EP2414562B1 - Method for producing a steel component provided with a metal coating protecting against corrosion and steel component - Google Patents

Method for producing a steel component provided with a metal coating protecting against corrosion and steel component Download PDF

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EP2414562B1
EP2414562B1 EP10706201A EP10706201A EP2414562B1 EP 2414562 B1 EP2414562 B1 EP 2414562B1 EP 10706201 A EP10706201 A EP 10706201A EP 10706201 A EP10706201 A EP 10706201A EP 2414562 B1 EP2414562 B1 EP 2414562B1
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EP
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coating
steel
steel component
forming
layer
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Patrik Kuhn
Manfred Meurer
Jens Kondratiuk
Wilhelm Warnecke
Werner SCHÜLER
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Definitions

  • the invention relates to a method of producing a steel component provided with a metallic corrosion protective coating by forming a mild steel Mn steel product which is provided with a ZnNi alloy coating prior to forming the steel component.
  • a typical example of a steel suitable for hot press hardening is known as "22MnB5" and found in steel key 2004 under material number 1.5528.
  • manganese-containing steels are generally not resistant to wet corrosion and are difficult to passivate.
  • This compared to lower alloyed steels when exposed to elevated chloride ion concentrations great tendency to locally limited, but intense corrosion makes the use of the material group of high-alloy steel sheets belonging steels straight in the body construction difficult.
  • manganese-containing steels tend to surface corrosion, which also limits the spectrum of their usability.
  • a steel sheet is first provided with a zinc coating and then heated before the hot deformation such that adjusts an intermetallic compound in the heating of the flat steel product by a transformation of the coating on the steel sheet. This is to protect the steel sheet against corrosion and decarburization and take over a lubricating function during the hot forming in the pressing tool.
  • EP 1 630 244 A1 A proposal on how to produce zinc coatings on steel strips, to which an organic coating can be applied particularly well, is in EP 1 630 244 A1 described. Accordingly, an up to 20 wt .-% Fe containing Zn layer is applied, for example, electrolytically or using another known coating method on the steel sheet to be processed. Subsequently, the thus coated steel sheet from room temperature Heated to 850-950 ° C and thermoformed at 700-950 ° C. Particularly suitable for the production of the Zn layer while the electrolytic deposition is mentioned.
  • the Zn layer may also be formed as an alloy layer according to the known method.
  • alloy components of this layer are in the EP 1 630 244 A1 Mn, Ni, Cr, Co, Mg, Sn and Pb, and also mentioned Be, B, Si, P, S, Ti, V, W, Mo, Sb, Cd, Nb, Cu and Sr as additional alloying components.
  • the present on him 1-50 microns thick Zn coating comprises an iron-zinc solid solution phase and has a zinc oxide layer whose thickness is limited on average to at most 2 microns.
  • either the annealing condition when heating to the temperature required for the hot press forming is selected so that at best a controlled oxide formation occurs, or after hot forming the oxide layer present on the obtained steel component is or particle-removing process at least partially removed so far that the according to the EP 1 630 244 A1 maximum thickness of the oxide layer is maintained.
  • this known procedure also requires complex measures in order to ensure, on the one hand, the desired anticorrosive effect of the Zn coating and, on the other hand, the required good coatability and lacquer adhesion in the case of coating taking place after thermoforming.
  • the results of a systematic study of the properties of zinc alloy coatings on a steel sheet consisting of a hardenable steel are in the WO 2005/021822 A1 contain.
  • the coating consisted essentially of zinc and additionally contained one or more oxygen-affine elements in a total amount of 0.1-15 wt .-% based on the total coating.
  • the oxygen-affine elements are specifically named Mg, Al, Ti, Si, Ca, B and Mn.
  • the steel sheet coated in this way was then brought to a temperature necessary for hardening under the admission of atmospheric oxygen. In this heat treatment, a superficial oxide layer of the oxygen-affine element (s) formed.
  • the ZnNi coating thus obtained was a pure barrier protection without cathodic corrosion protection effect. Its surface showed a verdallert, green appearance with small local flaking to which the oxide layer does not adhere to the steel. These errors are in accordance with the WO 2005/021822 due to the fact that the coating itself did not contain a sufficiently oxygen-affine element.
  • the object underlying the invention was to specify a method which is easy to carry out in practice and which makes it possible to produce a steel component with comparatively little effort, which is provided with a metallic coating which adheres well and reliably protects against corrosion.
  • a corresponding procured steel component should be specified.
  • this object has been achieved according to a first variant of the invention in that in the production of a steel component, the method steps indicated in claim 1 are passed.
  • the first variant of the method according to the invention comprises the shaping of the steel component in the so-called "direct” method, while the second method variant involves the shaping of the steel component in the so-called “indirect” method.
  • the solution according to the invention of the abovementioned object is that such a component has the features specified in claim 14.
  • Advantageous variants of the steel component according to the invention are specified in the dependent claims on claim 14 and explained below.
  • a flat steel product ie a steel strip or steel sheet
  • a flat steel product is first of all made of a 0.3 to 3 wt .-% manganese-containing, higher-strength and hardenable steel material is produced. This has a yield strength of 150-1100 MPa and a tensile strength of 300-1200 MPa.
  • this steel material may be a high strength MnB steel of known composition. Accordingly, in addition to iron and unavoidable impurities (in% by weight), the steel processed according to the invention may contain 0.2-0.5% C, 0.5-3.0% Mn, 0.002-0.004% B, and optionally one or more elements of Group "Si, Cr, Al, Ti" contained in the following contents: 0.1-0.3% Si, 0.1-0.5% Cr, 0.02-0.05 Al, 0.025-0.04% Ti.
  • the inventive method is suitable for the production of steel components both from conventionally only hot rolled hot strip or sheet as well as from conventionally cold rolled steel strip or sheet.
  • this coating comprises an electrolytically applied to the steel substrate, one-phase consisting of ⁇ -ZnNi phase zinc-nickel alloy coating.
  • This ZnNi alloy coating alone can form the corrosion coating or be supplemented by further protective layers applied to it.
  • the ⁇ -zinc-nickel phase of the resting on the steel substrate ZnNi alloy coating is already realized by the electrolytic coating. That is, unlike coating processes in which an alloy layer forms only as a result of heating to the temperature required for the subsequent hot forming and curing and the resulting diffusion processes, according to the invention is an alloy layer of specific composition and prior to heating on the flat steel product Structure composed of zinc and nickel.
  • the proportions of Zn and Ni and the deposition conditions during the production of the ZnNi alloy layer are selected so that the ZnNi alloy layer is formed as a single-phase coating of Ni5Zn21 phase with a cubic lattice structure.
  • this ⁇ -ZnNi phase layer is deposited in an electrolyte deposition not in the stoichiometric composition, but at nickel contents in the range of 7-15%, with at Ni contents of up to 13 wt. %, in particular from 9 to 11% by weight, give particularly good properties of the coating.
  • a particular advantage of the electrolytic coating according to the invention of the flat steel product with a ZnNi alloy layer of exactly predetermined composition and structure is also that the coating produced therefrom has a matt, rough surface which has a lower reflectivity than those typically produced in the course of known hot-press molding processes Zn-coatings.
  • steel flat products coated in accordance with the invention have an increased heat absorption capacity, so that the subsequent heating to the respective board or component temperature can take place more quickly and with less expenditure of energy. The thus made shorter furnace lay times and energy savings make the inventive method particularly economical.
  • a steel plate is then formed. This can be divided in a conventional manner of the respective steel strip or steel sheet. It is also conceivable, however, that the flat steel product in the coating already has the shape required for the subsequent shaping of the component, that is to say corresponds to the printed circuit board.
  • the steel component is first at least preformed from the blank and only then is the heating carried out to a component temperature of at least 800 ° C.
  • the finished product thus has a coating which consists of at least 70% by weight, in particular at least 75%, and typically up to 95% by weight, in particular 75-90%, of mixed crystal and residues of intermetallic phase. Depending on the annealing conditions and the thickness of the respective coating, these are distributed as dispersed small-volume accumulations between the mixed crystals or are on the mixed crystal. Specifically, therefore, the original alloy coating in the state diagram changes from the Zn-rich corner to the Fear corner. Accordingly, an iron zinc alloy is present on the finished steel component. That is, in the procedure according to the invention, a coating is obtained which is no longer zinc-based but consists of an iron-based alloy.
  • the inventively heated to a temperature of at least 800 ° C board is formed to the steel component.
  • This can be done, for example, that the board immediately after the heating to the mold used in each case is encouraged.
  • On the way to the mold it is inevitable inevitable to a cooling of the board, so that in the case of such a warming following hot forming the temperature of the board when entering the mold is usually lower than the board temperature at the outlet of the furnace.
  • the steel plate is formed in a conventional manner to the steel component.
  • the steel component obtained can be cooled, starting from the respective temperature, at a cooling rate sufficient for the formation of tempering or hardening structure in its steel substrate. This process can be carried out particularly economically in the thermoforming tool itself.
  • the method of the invention is due to the insensitivity of coated in accordance with the invention steel flat product against cracks in the steel substrate and abrasion especially for one-stage hot press molding, in which a thermoforming and cooling of the steel component by utilizing the heat of the previously carried out heating to the board temperature in one go be done in a tool.
  • the steel component is formed from this circuit board.
  • the shaping of the steel component takes place typically in a cold forming operation where one or more cold forming operations are performed.
  • the degree of cold forming can be so high that the steel component obtained is substantially completely finished.
  • This finish forming can be combined with the hardening process by carrying out the hardening as a form hardening in a suitable molding tool.
  • the steel component is placed in a finished final shape imaging tool and cooled sufficiently quickly for the formation of the desired hardness or tempering.
  • the form hardening thus enables a particularly good dimensional stability of the steel component.
  • the shape change during mold hardening is usually low.
  • the Mn content of the steel substrate of the invention processed from 0.3 to 3 wt .-%, in particular 0.5 to 3 wt .-%, in combination with the invention produced on the steel flat product, from ⁇ -Fe (Zn, Ni) Mixed crystal and a minor proportion of intermetallic compounds existing coating of particular importance.
  • the Mn present in the steel substrate in the steel component produced according to the invention contributes to the good adhesion of the coating.
  • the anticorrosive coating applied according to the invention contains less than 0.1% by weight of manganese in each case. During the subsequent heating to the board or component temperature, diffusion of the manganese present in the steel substrate then begins in the direction of the free surface of the anticorrosive coating applied according to the invention.
  • the Mn atoms diffusing into the ZnNi alloy layer upon heating cause an intensive coupling of the coating to the steel substrate.
  • Mn reaches a substantial part of the surface of the corrosion protection coating produced according to the invention and is deposited there in metallic and / or oxidic form.
  • the thickness of the Mn-containing layer present in this way on the coating produced according to the invention - hereinafter referred to simply as "Mn oxide layer" for the sake of simplicity - is typically 0.1-5 ⁇ m.
  • the positive effects of the Mn oxide layer are particularly safe when its thickness is at least 0.2 ⁇ m, in particular at least 0.5 ⁇ m.
  • the Mn content of the anticorrosive coating is in this near-surface, adjacent to the surface Mn-containing layer at 1-18 wt .-%, in particular 4-7 wt .-%.
  • the pronounced Mn oxide layer present on the coating produced in accordance with the invention ensures particularly good adhesion of organic coatings applied to the anticorrosive coating.
  • the procedure according to the invention is therefore particularly suitable for the production of parts for vehicle bodies, which are provided with a coating after their shaping.
  • a practice-oriented embodiment of the method variants according to the invention provides that the oxide layer obtained in the process according to the invention selectively remains on the anticorrosive coating, since this oxide layer not only a particularly good coatability, but because of their comparatively high conductivity beyond a total good weldability inventively produced and procured Steel components guaranteed.
  • the ZnNi coating deposited on the flat steel product according to the invention is applied in practice with a thickness of 0.5-20 ⁇ m.
  • a particularly good protective effect of the ZnNi coating produced according to the invention arises in this case if it is deposited more than 2 ⁇ m thick on the flat steel product.
  • Typical thicknesses of a coating produced according to the invention are in the range from 2 to 20 ⁇ m, in particular from 5 to 10 ⁇ m.
  • a further optimized protection of the steel component according to the invention against corrosion can be achieved by the anticorrosive coating comprising, in addition to the ZnNi alloy coating applied to the flat steel product, a Zn layer which is likewise applied to the ZnNi layer before the heating step. It is then on the prepared for further processing to the component according to the invention flat steel product before heating to the respective board or component temperature before at least a two-layer anticorrosive coating whose first layer of the inventively embodied ZnNi alloy layer and its second layer of the formed thereon, consisting only of zinc Zn layer is formed.
  • the additionally applied, typically 2.5-12.5 ⁇ m thick Zn layer is present in the finished steel component according to the invention as a Zn-rich layer into which Mn and Fe of the steel substrate and Ni from the ZnNi layer can be alloyed.
  • Zn partially reacts to form Zn oxide and forms with the Mn from the base material the Mn-containing layer lying on the anticorrosive coating produced according to the invention.
  • the application of an additional Zn layer of the anti-corrosion coating before heating for the hot forming thus leads to a further improvement of the cathodic corrosion protection.
  • the additional Zn layer of the anticorrosive coating can be deposited as well as the previously applied ZnNi layer electrolytically. This can be done, for example, in a continuous pass through, multi-stage device for electrolytic Coating in the first stages of ZnNi alloy coating on the respective steel substrate and in the steps passed through the Zn layer are deposited on the ZnNi layer.
  • a steel component according to the invention is produced by hot press molding and comprises a steel substrate consisting of 0.3-3% by weight of manganese steel and a corrosion protection coating applied thereon comprising at least 70% by weight of a coating layer ⁇ -Fe (Zn, Ni) mixed crystal and the remainder of an intermetallic compound of Zn, Ni and Fe, and has on its free surface a Mn-containing layer in which Mn is present in metallic or oxidic form.
  • the intermetallic compounds in the ⁇ -Fe (Zn, Ni) mixed crystal are dispersed as small-volume speckles.
  • the anticorrosive coating in the manner already described above can comprise a Zn layer resting on the ZnNi layer, the Mn-containing layer also being present on the anticorrosive coating in this case as well.
  • a hood annealed cold strip is alkaline degreased and additionally degreased electrolytically.
  • the degreasing bath at a concentration of 15 g / l contains a commercial cleaner available under the name "Ridoline C72" containing more than 25% sodium hydroxide, 1-5% of a fatty alcohol ether and 5-10% of an ethoxylated, propoxylated and methylated C12- 18 alcohol.
  • the bath temperature is 65 ° C.
  • the residence time in the spray degreasing is 5 s. This is followed by a brush cleaning.
  • the strip is electrolytically degreased at a residence time of 3 s with anodic and cathodic polarity and a current density of 15 A / dm second
  • a multi-stage sink with demineralized water at room temperature with brush insert The residence time in the sink is 3 s.
  • a hydrochloric acid (20 g / l, temperature 35-38 ° C) is passed through with a residence time of 11 s.
  • the plate is transferred after passing through a squeezing in the electrolysis cell.
  • the steel flat product emerging from the electrolytic coating line can be rinsed in several stages with water and demineralized water at room temperature.
  • the total residence time in the sink is 17 s. Subsequently, the flat steel product then passes through a drying section.
  • Hot strip (pickled) of grade 22MnB5 (1.5528) is alkaline degreased and degreased electrolytically.
  • the tape undergoes a brush cleaning in alkaline spray degreasing.
  • the degreasing bath contains, at a concentration of 20 g / l, a commercial cleaner available under the name "Ridoline 1893" which contains 5-10% sodium hydroxide and 10-20% potassium hydroxide.
  • the bath temperature is 75 ° C.
  • the residence time in the spray degreasing is 2 s.
  • the strip is electrolytically degreased at a residence time of 4 s with anodic and cathodic polarity at a current density of 15 A / dm second
  • a multi-stage sink with demineralized water at room temperature with upstream brush insert The residence time is 3 s.
  • a hydrochloric acid deacidification (90 g / l, temperature max 40 ° C) is carried out at a residence time of 7 s.
  • the sheet is transferred after passing through a squeezing into the electrolysis cell and there, as described in the following with reference to the embodiments, provided in accordance with the invention with a corrosion protection coating.
  • the steel flat product coated according to the invention is then rinsed in three stages with demineralized water at 50.degree.
  • the sample then passes through a drying section with circulating air dryer, the air temperature being more than 100 ° C.
  • Bonnet annealed cold strip of grade 22MnB5 (1.5528) is alkaline degreased and degreased electrolytically.
  • the degreasing bath at a concentration of 20 g / l contains a cleaner containing 1-5% C12-18 fatty alcohol polyethylene glycol butyl ether and 0.5-2% potassium hydroxide.
  • the bath temperature is 75 ° C.
  • the residence time in the horizontal spray rinse is 12 s. This is followed by a double brush cleaning at.
  • the strip is electrolytically degreased at a residence time of 9 s with anodic and cathodic polarity and a current density of 10 A / dm second
  • a multi-stage sink with demineralized water at room temperature with brush insert.
  • the residence time is 3 s.
  • a hydrochloric acid deacidification (100 g / l, room temperature) is carried out at a residence time of 27 s.
  • the sheet is transferred after passing through a squeezing in the electrolytic cell.
  • the electrolytic deposition of the anticorrosion coating according to the invention takes place, as explained below with reference to the exemplary embodiments.
  • the steel flat product coated in accordance with the invention is then rinsed in two stages with water and demineralized water at 40.degree. Total residence time 18 s. Afterwards, the sample passes through a drying section with circulation fan with a recirculation air temperature of 75 ° C.
  • Optimal work results arise when the board or component temperature in a conventional manner maximum 920 ° C, in particular 830-905 ° C, is. This applies in particular if the shaping of the steel component is carried out as hot forming following the heating to the board or component temperature such that the heated board ("direct” method) or the heated steel component (“indirect” method) Acceptance of a certain temperature loss in each subsequently used Mold is placed.
  • the final thermoforming can be carried out particularly reliably when the board or component temperature is 850 - 880 ° C.
  • the heating to the board or component temperature can be done in a conventional manner in a continuous flow in a continuous furnace.
  • Typical annealing times are in the range of 3 to 15 minutes, whereby an optimally obtained coating layer on the one hand and particularly economical production conditions then result if the annealing times are in the range of 180 to 300 s or the annealing is terminated as soon as the respective steel substrate warmed by the coating applied to it.
  • samples A-V2 Cold rolled and recrystallized annealed as well as temper rolled strip samples A-V2 - hereafter referred to simply as "Samples A-V2" for simplicity - have been provided with a zinc nickel alloy layer in a continuous pass electrogalvanizing line.
  • a sample "Z” has been hot-dip coated for comparison.
  • Samples A-Q and Z each contained Mn contents of more than 0.3 wt%, while the Mn contents of Samples V1, V2 were below the threshold of 0.3 wt%.
  • sample Z has been conventionally hot-dip galvanized.
  • Table 2 lists, in addition to the Mn contents of the respective samples A-V2, the properties of the ZnNi coatings which have been electrodeposited under these conditions. It can be seen that in variants A-H and N-P a single-phase ⁇ -ZnNi coating according to the invention has been obtained whereas in variants I - K ⁇ -Zn, i. elemental zinc, and ⁇ -ZnNi coexistent.
  • the Ni content of the sample Q was too high, so that this too was not considered to be in accordance with the invention.
  • the samples V1 and V2 have been produced on a steel with a too low Mn content. Therefore, these samples are also not according to the invention, although they had a ⁇ -ZnNi coating according to the invention.
  • the boards 1 to 41 are then heated to the specified in Table 3 board temperature "T-furnace” over a glow time “t-annealed” and hot-press-formed in a conventional hot press tool single stage to each steel component and cooled so quickly that in the steel substrate hardness structure established.
  • the steel components formed from the boards 1 to 36 and 41 were then subjected to a salt spray test according to DIN EN ISO 9227. If corrosion of the base metal has been detected after 72h or 144h, the column “Base metal corrosion 72h” and “Base metal corrosion 144h” of Table 3 is noted.
  • GDOS Low Discharge Optical Emission Spectrometry
  • Fig. 1 is the typical result of the GDOS measurement of the corrosion protection coating of a steel component produced and obtained in accordance with the invention shown.
  • the contents of Mn (short dashed line), O (dotted line), Zn (long dashed line), Fe (dash-dotted line) and Ni (solid line) are plotted over the layer thickness of the coating. It turns out that there is a high concentration of Mn on the surface of the coating, which has diffused from the steel substrate through the coating on its surface where it is oxidized with the ambient oxygen. In the ZnNi-containing layer of the coating, however, the Mn content is significantly lower and only increases again in the steel substrate. This is particularly clear on the basis of Fig. 2 , By contrast, the Ni content of the coating is essentially constant over its entire thickness.
  • a recrystallized cold-rolled strip was first coated electrolytically with a ZnNi alloy coating consisting of ⁇ -ZnNi phase in a single phase, as in the above-described inventive samples.
  • the layer thickness of the ⁇ -ZnNi alloy coating was 7 ⁇ m at a Ni content of 10%.
  • a 5 ⁇ m thick pure zinc Zn layer was also electrolytically applied to this ZnNi alloy coating.
  • the coating is single-phase, intermetallic, gamma-zinc-nickel (Ni5Zn21). On the surface is at most a very thin and negligible in their effect native oxide skin, which is free of Mn.
  • the coating is metallographically biphasic. Both gamma phases are formed, each partially replacing Fe with Ni and vice versa. The phases are isomorphic with respect to their crystal structure. It is characteristic that the Ni content in the coating in the direction of the base material decreases and, analogously, the Fe content decreases in the direction of the free surface. This form of coating formation is up to about 750 ° C, but can still be detected at very short, below the lying for a warm-up of the respective board times.
  • the coating is still largely intermetallic, in part, both gamma phases ⁇ -ZnNi and ⁇ -ZnFe are next to each other.
  • ⁇ -ZnNi and ⁇ -ZnFe are next to each other.
  • an ⁇ -Fe mixed crystal is formed in the coating, in which Zn and Ni are dissolved.
  • the coating turns out to be metallographic and X-ray two-phase. It forms a mixed gamma phase ( ⁇ / ⁇ -ZnNi (Fe)) from. It is characteristic that this phase is rather rich in Ni. At the phase boundary steel coating a new phase is formed. There is an ⁇ -Fe
  • the finished component is always a two-phase coating, consisting of an ⁇ -Fe mixed crystal in which Zn and Ni are zwangs discharge present and a mixed gamma phase Zn x Ni (Fe) y , substituted in the Ni atoms by Fe atoms and vice versa.
  • composition of the layers of the coating are given in the following table: phase Fe [mass%] Ni [mass%] Zn [mass%] ⁇ / ⁇ -ZnNi (Fe) 14 13 73 ⁇ -Fe (Zn, Ni) solid solution 71 3 26
  • FIG Fig. 3 Two states of the coating obtained after completion of the annealing treatment are described in FIG Fig. 3 , Pictures 3 and 4, shown.
  • FIG. 3 Figure 3 shows the state of the coating, which occurs when comparably low annealing temperatures, short oven lay times or large layer thicknesses of the coating are maintained.
  • Fig. 4 is a photomicrograph of a section of a prepared according to the invention prepared, in this state coating shown.
  • Fig. 3 Figure 4 shows a structure of the coating which sets itself at high annealing temperatures, comparably long annealing time or a small layer thickness of the coating.
  • the in Fig. 3 , Picture 3, as well Fig. 4 state shown an intermediate stage on the way to the in Fig. 3 , Picture 4, illustrated state is going through.
  • Fig. 5 is a photomicrograph of a section of a prepared according to the invention prepared, in this state coating shown.
  • phase c) ( Fig. 3 , Figures 3 and 4) of the ⁇ -Fe (Zn, Ni) mixed crystal ⁇ 30 mass% Zn and the mixed gamma phase has ⁇ / ⁇ -ZnNi (Fe)> 65 mass% Zn. Due to the high Zn content of the mixed gamma phase ⁇ / ⁇ -ZnNi (Fe), an increased corrosion protection effect is achieved compared to pure Zn / Fe systems.
  • the invention thus provides a method with which a component provided with a metallic coating which adheres well and is particularly effective against corrosion can be produced in a simple manner.
  • a steel flat product produced from a 0.3-3% by weight of manganese and having a yield strength of 150-1100 MPa and a tensile strength of 300-1200 MPa steel material is coated with a corrosion protection coating which has a single-phase electrodeposited on the flat steel product ZnNi alloy coating comprising ⁇ -ZnNi phase containing, in addition to zinc and unavoidable impurities, 7-15% by weight of nickel.

