügig größer ist als die halbe Breite der geschmolzenen Zone, die durch einen Schweißvorgang erhalten wird, der durch die Bedingungen der Erfindung definiert ist.
Wie vorstehend erläutert wurde, ermöglichen es die Entfernungsbreiten, sowohl die Tatsache, daß die metallische Beschichtung bei einem späteren Schweißen des Blechs nicht in das geschmolzene Metall eingeführt wird, als auch die Korrosionsbeständigkeit des geschweißten Zuschnitts nach der Wärmebehandlung sicherzustellen.
Die Kontrolle der Entfernung der metallischen Schicht 4 kann mittels mikrographischer Untersuchungen durchgeführt werden. Es wurde jedoch auch dargelegt, daß die Wirksamkeit des Entfernungsvorgangs durch eine optische Kontrolle in sehr schneller Weise kontrolliert werden kann: es existiert nämlich ein Unterschied des Aussehens zwischen der metallischen Schicht 4 und der darunter liegenden intermetallischen Schicht 3, wobei diese eine dunklere Farbe aufweist. Der Entfernungsvorgang muß folglich vor sich gehen und angehalten werden, wenn in der Zone 6 eine signifikante Modifikation des Farbtons in Bezug auf die Oberflächenbeschichtung festgestellt wird. Folglich ist es möglich, die Entfernung über eine spektrometrische Messung des Emissionsvermögens oder Reflexionsvermögens zu kontrollieren: die Zone 6 wird mit einer Lichtquelle beleuchtet, wobei ein oder mehrere optische Sensoren auf diese Zone gerichtet werden. Der gemessene Wert entspricht der reflektierten Energie. Dieser Wert wird mit einem Referenzwert, der dem Emissionsvermögen oder Reflexionsvermögen der metallischen Schicht 4 entspricht, oder mit einem Wert, der durch einen anderen Sensor gemessen wird, der auf diese metallische Schicht gerichtet wird, verglichen. Es ist auch möglich, die Änderung der reflektierten Energie in Abhängigkeit von der Zeit zu messen. In dem Fall, in dem die Schicht 6 oberflächlich zu Tage tritt, ist die empfangene Energie geringer als jene, die der Schicht 4 der metallischen Legierung entspricht. Mittels einer vorherigen Kalibrierung kann folglich der genaue Moment bestimmt werden, in dem die Entfernung die Schicht 3 erreicht.
Im Fall einer Entfernung der Beschichtung durch LASER-Abschmelzung ist es auch möglich, die Intensität oder die Wellenlänge der Strahlung, die am Auftreffpunkt des LASER-Strahls auf das vorbeschichtete Blech emittiert wird, zu analysieren. Es wird nämlich eine Modifikation der Intensität und der Wellenlänge beobachtet, wenn die Schicht 4 beseitigt wurde und wenn der LASER-Strahl auf die Schicht 3 auftrifft. Eine Kontrolle der Dicke der entfernten Schicht kann folglich in der folgenden Weise durchgeführt werden: die Intensität oder die Wellenlänge der am Auftreffpunkt des LASER-Strahls emittierten Strahlung wird gemessen, dieser gemessene Wert wird mit einem Referenzwert verglichen, der für das Emissionsvermögen der Schicht 4 der metallischen Legierung charakteristisch ist, und der Entfernungsvorgang wird angehalten, wenn die Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem Referenzwert größer ist als ein vorbestimmter kritischer Wert.
Gemäß den spezifischen Einschränkungen kann dieser Schritt der Entfernung der Schicht der metallischen Legierung in verschiedenen Stadien der Herstellung, insbesondere in einem der folgenden ausgeführt werden:

– Nach dem Abwickeln von Spulen, die auf kontinuierlichen Walzstraßen hergestellt werden, vor dem Schneiden in Form von Blechen mit kleinerem Format,
– Vor dem Schweißschritt an geschnittenen Blechen.

