DE202018006833U1 - Geschweißte Platine und geschweißtes, warmgepresstes und abgekühltes Stahlteil - Google Patents

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Abstract

Geschweißte Stahlplatine (1), umfassend zwei vorbeschichtete Bleche (2), wobei jedes vorbeschichtete Blech (2) ein Stahlsubstrat (3) umfasst, welches eine Vorbeschichtung (5) auf mindestens einer seiner Hauptflächen (4) aufweist, wobei die Vorbeschichtung (5) eine intermetallische Legierungsschicht (9), umfassend mindestens Eisen und Aluminium, und optional eine metallische Legierungsschicht (11), die sich auf der intermetallischen Legierungsschicht (9) erstreckt, umfasst, wobei die metallische Legierungsschicht (11) eine Schicht aus Aluminium, eine Schicht aus Aluminiumlegierung oder eine Schicht aus einer Legierung auf Aluminiumbasis ist, wobei der Stahl des Substrats (3) von mindestens einem der vorbeschichteten Bleche (2) in Gewichtsprozent Folgendes umfasst:
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 %
B ≤ 0,010 %,
wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist
und die vorbeschichteten Bleche (2) durch eine Schweißnaht (22) verbunden sind, wobei die Schweißnaht (22) gekennzeichnet ist durch:
(a) einen Abschreckfaktor FTWJ der Schweißnaht (22), der so ist, dass FTWJ -0.9FTBM ≥ 0 (Kriterium C2),
wobei:
- FTBM der Abschreckfaktor des am wenigsten härtbaren Stahlsubstrats (3) von den Stahlsubstraten (3) der zwei vorbeschichteten Bleche (2) ist, und
- die Abschreckfaktoren FTWJ und FTBM unter Verwendung der folgenden Formel bestimmt werden: FT=128 + 1553xC + 55xMn + 267xSi + 49xNi + 5xCr - 79xAl - 2xNi2 - 1532xC2 - 5xMn2 - 127xSi2 - 40xCxNi - 4xNixMn, wobei Al, Cr, Ni, C, Mn und Si jeweils der mittlere Aluminium-, Chrom-, Nickel-, Kohlenstoff-, Mangan- und Siliziumgehalt, ausgedrückt in Gewichtsprozent, des Bereichs sind, dessen Abschreckfaktor bestimmt werden soll, wobei dieser Bereich im Fall von FTWJ die Schweißnaht (22) und im Fall von FTBM das am wenigsten härtbare Substrat ist, und
(b) einen Kohlenstoffgehalt CWJ der Schweißnaht (22) von weniger als 0,15 Gewichtsprozent oder, wenn der Kohlenstoffgehalt CWJ der Schweißnaht (22) größer als oder gleich wie 0,15 Gewichtsprozent ist, einen Erweichungsfaktor FAWJ der Schweißnaht (22), der so ist, dass FAWJ > 5000 (Kriterium C3), wobei der Erweichungsfaktor FAWJ der Schweißnaht (22) abhängig von dem mittleren Aluminium-, Chrom-, Nickel-, Molybdän-, Kohlenstoff-, Mangan- und Siliziumgehalt der Schweißnaht (22), ausgedrückt in Gewichtsprozent, nach der folgenden Formel berechnet wird:        FA = 10.291 + 4384,1 × Mo + 3676,9 Si − 522,64 × Al − 2221,2 × Cr − 118,11 × Ni -1565 ,1 × C − 246,67 × Mn ,
Figure DE202018006833U1_0001
und die Schweißnaht (22) derart ist, dass nach Warmpressen und Abkühlen die maximale Härtevariation ΔHV(WJ) über die Schweißnaht (22) kleiner als oder gleich wie 20 % der mittleren Härte HVmean(WJ) der Schweißnaht (22) ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine geschweißte Stahlplatine, sowie ein geschweißtes, warmgepresstes und abgekühltes Stahlteil.
  • Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zum Herstellen geschweißter Teile aus Stahlblechen unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder Stärke bekannt, die im Stumpfstoß miteinander verschweißt werden. Insbesondere werden die geschweißten Platinen in der Regel auf eine Temperatur erhitzt, die die Austenitisierung des Stahls ermöglicht, und dann im Warmpresswerkzeug warmgeformt und abgekühlt. Die Zusammensetzung des Stahls kann so gewählt werden, dass die anschließenden Erhitzungs- und Umformungsvorgänge ermöglicht werden und das geschweißte Stahlteil eine hohe mechanische Festigkeit, eine hohe Kerbschlagzähigkeit und eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweist.
  • Stahlteile dieser Art werden vor allem in der Automobilindustrie verwendet, insbesondere für die Herstellung von Aufprallschutzteilen, Strukturteilen oder Teilen, die zur Sicherheit von Kraftfahrzeugen beitragen.
  • Um Korrosion zu verhindern, werden die Stahlbleche mit einer Vorbeschichtung auf Aluminiumbasis durch Schmelztauchen in einem aluminiumhaltigen Bad vorbeschichtet. Wenn die Stahlbleche ohne vorherige Vorbereitung geschweißt werden, wird die Vorbeschichtung auf Aluminiumbasis während des Schweißvorgangs mit dem Stahlsubstrat in dem geschmolzenen Metall verdünnt. Im Aluminiumgehaltsbereich der Vorbeschichtung können dann zwei Phänomene auftreten.
  • Ist der Aluminiumgehalt im geschmolzenen Metall lokal hoch, bilden sich in der Schweißnaht intermetallische Verbindungen, die aus der Verdünnung eines Teils der Vorbeschichtung im geschmolzenen Metall und aus der Legierung resultieren, die bei der anschließenden Erhitzung der Schweißnaht vor dem Warmpressschritt auftritt. Diese intermetallischen Verbindungen sind die Stellen, an denen eine beginnende Rissbildung am ehesten auftreten kann.
  • Außerdem neigt das Aluminium dazu, die Austenitisierungstemperatur (Ac3) der Schweißnaht zu erhöhen, und diese Veränderung des Austenitbereichs ist umso grösser, je höher der Aluminiumanteil in der Schweißnaht ist. In einigen Fällen kann dies die vollständige Austenitisierung der Schweißnaht verhindern, die beim Erwärmen vor der Umformung eintreten sollte und der erste Schritt ist, der für das Warmpressen und Erzielen eines martensitischen Gefüges in der Schweißnaht nach Warmpressen und Abkühlen erforderlich ist.
  • Darüber hinaus wirkt sich Aluminium auch nachteilig auf die Abschreckbarkeit der Schweißnaht aus, da es die kritische Abkühlgeschwindigkeit erhöht, die erforderlich ist, um beim Abkühlen martensitische oder bainitische Gefüge in der Schweißnaht zu erhalten.
  • Folglich ist es nicht mehr möglich, beim Abkühlen nach Warmpressen Martensit oder Bainit zu erhalten, und die dadurch erhaltene Schweißnaht enthält Ferrit. Die Schweißnaht weist dann eine geringere Härte und mechanische Festigkeit auf als die zwei angrenzenden Bleche und stellt somit die schwächste Stelle des Teils dar.
  • In der Veröffentlichung EP2007545 ist eine Lösung beschrieben, die darin besteht, die oberflächliche Schicht der metallischen Legierung an der Schweißnahtkante der vorbeschichteten Stahlbleche zu entfernen, die zumindest teilweise in die Schweißmetallzone integriert werden soll. Das Entfernen kann durch Bürsten oder mittels eines Laserstrahls erfolgen. Die intermetallische Legierungsschicht bleibt erhalten, um die Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten und um Entkohlungs- und Oxidationserscheinungen während der Wärmebehandlung vor dem Umformvorgang zu verhindern. Die Wirkung von Aluminium wird dann durch eine lokale Beseitigung der oberflächlichen Schicht der Beschichtung drastisch reduziert.
  • Die Entfernung der Vorbeschichtung ist jedoch ein zusätzlicher Schritt und erhöht daher die Produktionskosten.
  • EP 2 737 971 , US 2016/0144456 und WO 2014075824 versuchen, dieses Problem zu lösen, indem sie ein Verfahren bereitstellen, bei dem die vorbeschichteten Bleche mit einem Fülldraht geschweißt werden, der austenitstabilisierende Elemente, wie z. B. Kohlenstoff, Mangan oder Nickel umfasst, mit dem Ziel, nach Warmpressen und Abkühlen ein vollständig martensitisches Gefüge in der Schweißnaht zu erhalten, obwohl Aluminium in der Schweißnaht vorhanden ist, das aus dem Schmelzen der Vorbeschichtung stammt.
  • Diese Verfahren sind jedoch nicht ganz zufriedenstellend, da sie nur eines der Probleme im Zusammenhang mit dem Vorhandensein von Aluminium in dem Schmelzbad lösen: die Kompensation der Austenitisierungstemperatur (Ac3) und in einigen Fällen kann die Verwendung von Schweißdrähten mit hohem Kohlenstoffgehalt Segregationen in der Schweißnaht bewirken. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nämlich festgestellt, dass mit den in den oben genannten Dokumenten beschriebenen Verfahren keine zufriedenstellenden mechanischen Eigenschaften der nach Warmpressen und Abkühlen erhaltenen Teile erzielt werden können, insbesondere bei einem Aluminiumgehalt von mehr als oder gleich wie 0,7 Gewichtsprozent in der Schweißnaht und erst recht bei einem Aluminiumgehalt von mehr als oder gleich wie 2,1 %.
  • Insbesondere besteht bei solchen Teilen ein hohes Risiko eines Versagens der Schweißnaht bei einer Zugprüfung in Querrichtung der Schweißnaht.
  • Die in WO 2015/086781 und EP 2 942 143 offenbarten Verfahren befassen sich ebenfalls mit dieser Frage und beschreiben Verfahren, bei denen die vorbeschichteten Stahlbleche nach bestimmten Schweißverfahren mit bestimmten Schweißzusätzen geschweißt werden.
  • Insbesondere beschreibt die WO 2015/086781 , Doppelpunkt-Laserschweißen zu verwenden und dabei einen Schweißzusatz in Form eines Metallpulvers mit der folgenden Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) zu verwenden: C:0-0,03 Gew.-%, Mo: 2,0-3,0 Gew.-%, Ni: 10-14 Gew.-%, Mn: 1,0-2,0 Gew.-%, Cr: 16-18 Gew.-% und Si: 0,0-1,0 Gew.-%, wobei der Rest Eisen ist.
  • EP 2 942 143 beschreibt eine Verwendung von Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen, bei dem ein Lichtbogenschweißbrenner vor dem Laserstrahl positioniert wird, während ein Schweißzusatz in Form eines Fülldrahts mit folgender Zusammensetzung zugeführt wird: C:0-0,3 Gew.-%, Mo: 0-0,4 Gew.-%, Ni: 6-20 Gew.-%, Mn: 0.5-7 Gew.-%, Cr: 5-22 Gew.-% und Si: 0-1,3 Gew.-%, Nb: 0-0,7 Gew.-%, wobei der Rest Eisen ist.
  • Auch diese Verfahren sind nicht zufriedenstellend. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nämlich festgestellt, dass die Verwendung der darin beschriebenen Schweißdrähte zu einem hohen Risiko des Versagens des Teils nach Warmpressen und Abkühlen in der Zone unmittelbar neben der Schweißnaht führt.
  • Darüber hinaus ist die Verwendung von Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen nicht wünschenswert, da beim Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen nicht die gleichen Schweißgeschwindigkeiten wie beim Laserschweißen erreicht werden können, was zu einer geringeren Gesamtproduktivität des Prozesses führt.
  • Außerdem ist das Hinzufügen von Pulver im industriellen Rahmen generell schwieriger zu realisieren als Fülldrähte.
  • Alle bisher erwähnten Verfahren, die auf dem Hinzufügen von Schweißzusätzen beruhen, geben nur Bereiche für die chemische Zusammensetzung des Schweißzusatzes an, und da die Schweißparameter und -bedingungen einen Einfluss auf den Schweißzusatzanteil haben, kann ein bestimmter Fülldraht sehr unterschiedliche chemische Zusammensetzungen in der Schweißnaht bewirken. Die Beschreibung der Zusammensetzung des Fülldrahts allein reicht daher nicht aus, um die oben genannten Probleme zu lösen.
  • Ziel der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Herstellen einer geschweißten Stahlplatine aus zwei derartigen vorbeschichteten Blechen bereitzustellen, das es ermöglicht, nach Warmpressen und Abkühlen ein Teil mit zufriedenstellenden Crash-Eigenschaften zu erhalten, selbst bei relativ hohen Aluminiumgehalten in der Schweißnaht, und das zu relativ geringen Kosten.
  • Zu diesem Zweck ist es wünschenswert, dass die Schweißnaht nicht die schwächste Zone des Teils darstellt, das nach Warmpressen und Abkühlen der geschweißten Platine erhalten wird. Daher sollte ein solches Teil nicht in der Schweißnaht oder in dem an die Schweißnaht angrenzenden Bereich, der der durch den Schweißvorgang entstandenen Wärmeeinflusszone entspricht, versagen, wenn es einer Zugspannung in einer Richtung senkrecht zu der Schweißnaht ausgesetzt wird.
