EP2733226A1 - Verfahren zum Herstellen eines Erzeugnisses aus flexibel gewalztem Bandmaterial - Google Patents

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EP2733226A1
EP2733226A1 EP13190635.6A EP13190635A EP2733226A1 EP 2733226 A1 EP2733226 A1 EP 2733226A1 EP 13190635 A EP13190635 A EP 13190635A EP 2733226 A1 EP2733226 A1 EP 2733226A1
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EP
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zinc
strip material
iron
board
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Wolfgang Eberlein
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Muhr und Bender KG
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing coated steel sheets from flexibly rolled strip material.
  • the coating is intended to protect the steel sheet against corrosion.
  • Hot dip galvanizing is understood to mean the coating of steel parts with a solid, metallic zinc coating by immersing the pretreated steel parts in a molten liquid zinc melt.
  • galvanic galvanizing the workpieces are immersed in a zinc electrolyte.
  • Zinc electrodes act as "sacrificial anodes" due to their less noble metal than the workpiece.
  • the workpiece to be galvanized acts as a cathode, which is why the coating is also referred to as cathodic corrosion protection.
  • a hot or cold strip is electrolytically coated and then subjected to a flexible rolling process, wherein the coated steel strip receives different sheet thicknesses over the length.
  • the coating is adapted to the sheet thickness after flexible rolling or to the rolling pressure during flexible rolling. For this purpose, the coating is formed differently thick.
  • a method for producing steel strip with a cathodic anti-corrosion coating is known.
  • the steel strip is hot rolled, then cold rolled and subjected to an electrolytic galvanizing.
  • the steel strip is heat treated in a bell annealing furnace at temperatures of 250 ° C to 350 ° C for a period of 4 to 48 hours, thereby producing a zinc-iron layer.
  • a method of producing flexible rolled strip material having a cathodic corrosion layer comprises the steps of: providing rolled strip as a hot or cold strip with a cathodic corrosion layer; and flexibly cold rolling the coated rolled strip with a rolling gap that is variable during rolling.
  • From the DE 601 19 826 T2 is a method for the realization of a workpiece with very high mechanical properties is known, which has been converted from a steel strip by deep drawing.
  • the workpiece is hot rolled and coated with a metallic zinc alloy.
  • the sheet is cut to size, heated to a temperature of 800 ° C to 1200 ° C and then subjected to a thermoforming process. Afterwards, the sheet metal excesses necessary for the deep-drawing process are removed by cutting.
  • the present invention has for its object to provide a method for producing coated steel sheets of flexible rolled strip material, which offers a particularly good corrosion protection.
  • a first solution is a method for producing a product of flexibly rolled strip material comprising the steps of: providing a strip material of sheet steel; Flexibly rolling the strip material creating a variable thickness over the length of the strip material; Electrolytically coating with a metallic coating material containing at least 93% by weight of zinc, the electrolytic coating taking place after the flexible rolling; Heat treatment at temperatures greater than 350 ° C and below the solidus line of the coating material, wherein the heat treatment after the electrolytic Coating takes place; Working out a board from the flexibly rolled strip material; and cold or hot forming the board.
  • a second solution is a method of manufacturing a flexible rolled strip material product comprising the steps of: providing a steel sheet strip material; Flexibly rolling the strip material creating a variable thickness over the length of the strip material; Electrolytic coating with a metallic coating material containing at least zinc and iron; Working out a board from the flexibly rolled strip material; and cold or hot forming the board.
  • An advantage of the two methods mentioned is that the electrolytic coating takes place after the flexible rolling. This ensures that the applied coating has a uniform thickness over the length of the flexibly rolled strip material. In this respect, the areas of the strip material that are more heavily rolled have a layer thickness that reliably protects against corrosion. Overall, the process time for producing the products can be shortened and less coating material is required, which in turn has a favorable effect on the manufacturing costs.
  • a flexibly rolled product means both a steel strip with different thicknesses and rectangular blanks or shaped cuts, which are obtained from a flexibly rolled steel strip by cutting, such as mechanically or by laser cutting.
  • strip material for the flexible rolling hot strip or cold strip can be used, these terms are to be understood in the jargon.
  • hot strip is meant a rolled steel finished product (steel strip) produced by rolling after preheating.
  • cold strip is meant a cold-rolled steel strip (flat steel) in which the last thickness decrease takes place by rolling without prior heating.
  • a band straightening may be provided after the flexible rolling.
  • the working out of the boards from the strip material can be carried out before or after the electrolytic coating.
  • working out both meant that the sheet metal blanks are punched out of the strip material, that is on the band remains an edge, which is not used, as well as that a simple cutting to length of the strip material is made in sections, in particular by a cutting operation.
  • a coating of at least 93% by weight of zinc is deposited on the strip material, wherein the zinc content may in particular also be greater than 95, 97 or 99% by weight and may also amount to 100% (pure zinc coating).
  • anodes of pure zinc or of zinc and other alloying elements are used, which release metal ions to the electrolyte when energized.
  • the zinc ions and optionally ions of the further alloying elements are deposited on the strip material, which is connected as a cathode, as atoms and form a coating.
  • the subsequent heat treatment advantageously results in alloy formation between the deposited zinc and the iron contained in the strip material, so that a total of one zinc-iron Coating is created.
  • a zinc-iron alloy layer is obtained from the outset by electrolytic deposition.
  • the proportions of zinc and iron are preferably selected such that at least one of the following conditions holds: the alloy layer contains at least 5% by weight iron, the alloy layer contains at most 80% by weight iron, the alloy layer contains at least 20% by weight zinc, and / or the alloy layer contains a maximum of 95 percent by weight zinc. It is particularly favorable if the proportions of zinc and iron are chosen such that, in the deposited state, at least partially ⁇ 1-phase, in particular ⁇ 1-phase and ⁇ -phase, or exclusively intermetallic ⁇ -phase, is present.
  • the method according to the second solution may be carried out according to a first possibility without heat treatment after the electrolytic coating and before the forming.
  • a second possibility of the second solution may be provided as a further step after the electrolytic coating, a heat treatment in a temperature range above 350 ° C and below a melting temperature of the coating material (solidus line).
  • the solidusline marks the line below which only solid phase is present. Above the solidus line, the coating material is at least partially in the melt form.
  • the iron content in the coating increases as iron atoms from the base material diffuse into the coating material.
  • the heat treatment temperature can then be raised without the solidus line being reached or exceeded. This is possible with suitable process control up to a temperature of 781 ° C.
  • the temperature can be increased gradually or continuously with increasing iron content.
  • the liquidus line in the state diagram for the coating material marks the line below which a two-phase or multi-phase region is solid-liquid. Above the liquidus line, the coating material is in melt form. The lower one The boundary of the two-phase region is called the solidus line.
  • the temperature of the solidus line depends on the proportionate composition of the alloy. For pure zinc, the solidus line is at 419.5 ° C, for a zinc-iron alloy at a maximum of 782 ° C, if there are still portions of ⁇ -phase present. With a corresponding amount of iron, it is thus possible to coat flexibly rolled strip material by rolling hard electrolytic and then undergo a heat treatment at a relatively high temperature of more than 500 ° C to a maximum of 782 ° C, without melting phase is formed.
  • a heat treatment in the temperature range of 500 ° C to 782 ° C is also suitable to perform a Rekristallungsglühung so that the material produced is particularly suitable for indirect hot forming.
  • An otherwise necessary recrystallization annealing after the flexible rolling and before coating can thus be dispensed with.
  • the annealing process could be started at an annealing temperature of 380 ° C and gradually increased to a maximum temperature of 781 ° C with increasing iron content due to diffusion.
  • the coating material may include other alloying elements, such as manganese, chromium, silicon or molybdenum. Regardless of the type and number of alloying elements, a peculiarity of the invention lies in the temperature control for the purpose of forming the zinc-iron alloy layer.
