DE4036827A1

DE4036827A1 - Verfahren zur herstellung eines einen aeusseren korrosionsschutz aufweisenden stahlprofiles

Info

Publication number: DE4036827A1
Application number: DE19904036827
Authority: DE
Inventors: Horst Klippel
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1989-10-26
Filing date: 1990-10-24
Publication date: 1991-05-23
Also published as: DE4036827C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines einen äußeren Korrosionsschutz aufweisenden Profiles aus einem hochfesten und zähen Stahl gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Im Zuge der Entwicklung im Maschinenbau, insbesondere im Automobilbau den Korrosionsschutz der der freien Atmosphäre ausgesetzten Teile zu verbessern, ist der Bedarf an korrosionsgeschützten Profilen, sei es Flach- oder Hohlprofile gewachsen. Da diese Profile in vielen Fällen die Funktion eines Trägers haben und dementsprechend Kräfte und Momente übertragen müssen, wird dafür üblicherweise ein hochfester und zäher Stahl mit einer Festigkeit von mindestens 900 N/qmm und einer Dehnung von mindestens 12% verwendet. Eine der Möglichkeiten, einen ausreichenden Korrosionsschutz zu erzeugen, ist die Oberfläche mit einer Zinkschicht zu überziehen. Dazu wird das Stahlprofil nach der Wärmebehandlung, bestehend aus den Schritten Glühen bei Austenitisierungstemperatur und Abschrecken mit nachfolgendem Anlassen, entzundert und anschließend in ein Zinkbad getaucht. Dieses Verfahren ist recht aufwendig, da hierfür eine Vielzahl von Schritten mit den dazu notwendigen Anlagen erforderlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem in einfacher und kostengünstiger Weise ein einen äußeren Korrosionsschutz aufweisendes Stahlprofil hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Kerngedanke der Erfindung ist es, die für die Vergütung des Stahles erforderliche Wärmebehandlung mit dem Verzinken zu verbinden in der Weise, daß das Verzinken Teil der Wärmebehandlung ist. Dazu wird das Ausgangsprofil in bekannter Weise bei einer Temperatur im Bereich zwischen 900 bis 940 Grad austenitisiert und anschließend mit Wasser oder Öl oder auch an Luft rasch abgekühlt. Um die geforderte Zähigkeit für das Profil zu erreichen, muß das durch die rasche Abkühlung entstandene Härtegefüge wieder angelassen werden. Dies geschieht aber nicht in der üblichen Weise in einem Anlaßofen, sondern erfindungsgemäß in einem Zinkbad mit einer Badtemperatur im Bereich von 480-500 Grad Celsius und einer Haltezeit von mindestens 3 Minuten. Damit das Zink mit dem Eisen sich verbinden kann, ist eine blanke und aktive Oberfläche des Stahlprofiles erforderlich. Aus diesem Grunde wird das Stahlprofil nach der raschen Abkühlung zuerst entzundert und dann in das Zinkbad getaucht.

Bei einer Abwandlung des Verfahrens wird das Ausgangsprofil über Warmwalzen hergestellt und nachfolgend erfolgt eine Entzunderung und anschließend ein Glühen unter Schutzgas mit rascher Abkühlung unter Sauerstoffabschluß und ein Anlassen im Zinkbad. Die Zinkbadtemperaturen und die Haltezeiten entsprechen den bereits vorher angegebenen Werten. Das Fernhalten des Luftsauerstoffes bei der Übergabe des erwärmten Stahlprofiles in das Verzinkungsbad kann in der Weise erfolgen, daß der Überlauf vom Ofen zum Zinkbad in Form eines geschlossenen Kastens ausgebildet und der Hohlraum mit Schutzgas gefüllt ist. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, daß der Materialfluß verbessert wird, da man das dem Ofen entnommene Profil unter einem Schutzgasschleier abkühlt und anschließend direkt in das Zinkbad tauchen kann. Bei der vorhergehend geschilderten Verfahrensweise erfolgt das Entzundern erst nach dem Abkühlen, was üblicherweise einen mehrfachen Hin- und Hertransport des Materiales erforderlich macht. Noch einfacher wird das Verfahren, wenn man für das rasche Abkühlen nach dem Glühen flüssigen Stickstoff verwendet, wobei der dabei entstehende gasförmige Stickstoff die Schutzgasatmosphäre bildet. Diese Verfahrensweise bietet sich besonders dann an, wenn das Ausgangsprofil über einen Kaltprozeß, z. B. HV-Schweißen hergestellt wird, bei dem die Ausgangsoberfläche schon blank ist. Dann kann der Schutzgasofen, die Abschreckstation mit dem flüssigen Stickstoff und das als Anlaßaggregat verwendete Zinkbad unmittelbar nebeneinander angeordnet werden, so daß damit wenig Platz beansprucht, der Materialfluß verbessert und die Taktzeit verkürzt wird.