  • Zu diesem Zweck bezieht sich die Offenbarung auf ein Verfahren zum Herstellen einer geschweißten Stahlplatine, umfassend die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte:
    • - Bereitstellen von zwei vorbeschichteten Blechen, wobei jedes vorbeschichtete Blech ein Stahlsubstrat umfasst, welches auf mindestens einer seiner Hauptflächen eine Vorbeschichtung aufweist, welche eine intermetallische Legierungsschicht, umfassend mindestens Eisen und Aluminium, und optional eine metallische Legierungsschicht, die sich auf der intermetallischen Legierungsschicht erstreckt, umfasst, wobei die metallische Legierungsschicht eine Schicht aus Aluminium, eine Schicht aus Aluminiumlegierung oder eine Schicht aus einer Legierung auf Aluminiumbasis ist,
    • - Schweißen im Stumpfstoß der vorbeschichteten Bleche unter Verwendung eines Fülldrahts, um eine Schweißnaht an der Verbindung zwischen den vorbeschichteten Blechen zu bilden, wobei die Vorbeschichtung zum Zeitpunkt des Schweißens im Stumpfstoß mindestens eine Hauptfläche von jedem vorbeschichteten Blech vollständig bedeckt, wobei:
    • - der Fülldraht einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,01 Gewichtsprozent und 0,45 Gewichtsprozent aufweist (Kriterium C1),
    • - die Zusammensetzung des Fülldrahts und der Anteil des dem Schweißbad zugeführten Fülldrahts so gewählt sind, dass die damit erhaltene Schweißnaht gekennzeichnet ist durch:
      1. (a) einen Abschreckfaktor FTWJ der Schweißnaht, der so ist, dass FTWJ - 0.9FTBM ≥ 0 (Kriterium C2), wobei:
        • - FTBM der Abschreckfaktor des am wenigsten härtbaren Stahlsubstrats von den Stahlsubstraten der zwei vorbeschichteten Bleche ist, und
        • - die Abschreckfaktoren FTWJ und FTBM unter Verwendung der folgenden Formel bestimmt werden: FT=128 + 1553xC + 55xMn + 267xSi + 49xNi + 5xCr - 79xAI - 2xNi2 - 1532xC2 - 5xMn2 - 127xSi2 - 40xCxNi - 4xNixMn, wobei Al, Cr, Ni, C, Mn und Si jeweils der mittlere Aluminium-, Chrom-, Nickel-, Kohlenstoff-, Mangan- und Siliziumgehalt, ausgedrückt in Gewichtsprozent, des Bereichs sind, dessen Abschreckfaktor bestimmt werden soll, wobei dieser Bereich im Fall von FTWJ die Schweißnaht und im Fall von FTBM das am wenigsten härtbare Substrat ist, und
      2. (b) einen Kohlenstoffgehalt CWJ der Schweißnaht von weniger als 0,15 Gewichtsprozent oder, wenn der Kohlenstoffgehalt CWJ der Schweißnaht größer als oder gleich wie 0,15 Gewichtsprozent ist, einen Erweichungsfaktor FAWJ der Schweißnaht, der so ist, dass FAWJ > 5000 (Kriterium C3), wobei der Erweichungsfaktor FAWJ der Schweißnaht abhängig von dem mittleren Aluminium-, Chrom-, Nickel-, Molybdän-, Kohlenstoff-, Mangan- und Siliziumgehalt der Schweißnaht, ausgedrückt in Gewichtsprozent, nach der folgenden Formel berechnet wird:  FA = 10.291 + 4384,1 × Mo + 3676,9 Si − 522,64 × Al − 2221,2 × Cr − 118,11 × Ni -1565 ,1 × C − 246,67 × Mn .
        Figure DE202018006833U1_0002
  • Gemäß besonderen Ausführungsformen kann das Verfahren eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen, die einzeln oder in jeder technisch möglichen Kombination angewendet werden können:
    • - der Kohlenstoffgehalt CWJ in Gewichtsprozent der Schweißnaht ist derart, dass 1,25 × CBM (am meisten härtbar) - CWJ ≥ 0 (Kriterium C4), wobei CBM der Kohlenstoffgehalt in Gewichtsprozent des am meisten härtbaren Substrats von den Substraten der zwei vorbeschichteten Bleche ist,
    • - der Nickelgehalt NiWJ der Schweißnaht ist zwischen 2,0 Gew.-% und 11,0 Gew.-% (Kriterium C5),
    • - die in dem Bereitstellungsschritt bereitgestellten vorbeschichteten Bleche weisen auf ihren zwei Hauptflächen eine Vorbeschichtung auf,
    • - zum Zeitpunkt des Schweißens im Stumpfstoß verbleibt die Vorbeschichtung vollständig auf beiden Hauptflächen mindestens eines der vorbeschichteten Bleche, vorzugsweise der zwei vorbeschichteten Bleche,
    • - das Verfahren umfasst vor dem Schweißen im Stumpfstoß eine Schweißkante mindestens eines der vorbeschichteten Bleche, die zumindest teilweise in die Schweißnaht integriert werden soll, unter Verwendung mindestens eines der folgenden Bearbeitungsschritte vorbereitet wird: Bürsten, Bearbeiten, Anfasen, Abschrägen und/oder Entfernen mindestens eines Abschnitts der Vorbeschichtung, wobei die Vorbereitung auf eine Weise ausgeführt wird, dass die Vorbeschichtung vollständig auf mindestens einer Hauptfläche von jedem der zwei vorbeschichteten Bleche verbleibt,
    • - der Schweißvorgang unter Verwendung eines Laserstrahls ausgeführt,
    • - der Stahl des Substrats von mindestens einem der vorbeschichteten Bleche umfasst, in Gewichtsprozent:
      • 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 %
      • B ≤ 0,010 %,
    • wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist,
      • - der Stahl des Substrats von mindestens einem der vorbeschichteten Bleche umfasst, in Gewichtsprozent:
        • 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 %
        • B ≤ 0,005 %,
    • wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist,
      • - der Stahl des Substrats von mindestens eines der vorbeschichteten Bleche umfasst, in Gewichtsprozent:
        • 0,040 % ≤ C ≤ 0,100 %
        • 0,80 % ≤ Mn ≤ 2,00 %
        • S ≤ 0,30 %,
        • S ≤ 0,005 %
        • P ≤ 0,030 %
        • 0,010 % ≤ Al ≤ 0,070 %
        • 0,015 % ≤ Nb ≤ 0,100 %
        • Ti ≤ 0,080 %
        • N ≤ 0,009 %
        • Cu ≤ 0,100 %
        • Ni ≤ 0,100 %
        • Cr ≤ 0,100%
        • Mo ≤ 0,100 %
        • C ≤ 0,006 %,
    • wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist,
      • - der Stahl des Substrats von mindestens einem der vorbeschichteten Bleche umfasst, in Gewichtsprozent:
        • 0,24 % ≤ C ≤ 0,38 %
        • 0,40 % ≤ Mn ≤ 3 %
        • 0,10 % ≤ Si ≤ 0,70 %
        • 0,015 % ≤ Al ≤ 0,070 %
        • 0 % ≤ Cr ≤ 2 %
        • 0,25 % ≤ Ni ≤ 2 %
        • 0,015 % ≤ Ti ≤ 0,10 %
        • 0 % ≤ Nb ≤ 0,060 %
        • 0,0005 % ≤ B ≤ 0,0040 %
        • 0,003 % ≤ N ≤ 0,010 %
        • 0,0001 % ≤ S ≤ 0,005 %
        • 0,0001 % ≤ P ≤ 0,025 %
        • wobei der Gehalt an Titan und Stickstoff das folgende Verhältnis erfüllt:
        • Ti/N > 3,42,
    • und der Gehalt an Kohlenstoff, Mangan, Chrom und Silizium das folgende Verhältnis erfüllt: 2.6 C + M n 5.3 + C r 13 + S i 15 ≥ 1.1 % ,
      Figure DE202018006833U1_0003
      • wobei der Stahl optional eines oder mehrere der folgenden Elemente umfasst:
        • 0,05 % ≤ Mo ≤ 0,65 %
        • 0,001 % ≤ Mo ≤ 0,30 %
        • 0,0005 % ≤ Ca ≤ 0,005 %,
    • wobei der Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist.
      • - das Schweißen wird unter Verwendung eines Schutzgases ausgeführt, insbesondere Helium und/oder Argon.
  • Die Offenbarung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Herstellen eines geschweißten, warmgepressten und abgekühlten Stahlteils, umfassend die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte:
    • - Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens, um eine geschweißte Stahlplatine zu erhalten;
    • - Erhitzen der geschweißten Stahlplatine, um ein vollständig austenitisches Gefüge in den Substraten der vorbeschichteten Bleche zu erhalten;
    • - Warmpressen der geschweißten Stahlplatine in einem Presswerkzeug, um ein Stahlteil zu erhalten; und
    • - Abkühlen des Stahlteils in dem Presswerkzeug.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen des geschweißten, warmgepressten und gekühlten Stahlteils ist die Abkühlungsgeschwindigkeit während des Abkühlungsschritts größer als oder gleich wie die bainitische oder martensitische Abkühlungsgeschwindigkeit des am meisten härtbaren Substrats der vorbeschichteten Bleche.
  • Die Erfindung betrifft auch eine geschweißte Stahlplatine, umfassend zwei vorbeschichtete Bleche, wobei jedes vorbeschichtete Blech ein Stahlsubstrat umfasst, das eine Vorbeschichtung auf mindestens einer seiner Hauptflächen aufweist, wobei die Vorbeschichtung eine intermetallische Legierungsschicht, welche mindestens Eisen und Aluminium umfasst, und optional eine metallische Legierungsschicht, die sich auf der intermetallischen Legierungsschicht erstreckt, umfasst, wobei die metallische Legierungsschicht eine Schicht aus Aluminium, eine Schicht aus Aluminiumlegierung oder eine Schicht aus einer Legierung auf Aluminiumbasis ist, wobei die vorbeschichteten Bleche durch eine Schweißnaht verbunden sind, wobei die Schweißnaht gekennzeichnet ist durch:
    1. (a) einen Abschreckfaktor FTWJ der Schweißnaht, der so ist, dass FTWJ - 0.9FTBM ≥ 0 (Kriterium C2), wobei:
      • - FTBM der Abschreckfaktor des am wenigsten härtbaren Stahlsubstrats von den Stahlsubstraten der zwei vorbeschichteten Bleche ist, und
      • - die Abschreckfaktoren FTWJ und FTBM unter Verwendung der folgenden Formel bestimmt werden: FT=128 + 1553xC + 55xMn + 267xSi + 49xNi + 5xCr - 79xAI - 2xNi2 - 1532xC2 - 5xMn2 - 127xSi2 - 40xCxNi - 4xNixMn, wobei Al, Cr, Ni, C, Mn und Si jeweils der mittlere Aluminium-, Chrom-, Nickel-, Kohlenstoff-, Mangan- und Siliziumgehalt, ausgedrückt in Gewichtsprozent, des Bereichs sind, dessen Abschreckfaktor bestimmt werden soll, wobei dieser Bereich im Fall von FTWJ die Schweißnaht und im Fall von FTBM das am wenigsten härtbare Substrat ist, und
    2. (b) einen Kohlenstoffgehalt CWJ der Schweißnaht von weniger als 0,15 Gewichtsprozent oder, wenn der Kohlenstoffgehalt CWJ der Schweißnaht größer als oder gleich wie 0,15 Gewichtsprozent ist, einen Erweichungsfaktor FAWJ der Schweißnaht, der so ist, dass FAWJ > 5000 (Kriterium C3), wobei der Erweichungsfaktor FAWJ der Schweißnaht abhängig von dem mittleren Aluminium-, Chrom-, Nickel-, Molybdän-, Kohlenstoff-, Mangan- und Siliziumgehalt der Schweißnaht, ausgedrückt in Gewichtsprozent, nach der folgenden Formel berechnet wird:  FA = 10.291 + 4384,1 × Mo + 3676,9 Si − 522,64 × Al − 2221,2 × Cr − 118,11 × Ni -1565 ,1 × C − 246,67 × Mn ,
      Figure DE202018006833U1_0004
      und die Schweißnaht derart ist, dass nach Warmpressen und Abkühlen die maximale Härtevariation ΔHV(WJ) über die Schweißnaht kleiner als oder gleich wie 20 % der mittleren Härte HVmean(WJ) der Schweißnaht ist.
  • Gemäß besonderen Ausführungsformen der Stahlplatine, wobei der Kohlenstoffgehalt CWJ in Gewichtsprozent der Schweißnaht ist derart, dass 1,25 × CBM (am meisten härtbar) - CWJ ≥ 0 (Kriterium C4), wobei CBM der Kohlenstoffgehalt in Gewichtsprozent des am meisten härtbaren Substrats von den Substraten der zwei vorbeschichteten Bleche ist, und der Nickelgehalt NiWJ der Schweißnaht zwischen 2,0 Gewichtsprozent und 11,0 Gewichtsprozent ist (Kriterium C5).
  • Die Erfindung betrifft ferner ein geschweißtes, warmgepresstes und gekühltes Stahlteil, umfassend einen ersten beschichteten Stahlteilabschnitt und einen zweiten beschichteten Stahlteilabschnitt, wobei jeder beschichtete Stahlteilabschnitt ein Stahlsubstrat umfasst, das auf mindestens einer seiner Hauptflächen eine Beschichtung aufweist, die mindestens Eisen und Aluminium umfasst, wobei der erste und der zweite beschichtete Stahlteilabschnitt durch eine Schweißnaht verbunden sind, wobei die Schweißnaht gekennzeichnet ist durch:
    1. (a) einen Abschreckfaktor FTWJ der Schweißnaht, der so ist, dass FTWJ -0.9FTBM ≥ 0 (Kriterium C2), wobei:
      • - FTBM der Abschreckfaktor des am wenigsten härtbaren Stahlsubstrats von den Stahlsubstraten der zwei vorbeschichteten Bleche ist, und
      • - die Abschreckfaktoren FTWJ und FTBM unter Verwendung der folgenden Formel bestimmt werden: FT=128 + 1553xC + 55xMn + 267xSi + 49xNi + 5xCr - 79xAI - 2xNi2 - 1532xC2 - 5xMn2 - 127xSi2 - 40xCxNi - 4xNixMn, wobei Al, Cr, Ni, C, Mn und Si jeweils der mittlere Aluminium-, Chrom-, Nickel-, Kohlenstoff-, Mangan- und Siliziumgehalt, ausgedrückt in Gewichtsprozent, des Bereichs sind, dessen Abschreckfaktor bestimmt werden soll, wobei dieser Bereich im Fall von FTWJ die Schweißnaht und im Fall von FTBM das am wenigsten härtbare Substrat ist, und
    2. (b) einen Kohlenstoffgehalt CWJ der Schweißnaht von weniger als 0,15 Gewichtsprozent oder, wenn der Kohlenstoffgehalt CWJ der Schweißnaht größer als oder gleich wie 0,15 Gewichtsprozent ist, einen Erweichungsfaktor FAWJ der Schweißnaht, der so ist, dass FAWJ > 5000 (Kriterium C3), wobei der Erweichungsfaktor FAWJ der Schweißnaht abhängig von dem mittleren Aluminium-, Chrom-, Nickel-, Molybdän-, Kohlenstoff-, Mangan- und Siliziumgehalt der Schweißnaht, ausgedrückt in Gewichtsprozent, nach der folgenden Formel berechnet wird:  FA = 10.291 + 4384,1 × Mo + 3676,9 × Si − 522,64 × Al − 2221,2 × Cr − 118,11 × Ni − 1565,1 × C − 246,67 × Mn ,
      Figure DE202018006833U1_0005
      und die maximale Härtevariation Δ(HV) kleiner als oder gleich wie 20 % der mittleren Härte HVmean (WJ) der Schweißnaht ist.