Bei der Erfindung wird ein warm oder kalt gewalztes Stahlblech mit der folgenden Gewichtszusammensetzung beschafft: einem Gehalt an Kohlenstoff zwischen 0,10 und 0,5% und vorzugsweise zwischen 0,15 und 0,25 Gewichts-%. Dieses Element spielt eine große Rolle für die Härtbarkeit und die mechanische Zugfestigkeit, die nach der Abkühlung erhalten wird, die der Legierungs- und Austenitisierungsbehandlung der geschweißten Zuschnitte folgt. Unter einem Gehalt von 0,10 Gewichts-% ist die Fähigkeit für das Härten zu gering und die Zugfestigkeitseigenschaften sind unzureichend. Jenseits eines Gehalts von 0,5 Gewichts-% ist dagegen das Risiko für die Bildung von Defekten beim Härten erhöht, insbesondere für die dickeren Teile. Ein Kohlenstoffgehalt zwischen 0,15 und 0,25% ermöglicht es, eine Zugfestigkeit zwischen ungefähr 1250 und 1650 MPa zu erhalten.

– Außer seiner Desoxidierungsrolle hat das Mangan auch eine bedeutende Auswirkung auf die Härtbarkeit, insbesondere wenn sein Gewichtsgehalt mindestens 0,5% und vorzugsweise 0,8% ist. Eine zu große Menge (3 Gewichts-% oder vorzugsweise 1,8%) führt jedoch zu Risiken einer übermäßigen Segregation.
– Der Siliciumgehalt des Stahls muß zwischen 0,1 und 1 Gewichts-% und vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,35% liegen. Außer seiner Rolle bei der Desoxidation des flüssigen Stahls trägt dieses Element zur Härtung bei. Sein Gehalt muß jedoch begrenzt werden, um die übermäßige Bildung von Oxiden zu vermeiden und um die Beschichtungsfähigkeit zu fördern.
– Jenseits eines Gehalts oberhalb 0,01% steigert Chrom die Härtbarkeit und trägt zur Erlangung einer großen Zugfestigkeit nach dem Vorgang des Warmumformens bei, und zwar in den verschiedenen Teilen des Werkstücks nach der auf die Wärmebehandlung zur Austenitisierung und Legierung folgenden Abkühlung. Jenseits eines Gehalts gleich 1% (vorzugsweise 0,5%) ist der Beitrag des Chroms zum Erhalten dieser Homogenität der mechanischen Eigenschaften gesättigt.
– Das Aluminium ist ein Element, das die Desoxidierung und die Ausfällung von Stickstoff fördert. In einer Menge oberhalb 0,1 Gewichts-% bilden sich bei der Erschmelzung grobe Aluminate, was dazu anregt, dessen Gehalt auf diesen Wert zu begrenzen.
– In übermäßigen Mengen führen Schwefel und Phosphor zu einer gesteigerten Versprödung. Deshalb ist es bevorzugt, ihren jeweiligen Gehalt auf 0,05 bzw. 0,1 Gewichts-% zu begrenzen.
– Bor, dessen Gehalt zwischen 0,0005 und 0,010 Gewichts-% und vorzugsweise zwischen 0,002 und 0,005 Gewichts-% liegen muß, ist ein Element, das eine bedeutende Rolle bei der Härtbarkeit spielt. Unter einem Gehalt von 0,0005% wird keine ausreichende Wirkung auf die Härtbarkeit erhalten. Der volle Effekt wird für einen Gehalt von 0,002% erhalten. Der maximale Gehalt an Bor muß geringer sein als 0,010% und vorzugsweise 0,005%, um die Zähigkeit nicht zu verschlechtern.
– Titan besitzt eine starke Affinität für Stickstoff und trägt folglich zum Schutz des Bors bei, so daß sich dieses Element in freier Form befindet, um seine volle Wirkung auf die Härtbarkeit auszuüben. Jenseits 0,2% und insbesondere 0,1% existiert jedoch ein Risiko für die Bildung von groben Titannitriden im flüssigen Stahl, die eine ungünstige Rolle für die Zähigkeit spielen.

