EP2071047A1 - Verfahren zur Herstellung eines verzinkten Formbauteils aus Stahl - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a galvanized shaped component made of steel, in which the surface of the molded component is pretreated by a blast treatment and then provided in a coating process with a coating of zinc.
- Galvanizing provides steel with a thin layer of zinc to protect it from corrosion.
- To coat a steel forming member with zinc or a zinc alloy layer there are a number of different methods. The most commonly used coating process is the hot dip process, in particular hot dip galvanizing.
- a coating can be achieved by galvanic or electrolytic deposition from solutions, by metal spraying or by diffusion.
- the mold components Before galvanizing, the mold components are subjected to a pretreatment.
- the surface is blasted with corundum.
- a surface treatment by shot peening before and / or after the hot dip galvanizing is performed.
- the DE 40 36 827 A1 discloses a method of making a high corrosion resistant tough steel profile comprising the steps of forming an initial profile, heat treating, descaling and applying a zinc layer, wherein the galvanizing is part of the heat treatment.
- the US 2,442,485 A describes a process for descaling and coating steel in which a steel component is mechanically descaled, subjected to a treatment in a hot non-oxidizing atmosphere and subsequently coated with zinc.
- a blasting treatment can be carried out for cleaning the mold components, in particular in order to free them from oxide layers (scale) from a forming process. Furthermore, a blast treatment can also be carried out to eliminate tensile / residual stresses in the molded component. In addition, the load-bearing capacity of the molded components can be increased by cold hardening by the blast treatment. This is advantageous in the case of molded components which are subjected to swelling or alternating stress.
- the invention is therefore based on the object to show a method for producing a galvanized shaped component made of steel, in which the risk of excessive or uncontrolled zinc layer thickness growth is significantly reduced in the coating process.
- the method is initially based on a formed in a press tool molding made of steel.
- the individual or by further manufacturing steps, in particular joining processes, further processed molding component is then cleaned by a blast treatment, wherein an oxide layer or other impurities are removed.
- residual stresses, in particular residual tensile stresses, in the molded component from forming or joining processes can be reduced.
- the shaped component is subjected to a heat treatment after the blast treatment and before the coating process. Surprisingly, it has been found that the effect of the accelerated growth of the zinc or the iron-zinc alloy layer can be reduced or even eliminated by a heat treatment after the blasting treatment.
- the mold components are provided with a zinc coating by hot dip galvanizing.
- high-quality, uniformly thick zinc layers in the range between 30 and 100 .mu.m, in particular between 40 and 70 microns, are produced.
- the inventive method leads to a reduced consumption of zinc and thus allows a weight saving in the finished molded component. About that In addition, adverse effects of too thick zinc layers can be avoided on the durability of the molded components. Especially in the automotive industry or vehicle technology, the weight savings and the lower influence on the operating strength is a considerable advantage.
- the heat treatment after the blast treatment is carried out in a temperature range of 450 ° C. to 800 ° C. typical for stress relief or soft annealing.
- the heat treatment is carried out under a protective gas atmosphere to prevent oxidation or other adverse effects in the heat treatment.
- the heat treatment can take place over a period of 0.25 to 10 hours. Experiments with a heat treatment at 700 ° C for 15 minutes gave very good results. Also, a heat treatment at a temperature of 550 ° C over a period of 45 minutes can expect good results.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines verzinkten Formbauteils aus Stahl, bei welchem die Oberfläche des Formbauteils durch eine Strahlbehandlung vorbehandelt und anschließend in einem Beschichtungsvorgang mit einer Beschichtung aus Zink versehen wird. Erfindungsgemäß wird das Formbauteil nach der Strahlbehandlung und vor dem Beschichtungsvorgang einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei die Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 450 °C bis 800 °C, insbesondere 650 °C bis 750 °C, durchgeführt wird. Durch die Wärmebehandlung kann ein beschleunigtes und zu starkes Wachstum der Zinkschicht im nachgeschalteten Beschichtungsvorgang vermieden werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines verzinkten Formbauteils aus Stahl, bei welchem die Oberfläche des Formbauteils durch eine Strahlbehandlung vorbehandelt und anschließend in einem Beschichtungsvorgang mit einer Beschichtung aus Zink versehen wird.
- Durch Verzinken wird Stahl mit einer dünnen Schicht Zink versehen, um ihn vor Korrosion zu schützen. Um ein Formbauteil aus Stahl mit Zink oder einer Zinklegierungsschicht zu überziehen, gibt es eine Reihe von verschiedenen Verfahren. Das gebräuchlichste Beschichtungsverfahren ist das Schmelztauchverfahren, insbesondere die Feuerverzinkung. Weiterhin kann eine Beschichtung durch galvanische bzw. elektrolytische Abscheidung aus Lösungen, im Metallspritzverfahren oder durch Diffusion erreicht werden.
- Vor dem Verzinken werden die Formbauteile einer Vorbehandlung unterzogen. Zur Optimierung des Verzinkungsprozesses ist es in diesem Zusammenhang bekannt, eine Strahlbehandlung der Formbauteile mittels Strahlkörpern, wie Stahlkies, vorzunehmen. Bei dem aus der
DE 26 01 360 A1 bekannten Vorschlag wird die Oberfläche mit Korund gestrahlt. Bei dem aus derDE 103 21 259 A1 bekannten Verfahren zur Oberflächenbehandlung von dynamisch belasteten Bauteilen aus Metall wird eine Oberflächenbehandlung durch Kugelstrahlen vor und/oder nach dem Feuerverzinken durchgeführt. - Die
DE 40 36 827 A1 offenbart ein 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, wobei das Verzinken Teil der Wärmebehandlung ist. - Die
US 2,442,485 A beschreibt ein Verfahren zum Entzundern und Beschichten von Stahl, wobei ein Stahlbauteil mechanisch entzundert wird, eine Behandlung in einer heißen nichtoxidierenden Atmosphäre erfährt sowie anschließend mit Zink beschichtet wird. - Eine Strahlbehandlung kann zum Reinigen der Formbauteile durchgeführt werden, insbesondere, um diese von Oxidschichten (Zunder) aus einem Umformvorgang zu befreien. Des Weiteren kann eine Strahlbehandlung auch zur Eliminierung von Zug-/Eigenspannungen im Formbauteil vorgenommen werden. Zudem kann durch die Strahlbehandlung auch die Tragfähigkeit der Formbauteile durch Kalthärtung gesteigert werden. Dies ist bei Formbauteilen, die einer Schwell- oder Wechselbeanspruchung ausgesetzt werden, vorteilhaft.
