EP2233598B1 - Verfahren zur herstellung eines beschicht- und/oder fügbaren blechformteils mit einer korrosionsschutzbeschichtung - Google Patents

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EP2233598B1
EP2233598B1 EP10002911.5A EP10002911A EP2233598B1 EP 2233598 B1 EP2233598 B1 EP 2233598B1 EP 10002911 A EP10002911 A EP 10002911A EP 2233598 B1 EP2233598 B1 EP 2233598B1
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EP
European Patent Office
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sheet metal
protective layer
temporary protective
metal part
cleaning
Prior art date
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EP2233598A2 (de
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Bernd Dr. Kupetz
Andreas Kapfer
Ulrich Schmid
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/26—After-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/08—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for polishing surfaces, e.g. smoothing a surface by making use of liquid-borne abrasives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/68—Temporary coatings or embedding materials applied before or during heat treatment

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a coated and / or available sheet metal part with a corrosion protection coating.
  • the invention further relates to a method for removing a temporary protective layer from such a corrosion protection coating.
  • a sheet metal part is a three-dimensional component made from a flat sheet metal blank (blank) by forming. It is preferably a body component of a motor vehicle.
  • the steel sheet material is already provided with such a metallic anti-corrosion coating for forming.
  • the metallic anticorrosive coating may be damaged during the heat treatment in the course of the hardening process, at temperatures of up to 900 ° C and more, eg by evaporation, oxidation and / or scaling, so that the anticorrosive coating can no longer fully assume the intended function on the finished molded sheet metal part.
  • a sheet steel material having a metallic anticorrosive coating or a metallic coating which forms a protective temporary protective layer for the metallic coating in the form of oxides during a heat treatment.
  • the layer thickness of this temporary protective layer is, for example, 150 nm to 200 nm, and in some cases smaller layer thicknesses of approximately 100 nm were also measured.
  • this temporary protective layer Prior to further processing of the formed and hardened sheet metal part, this temporary protective layer according to the current state of the art must be at least partially removed or removed, especially in those areas in which a coating and / or joining, in particular cohesive joining, of the sheet metal part is intended. Thus, a cleaning of the sheet metal part is required to remove the temporary protective layer, which in addition to the already mentioned oxides also impurity components, e.g. from burnt oil residues, may contain.
  • the cleaning of the sheet metal part or the removal of the temporary protective layer should be done without affecting the metallic corrosion protection coating.
  • the DE 10 2007 022 174 B3 proposes for this purpose a cleaning of the formed and hardened sheet metal part with dry ice particles. Dry ice is carbon dioxide (CO 2 ) in the solid state.
  • CO 2 carbon dioxide
  • the surface of the sheet metal part is irradiated with dry ice particles, which penetrate cracks and / or defects in the temporary protective layer and sublime in cavities below the temporary protective layer with up to 800 times volume increase. As a result, especially the potentially loose or to be dissolved portions of the temporary protective layer are blasted.
  • the additional thermal shock from the cryogenic dry ice particles also leads to thermal stresses in the temporary protective layer and promotes the removal of the temporary protective layer by embrittlement.
  • a disadvantage of the in the DE 10 2007 022 174 B3 described blasting method for removing the temporary protective layer is the associated high cost. Furthermore, it has been shown in practice that the removal by means of dry ice particles often does not achieve the quality required for subsequent production steps. In addition, depending on the ambient conditions, such as in particular humidity and temperature, the condensation (dew point) on the sheet metal part come, which is problematic corrosion. In addition, the use of dry ice from an environmental point of concern is questionable.
  • a method for producing a coatable and / or available sheet metal part with a metallic anti-corrosion coating is also from the nearest EP 1 630 244 A1 known.
  • a steel sheet material already provided with a zinc-based corrosion protection coating is used, wherein in the course of hot forming and / or hardening of this sheet steel material on the corrosion protection coating forms an oxide-containing layer, the following z. B. to be removed by cleaning blasting with an abrasive blasting abrasive without damaging the actual corrosion protection coating.
  • the abrasive blasting medium must impinge with high kinetic energy on the sheet metal part to be cleaned in order to remove the sometimes very hard oxide material from the anti-corrosion coating, it can lead to an undesirable plastic deformation of the sheet metal parts.
  • the corrosion protection coating is already formed on the provided steel sheet material or the board cut therefrom.
  • it is provided that it is a substantially metallic corrosion protection coating. A preferred embodiment of this corrosion protection coating will be explained in more detail below.
  • the cutting of the board from the provided steel sheet material can be carried out according to different aspects.
  • Prefabricated cutting of the blank is preferably provided before forming, so that subsequently no further cutting operation is required.
  • the forming of the provided board to a sheet metal part is preferably carried out by deep drawing.
  • a single drawing stage or several drawing stages may be provided.
  • other forming processes are possible.
  • a hardening operation is carried out to at least partially harden the sheet molding, to which the steel sheet material is subjected to a heat treatment.
  • a so-called press hardening process is provided, in which the steel sheet material is virtually reshaped (possibly also only compression-molded) and hardened in a combined step. This can e.g. be carried out by the steel sheet material in an oven and in particular in a continuous furnace at least partially heated to a temperature above the Austenitmaschinestemperatur, usually above 900 ° C, and then formed in a cool tool.
  • the cool tool in this case deforms the hot steel sheet material, which may be provided with a temperature gradient, which cools down very rapidly due to the surface contact with the tool, as a result of which hardening of the steel sheet material occurs according to the known mechanisms.
  • the steel sheet material can first be cold formed and the sheet metal part finally subjected to a press hardening process.
  • a temporary protective layer is formed on the anticorrosion coating in a defined manner and at least partially.
  • this protective layer primarily fulfills a temporary function, namely the anticorrosive coating e.g. before evaporation, excessive oxidation and / or scaling, and possibly also a mechanical abrasion in the tool to protect.
  • the temporary protective layer has no primary function, in particular no function for the produced sheet metal part. This does not exclude that the temporary protective layer when left on the sheet metal part, e.g. can develop a corrosive protective effect.
  • the temporary protective layer is a temporary oxide layer which, for example, largely consists of aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • the corrosion protection coating or the metallic coating for example, an aluminum content is added, as in the DE 10 2004 021 U1 described.
  • the temporary protective layer may also include impurity components.
  • the temporary protective layer can also be formed only partially on the sheet metal part. Furthermore, the temporary protective layer may be formed unevenly.
  • the regional and / or non-uniform training may, for. B. be the result of partial and / or different heating of the sheet material in the course of the hardening process.
  • the method according to the invention may well be provided to subject the already finished shaped and hardened sheet-metal part after hardening to a further heat treatment in order to adjust further material properties in a targeted manner.
  • a further heat treatment is e.g. a tempering. This too can have an influence on an already formed temporary protective layer and e.g. change their layer thickness.
  • this temporary protective layer is provided.
  • This removal of the temporary protective layer can be done directly after the curing process or at a later time, after the sheet metal part were stored, for example.
  • the removal of the temporary protective layer should not take place before an optional further heat treatment, since otherwise there is a danger that the temporary protective layer will reform again.
  • the temporary protective layer must be removed at least in those areas of the sheet metal part which are relevant in terms of its processing or with regard to the subsequent production steps.
  • the temporary protective layer is removed at least from those areas which are subsequently coated and / or in which a joining of the sheet metal part is provided.
  • a coating is understood to mean the application of a firmly adhering coating material to the sheet metal part. Coating is understood, in particular, as painting of the sheet-metal shaped part, wherein the applied lacquer layer may comprise a plurality of individual layers.
  • Joining is understood to mean the materially bonded connection of this shaped sheet metal part to another component.
  • a joint connection is in particular a welded joint, possibly also a solder joint or an adhesive bond.
  • the temporary protective layer is completely removed from the sheet metal part.
  • this removal of the temporary protective layer takes place by cleaning blasting with an abrasive blasting agent and / or by mechanical cleaning, wherein the anticorrosive coating itself essentially remains intact.
  • the sheet thickness of the steel sheet material is at least 1 mm and that the sheet metal part is exposed simultaneously from both sides (ie, from both sides of the sheet) to abrasive blasting abrasive blasting , This is particularly well done when a sheet metal part to be cleaned assumes a substantially vertical position during cleaning blasting.