  • the respective alloying temperature is selected such that the solidus line of the coating material in the composition currently present in each case at the time of alloy formation of the binary zinc-iron phase diagram or of a layer structure comprising more than two alloying elements is not reached or exceeded. The alloy is thus formed by solid-phase diffusion.
  • iron is diffused from the material to be coated into the metallic coating.
  • zinc from the coating is transformed into a zinc-iron alloy that undergoes cathodic corrosion protection offers.
  • the specified temperature range above 350 ° C and below the solidus line is particularly favorable insofar as the diffusion takes place relatively quickly.
  • the iron content reduces the tendency of the coating to crack in order to increase the fatigue strength of the component.
  • the phase transformation can, as mentioned above, be achieved after a first possibility by means of inductive heating.
  • This procedure is particularly suitable for electrolytic deposition of zinc and iron, since there are short diffusion paths, so that a short heat treatment already leads to the desired phase transformation.
  • the heat treatment can be carried out by means of bell annealing.
  • the hood annealing is particularly suitable for electrolytic deposition of pure zinc.
  • the hood annealing is a residence time of 10 to 80 hours provided, preferably from 30 to 60 hours, so that there is sufficient time available, so that by diffusion, a zinc-iron alloy is formed.
  • the residence time preferably designates the entire time in which the boards or the strip material are heat treated, and thus may include a heating, holding and cooling phase with.
  • Another possibility is the conductive heating, although other technically possible heat treatment processes are of course not excluded.
  • the strip material is coated with an intermediate layer.
  • an intermediate layer in particular a nickel- or aluminum-containing layer can be used. These are to be understood as meaning layers which at least partially contain nickel or aluminum, which includes a pure nickel layer or aluminum layer.
  • the nickel layer provides additional surface protection and improves the adhesion of the subsequently applied zinc-containing coating.
  • the nickel coating can be formed, for example, by electrolytic or electroless plating. It is understood that other materials for the intermediate layer are not excluded.
  • a manganese or chromium-containing coating can also be used. Manganese and chromium both have a cubic lattice and have one good solubility in iron, which has a favorable effect on the alloy behavior.
  • the strip material can be provided after the electrolytic coating with a scale protection.
  • a scale protection is understood to mean the predominantly oxidic corrosion products formed in the reaction of metallic materials in air or other oxygen-containing gases at high temperature.
  • the application of the scale protection layer can be done by spraying or rolling.
  • another advantage of the scale protection layer is that the surface has a high quality. In particular, prior to later painting of the sheet, no cleaning treatment such as shot peening is required.
  • the scale protection during hot forming and the heat absorption behavior can be positively influenced by the scale protection.
  • scale protection Another advantage of the scale protection is that the adhesion of the underlying cathodic anti-corrosion layer is improved.
  • an extension of the temperature-time window in the context of austenitization is possible, for example by alloying the scale protection material with the underlying layer.
  • the scale protection may be applied before or after the heat treatment carried out below the solidus line.
  • blanks or shaped cuts are produced from the flexibly rolled strip material, which can be carried out by mechanical cutting or by laser cutting.
  • Under sinkers are understood in particular rectangular metal sheets that have been cut out of the strip material.
  • Form cuts are understood to be sheet metal elements that have been worked out from the strip material and whose outer contour has already been adapted to the shape of the end product.
  • the term board is used uniformly for both rectangular and shaped sections. The production of the boards can be done before or after the electrolytic coating, and optionally before or after the application of a scale protection.
  • Hot forming means forming processes in which the workpieces are heated to a temperature in the range of hot forming prior to forming. The heating is carried out in a suitable heating device, for example an oven.
  • the hot forming may be performed as an indirect process according to a first possibility, comprising the substeps cold preforming the blank into a preformed component, then heating at least portions of the cold preformed component to austenitizing temperature, followed by hot working to produce the final contour of the product.
  • Austenitizing temperature is to be understood as meaning a temperature range in which at least partial austenitization (microstructure in the two-phase region ferrite and austenite) is present.
  • the hot forming can also be performed as a direct process according to a second possibility, which is characterized in that at least portions of the board is heated directly to Austenitmaschinestemperatur and then hot-formed to the desired final contour in one step. A previous (cold) preforming does not take place here.
  • partial hardening can be achieved by austenitizing partial areas.
  • hardening of subareas of the components is also possible by means of tools of different temperatures, or by using a plurality of tool materials which enable different cooling rates. In the latter case, the entire board or the entire component can be completely austenitized.
  • the coating material is in a solid state at the time of initiation of thermoforming, that is, the temperature has cooled to a region below the solidus line of the coating material.
  • the iron content in the surface layer should be below 80%, preferably below 60%, particularly preferably below 30%.
  • the sheet metal blanks can also be cold formed.
  • Cold forming is understood herein to mean forming operations in which the blanks are not deliberately heated prior to forming. The transformation thus takes place at room temperature; the boards heat up by dissipation of the supplied energy. Cold forming is used in particular as a process for forming soft body steels.
  • the solution of the above object is further in a sheet metal blank made of flexible rolled sheet steel, which is electrolytically coated after flexible rolling with a metallic coating and hot-formed after coating.
  • the board can be produced according to one or more of the above-mentioned method steps, so that reference is made to the above description with regard to the steps and the associated advantages.
  • FIG. 1 shows a method according to the invention for producing a product made of flexibly rolled strip material 2 after a first procedure.
  • the strip material 2 which is wound on a coil 3 in the initial state, rolled, by means of flexible rolling.
  • the strip material 2 which has a largely constant sheet thickness over the length before the flexible rolling, rolled by means of rollers 4, 5 such that it receives along the rolling direction a variable sheet thickness.
  • the process is monitored and controlled using the data obtained from a sheet thickness measurement 6 as an input to control the rolls 4, 5.
  • the strip material 2 has different thicknesses in the rolling direction.
  • the strip material 2 is rewound to the coil 3 after the flexible rolling, so that it can be fed to the next process step.
  • the strip material 2 is smoothed in method step V2, which takes place in a strip straightening device 7.
  • the smoothing step is optional and may be omitted.
  • the strip material 2 After flexible rolling (V1) or smoothing (V2), the strip material 2 is provided with corrosion protection in method step V3.
  • the strip material 2 passes through an electrolytic strip coating device 8.
  • the strip coating takes place in a continuous process, that is, the strip material 2 is unwound from the coil 3, passes through the coating device 8 and is wound up again to the coil 3 after coating. This procedure is particularly favorable since the handling effort for applying the corrosion protection to the strip material 2 is low and the process speed is high.
  • a dip tank 9 can be seen, which is filled with an electrolytic liquid 10, which passes through the strip material 2.
  • the electrolytic coating is carried out in the present process with a metallic coating material containing at least 93% zinc. Due to a high zinc content, a particularly good corrosion resistance is achieved. It is understood that the zinc content may also be higher, for example greater than 95%, in particular greater than 97%, and also 100% (pure zinc).
  • zinc anodes can be used for coating, which release zinc ions to the electrolyte when energized. The zinc ions are deposited on the strip material 2, which is connected as a cathode, as zinc atoms and form a zinc layer.
  • inert anodes and a zinc electrolyte can also be used.
  • the coating may also contain other alloying elements, such as, for example, aluminum, chromium, manganese, molybdenum, silicon.
  • alloying elements such as, for example, aluminum, chromium, manganese, molybdenum, silicon.
  • the proportion of any added alloying elements is less than 7%.
  • Manganese has good solubility in iron, which has a favorable effect on alloy formation during heating.
  • the strip material 2 wound up to the coil 3 is subjected to a heat treatment in method step V4.
  • the heat treatment can in principle be carried out in any technically suitable manner, for example in a bell annealer or else by inductive heating, to name only two methods by way of example. In the present case, the heat treatment in an oven 13 is shown.
  • the heat treatment is carried out at temperatures greater than 350 ° C and below the solidus line of the coating material.