  • Gemäß besonderen Ausführungsformen des geschweißten, warmgepressten und abgekühlten Stahlteils kann dieses eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen, die einzeln oder in beliebiger Kombination auftreten können:
    • - der Härteabfall in der Wärmeeinflusszone in Bezug auf das Grundmetall des ersten und des zweiten beschichteten Stahlteilabschnitts, die daran angrenzen, ist kleiner als oder gleich wie 8 %,
    • - die mittlere Härte HVmean (WJ) in der Schweißnaht ist kleiner als oder gleich wie 600 HV,
    • - der Kohlenstoffgehalt CWJ in Gewichtsprozent in der Schweißnaht ist derart, dass 1,25 × CBM - CWJ ≥ 0 (Kriterium C4), wobei CBM der Kohlenstoffgehalt in Gewichtsprozent des am meisten härtbaren Stahlsubstrats von den Stahlsubstraten des ersten und des zweiten beschichteten Stahlteilabschnitts ist,
    • - der Nickelgehalt NiWJ in der Schweißnaht ist zwischen 2,0 Gew.-% und 11,0 Gew.-% (Kriterium C5),
    • - der Stahl des Substrats 3 mindestens eines von dem ersten und dem zweiten beschichteten Stahlteilabschnitt umfasst in Gewichtsprozent:
      • 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 %
      • B ≤ 0,010 %,
    • wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist,
      • - der Stahl des Substrats 3 mindestens eines von dem ersten und dem zweiten beschichteten Stahlteilabschnitt umfasst in Gewichtsprozent:
        • 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 %
        • B ≤ 0,005 %,
    • wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist
      • - der Stahl des Substrats 3 mindestens eines von dem ersten und dem zweiten beschichteten Stahlteilabschnitt umfasst in Gewichtsprozent:
        • 0,040 % ≤ C ≤ 0,100 %
        • 0,80 % ≤ Mn ≤ 2,00 %
        • S ≤ 0,30 %,
        • S ≤ 0,005 %
        • P ≤ 0,030 %
        • 0,010% ≤Al ≤0,070%
        • 0,015% ≤ Nb ≤0,100%
        • Ti ≤ 0,080 %
        • N ≤ 0,009 %
        • Cu ≤ 0,100 %
        • Ni ≤ 0,100 %
        • Cr ≤ 0,100 %
        • Mo ≤ 0,100%
        • C ≤ 0,006 %,
    • wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist
      • - der Stahl des Substrats 3 mindestens eines von dem ersten und dem zweiten beschichteten Stahlteilabschnitt umfasst in Gewichtsprozent:
        • 0,24 % ≤ C ≤ 0,38 % 0,40 % ≤ Mn ≤ 3 %
        • 0,10 % ≤ Si ≤ 0,70 %
        • 0,015 % ≤ Al ≤ 0,070 %
        • 0 % ≤ Cr ≤ 2 %
        • 0,25 % ≤ Ni ≤ 2 %
        • 0,015% ≤Ti ≤0,10 %
        • 0 % ≤ Nb ≤ 0,060 %
        • 0,0005 % ≤ B ≤ 0,0040 %
        • 0,003 % ≤ N ≤ 0,010 %
        • 0,0001 % ≤ S ≤ 0,005 %
        • 0,0001 % ≤ P ≤ 0,025 %
    • wobei der Gehalt an Titan und Stickstoff das folgende Verhältnis erfüllt:
      • Ti/N > 3,42,
    • und der Gehalt an Kohlenstoff, Mangan, Chrom und Silizium das folgende Verhältnis erfüllt: 2.6 C + M n 5.3 + C r 13 + S i 15 ≥ 1.1 % ,
      Figure DE202018006833U1_0006
    • wobei der Stahl optional eines oder mehrere der folgenden Elemente umfasst:
      1. 0,05 % ≤ Mo ≤ 0,65 %
      2. 0,001 % ≤ Mo ≤ 0,30 %
      3. 0,0005 % ≤ Ca ≤ 0,005 %,
    • wobei der Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist.
  • Die Offenbarung betrifft ferner die Verwendung eines geschweißten, warmgepressten und abgekühlten Stahlteils, wie oben beschrieben, zum Herstellen eines Aufprallschutzteils oder eines energieabsorbierenden Teils für ein Kraftfahrzeug.
  • Die Erfindung wird beim Lesen der folgenden Beschreibung besser verstanden, die nur als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, wobei:
    • - 1 eine perspektivische Ansicht eines vorbeschichteten Blechs ist;
    • - 2 eine perspektivische Ansicht eines vorbeschichteten Blechs mit einer Entfernungszone in der Vorbeschichtung am Rand des Blechs ist;
    • - 3 eine schematische Querschnittsansicht des Beginns des Schweißvorgangs bei einem Verfahren gemäß der Offenbarung ist,
    • - 4 eine schematische Querschnittsansicht des Endes des Schweißvorgangs des Verfahrens gemäß der Offenbarung ist, und
    • - 5 eine schematische Darstellung der für die Härteprüfung verwendeten Prüfstellen ist.
  • In der gesamten Patentanmeldung werden der Gehalt der Elemente in Gewichtsprozenten (Gew.-%) angegeben.
  • Im Zusammenhang mit der Erfindung wird der Ausdruck „Wärmeeinflusszone“ zur Bezeichnung der durch den Schweißvorgang in der geschweißten Stahlplatine entstandenen Wärmeeinflusszone verwendet, aber auch im weiteren Sinne zur Bezeichnung der Zone innerhalb des geschweißten, warmgepressten und abgekühlten Stahlteils, die durch Warmpressen und Abkühlen der Wärmeeinflusszone der geschweißten Stahlplatine erhalten wird.
  • Die Wärmeeinflusszone erstreckt sich auf jeder Seite der Schweißnaht von der Schweißnaht aus, beispielsweise über eine Breite zwischen 150 und 500 Mikrometern.
  • Das Basismetall ist der Abschnitt der Substrate der vorbeschichteten Bleche oder beschichteten Stahlteile, der an die durch den Schweißvorgang entstandene Wärmeeinflusszone angrenzt.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer geschweißten Stahlplatine 1.
  • Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt, bei dem zwei vorbeschichtete Bleche 2 bereitgestellt werden.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst jedes vorbeschichtete Blech 2 zwei Hauptflächen 4 und mindestens eine Seitenfläche 13, die sich zwischen den beiden Hauptflächen 4 von einer Hauptfläche 4 zur anderen erstreckt. In dem in 1 gezeigten Beispiel umfasst das vorbeschichtete Blech 2 vier Seitenflächen 13. Zum Beispiel bilden die Seitenflächen 13 mit einer der Hauptflächen 4 einen Winkel zwischen 60° und 90°.
  • Jedes vorbeschichtete Blech 2 umfasst ein Metallsubstrat 3, das auf mindestens einer seiner Hauptflächen mit einer Vorbeschichtung 5 versehen ist. Die Vorbeschichtung 5 wird auf das Substrat 3 aufgebracht und ist damit in Kontakt.
  • Das metallische Substrat 3 ist insbesondere ein Stahlsubstrat.
  • Der Stahl des Substrats 3 ist insbesondere ein Stahl mit einem ferrito-perlitischen Gefüge.
  • Das Substrat 3 ist vorzugsweise aus einem Stahl gefertigt, der für eine thermische Behandlung vorgesehen ist, insbesondere aus einem presshärtbaren Stahl, zum Beispiel einem Mangan-Bor-Stahl, wie zum Beispiel einem Stahl vom Typ 22MnB5.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst, und beispielsweise besteht, der Stahl des Substrats 3, in Gewichtsprozent:
    1. 0,10 % ≤ C ≤ 0,5 %
    2. 0,5 % ≤ Mn ≤ 3 %
    3. 0,1 % ≤ Si ≤ 1 %
    4. 0,01 % ≤ Cr ≤ 1 %
    5. Ti ≤ 0,2 %
    6. Al ≤ 0,1 %
    7. S ≤ 0,05 %
    8. P ≤ 0,1 %
    9. B ≤ 0,010 %,
    10. wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist. Zum Beispiel besteht der Stahl aus den genannten Elementen. Insbesondere umfasst der Stahl des Substrats 3 in Gewichtsprozent:
      • 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 %
      • B ≤ 0,005 %,
    11. wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist. Gemäß einer Alternative umfasst der Stahl des Substrats 3 in Gewichtsprozent
      • 0,040 % ≤ C ≤ 0,100 %
      • 0,80 % ≤ Mn ≤ 2,00 %
      • S ≤ 0,30 %,
      • S ≤ 0,005 %
      • P ≤ 0,030 %
      • 0,010% ≤Al ≤0,070%
      • 0,015% ≤ Nb ≤0,100%
      • Ti ≤ 0,080 %
      • N ≤ 0,009 %
      • Cu ≤ 0,100 %
      • Ni ≤ 0,100 %
      • Cr ≤ 0,100%
      • Mo ≤0,100%
      • C ≤ 0,006 %,
      wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist. Zum Beispiel besteht der Stahl aus den genannten Elementen.
  • Gemäß einer Alternative umfasst der Stahl des Substrats 3 in Gewichtsprozent:
    • 0,24 % ≤ C ≤ 0,38 %
    • 0,40 % ≤ Mn ≤ 3 %
    • 0,10 % ≤ Si ≤ 0,70 %
    • 0,015 % ≤ Al ≤ 0,070 %
    • 0 % ≤ Cr ≤ 2 %
    • 0,25 % ≤ Ni ≤ 2 %
    • 0,015 % ≤ Ti ≤ 0,10 %
    • 0 % ≤ Nb ≤ 0,060 %
    • 0,0005 % ≤ B ≤ 0,0040 %
    • 0,003 % ≤ N ≤ 0,010 %
    • 0,0001 % ≤ S ≤ 0,005 %
    • 0,0001 % ≤ P ≤ 0,025 %
    • wobei der Gehalt an Titan und Stickstoff das folgende Verhältnis erfüllt:
      • Ti/N > 3,42,
    • und der Gehalt an Kohlenstoff, Mangan, Chrom und Silizium das folgende Verhältnis erfüllt: 2.6 C + M n 5.3 + C r 13 + S i 15 ≥ 1.1 % ,
      Figure DE202018006833U1_0007
    • wobei der Stahl optional eines oder mehrere der folgenden Elemente umfasst:
      • 0,05 % ≤ Mo ≤ 0,65 %
      • 0,001 % ≤ Mo ≤ 0,30 %
      • 0,0005 % ≤ Ca ≤ 0,005 %,
    • wobei der Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist.
  • Zum Beispiel besteht der Stahl aus den genannten Elementen.
  • In einem Beispiel haben die Substrate 3 der beiden vorbeschichteten Bleche 2 die gleiche Zusammensetzung.
  • In einem anderen Beispiel haben die Substrate 3 der beiden vorbeschichteten Bleche 2 unterschiedliche Zusammensetzungen. Insbesondere haben die beiden Substrate 3 unterschiedliche Zusammensetzungen, die jeweils aus den vier oben genannten Zusammensetzungen ausgewählt werden. Beispielsweise weist der Stahl des Substrats 3 des einen vorbeschichteten Blechs 2 die oben genannte erste Zusammensetzung auf, während der Stahl des Substrats 3 des anderen vorbeschichteten Blechs 2 eine Zusammensetzung aufweist, die aus der oben genannten zweiten, dritten oder vierten Zusammensetzung ausgewählt ist.
  • Das Substrat 3 kann je nach gewünschter Stärke durch Warmwalzen und/oder durch Kaltwalzen mit anschließendem Glühen oder durch jedes andere geeignete Verfahren hergestellt werden.
  • Das Substrat 3 weist vorzugsweise eine Stärke zwischen 0,8 mm und 5 mm, insbesondere zwischen 1,0 mm und 2,5 mm auf.
  • Die Vorbeschichtung 5 wird durch Schmelztauchbeschichtung erhalten, d. h. durch Eintauchen des Substrats 3 in ein Bad aus geschmolzenem Metall.
  • Die Vorbeschichtung 5 umfasst mindestens eine intermetallische Legierungsschicht 9, die in Kontakt mit dem Substrat 3 ist. Die intermetallische Legierungsschicht 9 umfasst mindestens Eisen und Aluminium. Die intermetallische Legierungsschicht 9 wird insbesondere durch Reaktion zwischen dem Substrat 3 und dem geschmolzenen Metall des Bads gebildet. Die intermetallische Legierungsschicht 9 umfasst insbesondere intermetallische Verbindungen vom Typ Fex-Aly, insbesondere Fe2Al5.
  • In dem in 1 gezeigten Beispiel umfasst die Vorbeschichtung 5 zudem eine metallische Legierungsschicht 11, die sich auf der intermetallischen Legierungsschicht 9 erstreckt. Die Metalllegierungsschicht 11 weist eine Zusammensetzung auf, die der des geschmolzenen Metalls im Bad ähnlich ist. Die metallische Legierungsschicht 11 wird durch das geschmolzene Metall gebildet, das von dem Blech auf seinem Weg durch das Schmelzbad während der Schmelztauchbeschichtung mitgeführt wird. Die Metalllegierungsschicht 11 ist eine Schicht aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einer Legierung auf Aluminiumbasis.
  • In diesem Zusammenhang bezieht sich Aluminiumlegierung auf eine Legierung, die mehr als 50 Gewichtsprozent Aluminium umfasst. Eine Legierung auf Aluminiumbasis ist eine Legierung, in der Aluminium wichtigste Element nach Gewicht ist.
  • Die Metalllegierungsschicht 11 ist beispielsweise eine Schicht aus einer Aluminiumlegierung, die zudem Silizium umfasst. Insbesondere umfasst die Metalllegierungsschicht 11 in Gewichtsprozent:
    • - 8 % ≤ Si ≤ 11 %,
    • - 2 % ≤ Fe ≤ 4 %,
    wobei der Rest Aluminium und mögliche Verunreinigungen sind.