  • abrasive blasting agent comprises a grain of hard particles, which cause abrasion and / or grinding of the temporary protective layer. Dry ice particles, as in the DE 10 2007 022 174 B3 described, are according to this definition, no abrasive blasting abrasive because of their removal effect on
  • Sublimation and / or embrittlement of the temporary protective layer is based, as explained above.
  • the inventive method has the advantage that cracks in the temporary protective layer and cavities below the temporary protective layer, which is a prerequisite for cleaning or removal with dry ice particles, need not necessarily be present in order to remove this temporary protective layer. In addition, there is a significantly higher quality and reliability of the removal of the temporary protective layer. Furthermore, the method of the invention is environmentally friendly because z. B. is dispensed with environmentally harmful CO 2 . In addition, the inventive method proves to be very economical.
  • the removal of the temporary protective layer from the sheet metal part takes place by pressure cleaning jets.
  • pressure-cleaning blasting the abrasive blasting abrasive is discharged through a nozzle along with a liquid or gaseous carrier.
  • the pressurized cleaning blast is a compressed air blast cleaning in which the abrasive abrasive is accelerated by an airflow exiting through a nozzle at high speed.
  • the removal of the temporary protective layer from the sheet metal part takes place by spin-cleaning blasting.
  • a blast wheel is preferably used, which flings the abrasive blasting abrasive onto the to be cleaned from the temporary protective layer sheet metal part.
  • the kinetic energy of the abrasive blasting medium impinging on the sheet metal part can be adjusted by changing the speed of the impeller, although of course other parameters also influence the kinetic energy, e.g. the nature of the abrasive abrasive (see below).
  • a major advantage of the blast wheel cleaning blasting lies in the relatively low investment and operating costs.
  • a large-area temporary protective layer can be removed from the sheet metal part with a wide-ranging cleaning jet.
  • the spin-cleaning blasting can be combined with a pressure-cleaning blasting.
  • the operating parameters during pressure-cleaning blasting and / or during spin-cleaning blasting, in particular the blasting pressure are adjusted such that an impairment of the anticorrosive coating and / or the dimensional accuracy of the sheet metal part is substantially ruled out.
  • a relevant operating parameter is, for example, the angle of incidence of the abrasive blasting agent on the surface of the sheet metal part. For example, if the abrasive blasting medium strikes the surface substantially perpendicularly (90 °), good compaction and / or solidification of the anticorrosion coating can be achieved.
  • abrasive blasting agent hits eg at an acute angle to the surface, so a good Entfemungsrial can be achieved with respect to the temporary protective layer.
  • special racks can be used in which to be cleaned sheet metal parts are inserted or mounted and stabilize the sheet metal part in critical areas. A particularly preferred measure for maintaining the dimensional accuracy is explained in more detail below.
  • the operating parameters, the abrasive blasting abrasive and the equipment must be coordinated with one another such that the temporary protective layer can be removed from the sheet metal part, at least in the relevant areas, without endangering the dimensional stability and preserving the corrosion protection layer.
  • This is preferably done in coordination with the previous forming, in which case z. B. deliberately a wrong measure is sought, that is then compensated by the cleaning blasting with the abrasive blasting agent.
  • glass beads, ceramic beads, metal shot, steel gravel, corundum and / or sand, or the like more is used as an abrasive blasting abrasive.
  • Decisive for the selection of an abrasive abrasive suitable in the respective case is that it must not damage the anticorrosive coating.
  • the effect of the abrasive cleaning jet can also be influenced, for example in terms of Abtragungs antique and / or achievable compaction or solidification of the corrosion protection coating ,
  • an angular, particle-like steel granulate is used as an abrasive blasting agent.
  • the removal of the temporary protective layer is automated.
  • the spin-cleaning blasting and / or the pressure cleaning blasting is suitable.
  • the steel sheet material is a 22MnB5 steel material, or based at least on this or a comparable steel material (for example, 16MnB5).
  • This hardenable steel material is particularly suitable for body parts for motor vehicles, the name "22MnB5" is a group name of similar steel materials.
  • a comparable steel material can be used.
  • the corrosion protection coating consists essentially of zinc and the layer thickness thereof is not more than 400 g / m 2 , preferably not more than 300 g / m 2 and in particular not more than 200 g / m 2 .
  • the layer thickness can also be more than 400 g / m 2 .
  • the corrosion protection coating has a layer thickness of 7 to 14 microns. This information refers to the condition before forming (delivery condition) and / or hardening.
  • the anticorrosive coating may have an iron content in addition to the zinc.
  • an inhibiting layer for example of aluminum, is present, as in the DE 10 2007 022 174 B3 described.
  • the zinc layer and optionally the inhibiting layer are preferably applied by means of a continuous hot-dip coating.
  • the mechanical cleaning is carried out by brushing and / or cleaning grinding, or by measures comparable thereto.
  • This can be provided to treat the sheet metal part first with a cleaning jets, for example, a slight removal of To bring temporary protective layer and compress the anti-corrosion coating, and then perform a mechanical cleaning, in which case the corrosion protection coating due to the previous compression is less susceptible to adverse effects.
  • the quality of the anticorrosion coating cleaned by the temporary protective layer is detected.
  • This quality is primarily understood as the nature of the anti-corrosion coating after removal of the temporary protective layer with regard to one or more subsequent production steps.
  • a quantitative detection of the quality is carried out by at least one electrical resistance measurement.
  • the electrical resistance volume resistance and / or contact resistance
  • the measured resistance value provides information about the quality of the cleaned anticorrosive coating, with permissible resistance values z. B. can be determined in test series.
  • the measurement of the electrical resistance can also be carried out after a back-oiling of the sheet metal part following the removal of the temporary protective layer.
  • the electrical resistance is measured at a plurality of points of the sheet metal part. If a single measured resistance value is higher or lower than a permissible limit value (or limit value range), then the sheet metal part in question can be cleaned. Possibly. It may also be necessary to adjust the operating parameters for the cleaning blasting.
  • Fig. 1 gives an overview of a method according to the invention according to a preferred embodiment.
  • the overview comprises seven steps I to VII, wherein the first step I and the last step VI are not part of the method according to the invention.
  • the method according to the invention may comprise intermediate steps which are not shown and which are not discussed in detail below.
  • the method according to the invention begins in step II with the provision of a cut-to-size board 2 made of a hardenable sheet steel material, with a corrosion protection coating applied at least on one side, which here is essentially formed from zinc.
  • the sheet material is e.g. provided in coil 1 as a cold strip (step I).
  • the board is first subjected to cold forming in step III.
  • This cold forming can be done in several forming stages respectively.
  • the final geometry of the sheet metal part 3 is formed here with a dimensional accuracy of about 95% or greater.
  • step IV This cold forming is followed in step IV by a press hardening process in which the steel sheet material is hardened and the sheet metal part 3 is quasi calibrated simultaneously to 100% dimensional accuracy.
  • a temporary protective layer is formed on the corrosion protection coating. The formation of this temporary protective layer on the material side already predisposed in the delivered sheet material (step I).
  • steps III and IV may also be summarized.
  • step IV may optionally be followed by a further heat treatment of the sheet metal part 3, e.g. a tempering.
  • step V The press hardening process is followed in step V by the at least partial removal of the temporary protective layer from the shaped sheet metal part by cleaning blasting with an abrasive blasting medium, the corrosion protection coating essentially being retained.
  • This cleaning process can optionally be followed by a back lubrication of the exposed corrosion protection coating, which can be done, for example, by an oil mist.
  • step VI the quality (Q) of the anticorrosive coating after the cleaning blasting and possibly back oiling is determined quantitatively by measuring the electrical resistance.
  • a determined resistance value (typically in the milliohm range) gives e.g. Information about whether subsequent joining (eg welding) and / or painting is possible. Exceeds e.g. a measured resistance value is a limit value, then a reworking of the sheet metal part can take place.
  • the determination of the quality (Q) of the anticorrosive coating must be carried out at the latest during welding or painting of the sheet metal part 3 (in step VII).