Nach der Vorbereitung der Bleche gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden diese durch Schweißen zusammengefügt, um einen geschweißten Zuschnitt zu erhalten. Es können natürlich mit der Absicht der Herstellung von komplexen Endteilen mehr als zwei Bleche zusammengefügt werden. Die Bleche können eine unterschiedliche Dicke oder Zusammensetzung aufweisen, um lokal den erforderlichen Eigenschaften zu entsprechen.
Das Schweißen wird nach dem stumpfen Anstoßen der Bleche durchgeführt, wobei die Zonen ohne Schicht der metallischen Legierung aneinander angestoßen werden.
Das Schweißen erfolgt dann entlang der an die Zonen 6 ohne Schicht der metallischen Legierung angrenzenden Kante.
Im Rahmen der Erfindung kann jegliches Mittel zum kontinuierlichen Schweißen verwendet werden, das für die Dicken und für die Bedingungen der Produktivität und der Qualität, die für die Schweißverbindungen erforderlich sind, geeignet ist, und insbesondere:

– das Schweißen durch einen LASER-Strahl,
– das Lichtbogenschweißen, insbesondere durch die Verfahren TIG (”Wolfram-Inertgas”), Plasma, MIG (”Metall-Inertgas”) oder MAG (”Metall-Aktivgas”).

Unter den Bedingungen der Erfindung führt der Schweißvorgang nicht zum Aufschmelzen eines Teils der metallischen Beschichtung 4, deren Elemente sich anschließend in der geschmolzenen Zone befinden würden. Nur eine minimale Menge der Schicht 3 der intermetallischen Legierung wird durch diesen Vorgang innerhalb der geschmolzenen Zone aufgeschmolzen. Wie das nachstehende Beispiel zeigt, hat diese sehr begrenzte Menge keinen Einfluß auf die metallurgische Qualität und die mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung nach der Wärmebehandlung zur Legierung und Austenitisierung.
Anschließend wird der geschweißte Zuschnitt erhitzt, um gemeinsam folgendes zu verwirklichen:

– Eine Oberflächenlegierungsbehandlung, bei der eine Diffusion von Elementen des Stahlsubstrats, insbesondere des Eisens, des Mangans, des Siliciums, in das Innere der Vorbeschichtung unterstützt wird. So wird eine intermetallische legierte Verbindung an der Oberfläche gebildet, deren Schmelztemperatur beträchtlich höher ist als jene der Schicht 4 der metallischen Legierung. Die Anwesenheit dieser Verbindung bei der Wärmebehandlung ermöglicht es, jegliche Oxidation und jegliche Entkohlung des darunter liegenden Stahls zu vermeiden.
– Eine Austenitisierung des Basisstahls, wobei diese Austenitisierung teilweise oder vollständig sein kann. Vorteilhafterweise wird das Erhitzen in einem Ofen durchgeführt, so daß das Teil eine Temperatur zwischen Ac1 und Ac3 + 100°C erreicht. Ac1 und Ac3 bezeichnen die Temperaturen des Beginns bzw. des Endes der austenitischen Transformation beim Erhitzen. Gemäß der Erfindung ist die Verweilzeit bei dieser Temperatur größer als oder gleich 20 s, um die Temperatur und die Mikrostruktur in den verschiedenen Punkten des Werkstücks zu vereinheitlichen.