- Durch die Strahlbehandlung können nachfolgende Prozessschritte der üblichen Vorbehandlung mit geringerer Auswirkung auf das Verzinkungsgut durchgeführt werden. So kann zum einen eine vergleichsweise kurze Beizzeit verwendet werden, was bei kritischen, insbesondere hochfesten, Stählen die Gefahr der Wasserstoffversprödung minimiert. Zum anderen wird durch die Reduzierung der Eigenspannungen im Bauteil die Gefahr der wasserstoffinduzierten als auch der flüssigmetallinduzierten Rissbildung deutlich herabgesetzt.
- Mit steigender Intensität des Strahlens wird allerdings ein erhebliches Wachstum der Zinkschichtdicke beobachtet. Damit geht sowohl eine Gewichtszunahme der Formbauteile als auch ein erhöhter Zinkverbrauch einher. Zudem ist mit steigender Zinkschichtdicke auch von einem wachsenden negativen Einfluss auf die Betriebsfestigkeit des Formbauteils auszugehen.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines verzinkten Formbauteils aus Stahl aufzuzeigen, bei dem die Gefahr eines zu großen oder unkontrollierten Zinkschichtdickenwachstums im Beschichtungsvorgang deutlich vermindert ist.
- Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Verfahren gemäß Anspruch 1.
- Das Verfahren geht zunächst von einem in einem Pressenwerkzeug geformten Formbauteil aus Stahl aus. Das einzelne bzw. durch weitere Fertigungsschritte, insbesondere Fügeprozesse, weiter verarbeitete Formbauteil wird dann durch eine Strahlbehandlung gereinigt, wobei eine Oxidschicht oder andere Verunreinigungen entfernt werden. Des Weiteren können Eigenspannungen, insbesondere Zugeigenspannungen, im Formbauteil aus Umform- bzw. Fügeprozessen reduziert werden. Das Formbauteil wird erfindungsgemäß nach der Strahlbehandlung und vor dem Beschichtungsvorgang einer Wärmebehandlung unterzogen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass der Effekt des zu starken bzw. beschleunigten Wachstums der Zink- bzw. der Eisen-Zink-Legierungsschicht durch eine Wärmebehandlung nach der Strahlbehandlung gemindert oder sogar eliminiert werden kann.
- Nach der Wärmebehandlung werden die Formbauteile durch Feuerverzinken mit einer Beschichtung aus Zink versehen. Hierbei können qualitativ hochwertige, gleichmäßig dicke Zinkschichten im Bereich zwischen 30 und 100 µm, insbesondere zwischen 40 und 70 µm, erzeugt werden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einem verringerten Zinkverbrauch und ermöglicht so eine Gewichtseinsparung beim fertigen Formbauteil. Darüber hinaus können nachteilige Einflüsse von zu dicken Zinkschichten auf die Betriebsfestigkeit der Formbauteile vermieden werden. Besonders im Automobilbau bzw. der Fahrzeugtechnik stellen die Gewichtseinsparung und die geringere Beeinflussung der Betriebsfestigkeit einen erheblichen Vorteil dar.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 5.
- Die Wärmebehandlung nach der Strahlbehandlung wird in einem für das Spannungsarm- bzw. Weichglühen typischen Temperaturbereich von 450 °C bis 800 °C durchgeführt. Als besonders effektiv wird ein für das Weichglühen typischer Temperaturbereich von 650 °C bis 750 °C angesehen. Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung unter einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt, um einer Oxidation oder anderen nachteiligen Einflüssen bei der Wärmebehandlung vorzubeugen.
- Die Wärmebehandlung kann über eine Zeit von 0,25 bis 10 Stunden erfolgen. Versuche mit einer Wärmebehandlung bei 700 °C über eine Dauer von 15 Minuten erbrachten sehr gute Ergebnisse. Auch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 550 °C über einen Zeitraum von 45 Minuten lässt gute Ergebnisse erwarten.
Claims (5)
- Verfahren zur Herstellung eines verzinkten Formbauteils aus Stahl, bei welchem die Oberfläche des Formbauteils durch eine Strahlbehandlung vorbehandelt und anschließend in einem Beschichtungsvorgang mit einer Beschichtung aus Zink versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Formbauteil nach der Strahlbehandlung und vor dem Beschichtungsvorgang einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 450°C bis 800°C durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 650°C bis 750°C durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird.
- Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung über eine Zeit von 0,25 bis 10 Stunden erfolgt.
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| PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
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| AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR |
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| AX | Request for extension of the european patent |
Extension state: AL BA MK RS |
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| 17P | Request for examination filed |
Effective date: 20090602 |
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| 17Q | First examination report despatched |
Effective date: 20091214 |
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| AKX | Designation fees paid |
Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR |
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| RAP1 | Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred) |
Owner name: BENTELER AUTOMOBILTECHNIK GMBH |
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| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
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| 18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20160601 |