DE4210019A1 - Durch einen Überzug aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung korrosionsgeschütztes Stahlblech und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein korrosionsgeschütztes Stahlblech aus aluminiumberuhigtem Stahl mit einem Anteil von mindestens 0,002 Gew.-% und höchstens 0,02 Gew.-% gelöstem Stickstoff, das mindestens einseitig mit einer Korrosionsschutzschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, die insbesondere Silizium enthält, beschichtet ist.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Herstellen eines mindestens an einer Seite eine Korrosionsschutzschicht aufweisenden Stahlbleches aus aluminiumberuhigtem Stahl mit einem Anteil von mindestens 0,002 Gew.-% und höchstens 0,02 Gew.-% gelöstem Stickstoff, bei dem das Stahlblech die Korrosionsschutzschicht in einem Schmelztauchbad aus Aluminium oder einer insbesondere Silizium enthaltenden Aluminiumlegierung erhält.

Von mit einer Aluminiumschicht korrosionsgeschützten Stahlblechen wird gefordert, daß sie sich einerseits z. B. durch Biegen, Pressen oder Tiefziehen mechanisch umformen lassen, ohne daß dabei die Korrosionsschutzschicht zerstört wird, und andererseits einen guten Haftgrund für eine Lack- bzw. Emailbeschichtung bilden. Aus der Praxis ist bekannt, daß sich diese Forderung nicht leicht erfüllen läßt, weil sich beim Überziehen des Stahlbleches mit schmelzflüssigem Aluminium an der Grenze zwischen dem Stahlblech und der Überzugsschicht eine spröde Legierungsschicht aus Aluminium und Eisen bildet, die bis zur Außenseite der Überzugsschicht durchwachsen kann und die bei mechanischer Verformung des Stahlbleches reißt. Beides beeinträchtigt die Qualität des Korrosionsschutzes und/oder die Haftung der Lack- oder Emailbeschichtung.

Um die Ausbildung einer solchen spröden, einheitlichen Legierungszwischenschicht zu vermeiden, ist es bekannt, Stahlblech mit einem Gehalt von mindestens 0,02 Gew.-% gelöstem Stickstoff in einem Aluminium-Silizium- Schmelzbad zu beschichten und nachfolgend zu walzen und anzulassen. Es wurde gefunden, daß sich in diesem Fall an einigen Stellen in der Zwischenschicht ein direkter Kontakt zwischen dem Stahlblech und der Aluminiumbeschichtung ergibt, während an anderen Stellen nach wie vor die Eisenaluminiumlegierungsschicht vorliegt (DE 32 27 853 C2).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein durch eine aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierung korrosionsgeschütztes Stahlblech zu schaffen und ein Verfahren für die Herstellung eines solchen Stahlbleches zu entwickeln, das sich auch nach einer Wärmebeanspruchung bis 500°C mechanisch umformen läßt, ohne daß dabei die Korrosionsschutzschicht zerstört wird. Insbesondere soll die Haftung einer Lack- oder Emailbeschichtung erhalten bleiben.

Diese Aufgabe wird mit einem Stahlblech der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen der Korrosionsschutzschicht aus Aluminium bzw. der Aluminiumlegierung und dem Stahlblech eine Diffusionsbarriere gegen Aluminium und Eisen vorhanden ist.

Verfahrensmäßig wird die Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das für das Überziehen mit der Korrosionsschutzschicht verwendete Stahlblech warmgewalzt, dann derart rasch auf eine Temperatur von 550°C bis 600°C abgekühlt wird, daß im Stahl mindestens 0,002 Gew.-% an gelöstem Stickstoff verbleibt, danach kaltgewalzt und schließlich vor dem Überziehen mit der Korrosionsschutzschicht einer der Oberflächenreinigung dienenden Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 700°C bis 720°C unterworfen wird.

Vorzugsweise ist die Abkühlgeschwindigkeit beim raschen Abkühlen < = 10 K/s.

Aufgrund des schnellen Durchlaufens des für die Aluminiumnitridbildung im Stahl kritischen Temperaturbereichs von der Warmwalztemperatur, die erfindungsgemäß bei 850°C bis 950°C liegt, bis auf die Temperatur von 550°C bis 600°C wird die Aluminiumnitridbildung im Stahl zumindest weitgehend unterdrückt. Beim anschließenden weiteren langsamen Abkühlen unterhalb der Haspeltemperatur kann sich dann kein weiteres Aluminiumnitrid mehr ausscheiden. Der im Stahl verbleibende Stickstoff in gelöster Form verhindert bei einer späteren Wärmebelastung das Wachsen einer Aluminium-Eisen- Legierungsschicht an der Grenze zwischen dem Stahlblech und der Überzugsschicht. Wegen der allenfalls nur sehr dünnen spröden Legierungsschicht läßt sich deshalb das mit der Korrosionsschutzschicht überzogene Stahlblech problemlos verformen und bildet einen guten Haftgrund für eine Lack- oder Emailbeschichtung.

Die der Reinigung des Stahlbandes an der Oberfläche dienende Wärmebehandlung vor dem Überziehen erfolgt bei einer Temperatur zwischen 700°C und 720°C. Dabei wird einerseits eine vollständige Rekristallisation des kaltgewalzten Stahlbandes mit einem Gefüge von feinkörnigem Ferrit mit Ketten aus feinen Karbiden und andererseits erreicht, daß der Stickstoff weiterhin in gelöster Form im Stahl verbleibt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird das Stahlblech nach der Wärmebehandlung auf eine Temperatur zwischen 620°C und 680°C abgekühlt. Mit niedrigeren Temperaturen nimmt die Haftung ab, während bei höheren Temperaturen die Bildung einer Aluminiumeisenlegierungsschicht beim Beschichten begünstigt wird. Das Abkühlen auf diesen Temperaturbereich sollte mit einer Abkühlgeschwindigkeit zwischen 40 K/min und 120 K/min erfolgen.