Unter den Bedingungen gemäß der Erfindung werden im Verlauf dieser Aufwärmungsphase keine versprödeten intermetallischen Zonen im Inneren des geschmolzenen Metalls, die für die mechanischen Eigenschaften des Teils ungünstig sind, gebildet.
Dann wird eine Warmumformung des Zuschnitts durchgeführt, um ihm seine Endform in der Form eines Teils zu verleihen, wobei dieser Schritt durch die Verringerung der Fließgrenze und die Erhöhung der Streckbarkeit des Stahls mit der Temperatur gefördert wird. Ausgehend von einer teilweise oder vollständig austenitischen Struktur mit hoher Temperatur wird anschließend das Teil unter geeigneten Bedingungen abgekühlt, um ihm die angestrebten mechanischen Eigenschaften zu verleihen: insbesondere kann das Teil während der Abkühlung im Inneren einer Werkzeugeinrichtung gehalten werden, wobei die Werkzeugeinrichtung selbst abgekühlt werden kann, um die Abführung der Wärme zu fördern. Um erhöhte mechanische Eigenschaften zu erhalten, wird vorzugsweise auf das Erhalten von martensitischen, bainitischen oder bainitisch-martensitischen Mikrostrukturen abgezielt.
In der Zone 6 auf beiden Seiten der Schweißverbindung legiert sich die intermetallische Schicht 3 mit einer Dicke zwischen 3 und 10 Mikrometer vor der Wärmebehandlung mit dem Stahlsubstrat und ermöglicht es, eine gute Korrosionsbeständigkeit zu erhalten.
Beispiel:
Als Beispiel stellen die folgenden Ausführungsformen weitere durch die Erfindung verliehene Vorteile dar. Es wurde ein kalt gewalztes Stahlband mit einer Dicke von 1,5 mm mit der folgenden Gewichtszusammensetzung betrachtet:

C Mn Si S P Al Cr Ti B

0,224 1,160 0,226 0,005 0,013 0,044 0,189 0,041 0,0031

Tabelle 1: Zusammensetzung des Stahls (Gewichts-%)
Das Stahlband wurde im Tauchverfahren in einem geschmolzenen Bad einer Aluminiumlegierung mit 9,3% Silicium und 2,8% Eisen, wobei der Rest aus Aluminium und unvermeidlichen Verunreinigungen gebildet war, vorbeschichtet. Das Band wurde anschließend in Form von Blechen mit dem Format 300 × 500 mm² geschnitten. Diese umfassen auf jeder ihrer Seiten eine Vorbeschichtung mit einer Schicht einer intermetallischen Legierung, die hauptsächlich Fe₂Al₃, Fe₂Al₅ und Fe_xAl_ySi_z enthält.
Dieser Schicht mit einer Dicke von 5 Mikrometer in Kontakt mit dem Stahlsubstrat ist eine Schicht einer metallischen Al-Si-Legierung mit einer Dicke von 20 Mikrometer.
Vor dem Schweißen durch einen LASER-Strahl wurden vier verschiedene Vorbereitungsmodalitäten ausgeführt:

– Modalität I (gemäß der Erfindung): Die Schicht der metallischen Al-Si-Legierung wurde durch longitudinales Bürsten auf einer Breite von 1,1 mm seitlich ausgehend vom Rand der Bleche auf einer Länge von 500 mm entfernt. Das Bürsten wurde in einer identischen Weise auf den zwei Seiten mittels einer Lamellenbürste des Typs ”Spiraband” mit einem Durchmesser von 80 mm durchgeführt, die an einem Drehsystem mit Winkelgetriebe angebracht war, wobei das Ganze translatorisch auf einer Bank mit Wuchtausgleich geführt wurde. Die Bürstkraft ist ungefähr 35 N auf der Höhe des Kontakts Bürste/Zuschnitt, die Verlagerungsgeschwindigkeit der Bürste ist 10 m/min. Somit wird durch Bürsten die Schicht der metallischen Legierung beseitigt und nur die Schicht der intermetallischen Legierung mit 5 Mikrometer auf der gebürsteten Zone stehen gelassen.
– Modalität II (gemäß der Erfindung): Die Schicht der metallischen Al-Si-Legierung wurde durch LASER-Abtragung auf einer Breite von 0,9 mm ausgehend vom Rand der Bleche entfernt. Die LASER-Abtragung wurde in einer identischen Weise an den zwei Seiten mittels eines Lasers des Güteschaltungstyps mit einer nominalen Energie von 450 W, der Impulse mit 70 ns liefert, durchgeführt. Die Impulsenergie ist 42 mJ. Die konstante relative Translationsgeschwindigkeit des LASER-Strahls in Bezug auf die Bleche ist 20 m/min. 6 zeigt, daß somit durch LASER-Abtragung die Schicht 4 der metallischen Legierung beseitigt wird und nur die Schicht 3 der intermetallischen Legierung mit 5 Mikrometer auf der behandelten Zone stehen gelassen wird.
– Modalität R1 (nicht gemäß der Erfindung): Durch mechanische Entfernung wurde die Gesamtheit der Vorbeschichtung, nämlich der Schicht der metallischen Legierung sowie der intermetallischen Legierung, beseitigt. Diese Entfernung wurde auf einer Breite von 1,1 mm, folglich identisch zu jener der Modalität I, mittels eines Werkzeugs des Typs Carbidschleifscheibe für Schnellbearbeitung in einer longitudinalen Translation durchgeführt. So wird das spätere Schweißen in einer Zone, die vollständig ohne Vorbeschichtung war, auf beiden Seiten der Verbindung ausgeführt.
- Modalität R2 (nicht gemäß der Erfindung): Das LASER-Schweißen wurde an vorbeschichteten Blechen ausgeführt, die keiner speziellen Vorbereitung ihres Randes unterzogen wurden.