  • Die Metalllegierungsschicht 11 weist zum Beispiel eine Stärke zwischen 19 µm und 33 µm oder zwischen 10 µm und 20 µm auf.
  • In dem in 1 gezeigten Beispiel, bei dem die Vorbeschichtung 5 eine Metalllegierungsschicht 11 umfasst, ist die Stärke der intermetallischen Legierungsschicht 9 generell in der Größenordnung von einigen Mikrometern. Insbesondere ist die mittlere Stärke normalerweise zwischen 2 und 8 Mikrometer.
  • Die besondere Struktur der Vorbeschichtung 5, die die intermetallische Legierungsschicht 9 und die durch Schmelztauchbeschichtung erhaltene metallische Legierungsschicht 11 umfasst, ist insbesondere in Patent EP 2 007 545 offenbart.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die Vorbeschichtung 5 nur die oben beschriebene intermetallische Legierungsschicht 9. In diesem Fall ist die Stärke der intermetallischen Legierungsschicht 9 zum Beispiel zwischen 10 µm und 40 µm. Eine solche Vorbeschichtung 5, die aus einer intermetallischen Legierung 9 besteht, kann beispielsweise dadurch erhalten werden, dass eine Vorbeschichtung 5, die, wie oben beschrieben, eine intermetallische Legierungsschicht 9 und eine metallische Legierungsschicht 11 umfasst, einer Vorlegierungsbehandlung unterzogen wird. Eine solche Vorlegierungsbehandlung wird bei einer Temperatur und während einer Haltezeit durchgeführt, die gewählt sind, um die Vorbeschichtung 5 mit dem Substrat 3 über mindestens einen Teil der Stärke der Vorbeschichtung 5 zu legieren. Die Vorlegierungsbehandlung kann insbesondere die folgenden Schritte umfassen: Erhitzen des Blechs auf eine Vorlegierungstemperatur zwischen 700 °C und 900 °C und Halten des vorlegierten Blechs bei dieser Temperatur über eine Zeit zwischen 2 Minuten und 200 Stunden. In diesem Fall kann die intermetallische Legierungsschicht 9 aus verschiedenen intermetallischen Teilschichten bestehen, z. B. die Teilschichten Fe2Al5, FeAl3, FeAl, Fe6Al12Si5 und FeAl3.
  • Vorteilhafterweise ist das Substrat 3, wie in 1 gezeigt, auf beiden Hauptflächen mit der oben beschriebenen Vorbeschichtung 5 versehen.
  • Optional, wie in 2 gezeigt, umfasst das Verfahren außerdem einen Schritt eines Vorbereitens einer Schweißkante 14 von mindestens einem der vorbeschichteten Bleche 2, zum Beispiel beider vorbeschichteter Bleche 2.
  • Die Schweißkante 14 umfasst einen Randbereich des vorbeschichteten Blechs 2, der beim Schweißen im Stumpfstoß zumindest teilweise in die Schweißnaht 22 integriert werden soll. Insbesondere umfasst die Schweißkante 14 eine Seitenfläche 13 und einen Abschnitt des vorbeschichteten Blechs 2, der sich von dieser Seitenfläche 13 erstreckt und welcher einen Abschnitt der Vorbeschichtung 5 und einen Abschnitt des Substrats 3 umfasst.
  • Insbesondere kann die Vorbereitung der Schweißkante 14 mindestens einen der folgenden Bearbeitungsschritte umfassen:
    • - Entfernen mindestens eines Abschnitts der Vorbeschichtung 5 an der Schweißkante 14 über eine Entfernungszone 18, wie in 2 gezeigt,
    • - Bürsten der Schweißkante 14,
    • - Bearbeiten der Schweißkante 14,
    • - Anfasen der Schweißkante 14, und/oder
    • - Abschrägen der Schweißkante 14.
  • Ein Beispiel für ein vorbeschichtetes Blech 2 umfassend eine Entfernungszone 18 ist in 2 gezeigt. Das Entfernen mindestens eines Abschnitts der Vorbeschichtung 5 an der Schweißkante 14 wird vorzugsweise unter Verwendung eines Laserstrahls ausgeführt.
  • Die Entfernungszone 18 kann sich über eine Breite zwischen 0,5 mm und 2 mm von der Seitenfläche 13 des Blechs 2 erstrecken.
  • Vorteilhafterweise wird die metallische Legierungsschicht 11 in der Entfernungszone 18 entfernt, während die intermetallische Legierungsschicht 9 zumindest über einen Teil ihrer Stärke verbleibt. In diesem Fall schützt die verbleibende intermetallische Legierungsschicht 9 die unmittelbar an die Schweißnaht 22 angrenzenden Bereiche der geschweißten Stahlplatine 1 vor Oxidation und Entkohlung während der nachfolgenden Warmpressschritte und vor Korrosion während der Nutzungsdauer.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird die intermetallische Legierungsschicht 9 während des Entfernungsschritts in ihrer Gesamtheit belassen oder verbleibt nur auf einem Bruchteil ihrer ursprünglichen Stärke, wie zum Beispiel auf nur 60 %, 80 % oder 90 % ihrer ursprünglichen Stärke.
  • In einer Ausführungsform wird die Vorbereitung der Schweißkante 14 während des Vorbereitungsschritts so durchgeführt, dass die Vorbeschichtung 5 vollständig auf mindestens einer Hauptfläche 4 von jedem der zwei vorbeschichteten Bleche 2 verbleibt.
  • Insbesondere wird die Schweißkante 14 so vorbereitet, dass die Schweißnaht 22, die durch das Zusammenfügen der zwei vorbeschichteten Bleche 2 durch Schweißen im Stumpfstoß erhalten wird, einen Aluminiumgehalt von mehr als oder gleich 0,7 Gewichtsprozent, insbesondere mehr als oder gleich 1,0 Gewichtsprozent, noch spezieller mehr als oder gleich 1,5 Gewichtsprozent und beispielsweise mehr als oder gleich 2,0 Gewichtsprozent oder mehr als oder gleich 2,1 Gewichtsprozent aufweist.
  • Bei einer Vorbeschichtung 5, die eine Aluminiumlegierungsschicht als metallische Legierungsschicht 11 umfasst und eine Stärke von 25 µm oder mehr aufweist, und bei üblichen Schweißnahtbreiten (zwischen 0,8 mm und 1,8 mm) ist der Aluminiumgehalt in der Schweißnaht 22 höher als oder gleich 0,7 Gewichtsprozent, wenn die Vorbeschichtung 5 nach der Vorbereitung vollständig auf mindestens einer Seite 4 von jedem der zwei vorbeschichteten Bleche 2 verbleibt.
  • Der Schritt des Bürstens ermöglicht es, die Spuren der Vorbeschichtung 5, die aus mechanischen Schneidvorgängen und/oder von einer möglichen Entfernung der Vorbeschichtung 5 an der Schweißkante 14 resultieren, an der Schweißkante 14, insbesondere an der Seitenfläche 13, zumindest teilweise zu entfernen.
  • Durch Abschrägen oder Anfasen der Schweißkante 14 kann die Menge des Schweißzusatzes erhöht werden, ohne dass es in einer Überstärke an der Schweißnaht 22 resultiert.
  • Ein Bearbeiten der Schweißkante 14 wird dann durchgeführt, wenn die Form der Schweißkante 14 vor einem Bearbeiten für ein Laserschweißen nicht gerade genug ist.
  • Das Verfahren umfasst ferner, nach einer optionalen Vorbereitung der Schweißkante 14, einen Schritt eines Schweißens im Stumpfstoß der vorbeschichteten Bleche 2 unter Verwendung eines Fülldrahts 20, um eine geschweißte Stahlplatine 1 zu erhalten.
  • 3 und 4 veranschaulichen zwei Stufen des Schweißschritts zum Bilden der geschweißten Stahlplatine 1.
  • In dem in 3 und 4 gezeigten Beispiel wurden die vorbeschichteten Bleche 2 vor dem Schweißen keinem Entfernen ihrer Vorbeschichtung 5 unterzogen. In diesem Beispiel verbleibt die Vorbeschichtung 5 vor einem Schweißen vollständig auf beiden Hauptflächen 4 der vorbeschichteten Bleche 2. In diesem Beispiel sind die zwei Hauptflächen der vorbeschichteten Bleche 2 zum Zeitpunkt des Schweißens im Stumpfstoß ganz mit der Vorbeschichtung 5 bedeckt.
  • Der Schweißvorgang resultiert in der Bildung einer geschmolzenen Metallzone an der Verbindungsstelle der zwei Bleche 2, das anschließend erstarrt und die Schweißnaht 22 bildet.
  • Der Schweißschritt ist insbesondere ein Laserschweißschritt, bei dem ein Laserstrahl 24 auf die Verbindungsstelle zwischen den zwei Blechen 2 gerichtet wird. Dieser Laserstrahl 24 ist konfiguriert, um den Fülldraht 20 an dem Auftreffpunkt 26 des Laserstrahls 24 zu schmelzen.
  • Das Laserschweißen wird zum Beispiel unter Verwendung eines CO2-Lasers oder eines Festkörperlasers durchgeführt.
  • Die Laserquelle ist vorzugsweise eine Hochleistungslaserquelle. Die Laserquelle kann beispielsweise ausgewählt werden aus einem CO2-Laser mit einer Wellenlänge von etwa 10 Mikrometern, einer Festkörperlaserquelle mit einer Wellenlänge von etwa 1 Mikrometer oder einer Halbleiterlaserquelle, zum Beispiel einem Diodenlaser mit einer Wellenlänge zwischen etwa 0,8 und 1 Mikrometer.
  • Die Leistung der Laserquelle wird abhängig von der Stärke der Bleche 2 gewählt. Insbesondere wird die Leistung gewählt, um das Schmelzen des Fülldrahts 20 und der Schweißkanten 14 der Bleche 2 sowie eine ausreichende Durchmischung in der Schweißnaht 22 zu ermöglichen. Bei einem CO2-Laser ist die Laserleistung zum Beispiel zwischen 3 kW und 12 kW. Bei einem Festkörperlaser oder einem Halbleiterlaser ist die Laserleistung beispielsweise zwischen 2 kW und 8 kW.
  • Der Durchmesser des Laserstrahls 24 an der Auftreffstelle 26 auf den Blechen 2 kann bei beiden Arten von Laserquellen etwa 600 µm sein.
  • Während des Schweißschritts wird das Schweißen beispielsweise unter einer schützenden Atmosphäre durchgeführt. Eine solche schützende Atmosphäre verhindert insbesondere die Oxidation und Entkohlung des Schweißbereichs, die Bildung von Bornitrid in der Schweißnaht 22 und mögliche Kaltrisse durch Wasserstoffabsorption.
  • Die schützende Atmosphäre ist beispielsweise ein Inertgas oder ein Gemisch aus Inertgasen. Die Inertgase können Helium oder Argon oder ein Gemisch dieser Gase sein.
  • Bei diesem Schweißschritt ist der Abstand zwischen den einander zugewandten Seitenflächen 13 der zwei Bleche 1 beispielsweise kleiner als oder gleich wie 0,3 mm, insbesondere kleiner als oder gleich wie 0,1 mm. Ein solcher Abstand zwischen den einander zugewandten Seitenflächen 13 der zwei Bleche 1 fördert das Einbringen des Schweißzusatzes während des Schweißvorgangs und verhindert die Bildung einer Überstärke an der Schweißnaht 22. Das Einbringen des Schweißzusatzes und die Vermeidung einer Überstärke werden auch dann verbessert, wenn während des Vorbereitungsschritts an den Schweißkanten 14 der Bleche 2 eine abgeschrägte oder gefaste Kante erzeugt wurde.
  • Während des Schweißens liegt der Anteil des dem Schmelzbad zugeführten Fülldrahts 20 beispielsweise zwischen 10 % und 50 %, insbesondere zwischen 10 % und 40 %.
  • Gemäß der Erfindung weist der Fülldraht 20 einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,01 Gewichtsprozent und 0,45 Gewichtsprozent auf (Kriterium C1).
  • Zudem sind die Zusammensetzung des Schweißdrahts 20 und der Anteil des dem Schweißbad zugeführten Schweißdrahts 20 so gewählt, dass die damit erhaltene Schweißnaht 22 gekennzeichnet ist durch:
    1. (a) einen Abschreckfaktor FTWJ der Schweißnaht 22, der so ist, dass FTWJ - 0.9FTBM ≥ 0 (Kriterium C2), wobei:
      • - FTBM der Abschreckfaktor des am wenigsten härtbaren Stahlsubstrats 3 von den Stahlsubstraten (3) der zwei vorbeschichteten Bleche 2 ist, und
      • - die Abschreckfaktoren FTWJ und FTBM unter Verwendung der folgenden Formel bestimmt werden: FT=128 + 1553xC + 55xMn + 267xSi + 49xNi + 5xCr - 79xAI - 2xNi2 - 1532xC2 - 5xMn2 - 127xSi2 - 40xCxNi - 4xNixMn, wobei AI, Cr, Ni, C, Mn und Si jeweils der mittlere Aluminium-, Chrom-, Nickel-, Kohlenstoff-, Mangan- und Siliziumgehalt, ausgedrückt in Gewichtsprozent, des Bereichs sind, dessen Abschreckfaktor bestimmt werden soll, wobei dieser Bereich im Fall von FTWJ die Schweißnaht 22 und im Fall von FTBM das am wenigsten härtbare Substrat 3 ist, und
    2. (b) einen Kohlenstoffgehalt CWJ der Schweißnaht 22 von weniger als 0,15 Gewichtsprozent oder, wenn der Kohlenstoffgehalt CWJ der Schweißnaht 22 größer als oder gleich wie 0,15 Gewichtsprozent ist, einen Erweichungsfaktor FAWJ der Schweißnaht 22, der so ist, dass FAWJ > 5000 (Kriterium C3), wobei der Erweichungsfaktor FAWJ der Schweißnaht 22 abhängig von dem mittleren Aluminium-, Chrom-, Nickel-, Molybdän-, Kohlenstoff-, Mangan- und Siliziumgehalt der Schweißnaht 22, ausgedrückt in Gewichtsprozent, nach der folgenden Formel berechnet wird:  FA = 10.291 + 4384,1 × Mo + 3676,9 × Si − 522,64 × Al − 2221,2 × Cr − 118,11 × Ni -1565 ,1 × C − 246,67 × Mn ,
      Figure DE202018006833U1_0008
  • Das am wenigsten härtbare Substrat 3 von den Substraten 3 der vorbeschichteten Bleche 2 ist das Substrat 3 mit dem niedrigsten Kohlenstoffgehalt.