Zur Herstellung von Stahlprofilen, die im gehärteten Zustand verwendet werden und die zudem noch einen Korrosionsschutz durch Feuerverzinken aufweisen sollen, wird eine Variante des Verfahrens vorgeschlagen, die darin besteht, das Ausgangsprofil unter Schutzgas zu glühen und unter Sauerstoffabschluß zuerst im Zinkbad abzuschrecken und anschließend in Wasser oder Öl weiter abzuschrecken oder an Luft abzukühlen. Bei diesem zweistufigen Abschrecken wird das Zinkbad als erste Abschreckstufe verwendet. In diesem Falle wird im Sinne der Abschreckwirkung die Temperatur des Zinkbades sehr niedrig und die Haltezeit sehr kurz gehalten. Vorzugsweise erfolgt das Abkühlen im Zinkbad bei einer Temperatur kleiner gleich 450 Grad Celsius und einer Haltezeit kleiner gleich 1 Minute. Die abgesenkte Badtemperatur kann man ohne Gefahr eines Einfrierens des Zinkbades dadurch erreichen, daß man die Zusammensetzung des Zinkbades ändert und ein niedrigschmelzendes Element, zum Beispiel Blei hinzufügt. Damit das Eisen mit dem Zink sich verbinden kann, ist eine blanke und aktive Oberfläche des zu verzinkenden Stahlprofiles erforderlich. Dies bedeutet, daß im Falle der Herstellung des Ausgangsprofiles über Warmwalzen dieses vor dem nachfolgenden Schutzgasglühen entzundert werden muß.

Es ist leicht einsichtig, daß die Verzinkung als Anlaßbehandlung und alternativ zum Abschrecken nicht für jede Stahlgüte gleichermaßen gut geeignet ist. Für die Variante der Anlaßbehandlung eignet sich ein vergütbarer Stahl wie beispielsweise der St E690 mit der chemischen Analyse in Gewichtsprozent C 0,16-0,18; Si 0,30-0,45; Mn 1,40-1,70; Al 0,020-0,050; Cr 0,40-0,70; Ni 1,10-1,40; Mo 0,30-0,50; V 0,06- 0,10 Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.

Für die Variante des zweistufigen Abschreckens kann ein sogenannter lufthärtender Stahl bestehend beispielsweise aus max. 0,35% C; max. 0,50% Si; max. 1,80% Mn; 0-1,5% Ni; 1,8-2,2% Cr; 0,4-0,7 Mo; 0,025-0,050 Al, Rest Eisen mit herstellungsbedingten Verunreinigungen verwendet werden. Alternativ ist auch ein wasserhärtender Stahl geeignet wie z. B. L 52 TiB mit der chemischen Analyse in Gewichtsprozent C 0,18-0,21; Si 0,30-0,50; Mn 1,10-1,30; Ti 0,02-0,07, Bor 0,0020- 0,0070 Rest Eisen und übliche Verunreinigungen. Bei der letztgenannten Stahlgüte ist nach dem Verzinken ein weiteres Abschrecken in Wasser oder Öl erforderlich. Bei dem lufthärtenden Stahl dagegen ist ein Abkühlen an ruhender Luft nach dem Verzinken ausreichend.