  • the temperature profile of the solidus line depends on the proportionate composition of the alloy. At the temperature within the specified range, a diffusion of iron into the zinc layer occurs, so that a diffusion layer is produced as the heat source continues to act.
  • the residence time for the heat treatment in a hood annealing is preferably 10 to 80 hours, preferably from 30 to 60 hours, so that sufficient time is available stands so that by diffusion a zinc-iron alloy is formed.
  • Another effect of the heat treatment is that hardening of the material resulting from rolling is reduced or dissolved, so that the rolled strip material 2 again has a higher ductility and ductility.
  • the strip material can be processed more easily in subsequent process steps, wherein in addition the material properties of the final product to be produced are positively influenced.
  • the strip material 2 is worked out in the next method step V5 from the strip material 2 individual sheet metal blanks 20.
  • the working out of the sheet metal blanks 20 from the strip material 2 is preferably carried out by means of punching or cutting. Depending on the shape of the sheet metal blanks 20 to be produced, these can be punched out of the strip material 2 as a shaped cut, wherein an edge remains standing on the strip material, which is not used further, or the strip material 2 can be easily cut into sections.
  • a sheet metal blank 20 machined out of the strip material 2, which can also be referred to as three-dimensional sheet metal blanks (3D-TRB), is shown schematically.
  • step V5 After producing blanks 20 from the strip material 2 takes place in step V5, a forming of the board 20 to the desired end product.
  • the sinkers 20 After a first possibility, the sinkers 20 are hot worked or, after a second possibility, cold worked.
  • Hot forming can be done as a direct or indirect process.
  • the boards 20 are heated to austenitizing temperature prior to forming, which can be done, for example, by induction or in an oven.
  • Austenitizing temperature is to be understood as meaning a temperature range in which at least partial austenitization (microstructure in the two-phase region ferrite and austenite) is present. However, it is also possible to austenitize only portions of the board in order, for example, to allow partial hardening.
  • the heated board is reshaped in a forming tool 14 and simultaneously with high cooling rate cooled, wherein the component 20 receives its final contour and is cured at the same time.
  • the board 20 is subjected to preforming prior to austenitizing.
  • the preforming takes place in a cold state of the board, that is without prior heating.
  • preforming receives a profile that does not yet correspond to the final shape, but is approximated to this.
  • austenitizing and thermoforming then take place, as in the direct process, whereby the component receives its final contour and is hardened.
  • the steel material provided that hot working (direct or indirect), should contain at least 0.1% to 0.35% by weight of carbon.
  • the blanks can also be cold formed.
  • the cold forming is particularly suitable for soft body steels or components to which there are no special requirements in terms of strength. During cold forming, the blanks are reshaped at room temperature.
  • a special feature of the method according to the invention is that the electrolytic coating (V3) takes place after the flexible rolling (V1).
  • the coating applied to the strip material 2 has a uniform thickness over the length, irrespective of the respective thickness of the strip material 2. Even the more heavily rolled regions have a sufficiently thick coating which reliably protects against corrosion.
  • Another special feature lies in the step of heat treatment after the electrolytic coating in a temperature range between 350 ° C and below the solidus line of the coating material.
  • the heat treatment diffuses zinc from the coating into the base material and iron from the base material into the coating. As the iron content in the coating increases, the temperature within the annealing process can be gradually increased due to the shift of the solidus line to higher temperatures.
  • the result is a zinc-iron alloy as a coating which also withstands higher temperatures of a subsequently optionally carried out thermoforming process and offers reliable corrosion protection.
  • the strip material may be provided with an intermediate layer prior to the electrolytic coating, in particular with a nickel, aluminum or manganese layer.
  • This intermediate layer provides additional surface protection and improves the adhesion of the subsequently applied zinc-containing coating.
  • the strip material or the boards produced therefrom after the electrolytic coating (V3) and before or after the heat treatment (V4) are provided with a scale protection. This is particularly recommended if austenitizing is not carried out in a protective gas atmosphere for later hot forming.
  • the application of the scale protection layer can be done by spraying or rolling.
  • the scale protection layer In addition to protection against oxidation, another advantage of the scale protection layer is that the surface has a high quality. In addition, the scale protection during hot forming and the heat absorption behavior can be positively influenced by the scale protection. Another advantage of the scale protection is that the adhesion of the underlying cathodic anti-corrosion layer is improved. In addition, the extension of the temperature-time window in the context of austenitization is possible, for example by alloying the scale protection material with the underlying layer. An example would be aluminum fins in a scale protection paint.
  • process control according to the invention can also be modified in the order of the steps performed.
  • the working out of boards can also take place elsewhere, for example before the electrolytic coating or optionally before or after the application of a scale protection.
  • FIG. 2 shows a method according to the invention for producing a sheet metal blank from a strip material 2 according to a second process control. This largely corresponds to the method according to FIG. 1 , so that reference is made to the above description in terms of similarities. The same or modified components or steps are provided with the same reference numerals, as in FIG. 1 , In the following, the differences between the present method will be discussed.
  • the method steps V1 (rolling finishing), V2 (straightening), V5 (punching) and V6 (forming) are identical to the corresponding method steps V1, V2, V5 and V6 according to FIG. 1 ,
  • a first difference to the method after FIG. 1 lies in process step V3 of the electrolytic coating.
  • the strip material is coated with a metallic coating material containing at least zinc and iron.
  • the zinc-iron alloy layer is obtained by electrolytic deposition of a zinc-iron layer.
  • the proportions of zinc and iron are chosen according to a favorable process control so that the alloy layer contains at least 5 and / or a maximum of 80 weight percent iron, or that the alloy layer contains at least 20 and / or at most 95 weight percent zinc.
  • the proportions of zinc and iron are selected such that, in the deposited state, at least partially ⁇ 1-phase, in particular ⁇ 1-phase and ⁇ -phase, or exclusively intermetallic ⁇ -phase, is present.
  • a proportion of iron in the coating between 10 and 30 weight percent, or a zinc content of 70 to 90 weight percent could be selected. With these proportions, at least partially intermetallic phase is formed in the deposited state.
  • circuit boards are worked out of the strip material 2 in method step V5, it being understood that the boards could also be cut out prior to coating in a modified process control.
  • Another special feature of the present process according to FIG. 2 is that between the coating (V3) and the forming in step V6, no intermediate heat treatment is performed below the solidus temperature.
  • the procedure according to FIG. 2 is therefore very short in terms of time.
  • the final step of reshaping corresponds to that according to FIG. 1 so that reference is made to the above description.
  • the board 20 can be cold or hot (direct or indirect) transformed.
  • FIG. 3 shows a method according to the invention for producing a sheet metal blank from a strip material 2 according to a third method. This corresponds essentially to a combination of the methods according to the FIGS. 1 and 2 , so that reference is made to the above description in terms of similarities. The same or modified components or steps are provided with the same reference numerals.
  • step V1 rolling finishing
  • V2 straightening
  • V3 electrolytic coating
  • V5 punching
  • V6 forming
  • the only difference to the procedure according to FIG. 2 is that after the electrolytic coating (V3) in step V4, a heat treatment, as in the method according to FIG. 1 ,
  • the respective alloying temperature during the heat treatment (V4) is chosen so that at no time of the alloy formation the solidus line of the binary zinc-iron phase diagram (cf. FIG. 4 ) or the solidus line of a layer structure consisting of more than two alloying elements is reached or exceeded.
  • Such a layer structure would be, for example, a ternary alloy of zinc, iron and manganese, wherein the manganese is derived from the steel substrate and has passed through diffusion process during the aforementioned heating in the electrodeposited zinc layer or zinc-iron alloy layer and not part of a is electrolytic deposition.
  • the manganese it is also conceivable that, for example, chromium or aluminum or silicon or molybdenum diffuses into the electrodeposited layer.
  • the coating it goes without saying that it is also possible for the coating to be provided with steel alloy elements which have not been mentioned above and which are suitable for diffusing into the electrodeposited layer by means of the abovementioned heating process.