Diese Bleche wurden durch einen LASER-Strahl unter den folgenden Bedingungen geschweißt: Nennleistung 6 kW, Schweißgeschwindigkeit: 4 m/Minute. Unter Berücksichtigung der Breite der Schweißnaht wird in der Modalität I die Anwesenheit einer Zone ohne metallische Legierung auf einer Breite von ungefähr 0,3 mm nach der Ausführung der Schweißverbindungen festgestellt.
Die geschweißten Zuschnitte wurden einer Wärmebehandlung zur Legierung und Austenitisierung mit einer Erwärmung bis auf eine Temperatur von 920°C unterzogen, wobei diese Temperatur für 7 Minuten aufrechterhalten wurde. Diese Bedingungen führen zu einer vollständigen austenitischen Transformation des Stahls des Substrats. Während dieser Erwärmungs- und Haltephase stellt man fest, daß die Vorbeschichtung auf der Basis von Aluminium-Silicium auf der Gesamtheit ihrer Dicke eine intermetallische Verbindung durch eine Legierung mit dem Basisstahl bildet. Diese legierte Beschichtung mit erhöhtem Schmelzpunkt und mit hoher Härte weist eine große Korrosionsbeständigkeit auf und vermeidet die Oxidation und die Entkohlung des darunter liegenden Basisstahls während und nach der Erwärmungsphase.
Nach der Phase der Erwärmung auf 920°C wurden die Werkstücke warm umgeformt und abgekühlt.
Eine spätere Abkühlung zwischen Werkzeugen führt zu einer martensitischen Struktur. Die mechanische Zugfestigkeit R_m des Stahlsubstrats, die nach einer derartigen Behandlung erhalten wird, ist größer als 1450 MPa.
Anschließend wurden durch die folgenden Verfahren die Schweißverbindungen in den so erhaltenen Teilen charakterisiert:

– Mikrographische Schnitte haben es ermöglicht, die eventuelle Anwesenheit von intermetallischen Zonen im Inneren der Schweißverbindungen zu bewerten,
– mechanische Zugversuche über die Schweißverbindungen an Proben von 12,5 × 50 mm² haben es ermöglicht, die Zugfestigkeit R_m und die Gesamtdehnung zu bewerten,
– Versuche mit beschleunigter Korrosion wurden gemäß den Normen DIN 50021, DIN 50017, DIN 50014 ausgeführt. Diese Versuche umfassen nach Besprengung mit Salzsprühnebel Zyklen, in denen trockene Phasen bei 23°C und feuchte Phasen bei 40°C abwechseln.