  • the sheet metal part 3 may be coated in step VII (eg painted) and / or joined (eg welded), which is no longer part of the method according to the invention. Nevertheless, the method according to the invention serves to enable this subsequent coating and / or joining of the sheet metal shaped part.
  • Fig. 2 shows a section through the sheet material of the sheet metal part 3 after the press hardening process (step IV according to Fig. 1 ).
  • the hardenable steel sheet material (substrate) 10 is provided with a corrosion protection coating 12 applied on one side. This corrosion protection coating 12 may also be applied on two sides. Between the anticorrosive coating 12 and the steel sheet material 10, an inhibiting layer 11, not shown, may be formed, as explained above, wherein this optional inhibiting layer 11 may also be an inhibiting layer mechanism.
  • a temporary protective layer 13 has been formed on the anti-corrosion coating 12 in a defined manner.
  • the steel sheet material 10 is a 22MnB5 steel material or at least based on this steel material.
  • the anticorrosive coating 12 is essentially formed of zinc.
  • the temporary protective layer 13 consists of oxides (eg aluminum oxide), which is essentially formed from a small amount of aluminum in the anticorrosive coating 12, as shown for example in US Pat DE 20 2004 021 264 U1 is described. In addition, the temporary protective layer 13 also comprises other constituents, in particular contaminants.
  • Both the anticorrosive coating 12 and the temporary protective layer 13 have cracks 14 and 15 due to the press hardening process.
  • 13 cavities 16 may be formed between the anticorrosive coating 12 and the temporary protective layer. This may cause poor adhesion of the temporary protective layer 13, for which reason it is e.g. with regard to subsequent painting and / or welding work to remove.
  • Fig. 3 shows the removal of this temporary protective layer 13 by cleaning blasting with an abrasive blasting agent.
  • the nozzle 21 brings out a directed onto the sheet material or sheet metal part cleaning jet 22. A relative movement of the nozzle is shown by the arrow P.
  • the cleaning jet 22 contains an abrasive blasting agent, which causes the removal of the temporary protective layer 13 (see reference numeral 13a).
  • This removal of the temporary protective layer 13 is favored by the cracks 15 and cavities 16, however these cracks 15 and cavities 16 are not a prerequisite for the removal of the temporary protective layer 13, as is the case with the use of dry ice particles.
  • the cleaning jet 22 also causes a compaction and leveling of the anti-corrosion coating 12, and a closing of the cracks 14 due to plastic deformation of the coating material (see reference numeral 13b), which is considered to be a significant advantage over the use of dry ice particles, as this in particular the requirements improved for subsequent painting work.
  • the cleaning jet 22 impinges substantially perpendicularly on the surface of the sheet metal shaped part 3 to be cleaned.
  • the angle of incidence of the abrasive abrasive on the surface of the sheet molding the effect of the abrasive abrasive can be changed.
  • An angle of incidence of less than 90 ° may be beneficial, for example with regard to the removal of the temporary protective layer 13.
  • the temporary protective layer 13 can also be removed by mechanical cleaning, in particular by brushing and / or cleaning loops.
  • Fig. 4 shows the removal of the temporary protective layer 13 by means of spin cleaning jets.
  • the abrasive blasting agent is discharged here by a rotating blast wheel 31.
  • the rotation of the impeller 31 is exemplified by the arrow U.
  • the supply of the abrasive blasting agent to the impeller 31 is effected by a reservoir 33 via the hub 34.
  • the spin-cleaning blasting allows compared with the use of nozzles 21 (see. Fig. 3 ) a relatively large beam pattern, which is represented by the beam lines 32.
  • the spin-cleaning blasting is thus particularly suitable for large sheet metal shaped parts 3.
  • a relative movement between the impeller 31 and the sheet metal part 3 is provided.
  • the sheet metal part 3 can be guided past the impeller 31 (arrow P), or rotated in the spray pattern, where it is struck by the abrasive blasting agent becomes, which causes the removal of the temporary protective layer 13.
  • the spin-cleaning blasting is relatively inexpensive and can also be very well automated.
  • Fig. 5 shows the removal of the temporary protective layer 13 on a sheet metal part 3 by a double-sided spin-cleaning blasting.
  • the sheet-metal shaped part 3 is carried out in a predominantly vertical orientation between two substantially opposite centrifugal wheels or turbines 31 a and 31 b in the indicated direction P and at the same time blasted from both sides with an abrasive blasting medium, whereby the temporary protective layer 13 is removed.
  • the blast wheels 31 a and 31 b have, for example, a vertical axis of rotation.
  • the beam lines are indicated at 32, which strictly speaking is a beam field which generates a beam surface on the sheet metal part 3.
  • the two-sided cleaning blasting with an abrasive blasting agent results in a time savings (processing time eg 15 to 25 sec for a complete sheet metal part, such as sills, B-pillar, side members, etc.), also a dynamic equilibrium of forces is created, whereby at a relatively high jet pressure ( high cleaning effect) deformation of the sheet metal part. 3 can be prevented or reduced to a permissible minimum.
  • the number of two blast wheels is merely exemplary. Depending on the size of the sheet metal part 3 to be cleaned, it is also possible to use more than two centrifugal wheels (for example 8 to 12). Likewise, such a simultaneous and double-sided cleaning rays can also be done by means of pressure-cleaning jets.
  • an enclosure is referred to, which may be, for example, a closed cabin.
  • the enclosure or cabin 35 has an entrance lock and an exit lock, through which the sheet metal moldings 3 to be cleaned or radiated can be continuously or discontinuously introduced and discharged. After discharging the sheet metal parts 3 are blown off and possibly back-oiled.
  • the transport can be done, for example, by a rail system on which the sheet metal parts 3 to be cleaned are suspended by the housing 35.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines beschicht- und/oder fügbaren Blechformteils mit einer Korrosionsschutzbeschichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Entfernen einer temporären Schutzschicht von einer solchen Korrosionsschutzbeschichtung.
  • Ein Blechformteil ist ein aus einem ebenen Blechzuschnitt (Platine) durch Umformung hergestelltes, dreidimensionales Bauteil. Bevorzugt handelt es sich um ein Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs.
  • Insbesondere im Karosseriebau für Kraftfahrzeuge werden zunehmend härtbare Stahllegierungen eingesetzt, bei denen z.B. die Festigkeit und/oder Härte mittels einer Wärmebehandlung erhöht werden kann. Da vor allem, aber nicht ausschließlich, niedrig legierte Stahllegierungen, wie diese insbesondere auch im Karosseriebau für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden, nicht korrosionsbeständig sind und deren Oberfläche bereits nach kurzer Zeit oxidiert, sind aus dem Stand der Technik diverse Korrosionsschutzbeschichtungen bekannt. Eine gängige Korrosionsschutzbeschichtung ist durch einen metallischen Überzug gebildet, z.B. aus einem Aluminium-Überzug. Die Wahl einer wirksamen metallischen Korrosionsschutzbeschichtung setzt jedoch die Kenntnis der korrosionschemischen Zusammenhänge voraus, wie in der DE 20 2004 021 264 U1 beschrieben.
  • Typischerweise wird das Stahlblechmaterial bereits mit einer solchen metallischen Korrosionsschutzbeschichtung für das Umformen bereit gestellt. Es besteht jedoch das Problem, dass die metallische Korrosionsschutzbeschichtung während der Wärmebehandlung im Zuge des Härtevorgangs, bei der durchaus Temperaturen von bis zu 900°C und mehr auftreten, z.B. durch Abdampfen, Oxidation und/oder Verzunderung beschädigt werden kann, so dass die Korrosionsschutzbeschichtung am fertig geformten Blechformteil nicht mehr die beabsichtigte Funktion in vollem Umfang wahrnehmen kann.
  • Aus der DE 20 2004 021 264 U1 ist ein Stahlblechmaterial mit einer metallischen Korrosionsschutzbeschichtung bzw. einem metallischen Überzug bekannt, welches während einer Wärmebehandlung eine schützende temporäre Schutzschicht für den metallischen Überzug in Form von Oxiden ausbildet. Die Schichtdicke dieser temporären Schutzschicht beträgt z.B. 150 nm bis 200 nm, wobei zum Teil auch kleinere Schichtdicken von ca. 100 nm gemessen wurden.