  • FIG. 4 shows the phase diagram for zinc-iron.
  • the proportions of iron (Fe) and zinc (Zn) are indicated on the X axis.
  • the percentage composition given on the X-axis results in each case.
  • an alloying temperature above 350 ° C and below the melting temperature (solidus line) of 419.5 ° C is selected, for example 400 ° C.
  • a diffusion of iron into the zinc layer so that forms a diffusion layer, for example, a ⁇ -phase with progressing exposure time in the context of the heat treatment (V4).
  • the further temperature control is designed so that the respective temperature is always below the solidus line of the binary zinc-iron phase diagram.
  • the starting temperature can be selected above the melt temperature of pure zinc.
  • a starting temperature of 600 ° C could be chosen. Although this temperature is above the melt temperature of zinc, it is below the solidus line of the two-phase region ⁇ + ⁇ 1.
  • the type of heat treatment is not fixed as explained above. It can be, for example, inductive heating or heating in a bell annealer or heating by contact with a hot body, for example a thick steel plate, which releases its heat to the board or the shaped section.
  • an electrolytic zinc-iron alloy having an iron content of 8 to 12% is provided.
  • This is a composition used for steels with a "galvannealed" coating.
  • the advantage of this composition is that the elements zinc and iron have a distance in the nanometer range, where it can be dispensed with a lengthy diffusion treatment. Rather, by a short heat treatment in process step V4, an intermetallic ⁇ 1 phase of an electrodeposited zinc-iron alloy having an iron content of 8 to 12% to produce.
  • Such a composition can be used for both cold working and hot working.
  • an electrolytic zinc-iron alloy is deposited whose stoichiometric composition corresponds to the ⁇ -phase.
  • this composition can also be adjusted by depositing a zinc-iron layer with a lower iron content and subsequent heat treatment, at the end of which the ⁇ -phase is present.
  • This layer begins to melt only at a temperature of 782 ° C, so that this layer is particularly suitable for hot forming, since in this case the formation of a melt phase restricted or can be avoided by stabilizing the layer by elements of the steel substrate such as manganese (ternary system iron-zinc-manganese).
  • a layer is deposited electrolytically which, even when heated to the maximum austenitizing temperature for hot working (for example at 900 ° C.), is not molten.
  • a coating would have for example, a composition of 20% by weight of zinc and 80% by weight of iron. In this case, it is an iron-based alloy of the binary iron-zinc system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Erzeugnisses aus flexibel gewalztem Bandmaterial mit den Schritten: Bereitstellen eines Bandmaterials aus Stahlblech; Flexibles Walzen des Bandmaterials, wobei eine variable Dicke über der Länge des Bandmaterials erzeugt wird; Elektrolytisches Beschichten mit einem metallischen Beschichtungsmaterial, das zumindest 93 % Zink enthält, wobei das elektrolytische Beschichten nach dem Flexiblen Walzen erfolgt; Wärmebehandeln bei Temperaturen größer 350°C und unterhalb der Soliduslinie, wobei das Wärmebehandeln nach dem elektrolytischen Beschichten erfolgt; Herausarbeiten einer Platine aus dem flexibel gewalzten Bandmaterial; und Kalt- oder Warmumformen der Platine.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von beschichteten Stahlblechen aus flexibel gewalztem Bandmaterial. Durch die Beschichtung soll das Stahlblech vor Korrosion geschützt werden.
  • Es sind verschiedene Verfahren zur Beschichtung von Bauteilen aus Stahl mit einer Zink- oder Zinklegierungsschicht bekannt, wie Feuerverzinkung (Schmelztauchverzinkung) oder galvanische (elektrolytische) Verzinkung. Unter Feuerverzinkung wird das Überziehen von Stahlteilen mit einem massiven, metallischen Zinküberzug durch Eintauchen der vorbehandelten Stahlteile in eine Schmelze aus flüssigem Zink verstanden. Beim galvanischen Verzinken werden die Werkstücke in einen Zinkelektrolyten eingetaucht. Elektroden aus Zink wirken aufgrund ihres gegenüber dem Werkstück unedleren Metalls als "Opferanoden". Das zu verzinkende Werkstück wirkt als Kathode, weswegen die Beschichtung auch als kathodischer Korrosionsschutz bezeichnet wird.
  • Aus der DE 10 2007 013 739 B3 ist ein Verfahren zum flexiblen Walzen von beschichteten Stahlbändern bekannt. Ein Warm- oder Kaltband wird elektrolytisch beschichtet und anschließend einem flexiblen Walzprozess unterzogen, wobei das beschichtete Stahlband unterschiedliche Blechdicken über der Länge erhält. Die Beschichtung wird auf die Blechdicke nach dem flexiblen Walzen beziehungsweise auf den Walzdruck beim flexiblen Walzen abgestimmt. Hierfür wird die Beschichtung unterschiedlich dick ausgebildet.
  • Aus der DE 10 2009 051 673 B3 ist ein Verfahren zum Herstellen von Stahlband mit einer kathodischen Korrosionsschutzbeschichtung bekannt. Hierfür wird das Stahlband warmgewalzt, anschließend kaltgewalzt und einer elektrolytischen Verzinkung unterzogen. Nach der elektrolytischen Verzinkung wird das Stahlband in einem Haubenglühofen bei Temperaturen von 250°C bis 350°C für einen Zeitraum von 4 bis 48 Stunden wärmebehandelt, wodurch eine Zink-Eisen-Schicht erzeugt wird.
  • Aus der DE 10 2007 019 196 A1 ist ein Verfahren zum Erzeugen von flexibel gewalztem Bandmaterial mit einer kathodischen Korrosionsschicht bekannt. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen von Walzband als Warm- oder Kaltband mit einer kathodischen Korrosionsschicht; und flexibles Kaltwalzen des beschichteten Walzbandes mit während des Walzens veränderlichem Walzspalt.
  • Aus der DE 601 19 826 T2 ist ein Verfahren zur Realisierung eines Werkstücks mit sehr hohen mechanischen Eigenschaften bekannt, das ausgehend von einem Stahlblechband durch Tiefziehen umgeformt worden ist. Das Werkstück wird warmgewalzt und mit einer metallischen Legierung aus Zink beschichtet. Hierfür wird das Blech zugeschnitten, auf eine Temperatur von 800°C bis 1200°C erhitzt und anschließend einem Warmtiefziehvorgang unterzogen. Danach werden durch Zuschneiden die für den Tiefziehvorgang notwendigen Blechüberschüsse entfernt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von beschichteten Stahlblechen aus flexibel gewalztem Bandmaterial vorzuschlagen, das einen besonders guten Korrosionsschutz bietet.
  • Eine erste Lösung besteht in einem Verfahren zum Herstellen eines Erzeugnisses aus flexibel gewalztem Bandmaterial mit den Schritten: Bereitstellen eines Bandmaterials aus Stahlblech; Flexibles Walzen des Bandmaterials, wobei eine variable Dicke über der Länge des Bandmaterials erzeugt wird; Elektrolytisches Beschichten mit einem metallischen Beschichtungsmaterial, das zumindest 93 Masseprozent Zink enthält, wobei das elektrolytische Beschichten nach dem Flexiblen Walzen erfolgt; Wärmebehandeln bei Temperaturen größer 350 °C und unterhalb der Soliduslinie des Beschichtungsmaterials, wobei das Wärmebehandeln nach dem elektrolytischen Beschichten erfolgt; Herausarbeiten einer Platine aus dem flexibel gewalzten Bandmaterial; und Kalt- oder Warmumformen der Platine.