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Abstract

The method for the production of a steel component provided with a metallic coating protected against corrosion, comprises providing a flat steel product that is produced from steel material containing 0.3-3 wt.% of manganese, where the steel material has an yield strength of 150-1100 MPa and a tensile strength of 300-1200 MPa, and coating the flat steel product with a corrosion protection coating that consists of zinc-nickel (ZnNi) alloy coating consisting of gamma -ZnNi-phase electrolytically deposited on the flat steel product. The method for the production of a steel component provided with a metallic coating protected against corrosion, comprises providing a flat steel product that is produced from steel material containing 0.3-3 wt.% of manganese, where the steel material has an yield strength of 150-1100 MPa and a tensile strength of 300-1200 MPa, coating the flat steel product with a corrosion protection coating that consists of zinc-nickel (ZnNi) alloy coating consisting of gamma -ZnNi-phase electrolytically deposited on the flat steel product, where the coating consists of nickel (7-15 wt.%) and also zinc and unavoidable impurities, heating a board formed from the flat steel product at 800[deg] C amounting to platinum temperature, forming the steel component from the platinum in a form tool and hardening the steel component through cooling at a temperature, in which the steel component exists itself in a condition suitable for forming compensation or hardening structure, with a cooling rate that suffices for forming the compensation structure or hardening structure. The formation of the steel component is carried out as pre-forming and the steel component is formed after heating. The zinc-nickel alloy coating consists of finished steel component of gamma -ZnNi and I ->zinc iron. A manganese-containing layer is present in the finished steel component on the corrosion protection coating, in which manganese is available in metallic or oxidic form. The manganese-containing layer has a thickness of 0.1-5 mu m and the manganese content of the manganese-containing layer is 0.1-18 wt.%. The corrosion protection coating comprises an additional zinc-layer before forming the steel component, where the zinc-layer is applied before forming the steel component on the zinc-nickel alloy coating. The thickness of the zinc-layer is 2.5-12.5 mu m. The corrosion protection coating of the finished steel component comprises a zinc-rich layer lying on the nickel-containing alloy coating. The formation of the steel component is carried out as hot forming and the forming and cooling of the steel component are carried out by a hot forming tool. The formation of the steel component and hardening are carried out in two separated processes. An independent claim is included for a steel component.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit einem metallischen, vor Korrosion schützenden Überzug versehenen Stahlbauteils durch Formen eines aus einem Mn-Stahl bestehenden Stahlflachproduktes, das vor dem Formen des Stahlbauteils mit einem ZnNi-Legierungsüberzug versehen wird.The invention relates to a method of producing a steel component provided with a metallic corrosion protective coating by forming a mild steel Mn steel product which is provided with a ZnNi alloy coating prior to forming the steel component.

Wenn hier von "Stahlflachprodukten" die Rede ist, so sind damit Stahlbänder, Stahlbleche oder daraus gewonnene Platinen und desgleichen gemeint.If this refers to "flat steel products", it means steel strips, steel sheets or boards made of them and the like.

Um die im modernen Karosseriebau geforderte Kombination aus geringem Gewicht, maximaler Festigkeit und Schutzwirkung zu bieten, werden heutzutage in solchen Bereichen der Karosserie, die im Fall eines Crashs besonders hohen Belastungen ausgesetzt sein können, aus hochfesten Stählen warmpressgeformte Bauteile eingesetzt.In order to provide the combination of low weight, maximum strength and protective effect required in modern body construction, hot-formed components of high-strength steels are nowadays used in such areas of the body, which may be exposed to particularly high loads in the event of a crash.

Beim Warmpresshärten werden Stahlplatinen, die von kalt- oder warmgewalztem Stahlband abgeteilt sind, auf eine in der Regel oberhalb der Austenitisierungstemperatur des jeweiligen Stahls liegende Verformungstemperatur erwärmt und im erwärmten Zustand in das Werkzeug einer Umformpresse gelegt. Im Zuge der anschließend durchgeführten Umformung erfährt der Blechzuschnitt bzw. das aus ihm geformte Bauteil durch den Kontakt mit dem kühlen Werkzeug eine schnelle Abkühlung. Die Abkühlraten sind dabei so eingestellt, dass sich im Bauteil Härtegefüge ergibt.In hot press hardening, steel blanks separated from cold or hot rolled steel strip are heated to a forming temperature generally above the austenitizing temperature of the respective steel and heated to a tool in a heated state Forming press laid. In the course of the subsequent transformation, the sheet metal blank or the component formed from it undergoes rapid cooling due to the contact with the cool tool. The cooling rates are set so that results in the component hardness structure.

Ein typisches Beispiel für einen für das Warmpresshärten geeigneten Stahl ist unter der Bezeichnung "22MnB5" bekannt und im Stahlschlüssel 2004 unter der Werkstoffnummer 1.5528 zu finden.A typical example of a steel suitable for hot press hardening is known as "22MnB5" and found in steel key 2004 under material number 1.5528.

Den Vorteilen der bekannten für das Warmpresshärten besonders geeigneten MnB-Stähle steht in der Praxis der Nachteil gegenüber, dass manganhaltige Stähle im Allgemeinen unbeständig gegen Nasskorrosion und nur schwer zu passivieren sind. Diese im Vergleich zu niedriger legierten Stählen bei Einwirken erhöhter Chloridionen-Konzentrationen große Neigung zu lokal zwar begrenzter, jedoch intensiver Korrosion macht die Verwendung von zur Werkstoffgruppe der hochlegierten Stahlbleche gehörenden Stählen gerade im Karosseriebau schwierig. Zudem neigen manganhaltige Stähle zu Flächenkorrosion, wodurch das Spektrum ihrer Verwendbarkeit ebenfalls eingeschränkt wird.In practice, the advantages of the known MnB steels which are particularly suitable for hot press hardening are counteracted by the fact that manganese-containing steels are generally not resistant to wet corrosion and are difficult to passivate. This compared to lower alloyed steels when exposed to elevated chloride ion concentrations great tendency to locally limited, but intense corrosion makes the use of the material group of high-alloy steel sheets belonging steels straight in the body construction difficult. In addition, manganese-containing steels tend to surface corrosion, which also limits the spectrum of their usability.

Daher wird nach Möglichkeiten gesucht, auch manganhaltige Stähle mit einem metallischen Überzug zu versehen, der den Stahl vor korrosivem Angriff schützt.It is therefore looking for ways to provide even manganese-containing steels with a metallic coating that protects the steel from corrosive attack.

Gemäß dem in der EP 1 143 029 B1 beschriebenen Verfahren zum Herstellen von Bauteilen durch Warmpresshärten soll dazu ein Stahlblech zunächst mit einem Zink-Überzug versehen werden und dann vor der Warmverformung derart erwärmt werden, dass sich bei der Erwärmung auf dem Stahlflachprodukt durch eine Transformation der Beschichtung auf dem Stahlblech eine intermetallische Verbindung einstellt. Diese soll das Stahlblech gegen Korrosion sowie Entkohlung schützen und während der Warmformgebung im Presswerkzeug eine Schmierfunktion übernehmen.According to the in the EP 1 143 029 B1 described method for producing components by hot press hardening For this purpose, a steel sheet is first provided with a zinc coating and then heated before the hot deformation such that adjusts an intermetallic compound in the heating of the flat steel product by a transformation of the coating on the steel sheet. This is to protect the steel sheet against corrosion and decarburization and take over a lubricating function during the hot forming in the pressing tool.

Bei dem Versuch, die in der EP 1 143 029 B1 in allgemeiner Form vorgeschlagene Vorgehensweise in der Praxis zu realisieren, ergaben sich vielfältige Probleme. So erwies es sich als schwierig, den Zinküberzug so auf das Stahlsubstrat aufzubringen, dass nach der Bildung der intermetallischen Verbindung eine ausreichende Haftung des Überzugs auf dem Stahlsubstrat, eine ausreichende Beschichtbarkeit des Überzugs für eine nachfolgend aufgebrachte Lackierung und eine ausreichende Beständigkeit sowohl des Überzugs selbst als auch des Stahlsubstrats gegen die Entstehung von Rissen bei der Warmformgebung gewährleistet ist.When trying in the EP 1 143 029 B1 To realize the general approach proposed in practice, many problems arose. Thus, it proved difficult to apply the zinc coating to the steel substrate such that sufficient adhesion of the coating to the steel substrate after the formation of the intermetallic compound, sufficient coatability of the coating for subsequently applied coating and adequate resistance of both the coating itself and also the steel substrate is ensured against the formation of cracks in the hot forming.

Ein Vorschlag, wie sich Zinküberzüge auf Stahlbänder erzeugen lassen, auf die sich besonders gut eine organische Beschichtung auftragen lässt, ist in der EP 1 630 244 A1 beschrieben. Demnach wird auf dem zu verarbeitenden Stahlblech beispielsweise elektrolytisch oder unter Anwendung eines anderen bekannten Beschichtungsverfahren eine bis zu 20 Gew.-% Fe enthaltende Zn-Schicht aufgebracht. Anschließend wird das derart beschichtete Stahlblech von Raumtemperatur auf 850 - 950 °C erwärmt und bei 700 - 950 °C warmpressgeformt. Als besonders geeignet für die Erzeugung der Zn-Schicht ist dabei die elektrolytische Abscheidung erwähnt. Die Zn-Schicht kann gemäß dem bekannten Verfahren auch als Legierungsschicht ausgebildet sein. Als mögliche Legierungsbestandteile dieser Schicht werden in der EP 1 630 244 A1 Mn, Ni, Cr, Co, Mg, Sn und Pb genannt und auch Be, B, Si, P, S, Ti, V, W, Mo, Sb, Cd, Nb, Cu und Sr als zusätzliche Legierungsbestandteile erwähnt.A proposal on how to produce zinc coatings on steel strips, to which an organic coating can be applied particularly well, is in EP 1 630 244 A1 described. Accordingly, an up to 20 wt .-% Fe containing Zn layer is applied, for example, electrolytically or using another known coating method on the steel sheet to be processed. Subsequently, the thus coated steel sheet from room temperature Heated to 850-950 ° C and thermoformed at 700-950 ° C. Particularly suitable for the production of the Zn layer while the electrolytic deposition is mentioned. The Zn layer may also be formed as an alloy layer according to the known method. As possible alloy components of this layer are in the EP 1 630 244 A1 Mn, Ni, Cr, Co, Mg, Sn and Pb, and also mentioned Be, B, Si, P, S, Ti, V, W, Mo, Sb, Cd, Nb, Cu and Sr as additional alloying components.