  • Vor der Weiterverarbeitung des umgeformten und gehärteten Blechformteils muss diese temporäre Schutzschicht nach heutigem Stand der Technik zumindest bereichsweise entfernt bzw. abgetragen werden, insbesondere in jenen Bereichen, in denen nachfolgend eine Beschichtung und/oder Fügung, insbesondere stoffschlüssige Fügung, des Blechformteils beabsichtigt ist. Somit ist eine Reinigung des Blechformteils erforderlich, um die temporäre Schutzschicht zu entfernen, die neben den bereits erwähnten Oxiden auch Verunreinigungsbestandteile, z.B. aus verbrannten Ölrückständen, enthalten kann.
  • Das Reinigen des Blechformteils bzw. das Entfernen der temporären Schutzschicht sollte ohne Beeinträchtigung der metallischen Korrosionsschutzbeschichtung erfolgen. Die DE 10 2007 022 174 B3 schlägt hierzu ein Reinigen des umgeformten und gehärteten Blechformteils mit Trockeneispartikeln vor. Bei Trockeneis handelt es sich um Kohlendioxid (CO2) im festen Aggregatszustand. Zum Entfernen der temporären Schutzschicht wird die Oberfläche des Blechformteils mit Trockeneispartikeln bestrahlt, die Risse und/oder Defekte in der temporären Schutzschicht durchdringen und in Hohlräumen unterhalb der temporären Schutzschicht mit bis zu 800-facher Volumenzunahme sublimieren. Hierdurch werden vor allem die potentiell losen oder zu lösenden Anteile der temporären Schutzschicht abgesprengt. Der zusätzliche thermische Schock durch die tiefkalten Trockeneispartikel führt ferner zu thermischen Spannungen in der temporären Schutzschicht und begünstigt durch eine Versprödung das Entfernen der temporären Schutzschicht.
  • Nachteilig an dem in der DE 10 2007 022 174 B3 beschriebenen Strahlverfahren zum Entfernen der temporären Schutzschicht ist der damit verbundene hohe Kostenaufwand. Ferner hat sich in der Praxis gezeigt, dass bei der Entfernung mittels von Trockeneispartikeln häufig nicht die für nachfolgende Fertigungsschritte erforderliche Qualität erreicht wird. Außerdem kann es in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen, wie insbesondere Luftfeuchte und Temperatur, zur Kondensatabscheidung (Taupunkt) auf dem Blechformteil kommen, was korrosionsproblematisch ist. Zudem ist die Verwendung von Trockeneis unter Umweltgesichtspunkten bedenklich.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines beschicht- und/oder fügbaren Blechformteils mit einer metallischen Korrosionsschutzbeschichtung ist auch aus der nächstliegenden EP 1 630 244 A1 bekannt. Zur Herstellung eines Blechformteils wird ein bereits mit einer zinkbasierten Korrosionsschutzbeschichtung versehenes Stahlblechmaterial verwendet, wobei sich im Zuge eine Warmumformung und/oder Härtung dieses Stahlblechmaterials auf der Korrosionsschutzbeschichtung eine oxidhaltige Schicht ausbildet, die nachfolgend z. B. durch Reinigungsstrahlen mit einem abrasiven Strahlmittel ohne Beschädigung der eigentlichen Korrosionsschutzbeschichtung entfernt werden soll. Da das abrasive Strahlmittel jedoch mit hoher kinetischer Energie auf das zu reinigende Blechformteil auftreffen muss, um das zuweilen sehr harte Oxidmaterial von der Korrosionsschutzbeschichtung abzutragen, kann es zu einer unerwünschten plastischen Verformung des Blechformteile kommen.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, aufzuzeigen, wie hier ein schnelles und verformungsfreies Reinigungsstrahlen gelingen kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Zum Verständnis der Erfindung wird ausdrücklich auf die eingangs genannten Dokumente DE 20 2004 021 264 U1 und DE 10 2007 022 174 B3 verwiesen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren nach dem Anspruch 1 dient der Herstellung eines beschicht- und/oder fügbaren Blechformteils mit einer Korrosionsschutzbeschichtung. Es umfasst die folgenden Schritte:
    • Bereitstellen einer Platine aus einem härtbaren Stahlblechmaterial, mit einer wenigstens einseitig aufgebrachten Korrosionsschutzbeschichtung;
    • Umformen dieser Platine zu einem Blechformteil;
    • Ausführen eines Härtevorgangs, um eine Härtung des Stahlblechmaterials herbeizuführen, wobei sich während des Härtevorgangs definiert und zumindest bereichsweise eine temporäre Schutzschicht auf der Korrosionsschutzbeschichtung ausbildet; und
    • zumindest teilweises Entfernen dieser temporären Schutzschicht vom Blechformteil durch Reinigungsstrahlen mit einem abrasiven Strahlmittel und/oder durch mechanisches Reinigen, wobei die Korrosionsschutzbeschichtung im Wesentlichen erhalten bleibt.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die Korrosionsschutzbeschichtung bereits auf dem bereitgestellten Stahlblechmaterial bzw. der hiervon zugeschnittenen Platine ausgebildet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass es sich um eine im Wesentlichen metallische Korrosionsschutzbeschichtung handelt. Eine bevorzugte Ausgestaltung dieser Korrosionsschutzbeschichtung wird nachfolgend noch näher erläutert.
  • Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Zuschneiden der Platine aus dem bereitgestellten Stahlblechmaterial nach unterschiedlichen Gesichtspunkten erfolgen. Bevorzugt ist das Fertigschneiden der Platine vor dem Umformen vorgesehen, so dass nachfolgend keine weitere Schnittoperation erforderlich ist. Demgegenüber besteht die Möglichkeit, aus dem bereitgestellten Stahlblechmaterial zunächst einen Vorschnitt zu erzeugen und nach dem Umformen (und ggf. Härten des Blechformteils) das Blechformteil abschließend zu beschneiden.
  • Das Umformen der bereitgestellten Platine zu einem Blechformteil erfolgt bevorzugt mittels Tiefziehen. Hierfür können eine einzelne Ziehstufe oder mehrere Ziehstufen vorgesehen sein. Alternativ sind auch andere Umformverfahren möglich.
  • Während des Umformens oder danach wird ein Härtevorgang ausgeführt, um das Blechformteil zumindest partiell zu härten, wozu das Stahlblechmaterial einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Insbesondere ist ein so genannter Presshärtevorgang vorgesehen, bei dem das Stahlblechmaterial quasi in einem zusammengefassten Schritt umgeformt (ggf. auch nur formgepresst) und gehärtet wird. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass das Stahlblechmaterial in einem Ofen und insbesondere in einem Durchlaufofen zumindest bereichsweise bis auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur, üblicherweise oberhalb von 900°C, erwärmt und anschließend in einem kühlen Werkzeug umgeformt wird. Das kühle Werkzeug verformt hierbei das heiße und ggf. mit einem Temperaturgradienten versehene Stahlblechmaterial, welches aufgrund des Oberflächenkontakts zum Werkzeug sehr schnell abkühlt, wodurch nach den bekannten Mechanismen eine Härtung des Stahlblechmaterials eintritt. Alternativ kann das Stahlblechmaterial zunächst im kalten Zustand umgeformt und das Blechformteil abschließend einem Presshärtevorgang unterzogen werden.
  • Während dieses Härtevorgangs, der zumindest die Schritte Erwärmen und Abkühlen des Stahlblechmaterials umfasst, bildet sich definiert und zumindest bereichsweise eine temporäre Schutzschicht auf der Korrosionsschutzbeschichtung aus. Unter "temporär" wird verstanden, dass diese Schutzschicht vorwiegend eine vorübergehende Funktion erfüllt, nämlich die Korrosionsschutzbeschichtung z.B. vor einem Abdampfen, einer übermäßigen Oxidation und/oder einer Verzunderung, sowie ggf. auch einem mechanischen Abrieb im Werkzeug, zu schützen. Die temporäre Schutzschicht hat darüber hinausgehend keine primäre Funktion, insbesondere keine Funktion für das hergestellte Blechformteil. Dies schließt nicht aus, dass die temporäre Schutzschicht bei Belassung auf dem Blechformteil z.B. eine korrosive Schutzwirkung entfalten kann.