  • Eine zweite Lösung besteht in einem Verfahren zum Herstellen eines Erzeugnisses aus flexibel gewalztem Bandmaterial mit den Schritten: Bereitstellen eines Bandmaterials aus Stahlblech; Flexibles Walzen des Bandmaterials, wobei eine variable Dicke über der Länge des Bandmaterials erzeugt wird; Elektrolytisches Beschichten mit einem metallischen Beschichtungsmaterial, das zumindest Zink und Eisen enthält; Herausarbeiten einer Platine aus dem flexibel gewalzten Bandmaterial; und Kalt- oder Warmumformen der Platine.
  • Ein Vorteil der beiden genannten Verfahren liegt darin, dass das elektrolytische Beschichten nach dem Flexiblen Walzen erfolgt. Hiermit wird erreicht, dass die aufgebrachte Beschichtung eine gleichmäßige Dicke über der Länge des flexibel gewalzten Bandmaterials aufweist. Insofern haben auch die Bereiche des Bandmaterials, die stärker ausgewalzt sind, eine Schichtdicke, die zuverlässig vor Korrosion schützt. Insgesamt kann die Prozessdauer zum Herstellen der Erzeugnisse verkürzt werden und es wird weniger Beschichtungsmaterial benötigt, was sich wiederum günstig auf die Herstellungskosten auswirkt.
  • Unter einem flexibel gewalzten Produkt werden vorliegend sowohl ein Stahlband mit unterschiedlichen Dicken als auch Rechteckplatinen beziehungsweise Formschnitte verstanden, die aus einem flexibel gewalzten Stahlband durch Zuschnitt wie mechanisch oder durch Laserschneiden gewonnen werden. Als Bandmaterial für das flexible Walzen kann Warmband oder Kaltband verwendet werden, wobei diese Begriffe im Sinne der Fachsprache zu verstehen sind. Unter Warmband wird ein Walzstahlfertigerzeugnis (Stahlband) verstanden, das durch Walzen nach vorherigem Erwärmen erzeugt wird. Mit Kaltband ist ein kaltgewalztes Stahlband (Flachstahl) gemeint, bei dem die letzte Dickenabnahme durch Walzen ohne vorhergehendes Erwärmen erfolgt.
  • Bei beiden der obengenannten Lösungen versteht es sich, dass zwischen den einzelnen Verfahrensschritten noch weitere Schritte zwischengeschaltet sein können. Beispielsweise kann nach dem Flexiblen Walzen ein Bandrichten vorgesehen sein. Das Herausarbeiten der Platinen aus dem Bandmaterial kann vor oder nach dem elektrolytischen Beschichten durchgeführt werden. Begrifflich ist mit Herausarbeiten sowohl gemeint, dass die Blechplatinen aus dem Bandmaterial ausgestanzt werden, das heißt am Band verbleibt ein Rand, welcher nicht weiterverwendet wird, als auch, dass ein einfaches Ablängen des Bandmaterials in Teilstücke vorgenommen wird, insbesondere durch einen Schneidevorgang.
  • Bei der ersten Lösung wird auf dem Bandmaterial eine Beschichtung aus mindestens 93 Masseprozent Zink abgeschieden, wobei der Zinkanteil insbesondere auch größer 95, 97 oder 99 Masseprozent sein kann und auch 100 Prozent betragen kann (Reinzinkbeschichtung). Zum elektrolytischen Beschichten werden Anoden aus Reinzink, beziehungsweise aus Zink und anderen Legierungselementen verwendet, die bei Bestromung Metallionen an den Elektrolyten abgeben. Die Zinkionen und gegebenenfalls Ionen der weiteren Legierungselemente werden auf dem Bandmaterial, das als Kathode geschaltet ist, als Atome abgeschieden und bilden eine Beschichtung. Bei Abscheidung einer Beschichtung mit hohem Zinkanteil von über 93 Masseprozent, wie es bei der ersten Lösung vorgesehen ist, führt die nachfolgende Wärmebehandlung in vorteilhafter Weise zu einer Legierungsbildung zwischen dem abgeschiedenen Zink und dem im Bandmaterial enthaltenen Eisen, so dass insgesamt eine Zink-Eisen-Beschichtung entsteht.
  • Bei der zweiten Lösung wird von vornherein eine Zink-Eisen-Legierungsschicht durch elektrolytische Abscheidung gewonnen. Die Anteile an Zink und Eisen sind vorzugsweise so gewählt, dass zumindest eine der nachfolgenden Bedingungen gilt: dass die Legierungsschicht mindestens 5 Gewichtsprozent Eisen enthält, dass die Legierungsschicht maximal 80 Gewichtsprozent Eisen enthält, dass die Legierungsschicht mindestens 20 Gewichtsprozent Zink enthält, und/oder dass die Legierungsschicht maximal 95 Gewichtsprozent Zink enthält. Besonders günstig ist es, wenn die die Anteile an Zink und Eisen so gewählt werden, dass im abgeschiedenen Zustand zumindest teilweise δ1-Phase, insbesondere δ1-Phase und Γ-Phase, oder ausschließlich intermetallische Γ-Phase, vorliegt. Dies wird beispielweise mit einem Eisenanteil von 10 bis 30 Massprozent beziehungsweise einem Zinkanteil von 70 bis 90 Masseprozent erreicht, wobei der Zusatz weiterer Legierungselemente nicht ausgeschlossen ist. Bei dieser Ausgestaltung kann auf eine anschließende Wärmebehandlung verzichtet werden, da die Beschichtung selbst schon Zink und Eisen beinhaltet. Die Zink- und Eisenatome liegen in einem Abstand von wenigen Nanometern vor, so dass sich besonders kurze Diffusionswege ergeben. Es versteht sich jedoch, dass auch bei elektrolytischer Abscheidung einer Zink-Eisen-Legierung die genannte Wärmebehandlung durchgeführt werden kann. Durch die kurzen Diffusionswege genügt eine sehr kurze Wärmebehandlung, beispielsweise mittels Induktion. Insgesamt kann durch die genannte Verfahrensführung in vorteilhafter Weise eine Verkürzung der Prozessdauer erreicht werden.
  • Das Verfahren gemäß der zweiten Lösung kann nach einer ersten Möglichkeit ohne Wärmebehandlung nach der elektrolytischen Beschichtung und vor dem Umformen durchgeführt werden. Nach einer zweiten Möglichkeit der zweiten Lösung kann als weiterer Schritt nach der elektrolytischen Beschichtung eine Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich oberhalb 350 °C und unterhalb einer Schmelztemperatur des Beschichtungsmaterials (Soliduslinie) vorgesehen sein. Die Solidusline markiert im Zustandsdiagramm für den Beschichtungswerkstoff die Linie, unterhalb derer ausschließlich Festphase vorliegt. Oberhalb der Soliduslinie liegt der Beschichtungswerkstoff zumindest teilweise in Schmelzform vor.
  • Mit fortschreitender Erwärmungsdauer steigt der Eisenanteil in der Beschichtung an, da Eisenatome aus dem Grundmaterial in das Beschichtungsmaterial diffundieren. Durch den zunehmenden Eisenanteil in der Beschichtung kann dann die Wärmebehandlungstemperatur angehoben werden, ohne dass die Soliduslinie erreicht oder überschritten wird. Dies ist bei geeigneter Prozessführung bis zu einer Temperatur von 781 °C möglich. Die Möglichkeit der Temperaturerhöhung während der Wärmebehandlung gilt selbstverständlich auch für die erste Lösung. Die Temperatur kann mit steigendem Eisenanteil schrittweise oder kontinuierlich erhöht werden.
  • Die Liquiduslinie markiert im Zustandsdiagramm für den Beschichtungswerkstoff die Linie, unterhalb derer ein Zwei- bzw. Mehrphasengebiet fest-flüssig vorliegt. Oberhalb der Liquiduslinie liegt der Beschichtungswerkstoff in Schmelzeform vor. Die untere Grenze des Zweiphasengebiets wird als Soliduslinie bezeichnet. Die Temperatur der Soliduslinie hängt von der anteilsmäßigen Zusammensetzung der Legierung ab. Bei reinem Zink liegt die Soliduslinie bei 419,5 °C, bei einer Zink-Eisen-Legierung bei maximal 782 °C, sofern noch Anteile von Γ-Phase vorhanden sind. Mit einem entsprechenden Anteil an Eisen ist es demnach möglich, flexibel gewalztes Bandmaterial walzhart elektrolytisch zu beschichten und anschließend einer Wärmebehandlung bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur von mehr als 500°C bis maximal 782 °C zu unterziehen, ohne dass Schmelzephase entsteht.