Wesentlich für das in der EP 1 630 244 A1 beschriebene Verfahren ist, dass der auf ihm vorhandene 1 - 50 µm dicke Zn-Überzug eine Eisen-Zink-Festlösungsphase umfasst und eine Zinkoxidschicht aufweist, deren Dicke im Mittel auf höchstens 2 µm beschränkt ist. Zu diesem Zweck werden gemäß dem bekannten Verfahren entweder die Glühbedingung bei der Erwärmung auf die für das Warmpressformen benötigte Temperatur so gewählt, dass es allenfalls zu einer kontrollierten Oxidbildung kommt, oder es wird nach der Warmformgebung die auf dem erhaltenen Stahlbauteil vorhandene Oxidschicht mittels eines span- oder partikelabhebenden Verfahrens mindestens teilweise soweit abgetragen, dass die gemäß der EP 1 630 244 A1 maximale Dicke der Oxidschicht eingehalten ist. Auch diese bekannte Vorgehensweise bedingt somit aufwändige Maßnahmen, um einerseits die gewünschte Korrosionsschutzwirkung des Zn-Überzuges und andererseits die geforderte gute Beschichtbarkeit und Lackhaftung bei einer nach der Warmformgebung erfolgenden Lackierung zu gewährleisten.Essential for that in the EP 1 630 244 A1 described method is that the present on him 1-50 microns thick Zn coating comprises an iron-zinc solid solution phase and has a zinc oxide layer whose thickness is limited on average to at most 2 microns. For this purpose, according to the known method, either the annealing condition when heating to the temperature required for the hot press forming is selected so that at best a controlled oxide formation occurs, or after hot forming the oxide layer present on the obtained steel component is or particle-removing process at least partially removed so far that the according to the EP 1 630 244 A1 maximum thickness of the oxide layer is maintained. Thus, this known procedure also requires complex measures in order to ensure, on the one hand, the desired anticorrosive effect of the Zn coating and, on the other hand, the required good coatability and lacquer adhesion in the case of coating taking place after thermoforming.

Aus der DE 32 09 559 A1 ist ein weiteres Verfahren bekannt, mit dem sich ein Zink-Nickel-Legierungsüberzug elektrolytisch auf einem Bandstahl abscheiden lässt. Im Zuge dieses Verfahrens wird das zu beschichtende Band vor dem Abscheiden des ZnNi-Überzugs einer intensiven stromlosen Vorbehandlung unterzogen, um auf ihm eine dünne zink-nickelhaltige Primärschicht zu erzeugen. Anschließend wird dann die eigentliche Zink-Nickel-Beschichtung elektrolytisch aufgebracht. Damit die elektrolytische Abscheidung des Legierungsüberzuges konstant mit einer vorgegebenen Zusammensetzung erfolgt, werden getrennte, jeweils nur ein Legierungselement enthaltende Anoden eingesetzt. Diese sind an getrennte Stromkreise angeschlossen, um den sie durchfließenden Strom und damit die Abgabe des jeweiligen Metalls in den Elektrolyten gezielt einstellen zu können.From the DE 32 09 559 A1 Another method is known with which a zinc-nickel alloy coating can be deposited electrolytically on a steel strip. In the course of this process, the strip to be coated is subjected to an intensive electroless pre-treatment prior to the deposition of the ZnNi coating in order to produce a thin zinc-nickel-containing primary layer on it. Subsequently, the actual zinc-nickel coating is then applied electrolytically. In order for the electrolytic deposition of the alloy coating to be constant with a predetermined composition, separate anodes containing only one alloying element are used. These are connected to separate circuits in order to adjust the current flowing through them and thus the delivery of the respective metal in the electrolyte targeted.

Die Ergebnisse einer systematischen Untersuchung der Eigenschaften von Zinklegierungsüberzügen auf einem Stahlblech, das aus einem härtbaren Stahl bestand, sind in der WO 2005/021822 A1 enthalten. Die Beschichtung bestand dabei im Wesentlichen aus Zink und enthielt zusätzlich ein oder mehrere sauerstoffaffine Elemente in einer Gesamtmenge von 0,1 - 15 Gew.-% bezogen auf die gesamte Beschichtung. Als sauerstoffaffine Elemente sind dabei Mg, Al, Ti, Si, Ca, B und Mn konkret benannt. Das so beschichtete Stahlblech wurde anschließend unter Zutritt von Luftsauerstoff auf eine zum Härten notwendige Temperatur gebracht. Bei dieser Wärmebehandlung bildete sich eine oberflächliche Oxidschicht des oder der sauerstoffaffinen Elemente.The results of a systematic study of the properties of zinc alloy coatings on a steel sheet consisting of a hardenable steel are in the WO 2005/021822 A1 contain. The coating consisted essentially of zinc and additionally contained one or more oxygen-affine elements in a total amount of 0.1-15 wt .-% based on the total coating. The oxygen-affine elements are specifically named Mg, Al, Ti, Si, Ca, B and Mn. The steel sheet coated in this way was then brought to a temperature necessary for hardening under the admission of atmospheric oxygen. In this heat treatment, a superficial oxide layer of the oxygen-affine element (s) formed.

Gemäß einem der in der WO 2005/021822 A1 beschriebenen Versuche ist auf einem Blech nicht näher angegebener Zusammensetzung durch elektrochemische Abscheidung von Zink und Nickel ein ZnNi-Überzug erzeugt worden. Das Gewichtsverhältnis von Zink zu Nickel in der Korrosionsschutzschicht betrug bei einer Schichtdicke von 5 µm etwa 90/10. Das so beschichtete Blech ist für 270 s bei 900 °C bei Anwesenheit von Luftsauerstoff geglüht worden. Dabei entstand durch Diffusion des Stahls mit der Zinkschicht eine dünne Diffusionsschicht aus Zink, Nickel und Eisen. Gleichzeitig oxidierte der Großteil des Zinks zu Zinkoxid.According to one of the in the WO 2005/021822 A1 experiments described on a sheet unspecified composition by electrochemical deposition of zinc and nickel ZnNi coating has been produced. The weight ratio of zinc to nickel in the anticorrosion layer was about 90/10 at a layer thickness of 5 μm. The thus coated sheet has been annealed for 270 s at 900 ° C. in the presence of atmospheric oxygen. The diffusion of the steel with the zinc layer resulted in a thin diffusion layer of zinc, nickel and iron. At the same time, most of the zinc oxidized to zinc oxide.

Nach den in der WO 2005/021822 A1 dokumentierten Feststellungen stellte der so erhaltene ZnNi-Überzug einen reinen Barriereschutz ohne kathodische Korrosionsschutzwirkung dar. Seine Oberfläche zeigte ein verzundertes, grünes Aussehen mit kleinen lokalen Abplatzungen, an welchen die Oxidschicht nicht am Stahl haftet. Diese Fehler sind gemäß der WO 2005/021822 darin begründet, dass der Überzug selbst kein ausreichend sauerstoffaffines Element enthielt.After the in the WO 2005/021822 A1 According to documented findings, the ZnNi coating thus obtained was a pure barrier protection without cathodic corrosion protection effect. Its surface showed a verdallert, green appearance with small local flaking to which the oxide layer does not adhere to the steel. These errors are in accordance with the WO 2005/021822 due to the fact that the coating itself did not contain a sufficiently oxygen-affine element.

Vor diesem Hintergrund bestand die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe darin, ein in der Praxis einfach durchzuführendes Verfahren anzugeben, das es erlaubt, mit vergleichbar geringem Aufwand ein Stahlbauteil herzustellen, das mit einem gut haftenden und sicher vor Korrosion schützenden metallischen Überzug versehen ist. Darüber hinaus sollte ein entsprechend beschaffenes Stahlbauteil angegeben werden.Against this background, the object underlying the invention was to specify a method which is easy to carry out in practice and which makes it possible to produce a steel component with comparatively little effort, which is provided with a metallic coating which adheres well and reliably protects against corrosion. In addition, a corresponding procured steel component should be specified.

In Bezug auf das Verfahren ist diese Aufgabe gemäß einer ersten Variante der Erfindung dadurch gelöst worden, dass bei der Herstellung eines Stahlbauteils die in Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte durchlaufen werden.With regard to the method, this object has been achieved according to a first variant of the invention in that in the production of a steel component, the method steps indicated in claim 1 are passed.

Eine alternative, die oben genannte Aufgabe in entsprechender Weise lösende Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Anspruch 2 angegeben.An alternative, the above object in a corresponding manner-solving variant of the method according to the invention is given in claim 2.

Die erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Formen des Stahlbauteils im so genannten "direkten" Verfahren, während die zweite Verfahrensvariante das Formen des Stahlbauteils im so genannten "indirekten" Verfahren beinhaltet.The first variant of the method according to the invention comprises the shaping of the steel component in the so-called "direct" method, while the second method variant involves the shaping of the steel component in the so-called "indirect" method.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verfahrensvarianten sind in den auf die Ansprüche 1 oder 2 rückbezogenen Ansprüchen angegeben und nachfolgend erläutert.Advantageous embodiments of the method variants according to the invention are specified in the claims back to the claims 1 or 2 and explained below.

In Bezug auf das Stahlbauteil besteht die erfindungsgemäße Lösung der oben genannten Aufgabe darin, dass ein solches Bauteil die in Anspruch 14 angegebenen Merkmale aufweist. Vorteilhafte Varianten des erfindungsgemäßen Stahlbauteils sind in den auf Anspruch 14 rückbezogenen Ansprüchen angeben und nachfolgend erläutert.With respect to the steel component, the solution according to the invention of the abovementioned object is that such a component has the features specified in claim 14. Advantageous variants of the steel component according to the invention are specified in the dependent claims on claim 14 and explained below.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines mit einem metallischen, vor Korrosion schützenden Überzug versehenen Stahlbauteils, wird zunächst ein Stahlflachprodukt, d. h. ein Stahlband oder Stahlblech, zur Verfügung gestellt, das aus einem 0,3 - 3 Gew.-% Mangan enthaltenden, höherfesten und härtbaren Stahlwerkstoff erzeugt ist. Dieser weist eine Streckgrenze von 150 - 1100 MPa und eine Zugfestigkeit von 300 - 1200 MPa auf.In a method according to the invention for producing a steel component provided with a metallic coating which protects against corrosion, a flat steel product, ie a steel strip or steel sheet, is first of all made of a 0.3 to 3 wt .-% manganese-containing, higher-strength and hardenable steel material is produced. This has a yield strength of 150-1100 MPa and a tensile strength of 300-1200 MPa.

Typischerweise kann es sich bei diesem Stahlwerkstoff um einen hochfesten MnB-Stahl in an sich bekannter Zusammensetzung handeln. Dementsprechend kann der erfindungsgemäß verarbeitete Stahl neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) 0,2 - 0,5 % C, 0,5 - 3,0 % Mn, 0,002-0,004 % B sowie optional eines oder mehrere Elemente der Gruppe "Si, Cr, Al, Ti" in folgenden Gehalten enthalten: 0,1 - 0,3 % Si, 0,1 - 0,5 % Cr, 0,02 - 0,05 Al, 0,025 - 0,04 % Ti.Typically, this steel material may be a high strength MnB steel of known composition. Accordingly, in addition to iron and unavoidable impurities (in% by weight), the steel processed according to the invention may contain 0.2-0.5% C, 0.5-3.0% Mn, 0.002-0.004% B, and optionally one or more elements of Group "Si, Cr, Al, Ti" contained in the following contents: 0.1-0.3% Si, 0.1-0.5% Cr, 0.02-0.05 Al, 0.025-0.04% Ti.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Herstellen von Stahlbauteilen sowohl aus in konventioneller Weise nur warmgewalztem Warmband oder -blech als auch aus in konventioneller Weise kaltgewalztem Stahlband oder -blech.The inventive method is suitable for the production of steel components both from conventionally only hot rolled hot strip or sheet as well as from conventionally cold rolled steel strip or sheet.

Das entsprechend beschaffene und bereitgestellte Stahlflachprodukt wird mit einem Korrosionsschutzüberzug beschichtet, wobei dieser Überzug erfindungsgemäß einen elektrolytisch auf das Stahlsubstrat aufgebrachten, einphasig aus γ-ZnNi-Phase bestehenden Zink-Nickel-Legierungsüberzug umfasst. Dieser ZnNi-Legierungsüberzug kann bereits alleine den Korrosionsüberzug bilden oder um weitere auf ihn aufgebrachte Schutzschichten ergänzt sein.The correspondingly produced and provided flat steel product is coated with a corrosion protection coating, this coating according to the invention comprises an electrolytically applied to the steel substrate, one-phase consisting of γ-ZnNi phase zinc-nickel alloy coating. This ZnNi alloy coating alone can form the corrosion coating or be supplemented by further protective layers applied to it.

Entscheidend ist, dass die γ-Zink-Nickel-Phase des auf dem Stahlsubstrat aufliegenden ZnNi-Legierungsüberzuges bereits durch die elektrolytische Beschichtung realisiert wird. D.h., anders als bei Beschichtungsprozessen, bei denen sich erst in Folge der Erwärmung auf die für die anschließende Warmformgebung und Härtung erforderliche Temperatur und die dadurch einsetzenden Diffusionsprozesse eine Legierungsschicht bildet, liegt bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise bereits vor der Erwärmung auf dem Stahlflachprodukt eine Legierungsschicht bestimmter Zusammensetzung und Struktur vor, die aus Zink und Nickel zusammengesetzt ist. Dabei sind die Anteile an Zn und Ni sowie die Abscheidebedingungen während der Erzeugung der ZnNi-Legierungsschicht so gewählt, dass die ZnNi-Legierungsschicht als einphasiger, aus Ni5Zn21-Phase bestehender Überzug mit einer kubischen Gitterstruktur ausgebildet ist. Zu beachten ist, dass sich diese γ-ZnNi-Phasenschicht bei einer Abscheidung über einen Elektrolyten nicht in der stöchiometrischen Zusammensetzung einstellt, sondern bei Nickelgehalten die im Bereich von 7 - 15 % liegen, wobei sich bei Ni-Gehalten von bis zu 13 Gew.-%, insbesondere von 9 - 11 Gew.-%, besonders gute Eigenschaften des Überzugs ergeben.It is crucial that the γ-zinc-nickel phase of the resting on the steel substrate ZnNi alloy coating is already realized by the electrolytic coating. That is, unlike coating processes in which an alloy layer forms only as a result of heating to the temperature required for the subsequent hot forming and curing and the resulting diffusion processes, according to the invention is an alloy layer of specific composition and prior to heating on the flat steel product Structure composed of zinc and nickel. In this case, the proportions of Zn and Ni and the deposition conditions during the production of the ZnNi alloy layer are selected so that the ZnNi alloy layer is formed as a single-phase coating of Ni5Zn21 phase with a cubic lattice structure. It should be noted that this γ-ZnNi phase layer is deposited in an electrolyte deposition not in the stoichiometric composition, but at nickel contents in the range of 7-15%, with at Ni contents of up to 13 wt. %, in particular from 9 to 11% by weight, give particularly good properties of the coating.

Unter den voranstehend erwähnten "Abscheidebedingungen" der elektrolytischen Beschichtung sind beispielsweise die Art der Strömung am zu beschichtenden Substrat, die Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten, das Ni/Zn-Verhältnis des Elektrolyten, die Ausrichtung der Elektrolytströmung in Bezug auf das jeweils zu beschichtende Stahlsubstrat, die Stromdichte, die Temperatur und der pH-Wert des Elektrolyten zusammengefasst. Erfindungsgemäß sind diese Einflussgrößen so aufeinander abzustimmen, dass sich der angestrebte einphasige ZnNi-Überzug mit den erfindungsgemäß vorgegebenen Ni-Gehalten einstellt. Dazu können die genannten Parameter in Abhängigkeit von der jeweils zur Verfügung stehenden Anlagentechnik jeweils wie folgt variiert werden:

  • Die Art der Strömung am zu beschichtenden Substrat: Laminar oder turbulent; sowohl bei laminarer als auch bei turbulenter Strömung des Elektrolyten am zu beschichtenden Stahlflachprodukt stellen sich gute Beschichtungsergebnisse ein. Bei vielen in der Praxis zur Verfügung stehenden Beschichtungsanlagen wird jedoch aufgrund des intensiveren Austauschs zwischen Elektrolyt und Stahlsubstrat in der Praxis jedoch eine turbulente Strömung bevorzugt werden,
  • Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten: 0,1 - 6 m/s;
  • Ni/Zn-Verhältnis des Elektrolyten: 0,4 - 4;
  • Ausrichtung der Elektrolytströmung in Bezug auf das jeweils zu beschichtende Stahlsubstrat: Die Beschichtung des Stahlsubstrats kann sowohl in vertikal als auch in horizontal ausgerichteten Zellen erfolgen;
  • Stromdichte: 10 - 140 A/dm2;
  • Temperatur des Elektrolyten: 30 - 70°C;
  • pH-Wert des Elektrolyten: 1 - 3,5.
Among the above-mentioned "deposition conditions" of the electrolytic coating are, for example, the type of flow on the substrate to be coated, the flow rate of the electrolyte, the Ni / Zn ratio of the electrolyte, the orientation of the electrolyte flow with respect to each coated steel substrate, the current density, the temperature and the pH of the electrolyte. According to the invention, these influencing variables are to be coordinated with one another in such a way that the desired single-phase ZnNi coating is established with the Ni contents predetermined according to the invention. For this purpose, the parameters mentioned can be varied as follows, depending on the respective available system technology:
  • The type of flow on the substrate to be coated: laminar or turbulent; Both with laminar and turbulent flow of the electrolyte to be coated flat steel product set up good coating results. However, in many coating systems available in practice, a turbulent flow will be preferred in practice due to the more intensive exchange between electrolyte and steel substrate.
  • Flow velocity of the electrolyte: 0.1 - 6 m / s;
  • Ni / Zn ratio of the electrolyte: 0.4 - 4;
  • Alignment of the electrolyte flow with respect to the steel substrate to be coated: The coating of the steel substrate can take place in both vertically and horizontally aligned cells;
  • Current density: 10 - 140 A / dm2;
  • Temperature of the electrolyte: 30 - 70 ° C;
  • pH of the electrolyte: 1 - 3.5.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen elektrolytisch erfolgenden Beschichtung des Stahlflachprodukts mit einer ZnNi-Legierungsschicht exakt vorgegebener Zusammensetzung und Struktur besteht auch darin, dass der daraus erzeugte Überzug eine matte, raue Oberfläche besitzt, die ein geringeres Reflektionsvermögen aufweist, als die im Zuge bekannter Warmpressformverfahren typischerweise erzeugten Zn-Überzüge. Infolgedessen weisen in erfindungsgemäßer Weise beschichtete Stahlflachprodukte ein erhöhtes Wärmeabsorbtionsvermögen auf, so dass die anschließende Erwärmung auf die jeweilige Platinen- bzw. Bauteiltemperatur schneller und mit geringerem Energieaufwand erfolgen kann. Die so ermöglichten kürzeren Ofenliegezeiten und Energieeinsparungen machen das erfindungsgemäße Verfahren besonders wirtschaftlich.A particular advantage of the electrolytic coating according to the invention of the flat steel product with a ZnNi alloy layer of exactly predetermined composition and structure is also that the coating produced therefrom has a matt, rough surface which has a lower reflectivity than those typically produced in the course of known hot-press molding processes Zn-coatings. As a result, steel flat products coated in accordance with the invention have an increased heat absorption capacity, so that the subsequent heating to the respective board or component temperature can take place more quickly and with less expenditure of energy. The thus made shorter furnace lay times and energy savings make the inventive method particularly economical.