Der Siliziumanteil in der Aluminiumlegierung des Schmelztauchbades sollte bei 7 Gew.-% bis 10 Gew.-% liegen.

Als bevorzugtes Beispiel für das mit einer Aluminium- bzw. Aluminiumlegierungs-Korrosionsschutzschicht zu versehende Stahlblech wird ein Stahl folgender Zusammensetzung verwendet:
0,01 Gew.-% bis 0,2 Gew.-% Kohlenstoff
0,1 Gew.-% bis 1,8 Gew.-% Mangan
0,02 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% Aluminium
0,002 Gew.-% bis 0,008 Gew.-% Stickstoff
Rest Eisen und Verunreinigungen.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anderen Verfahren gegenübergestellt, die in den Verfahrensparametern sich von der Erfindung unterscheiden.

Ausgehend von einem Stahlblech mit einer Zusammensetzung
0,06 Gew.-% Kohlenstoff
0,2 Gew.-% Mangan
0,03 Gew.-% Aluminium
0,0025 Gew.-% gelöster Stickstoff wurden folgende Verfahrensparameter variiert:

Nach dem Aufbringen der Aluminiumkorrosionsschutzschicht konnten im Stahlblech noch folgende Gehalte an gelöstem Stickstoff nachgewiesen werden:

Anschließend wurden die mit der Korrosionsschutzschicht versehenen Stahlbleche einer Wärmebeanspruchung von 500°C über 24 Stunden ausgesetzt. An den nachfolgend wiedergegebenen Schliffbildern der drei Beispiele (siehe Fig. I, II, III) die für jedes Beispiel den Zustand vor und nach der Wärmebeanspruchung zeigen, ist zu erkennen, daß sich bei den Beispielen I und II an der Grenze Stahl/Überzugsschicht nach der Wärmebeanspruchung eine starke Legierungsschicht gebildet hat, während beim Beispiel III an der Grenze kein Unterschied zwischen dem Zustand vor und nach der Wärmebehandlung festzustellen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß bei einem nach diesem Verfahren hergestellten Stahlblech es bei einer späteren Wärmebeanspruchung nicht zum Anwachsen einer spröden Legierungsschicht an der Grenze Stahlblech/Korrosionsschutzschicht kommt. Deshalb läßt sich ein derartiges korrosionsgeschütztes Stahlblech auch nach einer Wärmebeanspruchung ohne Rißbildung verformen und gewährleistet gute Hafteigenschaften für eine Lack- oder Emailbeschichtung dar. Der Grund für die Unterdrückung des Wachstums einer Legierungsschicht beruht darauf, daß der während der einzelnen Verfahrensschritte im Stahl in Lösung verbleibende Stickstoff die Bildung einer Diffusionsbarriere für Eisen an der Grenze zwischen dem Stahlblech und dem Aluminiumüberzug bewirkt. Diese Diffusionsbarriere dürfte eine dünne Aluminiumnitridschicht sein.

Claims (8)

1. Korrosionsgeschütztes Stahlblech aus aluminiumberuhigtem Stahl mit einem Anteil von mindestens 0,002 Gew.-% und höchstens 0,02 Gew.-% gelöstem Stickstoff, das mindestens einseitig mit einer Korrosionsschutzschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, die insbesondere Silizium enthält, beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Korrosionsschutzschicht aus Aluminium bzw. der Aluminiumlegierung und dem Stahlblech eine Diffusionsbarriere gegen Aluminium und Eisen vorhanden ist.

2. Verfahren zum Herstellen eines mindestens an einer Seite eine Korrosionsschutzschicht aufweisenden Stahlbleches aus aluminiumberuhigtem Stahl mit einem Anteil von mindestens 0,002 Gew.-% und höchstens 0,02 Gew.-% gelöstem Stickstoff, bei dem das Stahlblech die Korrosionsschutzschicht in einem Schmelztauchbad aus Aluminium oder einer insbesondere Silizium enthaltenden Aluminiumlegierung erhält, dadurch gekennzeichnet, daß das für das Überziehen mit der Korrosionsschutzschicht verwendete Stahlblech warmgewalzt, dann derart rasch auf eine Temperatur von 550°C bis 600°C abgekühlt wird, daß im Stahl mindestens 0,002 Gew.-% an gelöstem Stickstoff verbleibt, danach kaltgewalzt und schließlich vor dem Überziehen mit der Korrosionsschutzschicht einer der Oberflächenreinigung dienenden Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 700°C bis 720°C unterworfen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmwalzen bei einer Temperatur zwischen 850°C und 950°C erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlgeschwindigkeit beim raschen Abkühlen nach dem Warmwalzen < = 10 K/s beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech nach der der Reinigung dienenden Wärmebehandlung auf eine Temperatur zwischen 620°C und 680°C abgekühlt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung nach der Wärmebehandlung mit einer Geschwindigkeit zwischen 40 K/min und 120 K/min erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumanteil in der Aluminiumlegierung des Schmelztauchbades 7 Gew.-% bis 10 Gew.-% beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Überziehen mit der Korrosionsschutzschicht ein Stahlblech aus einem Stahl folgender Zusammensetzung verwendet wird:
0,01 Gew.-% bis 0,2 Gew.-% Kohlenstoff
0,1 Gew.-% bis 1,8 Gew.-% Mangan
0,02 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% Aluminium
0,002 Gew.-% bis 0,008 Gew.-% Stickstoff
Rest Eisen und Verunreinigungen.