  • Eine Wärmebehandlung im Temperaturbereich von 500 °C bis 782 °C ist zudem geeignet, eine Rekristallisationsglühung durchzuführen, so dass das erzeugte Material besonders geeignet ist für eine indirekte Warmumformung. Ein sonst notwendiges Rekristallisationsglühen nach dem Flexiblen Walzen und vor dem Beschichten kann somit entfallen. Beispielsweise könnte bei der erstgenannten Lösung unter Verwendung von Reinzink (Beschichtungsmaterial 100 % Zink) der Wärmebehandlungsprozess bei einer Glühtemperatur von 380°C begonnen und, mit aufgrund von Diffusionsvorgängen zunehmendem Eisenanteil, dann stufenweise auf eine Temperatur bis auf maximal 781 °C erhöht werden.
  • Für beide Lösungen gilt, dass das Beschichtungsmaterial noch weitere Legierungselemente beinhalten kann, wie beispielsweise Mangan, Chrom, Silizium oder Molybdän. Unabhängig von der Art und Anzahl der Legierungselemente liegt eine Besonderheit der Erfindung in der Temperaturführung zum Zwecke der Bildung der Zink-Eisen-Legierungsschicht. Die jeweilige Legierungstemperatur ist so gewählt, dass die Soliduslinie des Beschichtungsmaterials in der während des Prozesses jeweils aktuell vorliegenden Zusammensetzung zu keinem Zeitpunkt der Legierungsbildung des binären Zink-Eisen-Phasendiagramms beziehungsweise eines aus mehr als zwei Legierungselementen bestehenden Schichtaufbaus erreicht oder überschritten wird. Die Legierung wird also durch Festphasendiffusion gebildet.
  • Bei der Wärmebehandlung erfolgt ein Eindiffundieren von Eisen aus dem zu beschichtenden Materials in die metallische Beschichtung. Dabei wandelt sich Zink aus der Beschichtung in eine Zink-Eisen-Legierung um, die einen kathodischen Korrosionsschutz bietet. Der angegebene Temperaturbereich oberhalb 350 °C und unterhalb der Soliduslinie ist insofern besonders günstig, als das Diffundieren verhältnismäßig schnell erfolgt. Durch den Eisengehalt wird die Lotrissigkeitsneigung der Beschichtung reduziert, so dass die Dauerfestigkeit des Bauteils gesteigert wird.
  • Die Phasenumwandlung kann, wie oben erwähnt, nach einer ersten Möglichkeit mittels induktiver Erwärmung erreicht werden. Diese Verfahrensführung ist insbesondere bei elektrolytischer Abscheidung von Zink und Eisen geeignet, da hier kurze Diffusionswege vorliegen, so dass eine kurze Wärmebehandlung bereits zur gewünschten Phasenumwandlung führt. Nach einer zweiten Möglichkeit kann die Wärmebehandlung mittels Haubenglühen durchgeführt werden. Das Haubenglühen eignet sich besonders bei elektrolytischer Abscheidung von Reinzink. Vorzugsweise wird beim Haubenglühen eine Verweildauer von 10 bis 80 Stunden vorgesehen, vorzugsweise von 30 bis 60 Stunden, so dass ausreichend Zeit zur Verfügung steht, damit durch Diffusion eine Zink-Eisen-Legierung gebildet wird. Die Verweildauer bezeichnet vorzugsweise die gesamte Zeit, in der die Platinen bzw. das Bandmaterial wärmebehandelt werden, und kann also eine Erwärm-, Halte- und Abkühlphase mit umfassen. Eine weitere Möglichkeit stellt die konduktive Erwärmung dar, wobei andere technisch mögliche Wärmebehandlungsverfahren selbstverständlich nicht ausgeschlossen sind.
  • Als weiterer Verfahrensschritt kann vor dem elektrolytischen Beschichten vorgesehen sein, dass das Bandmaterial mit einer Zwischenschicht beschichtet wird. Als Zwischenschicht kann insbesondere eine nickel- oder aluminiumhaltige Schicht verwendet werden. Hierunter sind Schichten zu verstehen, welche zumindest teilweise Nickel beziehungsweise Aluminium enthalten, was eine reine Nickelschicht oder Aluminiumschicht mit einschließt. Die Nickelschicht bildet einen zusätzlichen Schutz der Oberfläche und verbessert die Haftungsfähigkeit der anschließend aufgebrachten Zink enthaltenden Beschichtung. Die Nickelbeschichtung kann beispielsweise durch elektrolytisches oder fremdstromloses Abscheiden gebildet werden. Es versteht sich, dass andere Werkstoffe für die Zwischenschicht nicht ausgeschlossen sind. Beispielsweise kann auch eine mangan- oder chromhaltige Beschichtung verwendet werden. Mangan und Chrom besitzen beide ein kubisches Gitter und weisen eine gute Löslichkeit in Eisen auf, was sich günstig auf das Legierungsverhalten auswirkt.
  • Nach einer möglichen Ausgestaltung kann das Bandmaterial nach dem elektrolytischen Beschichten mit einem Zunderschutz versehen werden. Dies gilt insbesondere, wenn die Austenitisierung für ein späteres Warmformen nicht in Schutzgasatmosphäre erfolgt. Unter Zunder werden die bei der Reaktion metallischer Werkstoffe in Luft oder anderen sauerstoffhaltigen Gasen bei hoher Temperatur entstandenen, vorwiegend oxidischen Korrosionsprodukte verstanden. Das Aufbringen der Zunderschutzschicht kann durch Sprühen oder Aufwalzen geschehen. Neben dem Schutz vor Oxidation liegt ein weiterer Vorteil der Zunderschutzschicht darin, dass die Oberfläche eine hohe Qualität hat. Insbesondere ist vor einem späteren Lackieren des Blechs keine Reinigungsbehandlung wie Kugelstrahlen erforderlich. Zudem kann durch den Zunderschutz der Reibwert während der Warmumformung sowie das Wärmeabsorptionsverhalten positiv beeinflusst werden. Ein weiterer Vorteil des Zunderschutzes besteht darin, dass die Haftung der darunterliegenden kathodischen Korrosionsschutzschicht verbessert wird. Zudem ist eine Erweiterung des Temperatur-Zeit-Fensters im Rahmen der Austenitisierung möglich, beispielsweise durch Legierungsbildung des Zunderschutzmaterials mit der darunterliegenden Schicht. Der Zunderschutz kann vor oder nach der unterhalb der Soliduslinie durchgeführten Wärmebehandlung aufgebracht werden.
  • An geeigneter Stelle des Prozesses werden aus dem flexibel gewalzten Bandmaterial Platinen oder Formschnitte erzeugt, was durch mechanischen Zuschnitt oder mittels Laserschneiden durchgeführt werden kann. Unter Platinen werden insbesondere rechteckige Blechtafeln verstanden, die aus dem Bandmaterial herausgetrennt worden sind. Als Formschnitte werden aus dem Bandmaterial herausgearbeitete Blechelemente verstanden, deren Außenkontur an die Form des Endprodukts bereits angepasst ist. Vorliegend wird die Bezeichnung Platine einheitlich sowohl für Rechteckplatinen als auch Formschnitte verwendet. Die Herstellung der Platinen kann vor oder nach dem elektrolytischen Beschichten erfolgen, und gegebenenfalls vor oder nach dem Aufbringen eines Zunderschutzes.