  • Unter einer definierten Ausbildung der temporären Schutzschicht ist zu verstehen, dass diese temporäre Schutzschicht während des Härtevorgangs und hierbei insbesondere während des Erwärmens nicht zufällig oder als Nebenprodukt entsteht, sondern das bereitgestellte Stahlblechmaterial bzw. dessen Korrosionsschutzbeschichtung gezielt hierfür ausgebildet ist, wie z.B. in der DE 10 2004 021 U1 oder der DE 10 2007 022 174 B3 beschrieben. Insbesondere handelt es sich bei der temporären Schutzschicht um eine temporäre Oxidschicht, die z.B. größtenteils aus Aluminiumoxid (Al2O3) besteht. Hierfür wird der Korrosionsschutzbeschichtung bzw. dem metallischen Überzug z.B. ein Aluminiumanteil beigemengt, wie in der DE 10 2004 021 U1 beschrieben. Des weiteren kann die temporäre Schutzschicht auch Verunreinigungsbestandteile umfassen. Die temporäre Schutzschicht kann auch nur bereichsweise auf dem Blechformteil ausgebildet sein. Ferner kann die temporäre Schutzschicht uneinheitlich ausgebildet sein. Die bereichsweise und/oder uneinheitliche Ausbildung kann z. B. die Folge einer partiellen und/oder unterschiedlichen Erwärmung des Blechmaterials im Zuge des Härtevorgangs sein.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es durchaus vorgesehen sein, das bereits fertig geformte und gehärtete Blechformteil nach dem Härten einer weiteren Wärmebehandlung zu unterziehen, um gezielt weitere Werkstoffeigenschaften einzustellen. Eine solche weitere Wärmebehandlung ist z.B. ein Anlassen. Auch dies kann Einfluss auf eine bereits ausgebildete temporäre Schutzschicht haben und z.B. deren Schichtdicke verändern.
  • Dem Härtevorgang nachfolgend ist ein zumindest teilweises Entfernen bzw. Abtragen dieser temporären Schutzschicht vom Blechformteil vorgesehen. Dieses Entfernen der temporären Schutzschicht kann direkt nach dem Härtevorgang oder auch zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen, nach dem das Blechformteil z.B. zwischengelagert wurden. Das Entfernen der temporären Schutzschicht sollte jedoch nicht vor einer optionalen weiteren Wärmebehandlung erfolgen, da sonst Gefahr besteht, dass sich die temporäre Schutzschicht erneut ausbildet. Die temporäre Schutzschicht muss zumindest in jenen Bereichen des Blechformteils entfernt werden, die hinsichtlich dessen Weitverarbeitung bzw. in Hinblick auf die nachfolgenden Fertigungsschritte relevant sind.
  • Die temporäre Schutzschicht wird zumindest von jenen Bereichen entfernt, die nachfolgend beschichtet werden und/oder in denen ein Fügen des Blechformteils vorgesehen ist. Unter einem Beschichten wird das Aufbringen eines fest haftenden Beschichtungswerkstoffs auf das Blechformteil verstanden. Unter Beschichten wird insbesondere ein Lackieren des Blechformteils verstanden, wobei die aufgebrachte Lackschicht mehrere Einzelschichten umfassen kann. Unter Fügen wird das bevorzugt stoffschlüssige Verbinden dieses Blechformteils mit einem anderen Bauteil verstanden. Eine Fügeverbindung ist insbesondere eine Schweißverbindung, ggf. auch eine Lötverbindung oder eine Klebeverbindung. Bevorzugt wird die temporäre Schutzschicht vom Blechformteil vollständig entfernt.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dieses Entfernen der temporären Schutzschicht durch Reinigungsstrahlen mit einem abrasiven Strahlmittel und/oder durch mechanisches Reinigen erfolgt, wobei die Korrosionsschutzbeschichtung selbst im Wesentlichen erhalten bleibt. Um ein Verformen des Blechformteils durch die kinetische Energie des auftreffenden abrasives Strahlmittels auszuschließen, ist ferner vorgesehen, dass die Blechstärke des Stahlblechmaterials wenigstens 1 mm beträgt und dass das Blechformteil gleichzeitig von beiden Seiten (d.h. von beiden Blechseiten) einem Reinigungsstrahlen mit einem abrasiven Strahlmittel ausgesetzt wird. Dies gelingt besonders gut, wenn ein zu reinigendes Blechformteil beim Reinigungsstrahlen eine im Wesentlichen vertikale Position einnimmt. Durch das beidseitige Auftreffen des abrasiven Strahlmittels wird ein dynamisches Kräftegleichgewicht geschaffen, wodurch ein Verformen des Blechformteils verhindert oder zumindest deutlich auf ein zulässiges Mindestmaß reduziert werden kann.
  • Unter Reinigungsstrahlen wird im Allgemeinen das Strahlen des Blechformteils verstanden. Ziel ist es, die Korrosionsschutzbeschichtung freizulegen. Unter einem abrasiven Strahlmittel wird verstanden, dass dieses eine Körnung aus harten Partikeln umfasst, die einen Abrieb und/oder Abschliff der temporären Schutzschicht herbeiführen. Trockeneispartikel, wie in der DE 10 2007 022 174 B3 beschrieben, sind gemäß dieser Definition kein abrasives Strahlmittel, weil deren Abtragungseffekt auf
  • Sublimation und/oder Versprödung der temporären Schutzschicht basiert, wie oben erläutert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass Risse in der temporären Schutzschicht und Hohlräume unterhalb der temporären Schutzschicht, was Voraussetzung für das Reinigen bzw. Entfernen mit Trockeneispartikeln ist, nicht zwingend vorhanden sein müssen, um diese temporäre Schutzschicht zu entfernen. Zudem ergibt sich eine deutlich höhere Qualität und Zuverlässigkeit der Entfernung der temporären Schutzschicht. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren umweltschonend, da z. B. auf umweltschädliches CO2 verzichtet wird. Zudem erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren als sehr wirtschaftlich.