  • In der Tat haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung auf überraschende Weise festgestellt, dass, wenn die oben genannten Kriterien C1, C2 und C3 erfüllt sind, ein aus einer solchen geschweißten Stahlplatine 1 nach einer Wärmebehandlung einschließlich eines Austenitisierungsschritts (Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug) erhaltenes Teil eine metallurgische Garantie dafür bietet, dass es in der Schweißnaht 22 oder in dem an die Schweißnaht 22 angrenzenden wärmebeeinflussten Bereich nicht versagt, wenn es einer Zugprüfung senkrecht zu der Schweißnaht 22 unterzogen wird, selbst wenn die Schweißnaht 22 einen Aluminiumgehalt von mehr als oder gleich wie 0,7 Gewichtsprozent und sogar größer als oder gleich wie 2,1 % umfasst.
  • Daher ist es mit dem Verfahren gemäß der Erfindung möglich, trotz eines möglicherweise relativ hohen Aluminiumanteils in der Schweißnaht 22 ein Teil mit zufriedenstellendem Crashverhalten zu relativ geringen Kosten zu erhalten.
  • Insbesondere werden die Produktionskosten im Vergleich zu Verfahren, bei denen die Vorbeschichtung 5 auf beiden Hauptflächen 4 der vorbeschichteten Bleche 2 entfernt werden muss, gesenkt, da es nicht mehr notwendig ist, die Vorbeschichtung 5 auf beiden Flächen der vorbeschichteten Bleche 2 zu entfernen. Vielmehr können bei einem auf beiden Hauptflächen 4 beschichteten Blech 2 zufriedenstellende Eigenschaften erzielt werden, wenn die Vorbeschichtung 5 nur auf einer Hauptfläche 4 der vorbeschichteten Bleche 2 oder sogar ohne Entfernung der Vorbeschichtung 5 auf jedweder der Hauptflächen 4 der vorbeschichteten Bleche 2 entfernt wird.
  • Insbesondere haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung auf überraschende Weise festgestellt, dass die Verwendung eines Fülldrahts 20 mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,01 und 0,45 Gewichtsprozent (Kriterium C1) das Auftreten von Kohlenstoffausscheidungen und folglich Härtespitzen in der Schweißnaht 22 nach Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug verhindern kann, insbesondere bei Vorhandensein erheblicher Mengen von Aluminium in der Schweißnaht 22. Die Verwendung eines solchen Fülldrahts 20 verringert daher die Sprödigkeit der Schweißnaht 22 und trägt dazu bei, ein Versagen der Schweißnaht 22 des Teils, das nach Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug erhalten wird, unter Zug senkrecht zu der Schweißnaht 22 zu vermeiden. Insbesondere haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung beobachtet, dass bei Verwendung eines Fülldrahts 20 mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,01 Gewichtsprozent und 0,45 Gewichtsprozent die maximale Härtevariation ΔHV(WJ) über die Schweißnaht 22 kleiner als oder gleich wie 20 % der mittleren Härte HVmean(WJ) der Schweißnaht 22 ist. Mit anderen Worten: Δ H V ( W J ) H V m e a n ( W J ) × 100 ≤ 20 % ,
    Figure DE202018006833U1_0009
    wobei ΔHV(WJ) die Differenz zwischen der größten und der kleinsten in der Schweißnaht 22 gemessenen Härte und HVmean(WJ) die in der Schweißnaht 22 gemessene mittlere Härte ist.
  • Darüber hinaus haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung auf überraschende Weise auch festgestellt, dass, wenn die Zusammensetzung der Schweißnaht 22 das Kriterium C2 erfüllt, die Mindesthärte HVmin(WJ) in der Schweißnaht 22 nach Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug größer als oder gleich wie die mittlere Härte HVmean(BMam wenigsten härtbar) des am wenigsten härtbaren der zwei Substrate 3 der vorbeschichteten Bleche 2 ist. Daher ist bei Erfüllung des Kriteriums C2 und unter der Annahme einer homogenen Durchmischung in der Schweißnaht 22 ein Versagen des nach Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug erhaltenen Teils in der Schweißnaht 22 unter Zug in einer Richtung senkrecht zu der Schweißnaht 22 nicht wahrscheinlich.
  • Schließlich haben die Erfinder überraschenderweise festgestellt, dass, wenn der Kohlenstoffgehalt CWJ der Schweißnaht 22 kleiner als 0,15 Gewichtsprozent ist (Kriterium C3, erste Alternative), in der Wärmeeinflusszone des Teils, das nach Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug erhalten wird, ein Härteabfall von höchstens 8 % im Vergleich zu dem angrenzenden Basismetall auftritt.
  • Bei einem Kohlenstoffgehalt CWJ der Schweißnaht 22 größer als oder gleich wie 0,15 Gewichtsprozent, haben die Erfinder einen Härteabfall von mehr als oder gleich wie 10 % in der Wärmeeinflusszone im Vergleich zu dem angrenzenden Basismetall in dem nach Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug erhaltenen Teil beobachtet, wenn der Erweichungsfaktor FAWJ kleiner als oder gleich wie 5000 ist. Im Gegensatz dazu haben die Erfinder beobachtet, dass, wenn der Erweichungsfaktor FAWJ der Schweißnaht 22 größer als 5000 ist (Kriterium C3, zweite Alternative), bei dem nach Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug erhaltenen Teil der Härteabfall in der Wärmeeinflusszone im Vergleich zu dem angrenzenden Basismetall kleiner als oder gleich wie 8 % ist.
  • In diesem Zusammenhang ist der Härteabfall wie folgt definiert: H V m e a n ( B M ) − H V min ( H A Z ) H V m e a n ( B M ) × 100.
    Figure DE202018006833U1_0010
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, Härteabfälle von mehr als 8 % in der Wärmeeinflusszone gegenüber dem angrenzenden Basismetall in dem nach Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug erhaltenen Teil zu vermeiden, da ein solcher Härteabfall das Risiko eines Versagens in der Wärmeeinflusszone unter Zug senkrecht zu der Schweißnaht erhöht.
  • Wenn also das Kriterium C3 erfüllt ist, ist das Risiko eines Versagens in der Wärmeeinflusszone erheblich reduziert.
  • Folglich ist bei dem Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem die Kriterien C1, C2 und C3 kumulativ erfüllt sind, ein Versagen unter Zug senkrecht zu der Schweißnaht 22 in der Wärmeeinflusszone oder in der Schweißnaht 22 nicht wahrscheinlich.
  • Vorteilhafterweise ist der Gehalt an Aluminium in der Schweißnaht 22 größer als oder gleich wie 0,7 Gewichtsprozent, insbesondere größer als oder gleich wie 1,0 Gewichtsprozent, insbesondere größer als oder gleich wie 1,5 Gewichtsprozent und noch spezieller größer als oder gleich wie 2,0 Gewichtsprozent, beispielsweise größer als oder gleich wie 2,1 Gewichtsprozent.
  • Vorteilhafterweise werden die Zusammensetzung des Fülldrahts 20 und der Anteil des dem Schmelzbad zugegebenen Fülldrahts 20 so gewählt, dass der Kohlenstoffgehalt CWJ in der Schweißnaht 22 kleiner als oder gleich wie das 1,25-fache des Kohlenstoffgehalts CBM des härtbarsten Substrats 3 unter den Substraten 3 der vorbeschichteten Bleche 2 ist, die die geschweißte Platine 1 bilden (Kriterium C4). Mit anderen Worten: 1,25 × CBM(am meisten härtbar) - CWJ≥0.
  • Von den Substraten 3 der vorbeschichteten Bleche 2, die die geschweißte Platine 1 bilden, ist das Substrat 3 mit dem höchsten Kohlenstoffgehalt am meisten härtbar.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nämlich festgestellt, dass bei Einhaltung dieses Kriteriums C4 die Gefahr eines Versagens der Schweißnaht 22 nach einer Wärmebehandlung noch weiter reduziert ist.
  • Vorzugsweise werden die Zusammensetzung des Fülldrahts 20 und der Anteil des dem Schmelzbad zugeführten Fülldrahts 20 so gewählt, dass der Nickelgehalt NiWJ der Schweißnaht 22 zwischen 2,0 und 11,0 Gewichtsprozent ist (Kriterium C5).
  • Die Erfinder haben nämlich festgestellt, dass die Härte in der Schweißnaht 22 nach einer Wärmebehandlung besonders stabil ist, wenn das Kriterium C5 erfüllt ist. Insbesondere wird in diesem Fall ein Härteunterschied ΔHV(WJ) kleiner als oder gleich wie 80 HV über die Schweißnaht 22 nach Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug beobachtet, selbst bei Kohlenstoffgehalten in der Schweißnaht 22 größer als oder gleich wie 0,15 Gewichtsprozent. Eine solche verbesserte Stabilität ist vorteilhaft, da sie das Risiko eines Versagens der Schweißnaht 22 aufgrund der gleichmäßigeren Verteilung der Belastung bei Zugbeanspruchung noch weiter verringert.
  • Der Fülldraht 20 weist zum Beispiel die folgende Zusammensetzung auf (in Gewichtsprozent):
    • 0,001 % ≤ C ≤ 0,45 % und insbesondere 0,02 % ≤ C ≤ 0,45 %,
    • 0,001 % ≤ Mn ≤ 30 % und insbesondere 0,05 % ≤ Mn ≤ 20 %.
    • 0,001 % ≤ Si ≤ 1 %
    • 0,001 % ≤ Ni ≤ 56 %
    • 0,001 % ≤ Cr ≤ 30 %
    • 0,001 % ≤ Mo ≤ 5 %
    • 0,001 % ≤ Al ≤ 0,30 %
    • 0,001 % ≤ Cu ≤ 1,80 %
    • 0,001 % ≤ Nb ≤ 1,50 %
    • 0,001 % ≤ Ti ≤ 0,30 %
    • 0,001 % ≤ N ≤ 10 %
    • 0,001 % ≤ V ≤ 0,1 %
    • 0,001 % ≤ Co ≤ 0,20 %,
    • wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist.
  • Der Fülldraht 20 besteht zum Beispiel aus den oben genannten Elementen.
  • In einem Beispiel weist der Fülldraht 20 die oben beschriebene Zusammensetzung und einen Nickelgehalt zwischen 0,001 und 7 Gewichtsprozent auf.
  • In einem alternativen Beispiel weist der Fülldraht 20 eine Zusammensetzung wie oben definiert und einen Nickelgehalt zwischen 7 und 56 Gewichtsprozent auf.
  • In einem besonderen Beispiel weist der Fülldraht 20 die folgende Zusammensetzung auf, in Gewichtsprozent:
    1. 0,02 % ≤ C ≤ 0,45 %
    2. 0,05 % ≤ Mn ≤ 20 %
    3. 0,001 % ≤ Si ≤ 1 %
    4. 7 % ≤ Ni ≤ 56 %
    5. 0,001 % ≤ Cr ≤ 30 %
    6. 0,001 % ≤ Mo ≤ 5 %
    7. 0,001 % ≤ Al ≤ 0,30 %
    8. 0,001 % ≤ Cu ≤ 1,80 %
    9. 0,001 % ≤ Nb ≤ 1,50 %
    10. 0,001 % ≤ Ti ≤ 0,30 %
    11. 0,001 % ≤ N ≤ 10 %
    12. 0,001 % ≤ V ≤ 0,1 %
    13. 0,001 % ≤ Co ≤ 0,20 %,
    14. wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist. Der Fülldraht 20 besteht zum Beispiel aus den oben genannten Elementen.
  • Der Fülldraht 20 ist zum Beispiel ein massiver Draht oder ein Fülldraht mit Flussmittelkern.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf eine geschweißten Stahlplatine 1, die unter Verwendung des oben genannten Verfahrens erhalten werden kann.
  • Eine solche geschweißte Stahlplatine 1 umfasst zwei vorbeschichtete Bleche 2, jedes vorbeschichtete Blech 2 umfassend ein Stahlsubstrat 3, das eine Vorbeschichtung 5 auf mindestens einer seiner Hauptflächen 4 aufweist, die Vorbeschichtung 5 umfassend eine intermetallische Legierungsschicht 9, umfassend mindestens Eisen und Aluminium, und optional eine metallische Legierungsschicht 11, die sich auf der intermetallischen Legierungsschicht 9 erstreckt, wobei die metallische Legierungsschicht 11 eine Schicht aus Aluminium, eine Schicht aus Aluminiumlegierung oder eine Schicht aus einer Legierung auf Aluminiumbasis ist, wobei die vorbeschichteten Bleche 2 durch eine Schweißnaht 22 verbunden sind.
  • Die vorbeschichteten Bleche 2 und die Schweißnaht 22 weisen die oben in Bezug auf das Verfahren zum Herstellen der geschweißten Stahlplatine 1 beschriebenen Merkmale auf.
  • Insbesondere ist die Schweißnaht 22 derart, dass nach Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug die maximale Härtevariation ΔHV(WJ) über die Schweißnaht 22 kleiner als oder gleich wie 20 % der mittleren Härte HVmean(WJ) der Schweißnaht 22 ist.
  • Mit anderen Worten Δ H V ( W J ) H V m e a n ( W J ) × 100 ≤ 20 % .
    Figure DE202018006833U1_0011
  • Die Schweißnaht 22 ist ferner derart, dass die Mindesthärte HVmin(WJ) in der Schweißnaht 22 nach Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug größer als oder gleich wie die mittlere Härte HVmean(BMam wenigsten härtbar) des am wenigsten härtbaren der zwei Substrate 3 der vorbeschichteten Bleche 2 nach Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug ist.
  • Die Schweißnaht 22 ist ferner derart, dass nach Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug der Härteabfall in der Wärmeeinflusszone im Vergleich zu dem daran angrenzenden Basismetall kleiner als oder gleich wie 8 % ist. Mit anderen Worten H V m e a n ( B M ) − H V min ( H A Z ) H V m e a n ( B M ) × 100 ≤ 8 % .