Aus dem in erfindungsgemäßer Weise beschichteten Stahlflachprodukt wird dann eine Stahlplatine gebildet. Diese kann in an sich bekannter Weise von dem jeweiligen Stahlband oder Stahlblech abgeteilt werden. Denkbar ist aber auch, dass das Stahlflachprodukt bei der Beschichtung bereits die für die anschließende Formgebung zu dem Bauteil benötigte Form besitzt, also der Platine entspricht.From the steel flat product coated in accordance with the invention, a steel plate is then formed. This can be divided in a conventional manner of the respective steel strip or steel sheet. It is also conceivable, however, that the flat steel product in the coating already has the shape required for the subsequent shaping of the component, that is to say corresponds to the printed circuit board.

Die so in erfindungsgemäßer Weise mit einem einphasigen ZnNi-Legierungsüberzug versehene Stahlplatine wird gemäß der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens anschließend auf eine nicht weniger als 800 °C betragende Platinentemperatur erwärmt und daraufhin aus der erwärmten Platine das Stahlbauteil geformt. Gemäß der zweiten Verfahrensvariante wird dagegen aus der Platine zunächst das Stahlbauteil zumindest vorgeformt und erst darauf folgend die Erwärmung auf eine mindestens 800 °C betragende Bauteiltemperatur durchgeführt.The thus provided in accordance with the invention with a single-phase ZnNi alloy coating steel plate is then heated according to the first variant of the method according to the invention to a not less than 800 ° C amounting platinum temperature and then formed from the heated board, the steel component. According to the In the second variant of the method, on the other hand, the steel component is first at least preformed from the blank and only then is the heating carried out to a component temperature of at least 800 ° C.

Im Zuge der Erwärmung auf die mindestens 800 °C betragende Platinen- bzw. Bauteiltemperatur setzt bereits bei Temperaturen unterhalb von 700 °C in der auf das Stahlsubstrat aufgetragenen ZnNi-Legierungsschicht eine teilweise Substitution von Atomen ein, bei der sich die intermetallischey-Zink-Nickel-Phase (Ni5Zn21) in eine r-Zink-Eisen-Phase (Fe3Zn10) umordnet. Ab ca. 750 °C bildet sich dann bei weiter fortschreitender Erwärmung ein α-Ferrit-Mischkristall, in dem Zn und Ni gelöst vorliegen. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis das Stahlsubstrat auf die jeweilige Platinen- bzw. Bauteiltemperatur von mindestens 800 °C erwärmt ist und auf dem Stahlsubstrat ein zweiphasiger Überzug vorliegt, der aus einem α-Fe-Mischkristall, in dem Zn und Ni gelöst vorliegen, und einer Misch-Gamma Phase ZnxNi(Fe)y besteht, in der Ni-Atome durch Fe-Atome substituiert sind und umgekehrt. Am in erfindungsgemäßer Weise erzeugten Bauteil liegt demgemäß keine reine Legierungsschicht mehr vor, sondern es ist ein zweiphasiger Überzug vorhanden, der zum weitaus überwiegenden Teil aus α-Fe(Zn,Ni)-Mischkristall besteht und bei dem intermetallische Verbindungen von Zn, Ni und Fe allenfalls in einem minimierten Umfang vorhanden sind. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem zunächst ein Zink-Überzug auf das Stahlsubstrat aufgebracht und bei dem sich dann im Zuge der vor der Warmverformung durchgeführten Erwärmung durch eine Transformation der Beschichtung auf dem Stahlblech eine intermetallische Verbindung einstellt, startet man bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise von vornherein mit einem auf dem Stahlsubstrat elektrolytisch abgeschiedenen, aus einer gezielt erzeugten intermetallischen Verbindung bestehenden Legierungsüberzug, der im für die Formgebung oder Härtung durchgeführten Glühprozess zum weitaus größten Teil in Mischkristall umwandelt.In the course of heating to the at least 800 ° C amounting board or component temperature is already at temperatures below 700 ° C in the applied to the steel substrate ZnNi alloy layer, a partial substitution of atoms, in which the intermetallic-zinc-nickel Phase (Ni5Zn21) into a r-zinc-iron phase (Fe3Zn10) rearranges. From about 750 ° C then forms an advancing heating an α-ferrite solid solution in which Zn and Ni are present dissolved. This process continues until the steel substrate is heated to the respective board or component temperature of at least 800 ° C. and a two-phase coating consisting of an α-Fe mixed crystal in which Zn and Ni are dissolved is present on the steel substrate. and a mixed gamma phase Zn x Ni (Fe) y in which Ni atoms are substituted by Fe atoms and vice versa. Accordingly, no pure alloy layer is present on the component produced in the manner according to the invention, but rather a two-phase coating is present, which for the most part consists of α-Fe (Zn, Ni) mixed crystal and in which intermetallic compounds of Zn, Ni and Fe if necessary, are present in a minimized extent. In contrast to the prior art, in which initially applied a zinc coating on the steel substrate and in which then in the course of the carried out before the hot deformation by heating a transformation of the coating on the steel sheet sets an intermetallic compound, one starts in the inventive procedure from the outset with an electrolytically deposited on the steel substrate, consisting of a selectively generated intermetallic alloy coating, in the performed for shaping or curing annealing process by far the largest part Mixed crystal converts.

Am fertigen Produkt ist so ein Überzug vorhanden, der zu mindestens 70 Masse-%, insbesondere zu mindestens 75 %, und typischerweise bis zu 95 Masse-%, insbesondere 75 - 90 %, aus Mischkristall und Resten von intermetallischer Phase besteht. Abhängig von den Glühbedingungen und der Dicke des jeweiligen Überzugs sind diese als versprengte kleinvolumige Ansammlungen zwischen den Mischkristallen verteilt oder befinden sich auf dem Mischkristall. Konkret wechselt also der ursprüngliche Legierungsüberzug im Zustandsschaubild von der Zn-reichen Ecke in die Fereiche Ecke. Es liegt demgemäß am fertigen Stahlbauteil eine Eisenzinklegierung vor. D.h., bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise wird eine Beschichtung erhalten, die nicht mehr auf Zink basiert, sondern aus einer Legierung auf einer Basis von Eisen besteht.The finished product thus has a coating which consists of at least 70% by weight, in particular at least 75%, and typically up to 95% by weight, in particular 75-90%, of mixed crystal and residues of intermetallic phase. Depending on the annealing conditions and the thickness of the respective coating, these are distributed as dispersed small-volume accumulations between the mixed crystals or are on the mixed crystal. Specifically, therefore, the original alloy coating in the state diagram changes from the Zn-rich corner to the Fear corner. Accordingly, an iron zinc alloy is present on the finished steel component. That is, in the procedure according to the invention, a coating is obtained which is no longer zinc-based but consists of an iron-based alloy.

Gemäß der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erfindungsgemäß auf eine Temperatur von mindestens 800 °C erwärmte Platine zu dem Stahlbauteil geformt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Platine im unmittelbaren Anschluss an die Erwärmung zu dem jeweils verwendeten Formwerkzeug gefördert wird. Auf dem Weg zu dem Formwerkzeug kommt es in der Regel unvermeidbar zu einer Abkühlung der Platine, so dass im Fall einer solchen auf die Erwärmung folgenden Warmformgebung die Temperatur der Platine bei Eintritt in das Formwerkzeug üblicherweise niedriger liegt als die Platinentemperatur am Ausgang des Ofens. In dem Formwerkzeug wird die Stahlplatine in an sich bekannter Weise zu dem Stahlbauteil geformt.According to the first variant of the method according to the invention, the inventively heated to a temperature of at least 800 ° C board is formed to the steel component. This can be done, for example, that the board immediately after the heating to the mold used in each case is encouraged. On the way to the mold, it is inevitable inevitable to a cooling of the board, so that in the case of such a warming following hot forming the temperature of the board when entering the mold is usually lower than the board temperature at the outlet of the furnace. In the mold, the steel plate is formed in a conventional manner to the steel component.

Wird die Formgebung bei für die Bildung von Härte- oder Vergütungsgefüge ausreichend hohen Temperaturen durchgeführt, so lässt sich das erhaltene Stahlbauteil ausgehend von der jeweiligen Temperatur mit einer Abkühlgeschwindigkeit abkühlen, die für die Entstehung von Vergütungs- oder Härtegefüge in seinem Stahlsubstrat ausreicht. Dieser Vorgang lässt sich besonders wirtschaftlich im Warmformwerkzeug selbst durchführen.If the shaping is carried out at temperatures which are sufficiently high for the formation of hardness or compensation structures, then the steel component obtained can be cooled, starting from the respective temperature, at a cooling rate sufficient for the formation of tempering or hardening structure in its steel substrate. This process can be carried out particularly economically in the thermoforming tool itself.

Dementsprechend eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren aufgrund der Unempfindlichkeit des in erfindungsgemäßer Weise beschichteten Stahlflachproduktes gegen Risse des Stahlsubstrats und Abrieb insbesondere für das einstufige Warmpressformen, bei dem eine Warmformgebung und die Abkühlung des Stahlbauteils unter Ausnutzung der Wärme der zuvor durchgeführten Erwärmung auf die Platinentemperatur in einem Zuge in einem Werkzeug durchgeführt werden.Accordingly, the method of the invention is due to the insensitivity of coated in accordance with the invention steel flat product against cracks in the steel substrate and abrasion especially for one-stage hot press molding, in which a thermoforming and cooling of the steel component by utilizing the heat of the previously carried out heating to the board temperature in one go be done in a tool.

Bei der zweiten Verfahrensvariante wird zunächst die Platine gebildet und dann ohne zwischengeschaltete Wärmebehandlung aus dieser Platine das Stahlbauteil geformt. Das Formen des Stahlbauteils erfolgt dabei typischerweise in einem Kaltformvorgang, bei dem eine oder mehrere Kaltumformoperationen durchgeführt werden. Der Grad der Kaltformgebung kann dabei so hoch sein, dass das erhaltene Stahlbauteil im Wesentlichen vollständig fertig ausgeformt ist. Jedoch ist es auch denkbar, die erste Formgebung als Vorformen durchzuführen und das Stahlbauteil nach dem Erwärmen in einem Formwerkzeug fertig zu formen. Dieses Fertigformen kann mit dem Härtevorgang kombiniert werden, indem das Härten als Formhärten in einem geeigneten Formwerkzeug durchgeführt wird. Dabei wird das Stahlbauteil in eine seine fertige Endform abbildendes Werkzeug gelegt und für die Ausbildung des gewünschten Härte- oder Vergütungsgefüges ausreichend schnell abgekühlt. Das Formhärten ermöglicht so eine besonders gute Formhaltigkeit des Stahlbauteils. Die Formänderung während des Formhärtens ist dabei üblicherweise gering.In the second variant of the method, first the circuit board is formed and then, without intermediary heat treatment, the steel component is formed from this circuit board. The shaping of the steel component takes place typically in a cold forming operation where one or more cold forming operations are performed. The degree of cold forming can be so high that the steel component obtained is substantially completely finished. However, it is also conceivable to perform the first shaping as preforms and to finish the steel component after heating in a mold. This finish forming can be combined with the hardening process by carrying out the hardening as a form hardening in a suitable molding tool. In this case, the steel component is placed in a finished final shape imaging tool and cooled sufficiently quickly for the formation of the desired hardness or tempering. The form hardening thus enables a particularly good dimensional stability of the steel component. The shape change during mold hardening is usually low.

Unabhängig davon, welche der beiden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens angewendet werden, müssen weder die Formgebung noch die zur Ausbildung des Härte- oder Vergütungsgefüges benötigte Abkühlung in besonderer, vom Stand der Technik abweichender Weise durchgeführt werden. Vielmehr können bekannte Verfahren und vorhandene Vorrichtungen für diesen Zweck eingesetzt werden. Aufgrund dessen, dass in erfindungsgemäßer Weise bereits auf der zu verformenden Platine ein Legierungsüberzug erzeugt ist, besteht im Fall einer Warmformgebung oder einem Formen bei erhöhten Temperaturen keine Gefahr, dass es zu einer Erweichung des Überzuges und dementsprechend zu Anhaftungen von Überzugsmaterial an den mit ihm in Kontakt kommenden Flächen des Werkzeugs kommt.Regardless of which of the two variants of the method according to the invention are used, neither the shaping nor the cooling required for the formation of the hardness or compensation structure must be carried out in a manner deviating from the prior art. Rather, known methods and existing devices can be used for this purpose. Due to the fact that an alloy coating is already produced on the board to be deformed in accordance with the invention, in the case of hot forming or molding at elevated temperatures, there is no risk of softening of the coating and, accordingly, adhesions of coating material to the coating in it Contact coming surfaces of the tool comes.

Dem Mn-Gehalt des erfindungsgemäß verarbeiteten Stahlsubstrats von 0,3 - 3 Gew.-%, insbesondere 0,5 - 3 Gew.-%, kommt in Kombination mit dem erfindungsgemäß auf dem Stahlflachprodukt erzeugten, aus α-Fe(Zn,Ni)-Mischkristall und einem untergeordneten Anteil von intermetallischen Verbindungen bestehenden Überzug eine besondere Bedeutung zu. So trägt das im Stahlsubstrat vorhandene Mn beim erfindungsgemäß erzeugten Stahlbauteil zur guten Haftung des Überzugs bei.The Mn content of the steel substrate of the invention processed from 0.3 to 3 wt .-%, in particular 0.5 to 3 wt .-%, in combination with the invention produced on the steel flat product, from α-Fe (Zn, Ni) Mixed crystal and a minor proportion of intermetallic compounds existing coating of particular importance. Thus, the Mn present in the steel substrate in the steel component produced according to the invention contributes to the good adhesion of the coating.

Vor der Erwärmung auf die Platinen- bzw. Bauteiltemperatur enthält der erfindungsgemäß aufgebrachte Korrosionsschutzüberzug jeweils weniger als 0,1 Gew.-% Mangan. Bei der anschließenden Erwärmung auf die Platinen- bzw. Bauteiltemperatur setzt dann eine Diffusion des im Stahlsubstrat vorhandenen Mangans in Richtung der freien Oberfläche des erfindungsgemäß aufgebrachten Korrosionsschutzüberzuges ein.Before being heated to the board or component temperature, the anticorrosive coating applied according to the invention contains less than 0.1% by weight of manganese in each case. During the subsequent heating to the board or component temperature, diffusion of the manganese present in the steel substrate then begins in the direction of the free surface of the anticorrosive coating applied according to the invention.

Die bei der Erwärmung in die ZnNi-Legierungsschicht eindiffundierenden Mn-Atome bewirken zum einen eine intensive Ankopplung des Überzugs an das Stahlsubstrat.On the one hand, the Mn atoms diffusing into the ZnNi alloy layer upon heating cause an intensive coupling of the coating to the steel substrate.

Zum anderen gelangt Mn zu einem wesentlichen Teil an die Oberfläche des erfindungsgemäß erzeugten Korrosionsschutzüberzuges und lagert sich dort in metallisch und oder oxidischer Form an. Die Dicke der auf diese Weise auf dem erfindungsgemäß erzeugten Überzug vorhandenen Mn-haltigen Schicht - nachfolgend der Einfachheit halber nur "Mn-Oxidschicht" genannt - beträgt typischerweise 0,1 - 5 µm. Die positiven Effekte der Mn-Oxidschicht stellen sich dabei besonders sicher ein, wenn ihre Dicke mindestens 0,2 µm, insbesondere mindestens 0,5 µm beträgt. Der Mn-Gehalt des Korrosionsschutzüberzuges liegt in dieser oberflächennahen, an die Oberfläche angrenzenden Mn-haltigen Schicht bei 1 - 18 Gew.-%, insbesondere 4 - 7 Gew.-%.On the other hand, Mn reaches a substantial part of the surface of the corrosion protection coating produced according to the invention and is deposited there in metallic and / or oxidic form. The thickness of the Mn-containing layer present in this way on the coating produced according to the invention - hereinafter referred to simply as "Mn oxide layer" for the sake of simplicity - is typically 0.1-5 μm. The positive effects of the Mn oxide layer are particularly safe when its thickness is at least 0.2 μm, in particular at least 0.5 μm. The Mn content of the anticorrosive coating is in this near-surface, adjacent to the surface Mn-containing layer at 1-18 wt .-%, in particular 4-7 wt .-%.