  • Entgegen den Ausführungen in der DE 10 2007 022 174 B3 hat sich wider dem fachmännischen Erwarten herausgestellt, dass insbesondere das Entfernen der temporären Schutzschicht mittels Reinigungsstrahlen mit einem abrasiven Strahlmittel deutliche Vorteile gegenüber dem Einsatz von Trockeneispartikeln aufweist:
    • die Korrosionsschutzbeschichtung wird durch die kinetische Energie des auftreffenden abrasives Strahlmittels ggf. verdichtet und verfestigt, wodurch deren Korrosionsschutzwirkung nachhaltig verbessert wird;
    • die Korrosionsschutzbeschichtung wird durch das auftreffende abrasive Strahlmittel in seiner Schichtdicke nivelliert, was insbesondere für nachfolgende Lackierungsarbeiten vorteilhaft ist;
    • unter dem Einfluss des auftreffenden abrasiven Strahlmittels wird die Korrosionsschutzbeschichtung auf das Stahlblech-Grundmaterial quasi aufgehämmert, wodurch deren Haftung nachhaltig verbessert wird;
    • etwaige Risse in der Korrosionsschutzbeschichtung werden zumindest teilweise durch plastische Verformung des Beschichtungsmaterials geschlossen, wodurch deren Korrosionsschutzwirkung nachhaltig verbessert wird; und
    • das Blechmaterial wird nicht abgekühlt, wodurch eine nachteilige Kondensatbildung vermieden wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Entfernen der temporären Schutzschicht vom Blechformteil durch Druck-Reinigungsstrahlen erfolgt. Beim Druck-Reinigungsstrahlen wird das abrasive Strahlmittel zusammen mit einem flüssigen oder gasförmigen Trägermittel durch eine Düse ausgebracht. Das Druck-Reinigungsstrahlen ist insbesondere ein Druckluft-Reinigungsstrahlen, bei dem das abrasive Strahlmittel durch einen mit hoher Geschwindigkeit durch eine Düse austretenden Luftstrom beschleunigt wird. Der Vorteil liegt in der Möglichkeit der exakten Strahlführung und Strahlfokussierung, wodurch die temporäre Schutzschicht z.B. gezielt in einzelnen Bereichen des Blechformteils entfernt werden kann.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Entfernen der temporären Schutzschicht vom Blechformteil durch Schleuder-Reinigungsstrahlen erfolgt. Bevorzugt wird hierzu ein Schleuderrad verwendet, welches das abrasive Strahlmittel auf das von der temporären Schutzschicht zu reinigende Blechformteil schleudert. Die kinetische Energie des auf das Blechformteil auftreffenden abrasives Strahlmittels kann mittels Veränderung der Drehzahl des Schleuderrades eingestellt werden, wobei natürlich auch andere Parameter Einfluss auf die kinetische Energie haben, wie z.B. die Beschaffenheit des abrasiven Strahlmittels (siehe untenstehende Ausführungen). Ein wesentlicher Vorteil des Schleuderrad-Reinigungsstrahlens liegt in den verhältnismäßig günstigen Anlagen- und Betriebskosten. Zudem kann mit einem breit gefächerten Reinigungsstrahl zeitgleich eine großflächige temporäre Schutzschicht vom Blechformteil entfernt werden. Das Schleuder-Reinigungsstrahlen kann mit einem Druck-Reinigungsstrahlen kombiniert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Betriebsparameter beim Druck-Reinigungsstrahlen und/oder beim Schleuder-Reinigungsstrahlen, wie insbesondere der Strahldruck, derart eingestellt werden, dass eine Beeinträchtigung der Korrosionsschutzbeschichtung und/oder der Maßhaltigkeit des Blechformteils im Wesentlichen ausgeschlossen ist. Ein relevanter Betriebsparameter ist z.B. auch der Auftreffwinkel des abrasiven Strahlmittels auf die Oberfläche des Blechformteils. Trifft das abrasive Strahlmittel z.B. im Wesentlichen senkrecht (90°) auf die Oberfläche auf, so kann eine gute Verdichtung und/oder Verfestigung der Korrosionsschutzbeschichtung erzielt werden. Trifft das abrasive Strahlmittel z.B. unter einem spitzen Winkel auf die Oberfläche auf, so kann eine gute Entfemungswirkung hinsichtlich der temporären Schutzschicht erzielt werden. Um eine Verformung des Blechformteils infolge zu hoher kinetischer Energie des abrasiven Strahlmittels zu vermeiden, oder auf ein zulässiges Mindestmaß zu reduzieren, können z.B. spezielle Gestelle verwendet werden, in welche die zu reinigenden Blechformteile eingelegt oder eingehängt werden und die das Blechformteil in kritischen Bereichen stabilisieren. Eine besonders bevorzugte Maßnahme zur Erhaltung der Maßhaltigkeit wird nachfolgend noch näher erläutert.
  • Insbesondere müssen die Betriebsparameter, das abrasive Strahlmittel und das Equipment derart aufeinander abgestimmt sein, dass die temporäre Schutzschicht ohne Gefährdung der Maßhaltigkeit und unter Erhaltung der Korrosionsschutzschicht von dem Blechformteil, zumindest in den relevanten Bereichen, abgetragen werden kann.
  • Nach einem anderen Aspekt ist vorgesehen, die kinetische Energie des abrasiven Strahlmittels gezielt zur Umformung und/oder Kalibrierung des zu reinigenden Blechformteils zu nutzen, so dass das Blechformteil erst nach dem Reinigungsstrahlen mit dem abrasiven Strahlmittel seine vorgesehene Geometrie (Endgeometrie) aufweist. Bevorzugt erfolgt dies in Abstimmung mit dem vorausgehenden Umformen, wobei hier z. B. bewusst ein Fehlmaß angestrebt wird, dass dann durch das Reinigungsstrahlen mit dem abrasiven Strahlmittel kompensiert wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass Glasperlen, Keramikperlen, Metallschrot, Stahlkies, Korund und/oder Sand, oder dergleichen mehr, als abrasives Strahlmittel verwendet wird. Maßgeblich für die Auswahl eines im jeweiligen Fall geeigneten abrasiven Strahlmittels ist, dass dieses die Korrosionsschutzbeschichtung nicht beschädigen darf. Durch die Wahl des abrasiven Strahlmittels, insbesondere auch im Hinblick auf die mittlere Masse und/oder das mittlere Volumen dessen Körnung, kann ebenfalls die Wirkung des abrasiven Reinigungsstrahls beeinflusst werden, z.B. im Hinblick auf die Abtragungsleistung und/oder eine erzielbare Verdichtung oder Verfestigung der Korrosionsschutzbeschichtung. Insbesondere ist vorgesehen, dass ein kantiges, splittartiges Stahlgranulat als abrasives Strahlmittel verwendet wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Entfernen der temporären Schutzschicht automatisiert erfolgt. Für die Automatisierung eignet sich insbesondere das Schleuder-Reinigungsstrahlen und/oder das Druck-Reinigungsstrahlen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Stahlblechmaterial ein 22MnB5-Stahlwerkstoff ist, oder zumindest auf diesem oder einem vergleichbaren Stahlwerkstoff (z.B. 16MnB5) basiert. Dieser härtbare Stahlwerkstoff eignet sich insbesondere für Karosseriebauteile für Kraftfahrzeuge, wobei die Bezeichnung "22MnB5" eine Gruppenbezeichnung von ähnlichen Stahlwerkstoffen ist. Alternativ kann auch ein hierzu vergleichbarer Stahlwerkstoff eingesetzt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Korrosionsschutzbeschichtung im Wesentlichen aus Zink besteht und deren Schichtstärke nicht mehr als 400 g/m2, bevorzugt nicht mehr als 300 g/m2 und insbesondere nicht mehr als 200 g/m2 beträgt. Die Schichtstärke kann jedoch auch mehr als 400 g/m2 betragen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Korrosionsschutzbeschichtung eine Schichtdicke von 7 bis 14 µm aufweist. Diese Angaben beziehen sich auf den Zustand vor dem Umformen (Anlieferungszustand) und/oder Härten. Die Korrosionsschutzbeschichtung kann neben dem Zink auch einen Eisenanteil aufweisen. Bevorzugt ist zudem vorgesehen, dass zwischen dem Stahlblechmaterial und dessen Korrosionsschutzbeschichtung aus Zink eine Hemmschicht, z.B. aus Aluminium, vorhanden ist, wie in der DE 10 2007 022 174 B3 beschrieben. Die Zinkschicht und ggf. die Hemmschicht sind bevorzugt mittels einer kontinuierlichen Schmelztauchbeschichtung aufgebracht.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das mechanische Reinigen durch Bürsten und/oder Reinigungsschleifen erfolgt, oder durch hiermit vergleichbare Maßnahmen. Hierbei kann vorgesehen sein, das Blechformteil zuerst mit einem Reinigungsstrahlen zu behandeln, um z.B. einen geringfügigen Abtrag der temporären Schutzschicht herbei zu führen und die Korrosionsschutzbeschichtung zu verdichten, und nachfolgend ein mechanisches Reinigen durchzuführen, wobei dann die Korrosionsschutzbeschichtung aufgrund der vorausgegangenen Verdichtung weniger anfällig für Beeinträchtigungen ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Qualität der von der temporären Schutzschicht gereinigten Korrosionsschutzbeschichtung erfasst wird. Unter dieser Qualität wird vorrangig die Beschaffenheit der Korrosionsschutzbeschichtung nach dem Entfernen der temporären Schutzschicht in Hinblick auf einen oder mehrere nachfolgende Fertigungsschritte verstanden. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine quantitative Erfassung der Qualität durch wenigstens eine elektrische Widerstandmessung erfolgt. Hierbei wird z.B. mittels von zwei Elektroden der elektrische Widerstand (Durchgangswiderstand und/oder Übergangswiderstand) gemessen. Der gemessene Widerstandswert gibt Aufschluss über die Qualität der gereinigten Korrosionsschutzbeschichtung, wobei zulässige Widerstandswerte z. B. in Testreihen ermittelt werden können. Die Messung des elektrischen Widerstands kann auch nach einem Rückbeölen des Blechformteils im Anschluss an das Entfernen der temporären Schutzschicht durchgeführt werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der elektrische Widerstand an mehreren Punkten des Blechformteils gemessen wird. Liegt ein einzelner gemessener Widerstandswert höher oder niedriger als ein zulässiger Grenzwert (oder Grenzwertbereich), so kann das betreffende Blechformteil nachgereinigt werden. Ggf. kann es auch erforderlich sein, die Betriebsparameter für das Reinigungsstrahlen anzupassen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    den schematischen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;
    Fig. 2
    einen Schnitt durch das Blechmaterial eines gemäß Fig. 1 hergestellten Blechformteils nach dem Presshärtevorgang;
    Fig. 3
    das Entfernen der temporären Schutzschicht vom Blechmaterial der Fig. 2 mittels eines abrasiven Strahlmittels in einer schematischen Ansicht;
    Fig. 4
    das Entfernen der temporären Schutzschicht durch Schleuder-Reinigungsstrahlen in einer schematischen Ansicht; und
    Fig. 5
    das Entfernen der temporären Schutzschicht durch ein beidseitiges Schleuder-Reinigungsstrahlen in einer schematischen Ansicht.