    Figure DE202018006833U1_0012
  • Vorteilhafterweise ist die Schweißnaht 22 derart, dass nach Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug die Härtedifferenz ΔHV(WJ) über die Schweißnaht 22 kleiner als oder gleich wie 80 HV ist.
  • Vorteilhafterweise ist die Schweißnaht 22 derart, dass die mittlere Härte HVmean(WJ) in der Schweißnaht 22 nach Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug kleiner als oder gleich wie 600 HV ist.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines geschweißten, warmgepressten und abgekühlten Stahlteils, umfassend:
    • - Herstellen einer geschweißten Stahlplatine 1 unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens;
    • - Erhitzen der geschweißten Stahlplatine 1, um in den Substraten 3 der vorbeschichteten Bleche 2, die die geschweißten Platine 1 bilden, ein vollständig austenitisches Gefüge zu erhalten;
    • - Warmpressen der geschweißten Stahlplatine 1 in einem Presswerkzeug, um ein Stahlteil zu erhalten; und
    • - Abkühlen des Stahlteils in dem Presswerkzeug.
  • Insbesondere wird die geschweißte Stahlplatine 1 während des Erhitzungsschritts auf eine Austenitisierungstemperatur erhitzt. Anschließend wird sie bei der Austenitisierungstemperatur über eine Haltezeit gehalten, die von der Stärke der Bleche 2 abhängt, die die geschweißten Stahlplatine 1 bilden. Die Haltezeit ist abhängig von der Austenitisierungstemperatur auf eine Weise gewählt, dass die geschweißte Platine 1 austenitisiert wird und sich durch Legieren zwischen den Substraten 3 und der Vorbeschichtung 5 eine legierte intermetallische Schicht von vorbestimmter Stärke bildet. Die Haltezeit ist zum Beispiel etwa 5 Minuten.
  • Vor dem Warmpressen wird die damit erhitzte geschweißte Stahlplatine 1 in das Werkzeug der Warmumformpresse überführt. Die Überführungszeit liegt vorteilhafterweise zwischen 5 und 10 Sekunden. Die Überführungszeit ist so kurz wie möglich gewählt, um metallurgische Umwandlungen in der geschweißten Stahlplatine 1 vor dem Warmpressen zu vermeiden.
  • Während des Abkühlungsschritts ist die Abkühlungsgeschwindigkeit größer als oder gleich wie die kritische martensitische oder bainitische Abkühlungsgeschwindigkeit mindestens eines der Substrate 3 der zwei Stahlbleche 2 und beispielsweise des am stärksten härtbaren Stahlblechs 1, das heißt des Stahlblechs mit der niedrigsten kritischen Abkühlungsgeschwindigkeit.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf das geschweißte, warmgepresste und abgekühlte Stahlteil, das unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens erhalten wird.
  • Dieses Stahlteil umfasst insbesondere ein erstes beschichtetes Stahlteil und ein zweites beschichtetes Stahlteil, die jeweils aus nach Warmpressen und Abkühlen der zwei vorbeschichteten Stahlbleche 2 in dem Presswerkzeug resultieren.
  • Insbesondere umfasst jeder beschichtete Stahlteilabschnitt ein Stahlsubstrat, das auf mindestens einer seiner Hauptflächen eine Beschichtung aus Eisen und Aluminium aufweist, wobei der erste und der zweite Stahlteilabschnitt wie oben beschrieben durch eine Schweißnaht 22 verbunden sind.
  • Insbesondere resultiert die Beschichtung des ersten und des zweiten Stahlteilabschnitts aus der zumindest teilweisen Legierung der Vorbeschichtung 5 während der Warmpressumformung.
  • Die Substrate des ersten und des zweiten Stahlteils weisen die oben für die vorbeschichteten Bleche 2 beschriebenen Zusammensetzungen auf. Sie resultieren aus Warmpressen und Abkühlen der Substrate 3 der vorbeschichteten Bleche 2.
  • Die Schweißnaht 22 ist derart, dass die maximale Härtevariation ΔHV(WJ) über die Schweißnaht 22 kleiner als oder gleich wie 20 % der mittleren Härte HVmean(WJ) der Schweißnaht 22 ist. Mit anderen Worten Δ H V ( W J ) H V m e a n ( W J ) × 100 ≤ 20 % .
    Figure DE202018006833U1_0013
  • Die Mindesthärte HVmin(WJ) in der Schweißnaht 22 ist größer als oder gleich wie die mittlere Härte (HVmean(BMam wenigsten härtbar) des am wenigsten härtbaren der zwei Substrate 3 der vorbeschichteten Bleche 2 nach Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug.
  • Darüber hinaus ist der Härteabfall in der Wärmeeinflusszone im Vergleich zum angrenzenden Basismetall bei jedem der ersten und zweiten beschichteten Stahlteile kleiner als oder gleich wie 8 %. Mit anderen Worten H V m e a n ( B M ) − H V min ( H A Z ) H V m e a n ( B M ) × 100 ≤ 8 % .
    Figure DE202018006833U1_0014
  • Vorteilhafterweise ist der Härteunterschied ΔHV(WJ) an der Schweißnaht 22 kleiner als oder gleich wie 80 HV.
  • Vorteilhafterweise ist die mittlere Härte HVmean(WJ) in der Schweißnaht 22 kleiner als oder gleich wie 600 HV.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Versuche durchgeführt, bei denen geschweißte Stahlplatinen 1 durch Laserschweißen im Stumpfstoß von zwei vorbeschichteten Bleche A und B unter Verwendung eines Fülldrahts W hergestellt wurden.
  • In der nachstehenden Tabelle 1 sind die Versuchsbedingungen für jeden der durchgeführten Versuche E1 bis E21 aufgeführt.
  • Die ursprünglich gelieferten vorbeschichteten Bleche A und B wiesen auf ihren beiden Hauptflächen 4 eine Vorbeschichtung 5 mit einer Stärke von etwa 25 Mikrometern auf.
  • Bei allen getesteten vorbeschichteten Blechen A und B wurde die Vorbeschichtung 5 durch Schmelztauchbeschichtung in einem Bad aus geschmolzenem Metall hergestellt und bestand aus einer Metalllegierungsschicht 11 und einer intermetallischen Legierungsschicht 9.
  • Die metallische Legierungsschicht 11 der Vorbeschichtung 5 umfasste, in Gewichtsprozent:
    • Si: 9 %
    • Fe: 3 %,
    • wobei der Rest aus Aluminium und möglichen Verunreinigungen besteht, die bei der Herstellung entstehen.
  • Die Metalllegierungsschicht 11 hatte eine durchschnittliche Gesamtstärke von 20 µm.
  • Die intermetallische Legierungsschicht 9 enthielt intermetallische Verbindungen vom Typ Fex-Aly und hauptsächlich Fe2Al3. Fe2Al5 und FexAlySiz. Sie wies eine durchschnittliche Stärke von 5 µm auf.
  • Wie aus der Spalte mit dem Titel „Entfernung der Vorbeschichtung an der Schweißkante“ in Tabelle 1 hervorgeht, wurden einige der geschweißten Platinen 1 nach Entfernung der metallischen Legierung 11 der Vorbeschichtung 5 auf einer der Hauptflächen 4 von jedem der vorbeschichteten Bleche A und B vor dem Schweißen im Stumpfstoß erhalten („Entfernung auf einer Fläche“) und einige durch Schweißen der vorbeschichteten Bleche 2 mit intakter Vorbeschichtung 5 auf beiden Hauptflächen 4 („Nein“). Die Entfernung erfolgte durch Laserablation unter Verwendung des Verfahrens, Tabelle 1: Liste der Versuchsbedingungen
    Versuch Zusammensetzung Substrat Blech A (am wenigsten abschreckbares Substrat) Stärke Blech A (mm) Zusammensetzung Substrat Blech B (am meisten abschreckbares Substrat) Stärke Blech B (mm) Entfernen der Vorbeschichtung an Schweißkante? Fülldraht W Anteil des Fülldrahts im Schmelzbad (%)
    E1 S1 1,5 S1 1,5 Keine Entfernung W1 20 %
    E2 S1 1,5 S1 1,5 Keine Entfernung W2 22 %
    E3 S2 1,2 S2 1,2 Keine Entfernung W3 21 %
    E4 S2 1,2 S2 1,2 Keine Entfernung W3 27 %
    E5 S2 1,2 S2 1,2 Keine Entfernung W4 11 %
    E6 S2 1,2 S2 1,2 Keine Entfernung W4 15 %
    E7 S2 1,2 S2 1,2 Keine Entfernung W5 13%
    E8 S2 1,2 S2 1,2 Keine Entfernung W5 19%
    E9 S3 1,6 S3 1,6 Keine Entfernung W6 18 %
    E10 S4 1,5 S4 1,5 Keine Entfernung W6 16%
    E11 S2 1,2 S2 1,2 Keine Entfernung W5 27 %
    E12 S5 1,6 S5 1,6 Keine Entfernung W7 33 %
    E13 S6 1,5 S6 1,5 Entfernung auf einer Seite W8 18 %
    E14 S7 2,0 S8 1,5 Entfernung auf einer Seite W9 26 %
    E15 S9 1,0 S10 1,2 Keine Entfernung W9 25 %
    E16 S6 1,5 S6 1,5 Keine Entfernung W9 22 %
    E17 S6 1,5 S7 2,0 Keine Entfernung W9 22 %
    E18 S9 1,0 S10 1,2 Keine Entfernung W9 25 %
    E19 S9 1,0 S10 1,2 Keine Entfernung W9 22 %
    E20 S11 1,2 S12 1,0 Keine Entfernung W1 17 %
    E21 S11 1,2 S12 1,0 Keine Entfernung W2 22 %
    das in der früheren Anmeldung WO 2007/118939 beschrieben ist.
  • In der obigen Tabelle sind die Versuche, die nicht gemäß der Erfindung sind, unterstrichen.
  • Die Stahlsubstrate, die in den verschiedenen in Tabelle 1 genannten Versuchen verwendet werden, weisen die in Tabelle 2 aufgeführten Zusammensetzungen auf, wobei der Gehalt jeweils in Gewichtsprozent angegeben ist. Tabelle 2: Zusammensetzungen der Substrate
    %C %Mn %Al %Cr %Si %Ti % B %Nb % P %S
    S1 0,06 1,57 0,02 0,02 0,02 0,07 - 0,048 <0,020 <0,005
    S2 0,22 1,17 0,04 0,17 0,25 0,040 0,003 - <0,025 <0,005
    S3 0,06 1,6 0,02 0,02 0,02 0,07 - 0,048 <0,020 <0,005
    S4 0,23 1,19 0,04 0,18 0,26 0,040 0,003 - <0,025 <0,005
    S5 0,24 1,2 0,03 0,2 0,27 0,040 0,003 - <0,025 <0,005
    S6 0,22 1,16 0,04 0,2 0,25 0,040 0,003 - <0,025 <0,005
    S7 0,22 1,15 0,04 0,18 0,26 0,040 0,003 - <0,025 <0,005
    S8 0,22 1,15 0,04 0,19 0,27 0,040 0,003 - <0,025 <0,005
    S9 0,22 1,18 0,03 0,17 0,25 0,040 0,003 - <0,025 <0,005
    S10 0,22 1,18 0,03 0,17 0,26 0,040 0,003 - <0,025 <0,005
    S11 0,22 1,2 0,05 0,19 0,26 0,040 0,003 - <0,025 <0,005
    S12 0,24 1,24 0,04 0,17 0,27 0,040 0,003 - <0,025 <0,005
  • Bei allen Substraten besteht der Rest der Zusammensetzung aus Eisen, möglichen Verunreinigungen und unvermeidbaren Elementen, die bei der Herstellung entstehen.
  • In der obigen Tabelle 2 bedeutet „-“, dass das Substrat höchstens Spuren des jeweiligen Elements umfasst.
  • Die Fülldrähte W, die in den verschiedenen in Tabelle 1 genannten Versuchen verwendet werden, weisen die in Tabelle 3 aufgeführten Zusammensetzungen auf, wobei der Gehalt jeweils in Gewichtsprozent angegeben ist. Tabelle 3: Zusammensetzung der Schweißdrähte W
    Fülldraht W %C %Mn %Si %Ni %Cr %Mo %P %S Sonstige Elemente (in %)
    W1 0,02 1,90 0,70 13,60 23,00 10,16 <0,05 <0,05 Cu: 0,06; N: 0,08
    W2 0,03 1,80 0,50 25,00 20,50 4,70 <0,05 <0,05 Cu: 1,60
    W3 0,24 0,55 0,27 35,38 0,04 0,001 <0,05 <0,05 Al: 0,12; Cu: 0,10; Nb: 1,29; Ti: 0,27; B: 0,001
    W4 0,02 0,30 0,29 53,24 0,05 0,02 <0,05 <0,05 Al: 0,06; Cu: 0,02; Co: 0,07; V: 0,01; Nb: 0,008
    W5 0,25 11,24 0,10 41,83 0,001 0,001 <0,05 <0,05 Al: 0,27; Cu: 0,03
    W6 0,10 1,77 0,68 1,84 0,36 0,45 <0,05 <0,05 Al: 0,01; Cu: 0,04; V<0,01; Ti<0,01
    W7 0,30 0,52 0,23 0,03 0,94 0,18 <0,05 <0,05 Al: 0,02; Cu: 0,13
    W8 1,10: 2,00 0,40 0,001 1,80 0,001 <0,05 <0,05 Ti: 0,20
    W9 0,64 13,17 0,001 2,57 0,01 0,001 <0,05 <0,05 Cu: 0,08
  • Bei allen Schweißdrähten besteht der Rest der Zusammensetzung aus Eisen, möglichen Verunreinigungen und unvermeidbaren Elementen, die aus der Herstellung resultieren.
  • Die Erfinder haben dann für jeden Versuch E1 bis E21 die Zusammensetzung der erhaltenen Schweißnaht 22 mit herkömmlichen Messverfahren gemessen.