Neben der voranstehend beschriebenen Ankopplung an das Stahlsubstrat sichert die auf dem in erfindungsgemäßer Weise erzeugten Überzug vorhandene ausgeprägte Mn-Oxidschicht eine besonders gute Haftung von auf den Korrosionsschutzüberzug aufgebrachten organischen Beschichtungen. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise eignet sich daher insbesondere zur Herstellung von Teilen für Fahrzeugkarosserien, die nach ihrer Formgebung mit einer Lackierung versehen werden.In addition to the coupling to the steel substrate described above, the pronounced Mn oxide layer present on the coating produced in accordance with the invention ensures particularly good adhesion of organic coatings applied to the anticorrosive coating. The procedure according to the invention is therefore particularly suitable for the production of parts for vehicle bodies, which are provided with a coating after their shaping.

Anders als beim eingangs erläuterten Stand der Technik ist ein Entfernen der erfindungsgemäß erhaltenen ausgeprägten Oxidschicht gemäß der Erfindung nicht zwingend notwendig. Vielmehr sieht eine praxisgerechte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfahrensvarianten vor, dass die bei erfindungsgemäßem Vorgehen erhaltene Oxidschicht gezielt auf dem Korrosionsschutzüberzug verbleibt, da diese Oxidschicht nicht nur eine besonders gute Beschichtbarkeit, sondern aufgrund ihrer vergleichbar hohen Leitfähigkeit darüber hinaus auch eine insgesamt gute Verschweißbarkeit erfindungsgemäß erzeugter und beschaffener Stahlbauteile gewährleistet.Unlike the prior art described at the outset, it is not absolutely necessary to remove the pronounced oxide layer obtained according to the invention in accordance with the invention. Rather, a practice-oriented embodiment of the method variants according to the invention provides that the oxide layer obtained in the process according to the invention selectively remains on the anticorrosive coating, since this oxide layer not only a particularly good coatability, but because of their comparatively high conductivity beyond a total good weldability inventively produced and procured Steel components guaranteed.

Bei der Verwendung von Stählen mit einem Mn-Gehalt von weniger als 0,3 Gew.-% ergibt sich ein Überzug mit gelblichem Erscheinungsbild, was darauf hindeutet, dass auf dem Überzug eine hauptsächlich aus ZnO bestehende Oxidschicht vorhanden ist. Der so beschaffene Überzug zeigt nach der Warmformgebung, ähnlich wie bei dem in der WO 2005/012822 berichteten Versuch, lokale Abplatzungen und Zunderstellen. Ein erfindungsgemäß auf einem mindestens 0,3 Gew.-% Mn enthaltenden Stahl erzeugter Überzug besitzt dagegen eine bräunliche Oberfläche, die frei von Zunderstellen und Abplatzungen ist.The use of steels with an Mn content of less than 0.3% by weight results in a coating with a yellowish appearance, indicating that on the coating there is an oxide layer mainly composed of ZnO. The coating thus obtained shows after the thermoforming, similar to that in the WO 2005/012822 reported trial, local flaking and tindering. On the other hand, a coating produced according to the invention on a steel containing at least 0.3% by weight of Mn has a brownish surface which is free from tearing and flaking.

Der erfindungsgemäß auf dem Stahlflachprodukt abgeschiedene ZnNi-Überzug wird in der Praxis mit einer Dicke von 0,5 - 20 µm aufgebracht. Eine besonders gute Schutzwirkung des erfindungsgemäß erzeugten ZnNi-Überzuges stellt sich dabei dann ein, wenn er mehr als 2 µm dick auf dem Stahlflachprodukt abgeschieden wird. Typische Dicken eines erfindungsgemäß erzeugten Überzugs liegen im Bereich von 2 - 20 µm, insbesondere bei 5 - 10 µm.The ZnNi coating deposited on the flat steel product according to the invention is applied in practice with a thickness of 0.5-20 μm. A particularly good protective effect of the ZnNi coating produced according to the invention arises in this case if it is deposited more than 2 μm thick on the flat steel product. Typical thicknesses of a coating produced according to the invention are in the range from 2 to 20 μm, in particular from 5 to 10 μm.

Ein weiter optimierter Schutz des erfindungsgemäß erzeugten Stahlbauteils gegen Korrosion kann dadurch erreicht werden, dass der Korrosionsschutzüberzug zusätzlich zu dem auf das Stahlflachprodukt aufgebrachten ZnNi-Legierungsüberzug eine Zn-Schicht umfasst, die ebenfalls vor dem Erwärmungsschritt auf die ZnNi-Schicht aufgebracht wird. Es liegt dann auf dem für die Weiterverarbeitung zu dem erfindungsgemäßen Bauteil vorbereiteten Stahlflachprodukt vor der Erwärmung auf die jeweilige Platinen- bzw. Bauteiltemperatur ein mindestens zweilagiger Korrosionsschutzüberzug vor, dessen erste Lage aus der in erfindungsgemäßer Weise konstituierten ZnNi-Legierungsschicht und dessen zweite Lage aus der darauf liegenden, nur aus Zink bestehenden Zn-Schicht gebildet ist.A further optimized protection of the steel component according to the invention against corrosion can be achieved by the anticorrosive coating comprising, in addition to the ZnNi alloy coating applied to the flat steel product, a Zn layer which is likewise applied to the ZnNi layer before the heating step. It is then on the prepared for further processing to the component according to the invention flat steel product before heating to the respective board or component temperature before at least a two-layer anticorrosive coating whose first layer of the inventively embodied ZnNi alloy layer and its second layer of the formed thereon, consisting only of zinc Zn layer is formed.

Die zusätzlich aufgetragene, typischerweise 2,5 - 12,5 µm dicke Zn-Schicht liegt beim fertigen erfindungsgemäßen Stahlbauteil als Zn-reiche Schicht vor, in die Mn und Fe des Stahlsubstrats sowie Ni aus der ZnNi-Schicht einlegiert sein können. Dabei reagiert Zn zu einem Teil zu Zn-Oxid und bildet mit dem Mn aus dem Grundwerkstoff die auf dem erfindungsgemäß erzeugten Korrosionsschutzüberzug liegende Mn-haltige Schicht. Der Auftrag einer zusätzlichen Zn-Schicht des Korrosionsschutzüberzugs vor der Erwärmung für die Warmformgebung führt so zu einer weiteren Verbesserung des kathodischen Korrosionsschutzes.The additionally applied, typically 2.5-12.5 μm thick Zn layer is present in the finished steel component according to the invention as a Zn-rich layer into which Mn and Fe of the steel substrate and Ni from the ZnNi layer can be alloyed. In this case, Zn partially reacts to form Zn oxide and forms with the Mn from the base material the Mn-containing layer lying on the anticorrosive coating produced according to the invention. The application of an additional Zn layer of the anti-corrosion coating before heating for the hot forming thus leads to a further improvement of the cathodic corrosion protection.

Dabei hat sich herausgestellt, dass im fertig warmverformten und gehärteten Zustand auch bei Vorhandensein der zusätzlichen Zn-Schicht auf der Oberfläche des Korrosionsschutzüberzugs die voranstehend im Einzelnen beschriebene Mn-Oxidschicht vorhanden ist. Diese stellt genauso bei einem aus einer ZnNi- und Zn-Schicht kombinierten Korrosionsschutzüberzug die gute Verschweißbarkeit und die gute Eignung eines erfindungsgemäß erzeugten und beschaffenen Stahlbauteils für eine Lackierung sicher.It has been found that in the finished thermoformed and cured state, even in the presence of the additional Zn layer on the surface of the anticorrosive coating, the Mn oxide layer described above in detail is present. This ensures the good weldability and the good suitability of a steel component produced and procured according to the invention for painting in the same way with a corrosion protection coating combined from a ZnNi and Zn layer.

Die zusätzliche Zn-Schicht des Korrosionsschutzüberzuges lässt sich ebenso wie die zuvor aufgetragene ZnNi-Schicht elektrolytisch abscheiden. Dazu kann beispielsweise in einer im kontinuierlichen Durchlauf durchlaufenen, mehrstufigen Einrichtung zur elektrolytischen Beschichtung in den ersten Stufen der ZnNi-Legierungsüberzug auf dem jeweiligen Stahlsubstrat und in den darauf durchlaufenen Stufen die Zn-Schicht auf der ZnNi-Schicht abgeschieden werden.The additional Zn layer of the anticorrosive coating can be deposited as well as the previously applied ZnNi layer electrolytically. This can be done, for example, in a continuous pass through, multi-stage device for electrolytic Coating in the first stages of ZnNi alloy coating on the respective steel substrate and in the steps passed through the Zn layer are deposited on the ZnNi layer.

Den voranstehenden Erläuterungen entsprechend ist ein erfindungsgemäßes Stahlbauteil durch Warmpressformen hergestellt und weist ein aus einem 0,3 - 3 Gew.-% Mangan enthaltenden Stahl bestehendes Stahlsubstrat und einen darauf aufgetragenen Korrosionsschutzüberzug auf, der eine Überzugsschicht umfasst, die zu mindestens 70 Masse-% aus α-Fe(Zn,Ni)-Mischkristall und als Rest aus einer intermetallischen Verbindung von Zn, Ni und Fe besteht, und an seiner freien Oberfläche eine Mn-haltige Schicht besitzt, in der Mn in metallischer oder oxidischer Form vorliegt. Abhängig von der Glühdauer, der Glühtemperatur und der Dicke der Überzugsschicht sind dabei die intermetallischen Verbindungen im α-Fe(Zn,Ni)-Mischkristall als kleinvolumige Sprenkel dispergiert.As explained above, a steel component according to the invention is produced by hot press molding and comprises a steel substrate consisting of 0.3-3% by weight of manganese steel and a corrosion protection coating applied thereon comprising at least 70% by weight of a coating layer α-Fe (Zn, Ni) mixed crystal and the remainder of an intermetallic compound of Zn, Ni and Fe, and has on its free surface a Mn-containing layer in which Mn is present in metallic or oxidic form. Depending on the annealing time, the annealing temperature and the thickness of the coating layer, the intermetallic compounds in the α-Fe (Zn, Ni) mixed crystal are dispersed as small-volume speckles.

Zusätzlich kann der Korrosionsschutzüberzug in der voranstehend bereits beschriebenen Weise eine auf der ZnNi-Schicht aufliegende Zn-Schicht umfassen, wobei auch in diesem Fall die Mn-haltige Schicht auf dem Korrosionsschutzüberzug vorhanden ist.In addition, the anticorrosive coating in the manner already described above can comprise a Zn layer resting on the ZnNi layer, the Mn-containing layer also being present on the anticorrosive coating in this case as well.

Um ein optimales Ergebnis der elektrolytischen Beschichtung zu gewährleisten, kann das Stahlflachprodukt vor dem elektrolytischen Beschichten in an sich bekannter Weise einer Vorbehandlung unterzogen werden, bei der die Oberfläche des Stahlsubstrats so behandelt wird, dass sie einen für die nachfolgend durchgeführte Beschichtung mit der Korrosionsschicht optimal vorbereitete Oberflächenzustand besitzt. Dazu können ein oder mehrere der nachfolgend aufgezählten Vorbehandlungsschritte durchlaufen werden:

  • Alkalische Entfettung des Stahlflachprodukts in einem Entfettungsbad. Typischerweise enthält das Entfettungsbad 5 - 150 g/l, insbesondere 10 - 20 g/l, eines Tensid-Reinigers. Die Temperatur des Entfettungsbades beträgt dabei 20 - 85 °C, wobei sich eine besonders gute Wirksamkeit bei einer Badtemperatur von 65 - 75 °C einstellt. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Entfettung elektrolytisch erfolgt, wobei in diesem Fall besonders gute Reinigungsergebnisse erzielt werden, wenn mindestens ein Zyklus anodischer und kathodischer Probenpolung durchlaufen wird. Dabei kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn bei der alkalischen Reinigung nicht nur elektrolytisch tauchentfettet wird, sondern vor der elektrolytischen Reinigung schon eine Spritz-/Bürstreinigung mit dem alkalischen Medium durchgeführt wird.
  • Spülen des Stahlflachproduktes, wobei diese Spülung mittels Klarwasser oder vollentsalztem Wasser durchgeführt wird.
  • Dekapieren des Stahlflachproduktes. Beim Dekapieren werden die Flachprodukte durch ein Säurebad geleitet, das die Oxidschicht von ihnen abspült, ohne die Oberfläche des Stahlflachprodukts selbst anzugreifen. Durch den gezielt durchgeführten Schritt der Dekapierung wird der Oxidabtrag so gesteuert, dass man eine für die elektrolytische Bandverzinkung günstig eingestellte Oberfläche erhält. Nach dem Dekapieren kann ein erneutes Spülen des Stahlflachproduktes zweckmäßig sein, um Restbestände der beim Dekapieren eingesetzten Säure von dem Stahlflachprodukt zu entfernen.
  • Sofern ein Spülen des Stahlflachprodukts durchgeführt wird, kann das Stahlflachprodukt währenddessen mechanisch gebürstet werden, um auch fest sitzende Partikel von seiner Oberfläche zu beseitigen.
  • Auf dem vorbehandelten Stahlflachprodukt noch vorhandene Flüssigkeiten werden vor dem Eintritt in das Elektrolytbad üblicherweise mittels Abquetschrollen entfernt.
In order to ensure an optimum result of the electrolytic coating, the steel flat product may be subjected to a pretreatment in a manner known per se prior to the electrolytic coating, in which the surface of the steel substrate is treated so as to have a coating which is subsequently carried out the corrosion layer has optimally prepared surface condition. For this purpose, one or more of the pre-treatment steps enumerated below can be run through:
  • Alkaline degreasing of the flat steel product in a degreasing bath. Typically, the degreasing bath contains 5-150 g / l, especially 10-20 g / l, of a surfactant cleaner. The temperature of the degreasing bath is 20 - 85 ° C, with a particularly good effectiveness at a bath temperature of 65 - 75 ° C sets. This is especially true if the degreasing is carried out electrolytically, in which case particularly good cleaning results are achieved when at least one cycle of anodic and cathodic sample polarity is passed through. It may prove advantageous if in the alkaline cleaning is not only dipped electrolytically, but before the electrolytic cleaning already a spray / brush cleaning with the alkaline medium is performed.
  • Rinsing the flat steel product, wherein this rinse is carried out by means of clear water or demineralized water.
  • Picking the flat steel product. During pickling, the flat products are passed through an acid bath which rinses off the oxide layer without attacking the surface of the flat steel product itself. Through the deliberately carried out step of pickling the Oxidabtrag is controlled so that one for the Electrolytic galvanizing receives favorably adjusted surface. After picking, rinsing the flat steel product again may be expedient to remove residues of the acid used in pickling from the flat steel product.
  • Meanwhile, if a rinse of the flat steel product is performed, the steel flat product may be mechanically brushed to also remove stuck particles from its surface.
  • On the pretreated flat steel product still existing liquids are usually removed by means of squeezing rollers before entering the electrolyte bath.

Als praxisgerechte Beispiele für zu einem besonders guten Ergebnis der elektrolytischen Beschichtung führenden Vorbehandlungen sind folgende Varianten zu nennen:As practical examples for leading to a particularly good result of the electrolytic coating pretreatments are the following variants:

Beispiel 1:Example 1:

Ein haubengeglühtes Kaltband wird alkalisch spritzentfettet und zusätzlich elektrolytisch entfettet. Das Entfettungsbad enthält in einer Konzentration von 15 g/l einen handelsüblichen, unter dem Namen "Ridoline C72" erhältlichen Reiniger, der mehr als 25 % Natriumhydroxid, 1 - 5 % eines Fettalkoholethers und 5 - 10 % eines ethoxylierten, propoxylierten und methyliert C12-18 Alkohols aufweist. Die Badtemperatur beträgt 65 °C. Die Verweildauer in der Spritzentfettung beträgt 5 s. Daran schließt sich eine Bürstreinigung an.A hood annealed cold strip is alkaline degreased and additionally degreased electrolytically. The degreasing bath at a concentration of 15 g / l contains a commercial cleaner available under the name "Ridoline C72" containing more than 25% sodium hydroxide, 1-5% of a fatty alcohol ether and 5-10% of an ethoxylated, propoxylated and methylated C12- 18 alcohol. The bath temperature is 65 ° C. The residence time in the spray degreasing is 5 s. This is followed by a brush cleaning.

Im weiteren Verlauf wird das Band elektrolytisch entfettet bei einer Verweildauer von 3 s mit anodischer und kathodischer Polung sowie einer Stromdichte von 15 A/dm2. Daran schließt sich eine mehrstufige Spüle mit vollentsalztem Wasser bei Raumtemperatur mit Bürsteneinsatz an. Die Verweildauer in der Spüle beträgt 3 s. Im Folgenden wird eine Salzsäuredekapierung (20 g/l; Temperatur 35 - 38 °C) bei einer Verweilzeit von 11 s durchlaufen. Nach einer 8 s dauernden Spüle mit vollentsalztem Wasser wird das Blech nach dem Durchlaufen einer Abquetschvorrichtung in die Elektrolysezelle überführt. In dieser erfolgt die erfindungsgemäße Beschichtung des Stahlbands oder -blechs, wie nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele im Einzelnen erläutert. Das aus der elektrolytischen Beschichtungslinie austretende Stahlflachprodukt kann mehrstufig mit Wasser und vollentsalztem Wasser bei Raumtemperatur gespült werden. Die gesamte Verweilzeit in der Spüle beträgt 17 s. Im Anschluss durchläuft das Stahlflachprodukt dann noch eine Trocknungsstrecke.In the course of the strip is electrolytically degreased at a residence time of 3 s with anodic and cathodic polarity and a current density of 15 A / dm second This is followed by a multi-stage sink with demineralized water at room temperature with brush insert. The residence time in the sink is 3 s. In the following, a hydrochloric acid (20 g / l, temperature 35-38 ° C) is passed through with a residence time of 11 s. After an 8-s sink with demineralized water, the plate is transferred after passing through a squeezing in the electrolysis cell. In this coating according to the invention of the steel strip or sheet, as explained below with reference to the embodiments in detail. The steel flat product emerging from the electrolytic coating line can be rinsed in several stages with water and demineralized water at room temperature. The total residence time in the sink is 17 s. Subsequently, the flat steel product then passes through a drying section.