Das zweistufige Abschrecken hat zwar den Nachteil, daß wegen der nur teilweise stattfindenden Umwandlung ein Mischgefüge aus Bainit und Martensit entsteht, das aber hinsichtlich der Streckgrenze und Festigkeit trotzdem auch die Anforderungen erfüllt, die an ein Stahlprofil gestellt werden. Von Vorteil ist, daß durch dieses Verfahren das Stahlprofil gleichzeitig einen dauerhaften Korrosionsschutz aufweist.

Zur Vermeidung eines zu hohen Bainitanteils im Umwandlungsgefüge, insbesondere bei Wanddicken über 3 mm, kann zur Verkürzung des Abschreckvorganges "Kaltgas" verwendet werden, das bei gut regelbarer Wirkung das Profil in kürzester Zeit auf die Temperatur des Zinkbades bringt. Als "Kaltgas" bezeichnet man flüssigen Stickstoff, der auf das Profil auftrifft und über Verdampfung dem Material im Sekundenbereich Wärme entzieht. Der sich dabei bildende gasförmige Stickstoff ist außerdem als Schutzgasatmosphäre verwendbar. Die Vorabschreckung erfolgt bis zu einer Temperatur, die etwas oberhalb der gewählten Zinkbadtemperatur, z. B. 460 Grad Celsius liegt. Damit wird entsprechend dem ZTU-Schaubild weitgehend die Bainitumwandlung unterdrückt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann man vorteilhaft anwenden zur Herstellung eines rohrförmigen Stahlprofiles für die Verstärkung der Tür eines Kraftfahrzeuges. Für diese Profile wird neben einer ausreichenden Festigkeit und Dehnung auch seit neuerer Zeit ein entsprechender Korrosionsschutz gefordert.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines einen äußeren Korrosionsschutz aufweisenden Profiles aus einem hochfesten und zähen Stahl mit den Schritten Herstellen eines Ausgangsprofiles, Wärmebehandlung, Entzundern und Aufbringen einer Zinkschicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzinken Teil der Wärmebehandlung ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsprofil nach dem Glühen und einer raschen Abkühlung entzundert und anschließend in einem Zinkbad angelassen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsprofil über Warmwalzen hergestellt wird und nachfolgend eine Entzunderung und anschließend ein Glühen unter Schutzgas mit rascher Abkühlung unter Sauerstoffabschluß und ein Anlassen im Zinkbad erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsprofil über einen Kaltprozeß hergestellt wird und anschließend ein Glühen unter Schutzgas mit rascher Abkühlung unter Sauerstoffabschluß und ein Anlassen im Zinkbad erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das rasche Abkühlen mittels flüssigem Stickstoff erfolgt, wobei der dabei entstehende gasförmige Stickstoff die Schutzgasatmosphäre bildet.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlassen im Zinkbad bei einer Temperatur im Bereich von 480- 500 Grad Celsius und einer Haltezeit von mindestens 3 Minuten erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsprofil unter Schutzgas geglüht und unter Sauerstoffabschluß zuerst im Zinkbad abgeschreckt und anschließend an Luft abgekühlt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsprofil unter Schutzgas geglüht und unter Sauerstoffabschluß zuerst im Zinkbad und anschließend in Wasser oder Öl abgeschreckt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Glühen unter Schutzgas und vor dem Verzinken zunächst ein Abschrecken auf etwas oberhalb Zinkbadtemperatur mit flüssigem Stickstoff erfolgt.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzinken bei einer Temperatur kleiner gleich 450 Grad Celsius und einer Haltezeit kleiner gleich 1 Minute erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsprofil über Warmwalzen hergestellt und vor dem nachfolgenden Schutzgasglühen entzundert wird.

12. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines rohrförmigen Stahlprofiles für die Verstärkung der Tür eines Kraftfahrzeuges.