  • Die Blechplatinen werden nach einer möglichen Verfahrensführung, die für beide Lösungen gilt, warmumgeformt. Unter Warmumformung werden Umformvorgänge verstanden, bei denen die Werkstücke vor dem Umformen auf eine Temperatur im Bereich der Warmumformung erwärmt werden. Das Erwärmen wird in einer geeigneten Wärmeeinrichtung, beispielsweise einem Ofen vorgenommen. Das Warmumformen kann nach einer ersten Möglichkeit als indirekter Prozess durchgeführt werden, der die Teilschritte Kaltvorformen der Platine zu einem vorgeformten Bauteil, anschließendes Erwärmen zumindest von Teilbereichen des kalt vorgeformten Bauteils auf Austenitisierungstemperatur sowie anschließendes Warmumformen zur Erzeugung der Endkontur des Erzeugnisses umfasst. Unter Austenitisierungstemperatur ist dabei ein Temperaturbereich zu verstehen, bei dem zumindest eine Teilaustenitisierung (Gefügestruktur im Zweiphasengebiet Ferrit und Austenit) vorliegt. Darüber hinaus ist es auch möglich, nur Teilbereiche der Platine zu austenitisieren, um beispielsweise ein partielles Härten zu ermöglichen. Das Warmumformen kann nach einer zweiten Möglichkeit auch als direkter Prozess durchgeführt werden, der dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest Teilbereiche der Platine direkt auf Austenitisierungstemperatur erwärmt und anschließend zur gewünschten Endkontur in einem Schritt warmumgeformt wird. Ein vorhergehendes (kaltes) Vorformen findet hier nicht statt. Auch beim direkten Prozess kann durch Austenitisieren von Teilbereichen ein partielles Härten erreicht werden. Für beide Prozesse gilt, dass ein Härten von Teilbereichen der Bauteile auch durch unterschiedlich temperierte Werkzeuge möglich ist, beziehungsweise durch Verwendung mehrerer Werkzeugwerkstoffe, die unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten ermöglichen. In letzterem Fall kann die ganze Platine beziehungsweise das ganze Bauteil komplett austenitisiert werden.
  • In jedem Fall ist nach einer bevorzugten Verfahrensführung vorgesehen, die für beide Warmumformprozesse gilt, dass das Beschichtungsmaterial zum Zeitpunkt der Einleitung des Warmformens in festem Zustand ist, das heißt die Temperatur hat sich auf einen Bereich unterhalb der Soliduslinie des Beschichtungsmaterials abgekühlt. Nach dem Warmumformen soll der Eisengehalt in der Randschicht unterhalb 80 % liegen, vorzugsweise unter 60 %, besonders bevorzugt unter 30 %.
  • Nach einer alternativen Verfahrensführung, welche prinzipiell für beide obengenannte Lösungen gilt, können die Blechplatinen auch kaltumgeformt werden. Unter Kaltumformung werden vorliegend Umformvorgänge verstanden, bei denen die Platinen vor dem Umformen nicht gezielt erwärmt werden. Die Umformung findet somit bei Raumtemperatur statt; die Platinen erwärmen sich durch Dissipation der zugeführten Energie. Kaltumformen wird insbesondere als Prozess zum Umformen weicher Karosseriestähle verwendet.
  • Die Lösung der obengenannten Aufgabe besteht weiter in einer Blechplatine aus flexibel gewalztem Stahlblech, das nach dem flexiblen Walzen mit einer metallischen Beschichtung elektrolytisch beschichtet und nach dem Beschichten warmumgeformt ist. Hiermit ergeben sich die obengenannten Vorteile einer konstanten Schichtdicke über der Länge des flexibel gewalzten Bandes beziehungsweise der daraus erzeugten Platinen. Die Platine kann nach einem oder mehreren der obengenannten Verfahrensschritte erzeugt werden, so dass bezüglich der Schritte und der damit verbundenen Vorteile auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt
    • Figur 1
    ein erfindungsgemäßes Verfahren als Ablaufdiagramm schematisch in einer ersten Ausführungsform;
    Figur 2
    ein erfindungsgemäßes Verfahren als Ablaufdiagramm schematisch in einer zweiten Ausführungsform;
    Figur 3
    ein erfindungsgemäßes Verfahren als Ablaufdiagramm schematisch in einer dritten Ausführungsform; und
    Figur 4
    ein Zink-Eisen-Phasendiagramm.
  • Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses aus flexibel gewalztem Bandmaterial 2 nach einer ersten Verfahrensführung. Im Verfahrensschritt V1 wird das Bandmaterial 2, das im Ausgangszustand auf einem Coil 3 aufgewickelt ist, walzend bearbeitet, und zwar mittels flexiblem Walzen. Hierfür wird das Bandmaterial 2, das vor dem flexiblen Walzen eine weitestgehend konstante Blechdicke über der Länge aufweist, mittels Walzen 4, 5 derart gewalzt, das es längs der Walzrichtung eine variable Blechdicke erhält. Während des Walzens wird der Prozess überwacht und gesteuert, wobei die von einer Blechdickenmessung 6 ermittelten Daten als Eingangssignal zur Steuerung der Walzen 4, 5 verwendet werden. Nach dem flexiblen Walzen hat das Bandmaterial 2 in Walzrichtung unterschiedliche Dicken. Das Bandmaterial 2 wird nach dem flexiblen Walzen wieder zum Coil 3 aufgewickelt, so dass es dem nächsten Verfahrensschritt zugeführt werden kann.
  • Nach dem Flexiblen Walzen wird das Bandmaterial 2 im Verfahrensschritt V2 geglättet, was in einer Bandrichtvorrichtung 7 erfolgt. Der Verfahrensschritt des Glättens ist optional und kann auch weggelassen werden.
  • Nach dem Flexiblen Walzen (V1) beziehungsweise Glätten (V2) wird das Bandmaterial 2 im Verfahrensschritt V3 mit einem Korrosionsschutz versehen. Hierfür durchläuft das Bandmaterial 2 eine elektrolytische Bandbeschichtungsvorrichtung 8. Es ist erkennbar, dass die Bandbeschichtung im Durchlaufverfahren erfolgt, das heißt das Bandmaterial 2 wird vom Coil 3 abgewickelt, durchläuft die Beschichtungsvorrichtung 8 und wird nach dem Beschichten wieder zum Coil 3 aufgewickelt. Diese Verfahrensführung ist besonders günstig, da der Handhabungsaufwand für das Aufbringen des Korrosionsschutzes auf das Bandmaterial 2 gering und die Prozessgeschwindigkeit hoch ist. Vorliegend sind von der Bandbeschichtungsvorrichtung 8 ein Tauchbecken 9 erkennbar, das mit einer elektrolytischen Flüssigkeit 10 gefüllt ist, welche das Bandmaterial 2 durchläuft. Die Führung des Bandmaterials 2 erfolgt mittels Rollensätzen 11, 12.
  • Das elektrolytische Beschichten erfolgt bei der vorliegenden Verfahrensführung mit einem metallischen Beschichtungsmaterial, das zumindest 93 % Zink enthält. Durch einen hohen Zink-Anteil wird eine besonders gute Korrosionsbeständigkeit erreicht. Es versteht sich, dass der Zink-Anteil auch höher sein kann, beispielsweise größer als 95 %, insbesondere größer als 97%, und auch 100% (Reinzink) betragen kann. Für das Beschichten können beispielsweise Anoden aus Zink verwendet werden, die bei Bestromung Zinkionen an den Elektrolyten abgeben. Die Zinkionen werden auf dem Bandmaterial 2, das als Kathode geschaltet ist, als Zinkatome abgeschieden und bilden eine Zinkschicht. Alternativ können auch inerte Anoden und ein Zink-Elektrolyt verwendet werden.