Beispiel 2:Example 2:

Warmband (gebeizt) der Güte 22MnB5 (1.5528) wird alkalisch spritzentfettet und elektrolytisch entfettet. Zusätzlich erfährt das Band in der alkalischen Spritzentfettung eine Bürstreinigung. Das Entfettungsbad enthält in einer Konzentration von 20 g/l einen handelsüblichen, unter dem Namen "Ridoline 1893" erhältlichen Reiniger, der 5 - 10 % Natriumhydroxid und 10 - 20 % Kaliumhydroxid enthält. Die Badtemperatur beträgt 75 °C. Die Verweildauer in der Spritzentfettung beträgt 2 s. Im weiteren Verlauf wird das Band elektrolytisch entfettet bei einer Verweildauer von 4 s mit anodischer und kathodischer Polung bei einer Stromdichte von 15 A/dm2. Daran schließt sich eine mehrstufige Spüle mit vollentsalztem Wasser bei Raumtemperatur mit vorgeschaltetem Bürsteneinsatz an. Die Verweildauer beträgt 3 s. Im Folgenden wird eine Salzsäuredekapierung (90 g/l; Temperatur max. 40 °C) bei einer Verweilzeit von 7 s durchlaufen. Nach einer fünfstufigen Kaskadenspülung mit vollentsalztem Wasser wird das Blech nach dem Durchlaufen einer Abquetschvorrichtung in die Elektrolysezelle überführt und dort, wie in der nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele beschrieben, in erfindungsgemäßer Weise mit einem Korrosionsschutzüberzug versehen. Nach dem Austritt aus der Anlage zum elektrolytischen Beschichten wird das nun erfindungsgemäß beschichtete Stahlflachprodukt dreistufig mit vollentsalztem Wasser bei 50 °C gespült. Im Anschluss durchläuft die Probe eine Trocknungsstrecke mit Umlufttrockner, wobei die Lufttemperatur mehr als 100 °C beträgt.Hot strip (pickled) of grade 22MnB5 (1.5528) is alkaline degreased and degreased electrolytically. In addition, the tape undergoes a brush cleaning in alkaline spray degreasing. The degreasing bath contains, at a concentration of 20 g / l, a commercial cleaner available under the name "Ridoline 1893" which contains 5-10% sodium hydroxide and 10-20% potassium hydroxide. The bath temperature is 75 ° C. The residence time in the spray degreasing is 2 s. In the course of the strip is electrolytically degreased at a residence time of 4 s with anodic and cathodic polarity at a current density of 15 A / dm second This is followed by a multi-stage sink with demineralized water at room temperature with upstream brush insert. The residence time is 3 s. In the following, a hydrochloric acid deacidification (90 g / l, temperature max 40 ° C) is carried out at a residence time of 7 s. After a five-stage cascade rinse with demineralized water, the sheet is transferred after passing through a squeezing into the electrolysis cell and there, as described in the following with reference to the embodiments, provided in accordance with the invention with a corrosion protection coating. After emerging from the plant for electrolytic coating, the steel flat product coated according to the invention is then rinsed in three stages with demineralized water at 50.degree. The sample then passes through a drying section with circulating air dryer, the air temperature being more than 100 ° C.

Beispiel 3:Example 3:

Haubengeglühtes Kaltband der Güte 22MnB5 (1.5528) wird alkalisch spritzentfettet und elektrolytisch entfettet. Das Entfettungsbad beinhaltet in einer Konzentration von 20 g/l einen Reiniger, der 1 - 5 % C12-18 Fettalkohol-Polyethylenglykol-Butylether und 0,5 - 2 % Kaliumhydroxid enthält. Die Badtemperatur beträgt 75 °C. Die Verweildauer in der horizontalen Spritzspüle beträgt 12 s. Daran schließt sich eine doppelte Bürstreinigung an. Im weiteren Verlauf wird das Band elektrolytisch entfettet bei einer Verweildauer von 9 s mit anodischer und kathodischer Polung und einer Stromdichte von 10 A/dm2. Daran schließt sich eine mehrstufige Spüle mit vollentsalztem Wasser bei Raumtemperatur mit Bürsteneinsatz an. Die Verweildauer beträgt 3 s. Im Folgenden wird eine Salzsäuredekapierung (100 g/l; Raumtemperatur) bei einer Verweilzeit von 27 s durchlaufen. Nach einer kombinierten Bürst- und Spritzfrischwasserspüle wird das Blech nach dem Durchlaufen einer Abquetschvorrichtung in die Elektrolysezelle überführt. Darin erfolgt die erfindungsgemäße elektrolytische Abscheidung des Korrosionsschutzüberzuges, wie nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele erläutert. Im Nachgang zu der elektrolytischen Beschichtung wird das dann in erfindungsgemäßer Weise beschichtete Stahlflachprodukt zweistufig mit Wasser und vollentsalztem Wasser bei 40 °C gespült. Gesamte Verweilzeit 18 s. Im Anschluss durchläuft die Probe eine Trocknungsstrecke mit Umluftgebläse mit einer Umlufttemperatur von 75 °C.Bonnet annealed cold strip of grade 22MnB5 (1.5528) is alkaline degreased and degreased electrolytically. The degreasing bath at a concentration of 20 g / l contains a cleaner containing 1-5% C12-18 fatty alcohol polyethylene glycol butyl ether and 0.5-2% potassium hydroxide. The bath temperature is 75 ° C. The residence time in the horizontal spray rinse is 12 s. This is followed by a double brush cleaning at. In the course of the strip is electrolytically degreased at a residence time of 9 s with anodic and cathodic polarity and a current density of 10 A / dm second This is followed by a multi-stage sink with demineralized water at room temperature with brush insert. The residence time is 3 s. In the following, a hydrochloric acid deacidification (100 g / l, room temperature) is carried out at a residence time of 27 s. After a combined brushing and Spritzfrischwasserspüle the sheet is transferred after passing through a squeezing in the electrolytic cell. Therein, the electrolytic deposition of the anticorrosion coating according to the invention takes place, as explained below with reference to the exemplary embodiments. Subsequent to the electrolytic coating, the steel flat product coated in accordance with the invention is then rinsed in two stages with water and demineralized water at 40.degree. Total residence time 18 s. Afterwards, the sample passes through a drying section with circulation fan with a recirculation air temperature of 75 ° C.

Optimale Arbeitsergebnisse ergeben sich, wenn die Platinen- bzw. Bauteiltemperatur in an sich bekannter Weise maximal 920 °C, insbesondere 830 - 905 °C, beträgt. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Formen des Stahlbauteils als Warmformgebung im Anschluss an die Erwärmung auf die Platinen- bzw. Bauteiltemperatur so durchgeführt wird, dass die erwärmte Platine ("direktes" Verfahren) bzw. das erwärmte Stahlbauteil ("indirektes" Verfahren) unter Inkaufnahme eines gewissen Temperaturverlustes in das jeweils anschließend genutzte Formwerkzeug gelegt wird. Besonders betriebssicher lässt sich die jeweils abschließende Warmformgebung dann durchführen, wenn die Platinen- bzw. Bauteiltemperatur 850 - 880 °C beträgt.Optimal work results arise when the board or component temperature in a conventional manner maximum 920 ° C, in particular 830-905 ° C, is. This applies in particular if the shaping of the steel component is carried out as hot forming following the heating to the board or component temperature such that the heated board ("direct" method) or the heated steel component ("indirect" method) Acceptance of a certain temperature loss in each subsequently used Mold is placed. The final thermoforming can be carried out particularly reliably when the board or component temperature is 850 - 880 ° C.

Die Erwärmung auf die Platinen- bzw. Bauteiltemperatur kann in an sich bekannter Weise im Durchlauf in einem Durchlaufofen erfolgen. Typische Glühzeiten liegen dabei im Bereich von 3 - 15 min, wobei sich eine einerseits optimal beschaffene Überzugsschicht und andererseits besonders wirtschaftliche Produktionsbedingungen dann ergeben, wenn die Glühzeiten im Bereich von 180 - 300 s liegen bzw. die Glühung beendet wird, sobald das jeweilige Stahlsubstrat mit dem auf ihm aufgetragenen Überzug durcherwärmt ist. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Erwärmung mittels einer induktiv oder konduktiv arbeitenden Erwärmungseinrichtung vorzunehmen. Dies erlaubt eine besonders schnelle und genaue Erwärmung auf die jeweils vorgegebene Temperatur.The heating to the board or component temperature can be done in a conventional manner in a continuous flow in a continuous furnace. Typical annealing times are in the range of 3 to 15 minutes, whereby an optimally obtained coating layer on the one hand and particularly economical production conditions then result if the annealing times are in the range of 180 to 300 s or the annealing is terminated as soon as the respective steel substrate warmed by the coating applied to it. Alternatively, however, it is also possible to carry out the heating by means of an inductively or conductively operating heating device. This allows a particularly rapid and accurate heating to the respective predetermined temperature.

Nachfolgend wird die Erfindung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1
das Ergebnis einer GDOS-Messung eines erfindungsgemäßen Überzugs nach der Warmformgebung für die Elemente O, Mn, Zn, Ni und Fe;
Fig. 2
das in Fig. 1 dargestellte Messergebnis isoliert für das Element Mn;
Fig. 3
eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Überzuges zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Fertigung;
Fig. 4,5
Schliffbilder eines auf einem in erfindungsgemäßer Weise hergestellten Bauteil vorhandenen Überzugs.
The invention of embodiments will be explained in more detail. Show it:
Fig. 1
the result of a GDOS measurement of a coating according to the invention after thermoforming for the elements O, Mn, Zn, Ni and Fe;
Fig. 2
this in Fig. 1 illustrated measurement result isolated for the element Mn;
Fig. 3
a schematic representation of the structure of a coating at different times of production;
Fig. 4.5
Micrographs of a coating present on a component produced in accordance with the invention.

Es sind kaltgewalzte und rekristallisierend geglühte sowie dressiergewalzte Bandmaterialproben A - Z - nachfolgend der Einfachheit halber nur als "Proben A - V2" bezeichnet - zur Verfügung gestellt worden, die in einer im kontinuierlichen Durchlauf passierten elektrolytischen Verzinkungslinie mit einer ZinkNickel-Legierungsschicht versehen worden sind. Zusätzlich ist zum Vergleich eine Probe "Z" schmelztauchbeschichtet worden.Cold rolled and recrystallized annealed as well as temper rolled strip samples A-Z - hereafter referred to simply as "Samples A-V2" for simplicity - have been provided with a zinc nickel alloy layer in a continuous pass electrogalvanizing line. In addition, a sample "Z" has been hot-dip coated for comparison.

Für die jeweils aus einem härtbaren Stahl bestehenden Proben A - Z sind die hier wesentlichen Mn-Gehalte in der Spalte "Mn-Gehalt" der Tabelle 2 angegeben. Demnach enthielten die Proben A - Q und Z jeweils Mn-Gehalte von mehr als 0,3 Gew.-%, während die Mn-Gehalte der Proben V1, V2 unterhalb des Grenzwertes von 0,3 Gew.-% lagen.For the specimens A-Z, which each consist of a hardenable steel, the Mn contents which are significant here are given in the column "Mn content" of Table 2. Thus, Samples A-Q and Z each contained Mn contents of more than 0.3 wt%, while the Mn contents of Samples V1, V2 were below the threshold of 0.3 wt%.

Jede der bandförmigen Proben A - V2 hat zunächst eine Reinigungsbehandlung durchlaufen, bei der folgende Arbeitsschritte nacheinander absolviert wurden:Each of the band-shaped samples A - V2 first went through a cleaning treatment in which the following work steps were completed successively:

Zunächst ist die jeweilige Probe A - V2 in einem 60 °C warmen alkalischen Reinigerbad bei einer Verweilzeit von 6 s einer Spritzreinigung mit Bürsteneinsatz unterzogen worden.First, the respective sample A - V2 in a 60 ° C alkaline cleaning bath at a residence time of 6 s have been subjected to a spray cleaning with brush insert.

Anschließend erfolgte über 3 s eine elektrolytische Entfettung bei einer Stromdichte von 15 A/dm2.This was followed by an electrolytic degreasing at a current density of 15 A / dm 2 for 3 s.

Daran schloss sich eine doppelte Klarwasserspüle mit Bürsteneinsatz an. Die Dauer dieser Spülbehandlung betrug jeweils 3 s.This was followed by a double clear water rinse with brush insert. The duration of this rinsing treatment was 3 s in each case.

Im Folgenden ist für 8 s eine Dekapierung mit Chlorwasserstoffsäure in einer Konzentration von 150 g/l bei Raumtemperatur durchgeführt worden.In the following, a decantation with hydrochloric acid in a concentration of 150 g / l at room temperature was carried out for 8 seconds.

Abschließend erfolgte eine dreistufige Kaskaden-Wasserspülung.Finally, a three-stage cascade flushing took place.

Die derart vorbehandelten Proben A - V2 sind einer elektrolytischen Beschichtung in einer Elektrolysezelle unterzogen worden. In Tabelle 1 sind zu jeder der Proben A - V2 die jeweils eingestellten Betriebsparameter "Zn" = Zn-Gehalt des Elektrolyten in g/l, "Ni" = Ni-Gehalt des Elektrolyten in g/l, " Na2SO4" = Na2SO4-Gehalt des Elektrolyten in g/l, "pH" = pH-Wert des Elektrolyten, "T" = Temperatur des Elektrolyten in °C, "Zellenbauart" = Ausrichtung der Bandanströmung durch den Elektrolyten, "Strömungsgeschwindigkeit" = Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten in m/s und "Stromdichte" = Stromdichte in A/dm2 angegeben.The thus pretreated samples A - V2 have been subjected to an electrolytic coating in an electrolytic cell. In Table 1, for each of samples A-V2, the respectively set operating parameters "Zn" = Zn content of the electrolyte in g / l, "Ni" = Ni content of the electrolyte in g / l, "Na2SO4" = Na2SO4 content of the electrolyte in g / l, "pH" = pH of the electrolyte, "T" = temperature of the electrolyte in ° C, "cell type" = orientation of the band flow through the electrolyte, "flow rate" = flow rate of the electrolyte in m / s and "current density" = current density given in A / dm 2 .

Zum Vergleich ist die Probe Z konventionell feuerverzinkt worden.For comparison, the sample Z has been conventionally hot-dip galvanized.

In Tabelle 2 sind neben den Mn-Gehalten der jeweiligen Proben A - V2 die Eigenschaften der ZnNi-Überzüge verzeichnet, die unter diesen Bedingungen elektrolytisch abgeschieden worden sind. Es zeigt sich, dass bei den Varianten A - H und N - P eine erfindungsgemäße einphasige γ-ZnNi-Beschichtung erhalten worden ist, wogegen bei den Varianten I - K η-Zn, d.h. elementares Zink, und γ-ZnNi nebeneinander vorlagen.Table 2 lists, in addition to the Mn contents of the respective samples A-V2, the properties of the ZnNi coatings which have been electrodeposited under these conditions. It can be seen that in variants A-H and N-P a single-phase γ-ZnNi coating according to the invention has been obtained whereas in variants I - K η-Zn, i. elemental zinc, and γ-ZnNi coexistent.

Bei den Varianten L und M ist vor dem Auftrag der ZnNi-Schicht eine dünne Schicht aus reinem Nickel auf das Stahlsubstrat aufgebracht worden (so genannter "Nickel-Flash"). Dabei handelt es sich um reine Nickelabscheidungen, die unter der einphasigen γ-ZnNi-Beschichtung liegen. Da ein solcher mehrschichtiger Aufbau keine positive Wirkung auf die zu erreichenden Eigenschaften hat, sind diese Varianten genauso als nicht erfindungsgemäß bezeichnet worden, wie die nach den Varianten I - K erhaltenen Proben.In variants L and M, a thin layer of pure nickel has been applied to the steel substrate prior to application of the ZnNi layer (so-called "nickel flash"). These are pure nickel deposits, which are under the single-phase γ-ZnNi coating. Since such a multilayer structure has no positive effect on the properties to be achieved, these variants have also been described as not according to the invention, as are the samples obtained according to variants I-K.

Der Ni-Gehalt der Probe Q war zu hoch, so dass auch diese als nicht erfindungsgemäß angesehen worden ist.The Ni content of the sample Q was too high, so that this too was not considered to be in accordance with the invention.

Die Proben V1 und V2 sind auf einem Stahl mit einem zu niedrigen Mn-Gehalt erzeugt worden. Daher sind auch diese Proben als nicht erfindungsgemäß bezeichnet, obwohl sie einen erfindungsgemäßen γ-ZnNi-Überzug aufwiesen.The samples V1 and V2 have been produced on a steel with a too low Mn content. Therefore, these samples are also not according to the invention, although they had a γ-ZnNi coating according to the invention.

Aus den hinsichtlich des einphasigen Aufbaus ihres ZnNi-Legierungsüberzuges als erfindungsgemäß anzusehenden elektrolytisch beschichteten Proben A - H und N - P sind Platinen 1 bis 23 abgeteilt worden.From the electrolytically coated samples A-H and N-P to be regarded as being in the single-phase structure of their ZnNi alloy coating, boards 1 to 23 have been partitioned.

Zusätzlich sind von den einen zweischichtigen ZnNi-Überzug mit Nickel-Flash aufweisenden Proben L und M Platinen 31 - 35, von der wegen des zu hohen Ni-Gehaltes ihres Überzuges ebenfalls als nicht erfindungsgemäß anzusehenden Probe Q eine Platine 36, aus den zum Vergleich erzeugten Proben V1 und V2 Platinen 37 - 40 und von der Vergleichsprobe Z eine Platine 41 abgeteilt worden.In addition, of the two-layer ZnNi coating with nickel-flashed samples L and M blanks 31-35, of which due to the high Ni content of their coating also as not according to the invention to be regarded sample Q a board 36, produced from the comparison Samples V1 and V2 boards 37-40 and from the comparison sample Z a board 41 has been divided.