  • Der Gehalt an Mangan, Aluminium, Nickel, Chrom, Molybdän und Silizium der Schweißnaht 22 wurde an einem quer zu der Schweißnaht 22 verlaufenden Querschnitt der Proben mit einem in ein Rasterelektronenmikroskop integrierten Energiedispersionsspektroskopie-Detektor bestimmt. Der Kohlenstoffgehalt wurde mit einer Castaing-Elektronenmikrosonde an einem quer zu der Schweißnaht 22 verlaufenden Querschnitt der Proben bestimmt. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in der nachstehenden Tabelle 4 angegeben. Tabelle 4: Gemessener Gehalt in den Schweißnähten
    Versuch %C %Mn %Al %Ni %Cr %Mo %Si
    E1 0,05 1,32 1,13 2,70 4,49 0,03 0,26
    E2 0,05 1,60 1,18 5,53 4,17 1,03 0,19
    E3 0,22 1,25 2,05 7,48 0,23 0,00 0,66
    E4 0,23 1,10 1,89 9,62 0,20 0,00 0,61
    E5 0,20 1,20 2,14 5,96 0,21 0,00 0,61
    E6 0,19 1,21 1,93 8,23 0,23 0,00 0,67
    E7 0,22 2,45 1,86 5,60 0,25 0,00 0,59
    E8 0,23 2,89 1,80 8,05 0,24 0,00 0,60
    E9 0,07 1,52 1,68 0,33 0,04 0,15 0,15
    E10 0,21 1,20 1,68 0,29 0,19 0,07 0,37
    E11 0,23 3,91 2,00 11,40 0,12 0,00 0,22
    E12 0,26 1,00 1,17 0,00 0,31 0,02 0,34
    E13 0,38 1,17 1,04 0,01 0,33 0,02 0,53
    E14 0,33 3,47 1,12 0,45 0,28 0,02 0,63
    E15 0,32 3,28 1,25 0,42 0,15 0,02 0,35
    E16 0,31 2,84 1,07 0,33 0,06 0,02 0,35
    E17 0,31 2,95 1,11 0,35 0,16 0,02 0,34
    E18 0,32 3,28 1,25 0,42 0,15 0,02 0,35
    E19 0,31 2,87 1,46 0,33 0,15 0,02 0,37
    E20 0,19 1,33 1,49 2,29 3,95 0,03 0,44
    E21 0,18 1,32 1,28 5,41 4,42 1,06 0,34
  • Anhand dieser Messungen bestimmten die Erfinder für jede der geschweißten Stahlplatinen 1 gemäß den Versuchen E1 bis E21, ob die Kriterien C1, C2, C3 gemäß der Erfindung und die optionalen Zusatzkriterien C4 und C5 erfüllt sind oder nicht. Die Ergebnisse dieser Bestimmung sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Tabelle 5: Werte der Kriterien in den Schweißnähten Unterstrichene Werte: entsprechen nicht der Erfindung
    Versuch Kriterien
    C1 C2 C3 C4 C5
    0,01 ≤ %CFw ≤ 0,45 FTWJ - 0,9*FTBM (am wenigsten härtbar) %CWJ FAWJ (wenn %CWJ ≥ 0,15) 1,25*%CBM (am meisten härtbar) - %CWJ %NiWJ
    E1 Ja 95,74 0,05 k.A. 0,02 2,70
    E2 Ja 153,22 0,05 k.A. 0,02 5,53
    E3 Ja 111,16 0,22 9593 0,05 7,48
    E4 Ja 120,01 0,23 9341 0,05 9,62
    E5 Ja 67,54 0,20 9640 0,08 5,96
    E6 Ja 103,18 0,19 9669 0,09 8,23
    E7 Ja 118,80 0,22 9317 0,05 5,60
    E8 Ja 131,09 0,23 9006 0,05 8,05
    E9 Ja -50.74 0,07 k.A. 0,01 0,33
    E10 Ja -64,84 0,21 10.000 0,08 0,29
    E11 Ja -6,47 0,23 7120 0,05 11,40
    E12 Ja -16,50 0,26 9676 0,04 0,00
    E13 Nein 121,60 0,38 10.164 -0,11 0,01
    E14 Nein 184,54 0,33 10.061 -0,06 0,45
    E15 Nein 126,14 0,32 9312 -0,05 0,42
    E16 Nein 121,23 0,31 9748 -0,04 0,33
    E17 Nein 122,01 0,31 9433 -0,04 0,35
    E18 Nein 126,14 0,32 9312 -0,05 0,42
    E19 Nein 94,35 0,31 9408 -0,04 0,33
    E20 Ja 33,72 0,19 1599 0,11 2,29
    E21 Ja 95,46 0,18 4457 0,12 5,41
  • Wie aus Tabelle 5 ersichtlich ist, handelt es sich bei den mit E1 bis E8 bezeichneten Versuchen um Beispiele gemäß der Erfindung: in diesen Versuchen sind die Kriterien C1 bis C3 erfüllt.
  • Die Versuche E9 bis E21 sind dagegen nicht gemäß der Erfindung: bei diesen Versuchen ist mindestens ein Kriterium der Kriterien C1 bis C3 nicht erfüllt.
  • Schließlich unterzogen die Erfinder die so hergestellten geschweißten Stahlplatinen 1 einer Wärmebehandlung, die eine Austenitisierung und eine anschließende schnelle Abkühlung umfasste, um wärmebehandelte Teile zu erhalten. Solche wärmebehandelten Teile weisen die gleichen Eigenschaften wie warmgepresste und abgekühlte Teile auf. Anschließend führten die Erfinder Messungen durch, um die mechanischen Eigenschaften dieser Teile zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in der nachstehenden Tabelle 6 angegeben. Tabelle 6: Ergebnisse der Härtemessungen nach der Wärmebehandlung Unterstrichene Werte: entsprechen nicht der Erfindung
    Versuch Zugversuch Härte nach Wärmebehandlung
    Bruchstelle (von 5 Tests) [ΔHV(WJ)/ HVmean(WJ)] x100 (in %) HVmin (WJ)-HVmean (BM am wenigsten härtbar) (in HV) [[HVmean(BM) - HVmin(HAZ)] / HVmean(BM)] ×100 (in %) ΔHV(WJ) (in HV) HVmean (WJ) (in HV) HVmax (WJ) (in HV)
    E1 100 % außerhalb der Schweißnaht und WEZ 15 133 3 58 393 429
    E2 100 % außerhalb der Schweißnaht und WEZ 18 132 2 73 407 448
    E3 100 % außerhalb der Schweißnaht und WEZ 5 37 1 29 539 553
    E4 100 % außerhalb der Schweißnaht und WEZ 4 27 2 19 534 543
    E5 100 % außerhalb der Schweißnaht und WEZ 9 13 2 47 535 562
    E6 100 % außerhalb der Schweißnaht und WEZ 13 1 3 69 541 569
    E7 100 % außerhalb der Schweißnaht 4 76 5 22 577 588
    und WEZ
    E8 100 % außerhalb der Schweißnaht und WEZ 13 16 2 76 565 591
    E9 100 % Schweißnaht 17 -3 -2 45 260 276
    E10 100 % Schweißnaht 38 -190 -2 156 413 482
    E11 100 % Schweißnaht 92 -280 3 341 369 550
    E12 100 % Schweißnaht 28 -125 2 137 485 540
    E13 60% Schweißnaht 24 3 3 140 584 637
    E14 100 % Schweißnaht 22 43 3 136 621 677
    E15 100 % Schweißnaht 21 16 5 129 622 669
    E16 100 % Schweißnaht oder WEZ 41 -98 4 235 567 664
    E17 100 % Schweißnaht oder WEZ 54 -143 2 295 543 664
    E18 100 % Schweißnaht oder WEZ 21 16 5 128 622 668
    E19 100 % Schweißnaht oder WEZ 33 -55 3 202 603 676
    E20 20% WEZ des dünneren BM, 80 % BM 14 4 10 77 543 585
    E21 20% WEZ des dünneren BM. 80 % BM 14 34 11 79 547 612
  • Die Zugprüfung wurde bei Raumtemperatur (ca. 20 °C) gemäß dem in den folgenden Normen beschriebenen Verfahren durchgeführt: NF EN ISO 4136 und NF ISO 6892-1 an einer quer geschweißten Zugprobe vom Typ EN 12,5 × 50 (240 × 30 mm), die senkrecht zu der Laserschweißrichtung entnommen wurde. Für jeden Versuch (E1 bis E21) wurden fünf Zugversuche durchgeführt. Die in der Spalte „Bruchstelle“ angegebenen Prozentsätze entsprechen für jeden Versuch (E1 bis E21) dem Prozentsatz der Zugversuche, bei denen das Versagen in dem genannten Bereich (Basismetall, WEZ (Wärmeeinflusszone) oder Schweißnaht) auftrat.
  • Die Härte wurde mit dem Vickers-Härtetest gemäß der Norm NF EN ISO 6507-1 gemessen. Die Prüfungen wurden quer zu der Schweißnaht mit einer Prüfkraft von 0,5 kgf (HV0,5) ausgeführt. Die Stellen, an denen die Härtemessungen für jedes wärmebehandelte Teil ausgeführt wurden, sind in 5 gezeigt. Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, wurde die Härte entlang dreier Linien gemessen, die jeweils bei 1/4, 1/2 und 3/4 der Stärke des wärmebehandelten Teils sind. Für jede Linie wurden Messungen in regelmäßigen Abständen gemäß der Norm NF EN ISO 6507-1 durchgeführt, ausgehend von der Mittelachse der Schweißnaht 22.
  • Die Stelle der Prüfpunkte in der Schweißnaht 22 oder im Basismetall wurde durch metallografische Untersuchung der Prüffläche nach dem Ätzen mit Nital, einem an sich bekannten Reagenz, bestimmt. Die Wärmeeinflusszone wurde mit dem Bereich identifiziert, der über die drei Prüflinien die beiden unmittelbar an die Schweißnaht 22 angrenzenden Prüfpunkte umfasst.
  • Die Mindesthärte in der Schweißnaht HVmin(WJ) entspricht dem niedrigsten in der Schweißnaht 22 gemessenen Härtewert.
  • Die maximale Härte in der Schweißnaht HVmax(WJ) entspricht dem größten in der Schweißnaht 22 gemessenen Härtewert.
  • Die mittlere Härte in der Schweißnaht HVmean(WJ) entspricht dem Mittelwert aller in der Schweißnaht 22 gemessenen Härtewerte.
  • Die Mindesthärte in der Wärmeeinflusszone HVmin(HAZ) entspricht dem niedrigsten in der Wärmeeinflusszone gemessenen Härtewert.
  • Die mittlere Härte im Basismetall HVmean(BM) entspricht dem Mittelwert aller in dem Basismetall gemessenen Härtewerte.
  • Wie aus der obigen Tabelle 6 ersichtlich ist, traten bei den Versuchen E1 bis E8, bei denen die Kriterien C1 bis C3 erfüllt sind, während der Zugprüfung 100 % der Brüche außerhalb der Schweißnaht 22 oder der Wärmeeinflusszone auf.
  • Außerdem:
    • - ist die maximale Härtevariation ΔHV(WJ) über die Schweißnaht 22 kleiner als oder gleich wie 20 % der mittleren Härte HVmean (WJ) der Schweißnaht 22.
    • - ist die Mindesthärte HVmin(WJ) in der Schweißnaht 22 größer als oder gleich wie die mittlere Härte HVmean(BMam wenigsten härtbar) des am wenigsten härtbaren Basismetalls; und
    • - ist der Härteabfall in der Wärmeeinflusszone im Vergleich zu dem Grundmetall kleiner als oder gleich wie 8 %.
  • Im Gegensatz dazu treten bei den Versuchen E9 bis E21, die nicht erfindungsgemäß sind, da mindestens eines der Kriterien C1 bis C3 nicht erfüllt ist, die Brüche entweder in der Schweißnaht 22 oder in der Wärmeeinflusszone auf.
  • Insbesondere, wenn das Kriterium C1 nicht erfüllt ist, während die Kriterien C2 und C3 erfüllt sind (Versuche E13 bis E19), ist die maximale Härtevariation ΔHV(WJ) über die Schweißnaht 22 größer als 20 % der mittleren Härte HVmean(WJ) der Schweißnaht 22. Daher weist die Schweißnaht 22 in diesem Fall örtlich begrenzte Härtespitzenbereiche auf, die daher weniger duktil sind und das Risiko eines Versagens der Schweißnaht 22 erhöhen.
  • Außerdem ist in dem Fall, in dem das Kriterium C2 nicht erfüllt ist, während die Kriterien C1 und C3 erfüllt sind (Versuche E9 bis E12), die Mindesthärte HVmin(WJ) in der Schweißnaht 22 kleiner als die mittlere Härte HVmean(BM am wenigsten härtbar) des am wenigsten härtbaren Basismetalls. In diesem Fall traten 100 % der Brüche in der Schweißnaht 22 auf.
  • Wenn schließlich das Kriterium C3 nicht erfüllt ist, während die Kriterien C1 und C2 erfüllt sind (Versuche E20 und E21), ist der Härteabfall in der Wärmeeinflusszone im Vergleich zu dem Grundmetall größer als 8 %. In diesem Fall traten mindestens 20 % der Versagen in der Wärmeeinflusszone auf. Diese Ergebnisse bestätigen, dass das Risiko eines Versagens in der Wärmeeinflusszone erhöht ist, wenn C3 nicht erfüllt ist.
  • Außerdem wird beobachtet, dass bei den Versuchen, bei denen das Kriterium C5 erfüllt ist, die Härtevariation innerhalb der Schweißnaht ΔHV(WJ) kleiner als oder gleich wie 80 HV ist (Versuche E1 bis E8 und E19 und E20), selbst wenn der Kohlenstoffgehalt in der Schweißnaht 22 größer als oder gleich wie 0,15 Gewichtsprozent ist. Ist dagegen das Kriterium C5 nicht erfüllt, so ist bei Kohlenstoffgehalten in der Schweißnaht 22 von 0,15 Gewichtsprozent oder mehr die Härtevariation innerhalb der Schweißnaht ΔHV(WJ) größer als 80 HV (Versuche E10 bis E18).
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung ist daher besonders vorteilhaft, da es ermöglicht, nach Warmpressen und Abkühlen in dem Presswerkzeug ein Teil mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften zu erhalten, auch in der Schweißnaht 22 und ohne die Vorbeschichtung 5 vor dem Schweißen entfernen zu müssen.
  • Es eignet sich daher besonders gut für die Herstellung von Aufprallschutzteilen, Strukturteilen oder Energieabsorptionsteilen, die zur Sicherheit von Kraftfahrzeugen beitragen.
  • 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.