  • Fig. 1 gibt eine Übersicht über ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Die Übersicht umfasst sieben Schritte I bis VII, wobei der erste Schritt I und der letzte Schritt VI nicht Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens sind. Das erfindungsgemäße Verfahren kann zudem nicht dargestellte und im Folgenden nicht näher erörterte Zwischenschritte umfassen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt im Schritt II mit dem Bereitstellen einer zugeschnittenen Platine 2 aus einem härtbaren Stahlblechmaterial, mit einer wenigstens einseitig aufgebrachten Korrosionsschutzbeschichtung, die hier im Wesentlichen aus Zink gebildet ist. Das Blechmaterial wird z.B. im Coil 1 als Kaltband bereitgestellt (Schritt I).
  • Zur Ausbildung eines Blechformteils 3 wird die Platine im Schritt III zuerst einer Kaltumformung unterzogen. Diese Kaltumformung kann in mehreren Umformstufen erfolgen. Die Endgeometrie des Blechformteils 3 wird hierbei mit einer Maßhaltigkeit von ca. 95 % oder größer ausgebildet.
  • Dieser Kaltumformung schließt sich im Schritt IV ein Presshärtevorgang an, bei dem das Stahlblechmaterial gehärtet und das Blechformteil 3 quasi gleichzeitig auf 100 % Maßhaltigkeit kalibriert wird. Hierbei bildet sich auf der Korrosionsschutzbeschichtung definiert eine temporäre Schutzschicht aus. Die Ausbildung dieser temporären Schutzschicht ist werkstoffseitig bereits im angelieferten Blechmaterial (Schritt I) veranlagt. Alternativ können die Schritte III und IV auch zusammengefasst werden.
  • Dem Presshärtevorgang im Schritt IV kann optional eine weitere Wärmebehandlung des Blechformteils 3 folgen, z.B. ein Anlassen.
  • Dem Presshärtevorgang folgt im Schritt V das zumindest teilweise Entfernen der temporären Schutzschicht vom Blechformteil, durch Reinigungsstrahlen mit einem abrasiven Strahlmittel, wobei die Korrosionsschutzbeschichtung im Wesentlichen erhalten bleibt. Diesem Reinigungsvorgang kann sich optional eine Rückbeölung der freigelegten Korrosionsschutzbeschichtung anschließen, was bspw. durch einen Ölnebel erfolgen kann.
  • Im Schritt VI wird die Qualität (Q) der Korrosionsschutzbeschichtung nach dem Reinigungsstrahlen und ggf. Rückbeölen quantitativ durch Messung des elektrischen Widerstands bestimmt. Ein ermittelter Widerstandswert (typischerweise im Milliohm-Bereich) gibt z.B. Aufschluss darüber, ob ein nachfolgendes Fügen (z.B. Schweißen) und/oder Lackieren möglich ist. Übersteigt z.B. ein gemessener Widerstandswert einen Grenzwert, so kann eine Nachbearbeitung des Blechformteils erfolgen. Allgemein gilt, dass die Bestimmung der Qualität (Q) der Korrosionsschutzbeschichtung spätestens beim Schweißen oder Lackieren des Blechformteils 3 (im Schritt VII) ausgeführt sein muss.
  • Hiernach kann das Blechformteil 3 im Schritt VII beschichtet (z.B. lackiert) und/oder gefügt (z.B. verschweißt) werden, wobei dies nicht mehr Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist. Gleichwohl dient das erfindungsgemäße Verfahren dazu, dieses nachfolgende Beschichten und/oder Fügen des Blechformteils zu ermöglichen.
  • Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Blechmaterial des Blechformteils 3 nach dem Presshärtevorgang (Schritt IV gemäß Fig. 1). Das härtbare Stahlblechmaterial (Substrat) 10 ist mit einer einseitig aufgebrachten Korrosionsschutzbeschichtung 12 versehen. Diese Korrosionsschutzbeschichtung 12 kann auch zweiseitig aufgebracht sein. Zwischen der Korrosionsschutzbeschichtung 12 und dem Stahlblechmaterial 10 kann eine nicht näher dargestellte Hemmschicht 11 ausgebildet sein, wie oben erläutert, wobei diese optionale Hemmschicht 11 auch ein Hemmschichtmechanismus sein kann. Infolge der Erwärmung während des Presshärtevorgangs im Schritt IV hat sich auf der Korrosionsschutzbeschichtung 12 definiert eine temporäre Schutzschicht 13 ausgebildet.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Stahlblechmaterial 10 ein 22MnB5-Stahlwerkstoff ist oder zumindest auf diesem Stahlwerkstoff basiert. Die Korrosionsschutzbeschichtung 12 ist im Wesentlichen aus Zink gebildet. Die temporäre Schutzschicht 13 besteht aus Oxiden (z.B. Aluminiumoxid), welche im Wesentlichen aus einem geringfügigen Aluminiumanteil in der Korrosionsschutzbeschichtung 12 gebildet wird, wie dies z.B. in der DE 20 2004 021 264 U1 beschrieben ist. Danben umfasst die temporäre Schutzschicht 13 auch weitere Bestandteile, wie insbesondere Verunreinigungen.
  • Sowohl die Korrosionsschutzbeschichtung 12 als auch die temporäre Schutzschicht 13 weisen aufgrund des Presshärtevorgangs Risse 14 und 15 auf. Zudem können zwischen der Korrosionsschutzbeschichtung 12 und der temporären Schutzschicht 13 Hohlräume 16 ausgebildet sein. Dies kann eine schlechte Haftung der temporären Schutzschicht 13 bedingen, weshalb diese z.B. im Hinblick auf nachfolgende Lackier- und/oder Schweißarbeiten zu entfernen ist.
  • Fig. 3 zeigt das Entfernen dieser temporären Schutzschicht 13 durch Reinigungsstrahlen mit einem abrasiven Strahlmittel. Die Düse 21 bringt einen auf das Blechmaterial bzw. Blechformteil gerichteten Reinigungsstrahl 22 aus. Eine Relativbewegung der Düse ist mit dem Pfeil P dargestellt. Der Reinigungsstrahl 22 enthält ein abrasives Strahlmittel, welches den Abtrag der temporären Schutzschicht 13 bewirkt (siehe Bezugszeichen 13a). Dieses Abtragen der temporären Schutzschicht 13 wird durch die Risse 15 und Hohlräume 16 begünstigt, gleichwohl sind diese Risse 15 und Hohlräume 16 keine Voraussetzung für das Entfernen der temporären Schutzschicht 13, wie dies beim Einsatz von Trockeneispartikeln der Fall ist.
  • Wie dargestellt, bewirkt der Reinigungsstrahl 22 gleichfalls ein Verdichten und Nivellieren der Korrosionsschutzbeschichtung 12, sowie ein Verschließen der Risse 14 aufgrund plastischer Verformung des Beschichtungsmaterials (siehe Bezugszeichen 13b), was als wesentlicher Vorteil gegenüber dem Einsatz von Trockeneispartikeln anzusehen ist, da dies insbesondere die Voraussetzungen für nachfolgende Lackierungsarbeiten verbessert.