Die Platinen 1 bis 41 sind anschließend auf die in Tabelle 3 angegebene Platinentemperatur "T-Ofen" über eine Glühzeit "t-Glüh" erwärmt und in einem konventionellen Warmpresshärtwerkzeug einstufig zu jeweils einem Stahlbauteil warmpressgeformt und so schnell abgekühlt worden, dass sich im Stahlsubstrat Härtegefüge einstellte.The boards 1 to 41 are then heated to the specified in Table 3 board temperature "T-furnace" over a glow time "t-annealed" and hot-press-formed in a conventional hot press tool single stage to each steel component and cooled so quickly that in the steel substrate hardness structure established.

Für jedes der aus den Platinen 1 bis 41 erzeugten Stahlbauteile ist das im Zuge der Warmpressverformung festgestellte Warmumformverhalten beurteilt und geprüft worden, ob es bei der Warmpressformgebung zu einer Rissbildung im jeweiligen Stahlsubstrat gekommen ist. Die Ergebnisse dieser Beurteilung und Prüfung sind ebenfalls in Tabelle 3 eingetragen.For each of the steel components produced from the blanks 1 to 41, the hot forming behavior determined in the course of the hot-pressing deformation has been evaluated and checked as to whether there has been cracking in the respective steel substrate during the hot-press forming. The results of this assessment and testing are also listed in Table 3.

Die aus den Platinen 1 bis 36 und 41 geformten Stahlbauteile sind anschließend einem Salzsprühtest gemäß DIN EN ISO 9227 unterzogen worden. Sofern dabei nach 72h oder 144h eine Korrosion des Grundmetalls festgestellt worden ist, ist die in den Spalten "Grundmetallkorrosion 72h" und "Grundmetallkorrosion 144h" der Tabelle 3 vermerkt.The steel components formed from the boards 1 to 36 and 41 were then subjected to a salt spray test according to DIN EN ISO 9227. If corrosion of the base metal has been detected after 72h or 144h, the column "Base metal corrosion 72h" and "Base metal corrosion 144h" of Table 3 is noted.

Es zeigte sich, dass die Stahlbauteile, die aus den Platinen 9 bis 23, die Ni-Gehalte von 9 - 13 Gew.-% in ihrem ursprünglich aufgetragenen ZnNi-Legierungsüberzug aufwiesen, neben einem optimalen Umformverhalten überlegene Korrosionsbeständigkeiten besaßen.It was found that the steel components, which had from boards 9 to 23, the Ni contents of 9 to 13 wt .-% in their originally applied ZnNi alloy coating, in addition to an optimal forming behavior had superior corrosion resistance.

Bei dem Stahlbauteil, dass aus der konventionell beschichteten, aus der Probe Z gewonnenen Platine 41 geformt worden ist, zeigte sich zwar ein gutes Warmumformverhalten. Sie erfüllte jedoch die an die Vermeidung von Rissbildung ihres Stahlsubstrats gestellten Anforderungen nicht.In the steel component that has been formed from the conventionally coated, obtained from the sample Z plate 41, although showed a good hot forming behavior. However, it did not meet the requirements for preventing the cracking of its steel substrate.

Bei den Stahlbauteilen, die aus den Vergleichsproben V1 und V2 abgeteilten Platinen 37 - 40 gefertigt worden sind, zeigten sich Abplatzungen und eine unzureichende Korrosionsbeständigkeit des Überzugs. Da dies ein Ausschlusskriterium darstellte, ist an diesen Stahlbauteilen keine weitere Prüfung mehr durchgeführt worden.The steel components made from Blanks 37-40 divided from Comparative Samples V1 and V2 showed flaking and insufficient corrosion resistance of the coating. Since this was an exclusion criterion, no further testing was carried out on these steel components.

Bei dem GDOS-Messverfahren ("GDOS" = Glow Discharge Optical Emission Spectrometry) handelt es sich um ein Standardverfahren zum schnellen Erfassen eines Konzentrationsprofils von Beschichtungen. Es ist beispielsweise im VDI-Lexikon Werkstofftechnik, hrsg. von Hubert Gräfen, VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf 1993, beschrieben.GDOS (Glow Discharge Optical Emission Spectrometry) measurement is a standard technique for rapidly detecting a concentration profile of coatings. It is for example in the VDI Lexicon Materials, ed. by Hubert Gräfen, VDI-Verlag GmbH, Dusseldorf 1993.

In Fig. 1 ist das typische Ergebnis der GDOS-Messung des Korrosionsschutzüberzuges eines in erfindungsgemäßer Weise erzeugten und beschaffenen Stahlbauteils dargestellt. Dabei sind die Gehalte an Mn (kurz gestrichelte Linie), O (gepunktete Linie), Zn (lang gestrichelte Linie), Fe (strich-punktierte Linie) und Ni (durchgezogene Linie) über die Schichtdicke des Überzuges aufgetragen. Es zeigt sich, dass an der Oberfläche des Überzuges eine hohe Konzentration an Mn vorliegt, das vom Stahlsubstrat durch den Überzug an dessen Oberfläche diffundiert ist und dort mit dem Umgebungssauerstoff oxidiert ist. In der ZnNi-haltigen Schicht des Überzuges ist dagegen der Mn-Gehalt deutlich geringer und steigt erst wieder im Stahlsubstrat an. Besonders deutlich wird dies anhand der Fig. 2. Der Ni-Gehalt des Überzugs ist dagegen über seine gesamte Dicke im Wesentlichen konstant.In Fig. 1 is the typical result of the GDOS measurement of the corrosion protection coating of a steel component produced and obtained in accordance with the invention shown. The contents of Mn (short dashed line), O (dotted line), Zn (long dashed line), Fe (dash-dotted line) and Ni (solid line) are plotted over the layer thickness of the coating. It turns out that there is a high concentration of Mn on the surface of the coating, which has diffused from the steel substrate through the coating on its surface where it is oxidized with the ambient oxygen. In the ZnNi-containing layer of the coating, however, the Mn content is significantly lower and only increases again in the steel substrate. This is particularly clear on the basis of Fig. 2 , By contrast, the Ni content of the coating is essentially constant over its entire thickness.

In einem weiteren Versuch ist ein rekristallisiertes Kaltband zunächst wie bei den voranstehend erläuterten erfindungsgemäßen Proben elektrolytisch mit einem einphasig aus γ-ZnNi-Phase bestehenden ZnNi-Legierungsüberzug überzogen worden. Die Schichtdicke des γ-ZnNi-Legierungsüberzugs betrug 7 µm bei einem Ni-Gehalt von 10 %. Anschließend ist auf diesen ZnNi-Legierungsüberzug ebenfalls elektrolytisch eine 5 µm dicke, aus reinem Zink bestehende Zn-Schicht aufgetragen worden.In a further experiment, a recrystallized cold-rolled strip was first coated electrolytically with a ZnNi alloy coating consisting of γ-ZnNi phase in a single phase, as in the above-described inventive samples. The layer thickness of the γ-ZnNi alloy coating was 7 μm at a Ni content of 10%. Subsequently, a 5 μm thick pure zinc Zn layer was also electrolytically applied to this ZnNi alloy coating.

Aus dem so erhaltenen, mit einem zweilagigen Korrosionsschutzüberzug versehenen Kaltband sind Platinen abgeteilt worden, die innerhalb von 5 Minuten auf eine Platinentemperatur von 880 °C erwärmt worden sind. Nach der Warmumformung und Härtung lag auf dem erhaltenen Stahlbauteil eine Korrosionsschutzschicht vor. An deren Oberfläche war ebenfalls eine ausgeprägte Mn-Oxidschicht vorhanden, unter der eine Zn-reiche Schicht existierte, unter der wiederum eine auf dem Stahlsubstrat aufliegende ZnNi-Schicht lag.From the thus obtained, provided with a two-layer anti-corrosion coating cold strip boards have been divided, which have been heated to a platinum temperature of 880 ° C within 5 minutes. After hot working and hardening, a corrosion protection layer was present on the resulting steel component. At the Surface also had a pronounced Mn oxide layer under which a Zn-rich layer existed, under which again a ZnNi layer resting on the steel substrate lay.

Um zu überprüfen, welche Entwicklung der auf die jeweilige Platine aufgetragene Überzug während der Erwärmung auf die Platinentemperatur nimmt und wie der Überzug am erhaltenen fertigen Bauteil beschaffen ist, ist bei in erfindungsgemäßer Weise mit einem ZnNi-Legierungsüberzug versehenen Proben zunächst der Aufbau des Überzugs nach der elektrolytischen Beschichtung, nach einer Erwärmung auf 750 °C mit anschließender Abkühlung und schließlich am nach einer Durcherwärmung auf 880 °C fertig geformten und gehärteten Bauteil untersucht worden. Die Zustände des Überzugs zu den betreffenden drei Zeitpunkten können wie folgt beschrieben werden:In order to check which development of the coating applied to the respective board takes place during the heating to the platinum temperature and how the coating is obtained on the finished component obtained, in the inventive manner provided with a ZnNi alloy coating samples is first the structure of the coating after the electrolytic coating, after heating to 750 ° C with subsequent cooling and finally on after fully heating to 880 ° C finished molded and cured component has been examined. The states of the coating at the three times in question can be described as follows:

a) Nach der Beschichtung (Fig. 3, Bild 1):a) After the coating (FIG. 3, FIG. 1):

Der Überzug ist einphasig, intermetallisch, aus Gamma-Zink-Nickel (Ni5Zn21). An der Oberfläche liegt allenfalls eine sehr dünne und in ihrer Wirkung vernachlässigbare native Oxidhaut vor, die frei von Mn ist.The coating is single-phase, intermetallic, gamma-zinc-nickel (Ni5Zn21). On the surface is at most a very thin and negligible in their effect native oxide skin, which is free of Mn.

b) Erwärmung bis ca. 750 °C (Fig. 3, Bild 2)b) Heating up to approx. 750 ° C (Fig. 3, Fig. 2)

Auf dem Überzug hat sich eine Zn/Mn-Oxidschicht gebildet. Der Überzug stellt sich metallografisch zweiphasig dar. Es bilden sich beide Gamma-Phasen aus, wobei jeweils teilweise Fe durch Ni substituiert ist und umgekehrt. Die Phasen sind isomorph bezüglich ihrer Kristallstruktur. Kennzeichnend ist, dass der Ni-Gehalt im Überzug in Richtung des Grundwerkstoffes abnimmt und analog der Fe-Gehalt in Richtung der freien Oberfläche abnimmt. Diese Form der Überzugsausbildung liegt bis ca. 750 °C vor, kann aber bei sehr kurzen, unterhalb der für eine Durchwärmung der jeweiligen Platine liegenden Zeiten noch nachgewiesen werden. Typische Beispiele für die Zusammensetzung der γ-ZnNi(Fe) und der Γ-FeZn(Ni)-Phase des Überzugs sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben: Phase Fe [masse-%] Ni [mass-%] Zn [mass-%] γ-ZnNi(Fe) 3 14 83 r-FeZn(Ni) 16 6 78 On the coating, a Zn / Mn oxide layer has formed. The coating is metallographically biphasic. Both gamma phases are formed, each partially replacing Fe with Ni and vice versa. The phases are isomorphic with respect to their crystal structure. It is characteristic that the Ni content in the coating in the direction of the base material decreases and, analogously, the Fe content decreases in the direction of the free surface. This form of coating formation is up to about 750 ° C, but can still be detected at very short, below the lying for a warm-up of the respective board times. Typical examples of the composition of the γ-ZnNi (Fe) and the Γ-FeZn (Ni) phase of the coating are given in the following table: phase Fe [mass%] Ni [mass%] Zn [mass%] γ-ZnNi (Fe) 3 14 83 r-Fe Zn (Ni) 16 6 78

c) Ergebnis des Glühprozesses (Fig. 3, Bilder 3,4):c) Result of the annealing process (FIG. 3, pictures 3, 4):

Bei weiter fortgesetzter Erwärmung ist der Überzug zunächst noch weitestgehend intermetallisch, teilweise liegen beide Gamma-Phasen γ-ZnNi und Γ-ZnFe nebeneinander vor. Jedoch wird im Laufe des Glühprozesses (ab ca. 750 °C) im Überzug ein α-Fe-Mischkristall gebildet, in dem Zn und Ni gelöst vorliegen.With further continued heating, the coating is still largely intermetallic, in part, both gamma phases γ-ZnNi and Γ-ZnFe are next to each other. However, in the course of the annealing process (from about 750 ° C.) an α-Fe mixed crystal is formed in the coating, in which Zn and Ni are dissolved.

Bei weiter fortgesetzter Erwärmung ist die Zn/Mn-Oxidschicht weiterhin vorhanden. Der Überzug stellt sich stellt sich metallografisch und röntgenographisch zweiphasig dar. Es bilden sich eine Misch-Gamma-Phase (γ/Γ-ZnNi(Fe)) aus. Kennzeichnend ist, dass diese Phase eher reich an Ni ist. An der Phasengrenze Stahl-Überzug bildet sich eine neue Phase. Es liegt ein α-FeWith continued heating, the Zn / Mn oxide layer is still present. The coating turns out to be metallographic and X-ray two-phase. It forms a mixed gamma phase (γ / Γ-ZnNi (Fe)) from. It is characteristic that this phase is rather rich in Ni. At the phase boundary steel coating a new phase is formed. There is an α-Fe

Mischkristall vor, in dem Zn und Ni gelöst sind. Die Zwangslösung erfolgt aufgrund der hohen Abkühlgeschwindigkeit. Typische Beispiele für die Zusammensetzung der Schichten des Überzugs sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben: Phase Fe [mass-%] Ni [mass-%] Zn [mass-%] γ/Γ-ZnNi(Fe) 7 13 80 α-Fe(Zn,Ni)-Mischkristall 70 3 27 Solid crystal in which Zn and Ni are dissolved. The forced solution is due to the high cooling rate. Typical examples of the composition of the layers of the coating are given in the following table: phase Fe [mass%] Ni [mass%] Zn [mass%] γ / Γ-ZnNi (Fe) 7 13 80 α-Fe (Zn, Ni) solid solution 70 3 27

Am fertigen Bauteil liegt immer ein zweiphasiger Überzug vor, bestehend aus einem α-Fe-Mischkristall, in dem Zn und Ni zwangsgelöst vorliegen und einer Misch-Gamma Phase ZnxNi(Fe)y, in der Ni-Atome durch Fe-Atome substituiert werden und umgekehrt.The finished component is always a two-phase coating, consisting of an α-Fe mixed crystal in which Zn and Ni are zwangsgelöst present and a mixed gamma phase Zn x Ni (Fe) y , substituted in the Ni atoms by Fe atoms and vice versa.

Abhängig vom Zeitpunkt, an dem die Glühbehandlung abgeschlossen wird, und von der Glühtemperatur ist die Misch-Gamma-Phase "γ/Γ-ZnNi(Fe)" in dem α-Fe Mischkristall-Gebiet "α-Fe(Zn,Ni)-MK" dispergiert, welches nun bis unter die Oxidschicht "ZnMn-Oxid" reicht. Diese Art der Phasenausbildung wird begünstigt durch:

  • hohe Temperaturen
  • lange Ofenliegezeiten
  • geringe Schichtdicken
Depending on the time when the annealing treatment is completed and on the annealing temperature, the mixed gamma phase "γ / Γ-ZnNi (Fe)" in the α-Fe mixed crystal region "α-Fe (Zn, Ni)" MK "dispersed, which now extends below the oxide layer" ZnMn oxide ". This type of phase education is fostered by:
  • high temperatures
  • long oven lay times
  • low layer thicknesses

Typische Beispiele für die Zusammensetzung der Schichten des Überzugs sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben: Phase Fe [mass-%] Ni [mass-%] Zn [mass-%] γ/Γ-ZnNi (Fe) 14 13 73 α-Fe(Zn,Ni)-Mischkristall 71 3 26 Typical examples of the composition of the layers of the coating are given in the following table: phase Fe [mass%] Ni [mass%] Zn [mass%] γ / Γ-ZnNi (Fe) 14 13 73 α-Fe (Zn, Ni) solid solution 71 3 26

Beispielhaft sind zwei nach Abschluss der Glühbehandlung erreichte Zustände des Überzugs in Fig. 3, Bilder 3 und 4, dargestellt.By way of example, two states of the coating obtained after completion of the annealing treatment are described in FIG Fig. 3 , Pictures 3 and 4, shown.

Fig. 3, Bild 3, gibt dabei den Zustand des Überzugs wieder, der sich einstellt, wenn vergleichbar niedrige Glühtemperaturen, kurze Ofenliegezeiten oder große Schichtdicken des Überzugs eingehalten werden. In Fig. 4 ist eine lichtmikroskopische Aufnahme eines Schliffs eines in erfindungsgemäßer Weise hergestellten, in diesem Zustand befindlichen Überzugs gezeigt. Fig. 3 , Figure 3, shows the state of the coating, which occurs when comparably low annealing temperatures, short oven lay times or large layer thicknesses of the coating are maintained. In Fig. 4 is a photomicrograph of a section of a prepared according to the invention prepared, in this state coating shown.

Fig. 3, Bild 4, zeigt dagegen einen Aufbau des Überzugs, der sich bei hohen Glühtemperaturen, vergleichbar langer Glühdauer oder geringer Schichtdicke des Überzugs einstellt. In diesem Fall stellt der in Fig. 3, Bild 3, sowie Fig. 4 gezeigte Zustand ein Zwischenstadium dar, das auf dem Weg zu dem in Fig. 3, Bild 4, dargestellten Zustand durchlaufen wird. In Fig. 5 ist eine lichtmikroskopische Aufnahme eines Schliffs eines in erfindungsgemäßer Weise hergestellten, in diesem Zustand befindlichen Überzugs gezeigt. Fig. 3 Figure 4, on the other hand, shows a structure of the coating which sets itself at high annealing temperatures, comparably long annealing time or a small layer thickness of the coating. In this case, the in Fig. 3 , Picture 3, as well Fig. 4 state shown an intermediate stage on the way to the in Fig. 3 , Picture 4, illustrated state is going through. In Fig. 5 is a photomicrograph of a section of a prepared according to the invention prepared, in this state coating shown.