Die Ergebnisse dieser Charakterisierungen sind in Tabelle 2 dargestellt:

Modalität	Versprödete intermetallische Zonen im Inneren der Schweißverbindungen	Rm (MPa)	A (%)	Korrosionsbeständigkeit
I (gemäß der Erfindung)	Abwesenheit	> 1450 MPa	≥ 4%	O
II (gemäß der Erfindung)	Abwesenheit	> 1450 MPa	≥ 4%	O
R1 (nicht gemäß der Erfindung)	Abwesenheit	> 1450 MPa	≥ 4%	•
R2 (nicht gemäß der Erfindung)	Anwesenheit	1230	≤ 1%	O

Tabelle 2: Eigenschaften der Schweißverbindungen nach Wärmebehandlung

O: Zufrieden stellend • Nicht zufrieden stellend

Unter den erforderlichen Härtungsbedingungen nach der Wärmebehandlung ist die Mikrostruktur des Basismetalls der beim Schweißen geschmolzenen Zone für die vier obigen Modalitäten vollständig martensitisch.
Im Fall der Modalität I gemäß der Erfindung enthält die geschmolzene Zone keine intermetallische Zone, wie 4 zeigt.
In der Modalität R2 wird dagegen die Anwesenheit von intermetallischen Zonen (5) insbesondere zum Rand der geschmolzenen Zone hin bemerkt, wo die Elemente der Vorbeschichtung durch die spontanen Konvektionsbewegungen des flüssigen Bades aufgrund eines Marangoni- Effekts konzentriert wurden. Diese intermetallischen Zonen mit großer Größe, deren Orientierung zur mechanischen Beanspruchung im Wesentlichen senkrecht sein kann, spielen eine Rolle der Spannungskonzentration und der Bruchauslösung. Die Dehnung in der Querrichtung ist durch die Anwesenheit dieser intermetallischen Zonen beträchtlich verringert: bei Abwesenheit dieser Zonen ist die Dehnung größer als 4%. Sie wird geringer als 1%, wenn diese vorhanden sind.
Es werden keine signifikanten Unterschiede von mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit und Dehnung) zwischen der Modalität I gemäß der Erfindung und der Modalität R1 bemerkt. Dies bedeutet, daß die feine Schicht der intermetallischen Legierung, die durch das Bürsten an der Stelle belassen und durch das Schweißen aufgeschmolzen wird, nicht zur Bildung von versprödeten Zonen im Inneren des geschmolzenen Metalls führt, wie 4 zeigt.
Im Fall der Modalität R1 ist die Korrosionsbeständigkeit vermindert: der Stahl wird nämlich auf beiden Seiten der Schweißverbindung durch die vollständige Entfernung der Vorbeschichtung vollständig freigelegt. Aus Mangel an Schutz gegen die Korrosion wird dann das Erscheinen von rotem Rost auf der Höhe der durch die Wärme betroffenen Zonen auf beiden Seiten der Naht bemerkt.
Somit ermöglicht es die Erfindung, gleichzeitig eine gute Streckbarkeit der Schweißverbindung nach der Behandlung sowie eine gute Korrosionsbeständigkeit zu erhalten.
Gemäß der Zusammensetzung des Stahls, insbesondere seines Gehalts an Kohlenstoff sowie an Mangan, Chrom und Bor, kann die maximale Zugfestigkeit der Teile an die angestrebte Verwendung angepaßt werden. Diese Teile werden für die Herstellung von Sicherheitsteilen und insbesondere Aufprallschutzteilen oder tragenden Teilen, Verstärkungsgliedern, Mittelholmen für den Bau von Kraftfahrzeugen mit Nutzen verwendet.
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

- EP 0971044 [0003, 0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Normen DIN 50021 [0088]
- DIN 50017 [0088]
- DIN 50014 [0088]