  • Gemäß der Darstellung in Fig. 3 trifft der Reinigungsstrahl 22 im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche des zu reinigenden Blechformteils 3 auf. Wie oben erläutert, kann durch Variation des Auftreffwinkels des abrasiven Strahimittels auf die Oberfläche des Blechformteils die Wirkung des abrasiven Strahlmittels verändert bzw. eingestellt werden. Ein Auftreffwinkel von kleiner 90° kann z.B. hinsichtlich des Abtrags der temporären Schutzschicht 13 förderlich sein.
  • Alternativ und/oder ergänzend kann die temporäre Schutzschicht 13 auch durch mechanisches Reinigen, wie insbesondere durch Bürsten und/oder Reinigungsschleifen entfernt werden.
  • Fig. 4 zeigt das Entfernen der temporären Schutzschicht 13 mittels Schleuder-Reinigungsstrahlen. Das abrasive Strahlmittel wird hier von einem rotierenden Schleuderrad 31 ausgebracht. Die Rotation des Schleuderrads 31 ist mit dem Pfeil U beispielhaft angegeben. Die Zuführung des abrasiven Strahlmittels zum Schleuderrad 31 erfolgt von einem Vorratsbehälter 33 über die Nabe 34. Das Schleuder-Reinigungsstrahlen ermöglicht gegenüber der Verwendung von Düsen 21 (vgl. Fig. 3) ein verhältnismäßig großes Strahlbild, was durch die Strahllinien 32 dargestellt ist. Das Schleuder-Reinigungsstrahlen ist somit insbesondere für großflächige Blechformteile 3 geeignet. Bevorzugt ist eine Relativbewegung zwischen dem Schleuderrad 31 und dem Blechformteil 3 vorgesehen. Hierzu kann z.B. das Blechformteil 3 an dem Schleuderrad 31 vorbeigeleitet werden (Pfeil P), oder im Strahlbild gedreht werden, wobei es von dem abrasiven Strahlmittel getroffen wird, was die Entfernung der temporären Schutzschicht 13 herbeiführt. Das Schleuder-Reinigungsstrahlen ist verhältnismäßig kostengünstig und lässt sich zudem sehr gut automatisieren.
  • Fig. 5 zeigt das Entfernen der temporären Schutzschicht 13 an einem Blechformteil 3 durch ein beidseitiges Schleuder-Reinigungsstrahlen. Das Blechformteil 3 wird in einer vornehmlich vertikalen Ausrichtung zwischen zwei sich im Wesentlichen gegenüberliegenden Schleuderrädern bzw. Turbinen 31a und 31b in der angegebenen Richtung P durchgeführt und zeitgleich von beiden Seiten mit einem abrasiven Strahlmittel gestrahlt, wodurch die temporäre Schutzschicht 13 abgetragen wird. Die Schleuderräder 31 a und 31 b weisen beispielhaft eine vertikale Rotationsachse auf. Die Strahllinien sind mit 32 angegeben, wobei es sich streng genommen um ein Strahlfeld handelt, das eine Strahlfläche auf dem Blechformteil 3 erzeugt. Durch das beidseitige Reinigungsstrahlen mit einem abrasiven Strahlmittel ergibt sich eine Zeitersparnis (Bearbeitungszeit z.B. 15 bis 25 sec für ein komplettes Blechformteil, wie Schweller, B-Säule, Längsträger etc.), zudem wird ein dynamisches Kräftegleichgewicht geschaffen, wodurch bei einem verhältnismäßig hohen Strahldruck (hohe Reinigungswirkung) ein Verformen des Blechformteils. 3 verhindert oder auf ein zulässiges Mindestmaß reduziert werden kann. Die Anzahl von zwei Schleuderrädern ist lediglich beispielhaft. Je nach Größe des zu reinigenden Blechformteils 3 können auch mehr als zwei Schleuderräder eingesetzt werden (bspw. 8 bis 12). Ebenso kann ein solches gleichzeitiges und beidseitiges Reinigungsstrahlen auch mittels Druck-Reinigungsstrahlen erfolgen.
  • Mit 35 ist eine Einhausung bezeichnet, wobei es sich z.B. um eine geschlossene Kabine handeln kann. Die Einhausung bzw. Kabine 35 weist eine Eingangsschleuse und eine Ausgangsschleuse auf, durch welche die zu reinigenden bzw. zu strahlenden Blechformteile 3 kontinuierlich oder diskontinuierlich eingeschleust und ausgeschleust werden können. Nach dem Ausschleusen werden die Blechformteile 3 abgeblasen und ggf. rückbeölt. Der Transport kann z.B. durch ein Schienensystem erfolgen, an dem die zu reinigenden Blechformteile 3 hängend durch die Einhausung 35 geführt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • I
    Bereitstellen Coil
    II
    Zuschneiden Platine
    III
    Kaltumformung
    IV
    Presshärtevorgang
    V
    Entfernen der temporären Schutzschicht
    VI
    Beschichten und/oder Fügen (Lackieren und/oder Verschweißen)
    1
    Coil
    2
    Platine
    3
    Blechformteil
    10
    Stahlblechmaterial (Substrat)
    11
    Hemmschicht
    12
    Korrosionsschutzbeschichtung
    13
    temporäre Schutzschicht
    14
    Riss(e) in der Korrosionsschutzbeschichtung
    15
    Riss(e) in der temporären Schutzschicht
    16
    Hohlräume
    21
    Düse
    22
    Reinigungsstrahl
    31
    Schleuderrad
    31a, 31b
    Schleuderräder (Turbinen)
    32
    Strahllinie(n)
    33
    Vorratsbehälter
    34
    Nabe
    35
    Einhausung (Kabine)
    P
    Relativbewegung
    Q
    Qualität
    U
    Rotation
    t
    Zeit
    ϑ
    Temperatur

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines beschicht- und/oder fügbaren Blechformteils (3) mit einer metallischen Korrosionsschutzbeschichtung (12), umfassend die folgenden Schritte:
    - Bereitstellen einer Platine aus einem härtbaren Stahlblechmaterial (10), mit einer wenigstens einseitig aufgebrachten Korrosionsschutzbeschichtung (12);
    - Umformen dieser Platine zu einem Blechformteil (3);
    - Ausführen eines Härtevorgangs, insbesondere eines Presshärtevorgangs, um eine Härtung des Stahlblechmaterials (10) herbeizuführen, wobei sich während des Härtevorgangs definiert und zumindest bereichsweise eine temporäre Schutzschicht (13), insbesondere eine temporäre Oxidschicht, auf der Korrosionsschutzbeschichtung (12) ausbildet; und
    - zumindest teilweises Entfernen dieser temporären Schutzschicht (13) vom Blechformteil (3) durch Reinigüngsstrahlen mit einem abrasiven Strahlmittel, wobei die Korrosionsschutzbeschichtung (12) erhalten bleibt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Blechformteil (3) gleichzeitig von beiden Seiten einem Reinigungsstrahlen mit einem abrasiven Strahlmittel ausgesetzt wird und dass die Blechstärke des Stahlblechmaterials (10) wenigstens 1 mm beträgt, um ein Verformen des Blechformteils (3) zu verhindern.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Entfernen der temporären Schutzschicht (13) vom Blechformteil (3) durch Druck-Reinigungsstrahlen erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Entfernen der temporären Schutzschicht (13) vom Blechformteil (3) durch Schleuder-Reinigungsstrahlen erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein kantiges Stahlgranulat als abrasives Strahlmittel verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Entfernen der temporären Schutzschicht (13) automatisiert erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Stahlblechmaterial (10) ein 22MnB5-Stahlwerkstoff ist.
  7. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Korrosionsschutzbeschichtung (12) im Wesentlichen aus Zink besteht und deren Schichtstärke nicht mehr als 400 g/m2 beträgt.
  8. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Beschaffenheit (Q) der von der temporären Schutzschicht (13) gereinigten Korrosionsschutzbeschichtung (12) durch wenigstens eine elektrische Widerstandmessung quantitativ erfasst wird.
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