Festgehalten werden kann, dass in der voranstehend erläuterten Phase c)(Fig. 3, Bild 3 und 4) der α-Fe(Zn,Ni)-Mischkristall < 30 Masse-% Zn enthält und die Misch-Gamma-Phase γ/Γ-ZnNi(Fe) > 65 Masse-% Zn aufweist. Durch den hohen Zn-Gehalt der Misch-Gamma-Phase γ/Γ-ZnNi(Fe) wird eine erhöhte Korrosionsschutzwirkung erzielt, im Vergleich zu reinen Zn/Fe-Systemen.It can be stated that in the above-explained phase c) ( Fig. 3 , Figures 3 and 4) of the α-Fe (Zn, Ni) mixed crystal <30 mass% Zn and the mixed gamma phase has γ / Γ-ZnNi (Fe)> 65 mass% Zn. Due to the high Zn content of the mixed gamma phase γ / Γ-ZnNi (Fe), an increased corrosion protection effect is achieved compared to pure Zn / Fe systems.

Mit der Erfindung steht somit ein Verfahren zur Verfügung, mit dem auf einfache Weise ein mit einem gut haftenden und besonders effektiv vor Korrosion schützenden metallischen Überzug versehenes Bauteil hergestellt werden kann. Dazu wird ein aus einem 0,3 - 3 Gew.-% Mangan enthaltenden und eine Streckgrenze von 150 - 1100 MPa sowie eine Zugfestigkeit von 300 - 1200 MPa aufweisenden Stahlwerkstoff erzeugtes Stahlflachprodukt mit einem Korrosionsschutzüberzug beschichtet, der einen auf dem Stahlflachprodukt elektrolytisch abgeschiedenen, einphasig aus γ-ZnNi-Phase bestehenden ZnNi-Legierungsüberzug umfasst, der neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen 7 - 15 Gew.-% Nickel enthält. Aus dem Stahlflachprodukt wird dann eine Platine gewonnen, die entweder direkt auf mindestens 800 °C erwärmt und dann zu dem Stahlbauteil geformt oder zunächst zu dem Stahlbauteil geformt wird, welches daraufhin auf mindestens 800 °C erwärmt wird. Das jeweils erhaltene Stahlbauteil wird abschließend gehärtet, indem es mit einer für die Ausbildung von Härtegefüge ausreichenden Abkühlrate von einer Temperatur aus abgekühlt wird, bei der sich das Stahlbauteil in einem für die Ausbildung von Vergütungs- oder Härtegefüge geeigneten Zustand befindet. Tabelle 1 Probe Zn [g/l] Ni [g/l] Na2SO4 [g/l] pH-Wert Temp. [°C] Zellenbauart Strömungsgeschwindigkeit [m/s] Stromdichte [A/dm2] A 42 126 28 1,6 65 horizontal 0,3 10 B 42 126 28 1,6 65 horizontal 0,3 10 C 42 126 28 1,6 65 horizontal 0,3 10 D 75 70 23 1,4 60 vertikal 4 40 E 75 79 23 1,4 60 vertikal 4 40 F 75 75 23 1,4 60 vertikal 4 40 G 75 85 23 1,4 60 vertikal 4 40 H 75 90 25 1,4 63 vertikal 4 40 l 75 79 23 1,4 60 horizontal 3,5 40 J 105 75 23 1,4 60 horizontal 4,4 40 K 75 79 23 1,4 60 horizontal 3,5 40 L 42 126 28 1,6 65 vertikal 3,5 40 M 42 126 28 1,6 65 vertikal 3,5 40 N 62 75 27 1,6 65 horizontal 0,5 20 O 62 75 27 1,6 65 horizontal 0,5 20 P 62 75 27 1,6 65 horizontal 0,5 20 Q 36 144 25 1,5 69 horizontal 0,3 10 V1 75 70 23 1,4 60 vertikal 4 40 V2 75 79 23 1,4 60 vertikal 4 40 Z Schmelztauchüberzug - Konventionell feuerverzinkt Tabelle 2 Probe Mn-Gehalt im Grundwerkstoff [mass-%] Beschichtung Erfindungsgemäß? Dicke der Ni-Flashschicht [µm] Dicke des ZnNi-Überzugs [µm] Ni-Gehalt des ZnNi-Überzugs [mass-%] kristallographischer Aufbau des ZnNi-Überzugs A 1,3 - 6 14 γ ja B 1,3 - 8 γ ja C 1,3 - 10 γ ja D 1 - 10 9 γ ja E 2 - 10 12 γ ja F 1 - 15 11 γ ja G 1,4 - 8 12 γ ja H 1,4 - 7 13 γ ja l 1,5 - 5 10 η+γ nein J 1,5 - 8 9 η+γ nein K 1,5 - 10 11 η+γ nein L 1,5 1 8 14 γ nein M 1,25 2 7 γ nein N 1,25 - 6 13 γ ja O 1,25 - 8 γ ja P 2,2 - 9 γ ja Q 1,3 - 8 16 γ nein V1 0,1 - 10 9 γ nein V2 0,2 - 10 12 γ nein Z 1,2 η nein Tabelle 3 Probe Platine Beschichtung T-Ofen[°C] t Glüh [min] Warmumformverhalten Rissbildung Grundmetallkorrosion 72h2) Grundmetallkorrosion 144h2) Erfindungsgemäß Dicke [µm] Ni-Gehalt [Gew.-%] A 1 6 14 880 5 gut nein nein ja ja B 2 8 880 4 gut nein nein ja ja B 3 8 880 5 gut nein nein ja ja C 4 10 880 6 gut nein nein ja ja C 5 10 880 4 gut nein nein ja ja C 6 10 880 5 gut nein nein ja ja C 7 10 860 7 gut nein nein ja ja C 8 10 860 5 gut nein nein ja ja D 9 10 9 880 5 qut nein nein nein ja D 10 10 880 8 gut nein nein nein ja E 11 10 12 880 5 gut nein nein nein ja E 12 10 860 8 gut nein nein nein ja F 13 15 10,5 880 5 gut nein nein nein ja F 14 15 880 5 gut nein nein nein ia H 15 7 13 880 5 gut nein nein nein ja N 16 6 860 7 gut nein nein nein ja N 17 6 880 6 gut nein nein nein ja O 18 8 860 10 gut nein nein nein ja O 19 8 880 8 gut nein nein nein ja O 20 8 900 6 gut nein nein nein ja P 21 9 860 12 gut nein nein nein ja P 22 9 880 10 gut nein nein nein ja P 23 9 900 8 gut nein nein nein ja L 31 (1)81) 14 880 3 gut nein ja la nein L 32 (1)81) 880 4 gut nein ja ja nein L 33 (1)81) 880 5 gut nein ja ja nein M 34 (2)71) 860 4 gut nein ja ja nein M 35 (2)71) 860 5 gut nein ja ja nein Q 36 8 16 880 7 gut nein ja ja nein V1 37 10 9 860 8 schlecht Keine weitere Bewertung wegen schlechten Warmumformverhaltens (lokale Abplatzungen) nein V1 38 10 880 5 schlecht nein V2 39 10 12 880 5 schlecht nein V2 40 10 860 8 schlecht nein Z 41 10 - 880 5 gut ja nein nein nein Werte in () = Dicke des Ni-Flash
2)Salzsprühtest gem. DIN EN ISO 9227
The invention thus provides a method with which a component provided with a metallic coating which adheres well and is particularly effective against corrosion can be produced in a simple manner. For this purpose, a steel flat product produced from a 0.3-3% by weight of manganese and having a yield strength of 150-1100 MPa and a tensile strength of 300-1200 MPa steel material is coated with a corrosion protection coating which has a single-phase electrodeposited on the flat steel product ZnNi alloy coating comprising γ-ZnNi phase containing, in addition to zinc and unavoidable impurities, 7-15% by weight of nickel. From the flat steel product is then obtained a circuit board which is either heated directly to at least 800 ° C and then formed into the steel component or first formed into the steel component, which is then heated to at least 800 ° C. The steel component obtained in each case is finally hardened by cooling it with a cooling rate sufficient for the formation of hardness structures from a temperature at which the steel component is in a condition suitable for the formation of tempering or hardening structure. Table 1 sample Zn [g / l] Ni [g / l] Na2SO4 [g / l] PH value Temp. [° C] cell type Flow velocity [m / s] Current density [A / dm 2 ] A 42 126 28 1.6 65 horizontal 0.3 10 B 42 126 28 1.6 65 horizontal 0.3 10 C 42 126 28 1.6 65 horizontal 0.3 10 D 75 70 23 1.4 60 vertical 4 40 e 75 79 23 1.4 60 vertical 4 40 F 75 75 23 1.4 60 vertical 4 40 G 75 85 23 1.4 60 vertical 4 40 H 75 90 25 1.4 63 vertical 4 40 l 75 79 23 1.4 60 horizontal 3.5 40 J 105 75 23 1.4 60 horizontal 4.4 40 K 75 79 23 1.4 60 horizontal 3.5 40 L 42 126 28 1.6 65 vertical 3.5 40 M 42 126 28 1.6 65 vertical 3.5 40 N 62 75 27 1.6 65 horizontal 0.5 20 O 62 75 27 1.6 65 horizontal 0.5 20 P 62 75 27 1.6 65 horizontal 0.5 20 Q 36 144 25 1.5 69 horizontal 0.3 10 V1 75 70 23 1.4 60 vertical 4 40 V2 75 79 23 1.4 60 vertical 4 40 Z Hot-dip coating - Conventional hot dip galvanized sample Mn content in the base material [mass%] coating According to the invention? Thickness of the Ni flash layer [μm] Thickness of ZnNi coating [μm] Ni content of ZnNi coating [mass%] crystallographic structure of the ZnNi coating A 1.3 - 6 14 γ Yes B 1.3 - 8th γ Yes C 1.3 - 10 γ Yes D 1 - 10 9 γ Yes e 2 - 10 12 γ Yes F 1 - 15 11 γ Yes G 1.4 - 8th 12 γ Yes H 1.4 - 7 13 γ Yes l 1.5 - 5 10 η + γ No J 1.5 - 8th 9 η + γ No K 1.5 - 10 11 η + γ No L 1.5 1 8th 14 γ No M 1.25 2 7 γ No N 1.25 - 6 13 γ Yes O 1.25 - 8th γ Yes P 2.2 - 9 γ Yes Q 1.3 - 8th 16 γ No V1 0.1 - 10 9 γ No V2 0.2 - 10 12 γ No Z 1.2 η No sample circuit board coating T-stove [° C] t annealing [min] Warmumformverhalten cracking Base metal corrosion 72h 2) Base metal corrosion 144h 2) According to the invention Thickness [μm] Ni content [% by weight] A 1 6 14 880 5 Good No No Yes Yes B 2 8th 880 4 Good No No Yes Yes B 3 8th 880 5 Good No No Yes Yes C 4 10 880 6 Good No No Yes Yes C 5 10 880 4 Good No No Yes Yes C 6 10 880 5 Good No No Yes Yes C 7 10 860 7 Good No No Yes Yes C 8th 10 860 5 Good No No Yes Yes D 9 10 9 880 5 qut No No No Yes D 10 10 880 8th Good No No No Yes e 11 10 12 880 5 Good No No No Yes e 12 10 860 8th Good No No No Yes F 13 15 10.5 880 5 Good No No No Yes F 14 15 880 5 Good No No No ia H 15 7 13 880 5 Good No No No Yes N 16 6 860 7 Good No No No Yes N 17 6 880 6 Good No No No Yes O 18 8th 860 10 Good No No No Yes O 19 8th 880 8th Good No No No Yes O 20 8th 900 6 Good No No No Yes P 21 9 860 12 Good No No No Yes P 22 9 880 10 Good No No No Yes P 23 9 900 8th Good No No No Yes L 31 (1) 8 1) 14 880 3 Good No Yes la No L 32 (1) 8 1) 880 4 Good No Yes Yes No L 33 (1) 8 1) 880 5 Good No Yes Yes No M 34 (2) 7 1) 860 4 Good No Yes Yes No M 35 (2) 7 1) 860 5 Good No Yes Yes No Q 36 8th 16 880 7 Good No Yes Yes No V1 37 10 9 860 8th bad No further evaluation due to poor hot forming behavior (local flaking) No V1 38 10 880 5 bad No V2 39 10 12 880 5 bad No V2 40 10 860 8th bad No Z 41 10 - 880 5 Good Yes No No No Values in () = thickness of Ni flash
2) salt spray test acc. DIN EN ISO 9227

Claims (21)

  1. Method of producing a steel component which is provided with a metallic coating which gives protection against corrosion, comprising the following operating steps:
    a) making available of a flat steel product which is produced from a steel material containing 0.3 - 3 wt.-% manganese, which steel material has a yield point of 150 - 1100 MPa and a tensile strength of 300 - 1200 MPa,
    b) coating of the flat steel product with an anti-corrosion coating which comprises a ZnNi alloy coating comprising a single γ-ZnNi phase which is electrolytically deposited on the flat steel product and which contains, as well as zinc and unavoidable impurities, 7 - 15 wt.-% nickel,
    c) heating of a blank formed from the flat steel product to a blank temperature of at least 800°C,
    d) forming of the steel component from the blank in a forming die, and
    e) hardening of the steel component by cooling from a temperature at which the steel component is in a state suitable for the formation of tempered or hardened microstructure, at a cooling rate which is sufficient for the formation of the tempered or hardened microstructure.
  2. Method of producing a steel component which is provided with a metallic coating which gives protection against corrosion, comprising the following operating steps:
    a) making available of a flat steel product which is produced from a steel material containing 0.3 - 3 wt.-% manganese, which steel material has a yield point of 150 - 1100 MPa and a tensile strength of 300 - 1200 MPa,
    b) coating of the flat steel product with an anti-corrosion coating which comprises a ZnNi alloy coating comprising a single γ-ZnNi phase which is electrolytically deposited on the flat steel product and which contains, as well as zinc and unavoidable impurities, 7 - 15 wt.-% nickel,
    c) forming of the steel component from a blank formed from the flat steel product in a forming die,
    d) heating of the steel component to a component temperature of at least 800°C,
    e) hardening of the steel component by cooling from a temperature at which the steel component is in a state suitable for the formation of tempered or hardened microstructure, at a cooling rate which is sufficient for the formation of the tempered or hardened microstructure.
  3. Method according to claim 2, characterised in that the forming of the steel component (operating step c)) is performed as pre-forming and in that the steel component is formed to a finished state after the heating (operating step d)).
  4. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the coating, which gives protection against corrosion, on the finished steel component comprises a coating layer, at least 70 mass-% of which consists of α-Fe(Zn,Ni) mixed crystal and the remainder of intermetallic compounds of Zn, Ni and Fe.
  5. Method according to claim 4, characterised in that the intermetallic compounds are dispersed in the α-Fe(Zn,Ni) mixed crystal.
  6. Method according to one of the preceding claims, characterised in that, in the case of the finished steel component, an Mn-containing layer in which Mn is present in metallic or oxidic form is present on the anti-corrosion coating.
  7. Method according to claim 6, characterised in that the Mn-containing layer is 0.1 - 5 µm thick.
  8. Method according to claim 4 to 7, characterised in that the Mn content of the Mn-containing layer is 0.1 to 18 wt.-%.
  9. Method according to one of the preceding claims, characterised in that, before the forming of the steel component, the anti-corrosion coating comprises an additional layer of Zn which is likewise applied to the coating of ZnNi alloy before the forming of the steel component.
  10. Method according to claim 9, characterised in that the layer of Zn is 2.5 to 12.5 µm thick.
  11. Method according to either of claims 9 and 10, characterised in that the anti-corrosion coating of the finished steel component comprises a Zn-rich layer lying on the nickel-containing alloy coating.
  12. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the forming of the steel component is performed as hot forming and the forming and cooling of the steel component are performed in a single operation in a hot-forming die.
  13. Method according to one of claims 1 to 12, characterised in that the forming of the steel component and the hardening are performed in succession to one another in two separate steps.
  14. Steel component having a steel substrate consisting of a steel containing 0.3 - 3 wt.-% manganese, and having an anti-corrosion coating applied to the steel substrate which comprises a coating layer, at least 70 mass-% of which is composed of α-Fe(2n,Ni) mixed crystal and the remainder of intermetallic compounds of Zn, Ni and Fe, and which has at its free surface an Mn-containing layer in which the Mn is present in metallic or oxidic form.
  15. Steel component according to claim 14, characterised in that the intermetallic compounds are dispersed in the α-Fe(2n,Ni) mixed crystal.
  16. Steel component according to either of claims 14 and 15, characterised in that the coating of ZnNi alloy is more than 2 µm thick.
  17. Steel component according to one of claims 14 to 16, characterised in that the coating of ZnNi alloy contains 1 - 15 wt.-% Ni.
  18. Steel component according to one of claims 14 to 17, characterised in that the Mn content of the Mn-containing layer is 1 - 18 wt.-%.
  19. Steel component according to one of claims 14 to 18, characterised in that the thickness of the Mn-containing layer is 0.1 - 5 µm.
  20. Steel component according to one of claims 14 to 19, characterised in that the anti-corrosion coating comprises a zinc-rich layer lying on the coating of ZnNi alloy.
  21. Steel component according to one of claims 14 to 20, characterised in that an organic coating is applied to the Mn-containing layer.
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