Claims

Blech, das aus einem Stahlsubstrat (1) und einer Vorbeschichtung (2) gebildet ist, wobei die Vorbeschichtung aus einer Schicht (3) einer intermetallischen Legierung in Kontakt mit dem Substrat, überlagert von einer Schicht (4) einer metallischen Legierung, gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer vorbeschichteten Seite des Blechs eine Zone (6) ohne die Schicht der metallischen Legierung ist, wobei die Zone am Rand des Blechs liegt.
Blech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbeschichtung (2) eine Legierung aus Aluminium oder auf der Basis von Aluminium ist.
Blech nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (4) der metallischen Legierung der Vorbeschichtung (2) in der Gewichtszusammensetzung 8 bis 11% Silicium, 2 bis 4% Eisen umfaßt, wobei der Rest der Zusammensetzung Aluminium und unvermeidliche Verunreinigungen sind.
Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zone (6) ohne die Schicht der metallischen Legierung zwischen 0,2 und 2,2 mm liegt.
Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zone (6) ohne die metallische Schicht variabel ist.
Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht (3) der intermetallischen Legierung zwischen 3 und 10 Mikrometer liegt.
Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (6) ohne metallische Legierung durch teilweises Beseitigen der Schicht (4) der metallischen Legierung durch Bürsten auf mindestens einer vorbeschichteten Seite des Blechs erhalten wird.
Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (6) ohne metallische Legierung durch teilweises Beseitigen der Schicht (4) der metallischen Legierung mittels eines LASER-Strahls auf mindestens einer vorbeschichteten Seite des Blechs erhalten wird.
Geschweißter Zuschnitt, der durch Stumpfnahtschweißen von mindestens zwei Blechen nach einem der Ansprüche 1 bis 8 erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißverbindung an der an die Zone (6) ohne Schicht der metallischen Legierung angrenzenden Kante (11) bewirkt wird.
Teil, das durch Wärmebehandlung und Verformung eines geschweißten Zuschnitts nach Anspruch 9 erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbeschichtung auf der Gesamtheit ihrer Dicke durch die Wärmebehandlung in eine intermetallische Legierungsverbindung transformiert wird, die einen Schutz gegen die Korrosion und die Entkohlung des Stahlsubstrats sicherstellt.
Blech, Zuschnitt oder Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Stahls umfaßt, wobei die Gehalte auf das Gewicht bezogen ausgedrückt sind: 0,10% ≤ C ≤ 0,5% 0,5% ≤ Mn ≤ 3% 0,1% ≤ Si ≤ 1% 0,01% ≤ Cr ≤ 1% Ti ≤ 0,2% Al ≤ 0,1% S ≤ 0,05% P ≤ 0,1% 0,0005% ≤ B ≤ 0,010%, wobei der Rest der Zusammensetzung aus Eisen und unvermeidlichen Verunreinigungen, die sich aus der Erschmelzung ergeben, gebildet ist.
Blech, Zuschnitt oder Teil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Stahls umfaßt, wobei die Gehalte auf das Gewicht bezogen ausgedrückt sind: 0,15% ≤ C ≤ 0,25% 0,8% ≤ Mn ≤ 1,8% 0,1% ≤ Si ≤ 0,35% 0,01% ≤ Cr ≤ 0,5% Ti ≤ 0,1% Al ≤ 0,1% S ≤ 0,05% P ≤ 0,1% 0,002% ≤ B ≤ 0,005%, wobei der Rest der Zusammensetzung aus Eisen und aus unvermeidlichen Verunreinigungen, die sich aus der Erschmelzung ergeben, gebildet ist.
Teil nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostruktur des Stahls martensitisch, bainitisch oder bainitisch-martensitisch ist.
Vorbeschichtetes Stahlblech, dadurch erhältlich, daß: – ein Stahlblech beschafft wird, – das Blech beschichtet wird, um eine Vorbeschichtung zu erhalten, die aus einer Schicht (3) einer intermetallischen Legierung, überlagert von einer Schicht (4) einer metallischen Legierung, gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Seite des Blechs die Schicht der metallischen Legierung in einer Zone (6) am Rand des Blechs entfernt wird.
Vorbeschichtetes Stahlblech nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zone (6) zwischen 0,2 und 2,2 mm liegt.