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Claims (18)

  1. Geschweißte Stahlplatine (1), umfassend zwei vorbeschichtete Bleche (2), wobei jedes vorbeschichtete Blech (2) ein Stahlsubstrat (3) umfasst, welches eine Vorbeschichtung (5) auf mindestens einer seiner Hauptflächen (4) aufweist, wobei die Vorbeschichtung (5) eine intermetallische Legierungsschicht (9), umfassend mindestens Eisen und Aluminium, und optional eine metallische Legierungsschicht (11), die sich auf der intermetallischen Legierungsschicht (9) erstreckt, umfasst, wobei die metallische Legierungsschicht (11) eine Schicht aus Aluminium, eine Schicht aus Aluminiumlegierung oder eine Schicht aus einer Legierung auf Aluminiumbasis ist, wobei der Stahl des Substrats (3) von mindestens einem der vorbeschichteten Bleche (2) in Gewichtsprozent Folgendes umfasst: 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 % B ≤ 0,010 %, wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist und die vorbeschichteten Bleche (2) durch eine Schweißnaht (22) verbunden sind, wobei die Schweißnaht (22) gekennzeichnet ist durch: (a) einen Abschreckfaktor FTWJ der Schweißnaht (22), der so ist, dass FTWJ -0.9FTBM ≥ 0 (Kriterium C2), wobei: - FTBM der Abschreckfaktor des am wenigsten härtbaren Stahlsubstrats (3) von den Stahlsubstraten (3) der zwei vorbeschichteten Bleche (2) ist, und - die Abschreckfaktoren FTWJ und FTBM unter Verwendung der folgenden Formel bestimmt werden: FT=128 + 1553xC + 55xMn + 267xSi + 49xNi + 5xCr - 79xAl - 2xNi2 - 1532xC2 - 5xMn2 - 127xSi2 - 40xCxNi - 4xNixMn, wobei Al, Cr, Ni, C, Mn und Si jeweils der mittlere Aluminium-, Chrom-, Nickel-, Kohlenstoff-, Mangan- und Siliziumgehalt, ausgedrückt in Gewichtsprozent, des Bereichs sind, dessen Abschreckfaktor bestimmt werden soll, wobei dieser Bereich im Fall von FTWJ die Schweißnaht (22) und im Fall von FTBM das am wenigsten härtbare Substrat ist, und (b) einen Kohlenstoffgehalt CWJ der Schweißnaht (22) von weniger als 0,15 Gewichtsprozent oder, wenn der Kohlenstoffgehalt CWJ der Schweißnaht (22) größer als oder gleich wie 0,15 Gewichtsprozent ist, einen Erweichungsfaktor FAWJ der Schweißnaht (22), der so ist, dass FAWJ > 5000 (Kriterium C3), wobei der Erweichungsfaktor FAWJ der Schweißnaht (22) abhängig von dem mittleren Aluminium-, Chrom-, Nickel-, Molybdän-, Kohlenstoff-, Mangan- und Siliziumgehalt der Schweißnaht (22), ausgedrückt in Gewichtsprozent, nach der folgenden Formel berechnet wird:  FA = 10.291 + 4384,1 × Mo + 3676,9 Si − 522,64 × Al − 2221,2 × Cr − 118,11 × Ni -1565 ,1 × C − 246,67 × Mn ,
    Figure DE202018006833U1_0015
     und die Schweißnaht (22) derart ist, dass nach Warmpressen und Abkühlen die maximale Härtevariation ΔHV(WJ) über die Schweißnaht (22) kleiner als oder gleich wie 20 % der mittleren Härte HVmean(WJ) der Schweißnaht (22) ist.
  2. Geschweißte Stahlplatine (1) nach Anspruch 1, wobei der Kohlenstoffgehalt CWJ in Gewichtsprozent der Schweißnaht (22) derart ist, dass 1,25 x CBM (am meisten härtbar) - CWJ ≥ 0 (Kriterium C4), wobei CBM der Kohlenstoffgehalt in Gewichtsprozent des am meisten härtbaren Stahlsubstrats (3) von den Substraten (3) der zwei vorbeschichteten Bleche (2) ist.
  3. Geschweißte Stahlplatine (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Nickelgehalt NiWJ der Schweißnaht (22) zwischen 2,0 Gewichtsprozent und 11,0 Gewichtsprozent ist (Kriterium C5).
  4. Geschweißte Stahlplatine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Stahl des Substrats (3) von mindestens einem der vorbeschichteten Bleche (2) in Gewichtsprozent Folgendes umfasst: 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 % B ≤ 0,005 %, wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist.
  5. Geschweißte Stahlplatine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Stahl des Substrats (3) von einem der vorbeschichteten Bleche (2) in Gewichtsprozent Folgendes umfasst: 0,040 % ≤ C ≤ 0,100 % 0,80 % ≤ Mn ≤ 2,00 % S ≤ 0,30 %, S ≤ 0,005 % P ≤ 0,030 % 0,010% ≤ Al ≤0,070% 0,015% ≤ Nb ≤0,100% Ti ≤ 0,080 % N ≤ 0,009 % Cu ≤0,100% Ni ≤ 0,100 % Cr ≤ 0,100 % Mo ≤ 0,100 % C ≤ 0,006 %, wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist.
  6. - Geschweißte Stahlplatine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Stahl des Substrats (3) von einem der vorbeschichteten Bleche (2) in Gewichtsprozent Folgendes umfasst: 0,24 % ≤ C ≤ 0,38 % 0,40 % ≤ Mn ≤ 3 % 0,10 % ≤ Si ≤ 0,70% 0,015 % ≤ Al ≤ 0,070 % 0 % ≤ Cr ≤ 2 % 0,25 % ≤ Ni ≤ 2 % 0,015 % ≤Ti ≤0,10 % 0 % ≤ Nb ≤ 0,060 % 0,0005 % ≤ B ≤ 0,0040 % 0,003 % ≤ N ≤0,010 % 0,0001 % ≤ S ≤ 0,005 % 0,0001 % ≤ P ≤ 0,025 % wobei der Gehalt an Titan und Stickstoff das folgende Verhältnis erfüllt: Ti/N > 3,42, und der Gehalt an Kohlenstoff, Mangan, Chrom und Silizium das folgende Verhältnis erfüllt: 2.6 + M n 5.3 + C r 13 + S i 15 ≥ 1.1 % ,
    Figure DE202018006833U1_0016
     wobei der Stahl optional eines oder mehrere der folgenden Elemente umfasst: 0,05 % ≤ Mo ≤ 0,65 % 0,001 % ≤ Mo ≤ 0,30 % 0,0005 % ≤ Ca ≤ 0,005 %, wobei der Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist.
  7. Geschweißte Stahlplatine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schweißnaht (22) durch Laserschweißen erhalten wurde.
  8. Geschweißte Stahlplatine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die vorbeschichteten Bleche (2) auf ihren zwei Hauptflächen (4) eine Vorbeschichtung (5) aufweisen.
  9. Geschweißtes, warmgepresstes und abgekühltes Stahlteil, umfassend einen ersten beschichteten Stahlteilabschnitt und einen zweiten beschichteten Stahlteilabschnitt, jeder beschichtete Stahlteilabschnitt umfassend ein Stahlsubstrat (3), das auf mindestens einer seiner Hauptflächen eine Beschichtung aufweist, die mindestens Eisen und Aluminium umfasst, wobei der Stahl des Substrats (3) von mindestens einem der ersten und zweiten beschichteten Stahlteilabschnitte in Gewichtsprozent Folgendes umfasst: 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 % B ≤ 0,010 %, wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist, und der erste und der zweite beschichtete Stahlteilabschnitt durch eine Schweißnaht (22) verbunden sind, wobei die Schweißnaht (22) gekennzeichnet ist durch: (a) einen Abschreckfaktor FTWJ der Schweißnaht (22), der so ist, dass FTWJ -0.9FTBM ≥0 (Kriterium C2), wobei: - FTBM der Abschreckfaktor des am wenigsten härtbaren Stahlsubstrats (3) von den Stahlsubstraten (3) der zwei beschichteten Stahlteilabschnitte ist, und - die Abschreckfaktoren FTWJ und FTBM unter Verwendung der folgenden Formel bestimmt werden: FT=128 + 1553xC + 55xMn + 267xSi + 49xNi + 5xCr - 79xAl - 2xNi2 - 1532xC2 - 5xMn2 - 127xSi2 - 40xCxNi - 4xNixMn, wobei AI, Cr, Ni, C, Mn und Si jeweils der mittlere Aluminium-, Chrom-, Nickel-, Kohlenstoff-, Mangan- und Siliziumgehalt, ausgedrückt in Gewichtsprozent, des Bereichs sind, dessen Abschreckfaktor bestimmt werden soll, wobei dieser Bereich im Fall von FTWJ die Schweißnaht (22) und im Fall von FTBM das am wenigsten härtbare Substrat ist, und (b) einen Kohlenstoffgehalt CWJ der Schweißnaht (22) von weniger als 0,15 Gewichtsprozent oder, wenn der Kohlenstoffgehalt CWJ der Schweißnaht (22) größer als oder gleich wie 0,15 Gewichtsprozent ist, einen Erweichungsfaktor FAWJ der Schweißnaht (22), der so ist, dass FAWJ > 5000 (Kriterium C3), wobei der Erweichungsfaktor FAWJ der Schweißnaht (22) abhängig von dem mittleren Aluminium-, Chrom-, Nickel-, Molybdän-, Kohlenstoff-, Mangan- und Siliziumgehalt der Schweißnaht (22), ausgedrückt in Gewichtsprozent, nach der folgenden Formel berechnet wird:  FA = 10.291 + 4384,1 × Mo + 3676,9 × Si − 522,64 × Al − 2221,2 × Cr − 118,11 × Ni − 1565 ,1 × C − 246,67 × Mn ,
    Figure DE202018006833U1_0017
     und die maximale Härtevariation ΔHV(WJ) über die Schweißnaht (22) kleiner als oder gleich wie 20 % der mittleren Härte HVmean (WJ) der Schweißnaht (22) ist.
  10. Geschweißtes, warmgepresstes und abgekühltes Stahlteil nach Anspruch 9, wobei der Härteabfall in der Wärmeeinflusszone in Bezug auf das Grundmetall des ersten und des zweiten beschichteten Stahlteilabschnitts, die daran angrenzen, kleiner als oder gleich wie 8% ist.
  11. Geschweißtes, warmgepresstes und abgekühltes Stahlteil nach einem der Ansprüche 9 und 10, wobei die mittlere Härte HVmean (WJ) in der Schweißnaht (22) kleiner als oder gleich wie 600 HV ist.
  12. Geschweißtes, warmgepresstes und abgekühltes Stahlteil nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Kohlenstoffgehalt CWJ in Gewichtsprozent in der Schweißnaht (22) derart ist, dass 1,25 × CBM - CWJ ≥ 0 (Kriterium C4), wobei CBM der Kohlenstoffgehalt in Gewichtsprozent des am meisten härtbaren Stahlsubstrats (3) von den Stahlsubstraten (3) des ersten und des zweiten beschichteten Stahlteilabschnitts ist.
  13. Geschweißtes, warmgepresstes und abgekühltes Stahlteil nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der Nickelgehalt NiWJ in der Schweißnaht (22) zwischen 2,0 Gewichtsprozent und 11,0 Gewichtsprozent ist (Kriterium C5).
  14. Geschweißtes, warmgepresstes und gekühltes Stahlteil nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei der Stahl des Substrats (3) mindestens eines von dem ersten und dem zweiten beschichteten Stahlteilabschnitt in Gewichtsprozent Folgendes umfasst: 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 % B ≤ 0,005 %, wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist.
  15. Geschweißtes, warmgepresstes und gekühltes Stahlteil nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei der Stahl des Substrats (3) eines von dem ersten und dem zweiten beschichteten Stahlteilabschnitt in Gewichtsprozent Folgendes umfasst: 0,040 % ≤ C ≤ 0,100 % 0,80 % ≤ Mn ≤ 2,00 % S ≤ 0,30 %, S ≤ 0,005 % P ≤ 0,030 % 0,010% ≤ Al ≤0,070% 0,015%≤ Nb ≤0,100% Ti ≤ 0,080 % N ≤ 0,009 % Cu ≤0,100% Ni ≤ 0,100 % Cr ≤ 0,100 % Mo ≤0,100% C ≤ 0,006 %, wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist.
  16. Geschweißtes, warmgepresstes und gekühltes Stahlteil nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei der Stahl des Substrats (3) eines von dem ersten und dem zweiten beschichteten Stahlteilabschnitt in Gewichtsprozent Folgendes umfasst: 0,24 % ≤ C ≤ 0,38 % 0,40 % ≤ Mn ≤ 3 % 0,10 % ≤ Si ≤ 0,70% 0,015 % ≤ Al ≤ 0,070 % 0 % ≤ Cr ≤ 2 % 0,25 % ≤ Ni ≤ 2 % 0,015%≤Ti ≤0,10 % 0 % ≤ Nb ≤ 0,060 % 0,0005 % ≤ B ≤ 0,0040 % 0,003 % ≤ N ≤0,010 % 0,0001 % ≤ S ≤ 0,005 % 0,0001 % ≤ P ≤ 0,025 % wobei der Gehalt an Titan und Stickstoff das folgende Verhältnis erfüllt: Ti/N > 3,42, und der Gehalt an Kohlenstoff, Mangan, Chrom und Silizium das folgende Verhältnis erfüllt: 2.6 C + M n 5.3 + C r 13 + S i 15 ≥ 1.1 % ,
    Figure DE202018006833U1_0018
     wobei der Stahl optional eines oder mehrere der folgenden Elemente umfasst: 0,05 % ≤ Mo ≤ 0,65 % 0,001 % ≤ Mo ≤ 0,30 % 0,0005 % ≤ Ca ≤ 0,005 %, wobei der Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen, die aus der Herstellung resultieren, ist.
  17. Geschweißtes, warmgepresstes und gekühltes Stahlteil nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei die Schweißnaht (22) durch Laserschweißen erhalten wurde.
  18. Geschweißtes, warmgepresstes und gekühltes Stahlteil nach einem der Ansprüche 9 bis 17, wobei die beschichteten Stahlteilabschnitte auf jeder ihrer Hauptflächen eine Beschichtung aufweisen, die mindestens Eisen und Aluminium umfasst.
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