Vorbeschichtetes Stahlblech, dadurch erhältlich, daß: – ein Stahlblech beschafft wird – das Blech beschichtet wird, um eine Vorbeschichtung zu erhalten, die aus einer Schicht (3) einer intermetallischen Legierung, überlagert von einer Schicht (4) einer metallischen Legierung, gebildet ist, dann – auf mindestens einer Seite des Blechs die Schicht der metallischen Legierung in einer Zone (7), die an den Rand (5) des Blechs nicht vollständig angrenzt, entfernt wird, dann – das Blech entlang einer Ebene (8) geschnitten wird, so daß die Zone (7) ohne metallische Legierung sich am Rand des geschnittenen Blechs befindet.
Vorbeschichtetes Stahlblech nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zone (7) zwischen 0,4 und 30 mm liegt.
Vorbeschichtetes Stahlblech nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbeschichtung durch Aluminisieren im Tauchbad durchgeführt wird.
Vorbeschichtetes Stahlblech nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Schicht (4) durch Bürsten ausgeführt wird.
Vorbeschichtetes Stahlblech nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Schicht (4) mittels des Auftreffens eines LASER-Strahls auf die Vorbeschichtung (2) ausgeführt wird.
Vorbeschichtetes Stahlblech nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Emissionsvermögens oder Reflexionsvermögens der Zone (6), in der die Schicht (4) der metallischen Legierung entfernt wird, gemessen wird, der gemessene Wert mit einem Referenzwert verglichen wird, der für das Emissionsvermögen oder Reflexionsvermögen der Schicht (4) der metallischen Legierung charakteristisch ist, und der Entfernungsvorgang angehalten wird, wenn die Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem Referenzwert größer ist als ein kritischer Wert.
Vorbeschichtetes Stahlblech nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität oder die Wellenlänge der am Auftreffpunkt des LASER-Strahls emittierten Strahlung gemessen wird, der gemessene Wert mit einem Referenzwert verglichen wird, der für das Emissionsvermögen der Schicht (4) der metallischen Legierung charakteristisch ist, und der Entfernungsvorgang angehalten wird, wenn die Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem Referenzwert größer ist als ein kritischer Wert.
Geschweißter Zuschnitt, dadurch erhältlich, daß mindestens zwei Bleche nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder, die gemäß einem der Ansprüche 14 bis 22 erhalten sind, beschafft werden, dann die mindestens zwei Bleche stumpf geschweißt werden, wobei die Schweißverbindung an der an die Zone ohne Schicht der metallischen Legierung angrenzenden Kante (11) bewirkt wird.
Vorbeschichtetes Stahlblech nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zone (6) um 20 bis 40% größer als die halbe Breite einer gemäß Anspruch 23 ausgeführten Schweißnaht ist.
Vorbeschichtetes Stahlblech nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zone (7) um 20 bis 40% größer als die Breite einer gemäß Anspruch 23 ausgeführten Schweißnaht ist.
Teil, dadurch erhältlich, daß ein gemäß Anspruch 23 erhaltener geschweißter Zuschnitt beschafft wird, dann – der Zuschnitt erhitzt wird, um durch Legierung zwischen dem Stahlsubstrat (1) und der Beschichtung (2) eine intermetallische Legierungsverbindung zu bilden und um dem Stahl eine teilweise oder vollständig austenitische Struktur zu verleihen, dann – der Zuschnitt warm umgeformt wird, um ein Teil zu erhalten, – das Teil mit einer Geschwindigkeit abgekühlt wird, die die angestrebten mechanischen Eigenschaften verleihen kann.
Teil nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlgeschwindigkeit größer ist als die kritische Geschwindigkeit der martensitischen Härtung.
Geschweißter Zuschnitt oder Teil nach einem der Ansprüche 23, 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißen mit einem LASER-Strahl durchgeführt wird.
Geschweißter Zuschnitt oder Teil nach einem der Ansprüche 23, 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißen mit einem elektrischen Lichtbogen durchgeführt wird.
Verwendung eines Blechs, eines Zuschnitts oder eines Teils nach einem der Ansprüche 1 bis 29 für die Herstellung von Struktur- oder Sicherheitsteilen für ein Bodenkraftfahrzeug mit Motor.