  • Neben dem genannten Zink-Anteil kann die Beschichtung noch weitere Legierungselemente beinhalten, wie beispielsweise Aluminium, Chrom, Mangan, Molybdän, Silizium. Der Anteil der gegebenenfalls hinzugefügten Legierungselemente liegt bei weniger als 7 %. Mangan hat eine gute Löslichkeit in Eisen, was sich günstig auf die Legierungsbildung beim Erwärmen auswirkt.
  • Nach dem elektrolytischen Beschichten (V3) wird das zum Coil 3 aufgewickelte Bandmaterial 2 im Verfahrensschritt V4 einer Wärmebehandlung unterzogen. Die Wärmebehandlung kann prinzipiell auf jede technisch geeignete Weise erfolgen, beispielsweise in einer Haubenglühe oder auch durch induktive Erwärmung, um nur zwei Verfahren beispielhaft zu nennen. Vorliegend ist die Wärmebehandlung in einem Ofen 13 gezeigt.
  • Die Wärmebehandlung wird bei Temperaturen größer 350 °C und unterhalb der Soliduslinie des Beschichtungsmaterials durchgeführt. Der Temperaturverlauf der Soliduslinie hängt von der anteilsmäßigen Zusammensetzung der Legierung ab. Bei der Temperatur innerhalb des angegebenen Bereichs stellt sich eine Diffusion von Eisen in die Zinkschicht ein, so dass mit fortschreitender Einwirkdauer der Wärmequelle eine Diffusionsschicht erzeugt wird.
  • Bei der Wärmebehandlung erfolgt ein Eindiffundieren von Eisen aus dem zu beschichtenden Bandmaterial in die metallische Beschichtung. Dabei wandelt sich Zink aus der Beschichtung in eine Zink-Eisen-Legierung um, die einen kathodischen Korrosionsschutz bietet. Durch den Temperaturbereich oberhalb 350 °C und unterhalb der Soliduslinie erfolgt das Diffundieren verhältnismäßig schnell. Die Verweildauer für die Wärmebehandlung in einer Haubenglühe beträgt vorzugsweise 10 bis 80 Stunden, vorzugsweise von 30 bis 60 Stunden, so dass ausreichend Zeit zur Verfügung steht, damit durch Diffusion eine Zink-Eisen-Legierung gebildet wird.
  • Ein weiterer Effekt der Wärmebehandlung ist, dass beim Walzen entstandene Verfestigungen des Materials vermindert bzw. aufgelöst werden, so dass das gewalzte Bandmaterial 2 wieder einer höhere Duktilität und Dehnbarkeit erhält. Das Bandmaterial lässt sich in anschließenden Verfahrensschritten leichter weiterverarbeiten, wobei außerdem die Materialeigenschaften des herzustellenden Endproduktes positiv beeinflusst werden.
  • Nach der Wärmbehandlung (V4) wird das Bandmaterial 2 im nächsten Verfahrensschritt V5 aus dem Bandmaterial 2 einzelne Blechplatinen 20 herausgearbeitet. Das Herausarbeiten der Blechplatinen 20 aus dem Bandmaterial 2 erfolgt vorzugsweise mittels Stanzen oder Schneiden. Je nach Form der zu fertigenden Blechplatinen 20 kann diese aus dem Bandmaterial 2 als Formschnitt ausgestanzt werden, wobei ein Rand am Bandmaterial stehen bleibt, der nicht weiterverwendet wird, oder das Bandmaterial 2 kann einfach in Teilstücke abgelängt werden. Eine aus dem Bandmaterial 2 herausgearbeitete Blechplatine 20, welche auch als dreidimensionale Blechplatinen (3D-TRB) bezeichnet werden können, ist schematisch gezeigt.
  • Nach dem Erzeugen von Platinen 20 aus dem Bandmaterial 2 erfolgt im Verfahrensschritt V5 ein Umformen der Platine 20 zum gewünschten Endprodukt. Nach einer ersten Möglichkeit werden die Platinen 20 warmumgeformt oder, nach einer zweiten Möglichkeit, kaltumgeformt.
  • Das Warmumformen kann als direkter oder indirekter Prozess durchgeführt werden. Beim direkten Prozess werden die Platinen 20 vor dem Umformen auf Austenitisierungstemperatur erwärmt, was beispielsweise durch Induktion oder in einem Ofen erfolgen kann. Unter Austenitisierungstemperatur ist dabei ein Temperaturbereich zu verstehen, bei dem zumindest eine Teilaustenitisierung (Gefügestruktur im Zweiphasengebiet Ferrit und Austenit) vorliegt. Es können aber auch nur Teilbereiche der Platine austenitisiert werden, um beispielsweise ein partielles Härten zu ermöglichen. Nach dem Erhitzen auf Austenitisierungstemperatur wird die erhitzte Platine in einem formgebenden Werkzeug 14 umgeformt und gleichzeitig mit hoher Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt, wobei das Bauteil 20 seine Endkontur erhält und gleichzeitig gehärtet wird.
  • Beim indirekten Warmumformen wird die Platine 20 vor dem Austenitisieren noch einem Vorformen unterzogen. Das Vorformen erfolgt in kaltem Zustand der Platine, das heißt ohne vorherige Erwärmung. Beim Vorformen erhält das Bauteil ein Profil, das noch nicht der Endform entspricht, aber an diese angenähert ist. Nach dem Vorformen findet dann, wie beim direkten Prozess, ein Austenitisieren und Warmformen statt, wobei das Bauteil seine Endkontur erhält und gehärtet wird.
  • Der Stahlwerkstoff sollte, sofern ein Warmumformen (direkt oder indirekt) vorgesehen ist, einen Anteil an Kohlenstoff von mindestens 0,1 Masseprozent bis 0,35 Masseprozent aufweisen.
  • Alternativ zum Warmumformen als formgebenden Prozess lassen sich die Platinen auch Kaltumformen. Das Kaltumformen eignet sich insbesondere für weiche Karosseriestähle beziehungsweise Bauteile, an die keine besonderen Anforderungen im Hinblick auf die Festigkeit bestehen. Beim Kaltumformen werden die Platinen bei Raumtemperatur umgeformt.
  • Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das elektrolytische Beschichten (V3) nach dem Flexiblen Walzen (V1) erfolgt. Die auf das Bandmaterial 2 aufgebrachte Beschichtung hat eine gleichmäßige Dicke über der Länge, und zwar unabhängig von der jeweiligen Dicke des Bandmaterials 2. Auch die stärker ausgewalzten Bereiche haben eine ausreichend dicke Beschichtung, die zuverlässig vor Korrosion schützt. Eine weitere Besonderheit liegt in dem Schritt der Wärmbehandlung nach der elektrolytischen Beschichtung in einem Temperaturbereich zwischen 350 °C und unterhalb der Soliduslinie des Beschichtungsmaterials. Durch die Wärmebehandlung diffundiert Zink aus der Beschichtung in das Grundmaterial und Eisen aus dem Grundmaterial in die Beschichtung. Mit steigendem Eisenanteil in der Beschichtung kann die Temperatur im Rahmen des Wärmebehanldungsprozesses aufgrund der Verschiebung der Soliduslinie hin zu höheren Temperaturen nach und nach angehoben werden. Es entsteht eine Zink-Eisen-Legierung als Beschichtung, welche auch höheren Temperaturen eines nachfolgend gegebenenfalls durchgeführten Warmformprozesses standhält und einen zuverlässigen Korrosionsschutz bietet.
  • Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Verfahrensführung auch abgewandelt werden kann. Beispielsweise können zwischen den genannten Schritten auch hier nicht gesondert gezeigte Zwischenschritte vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Bandmaterial vor dem elektrolytischen Beschichten mit einer Zwischenschicht versehen werden, insbesondere mit einer Nickel-, Aluminium- oder Manganschicht. Diese Zwischenschicht bildet einen zusätzlichen Schutz der Oberfläche und verbessert die Haftungsfähigkeit der anschließend aufgebrachten Zink enthaltenden Beschichtung. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Bandmaterial oder die hieraus hergestellten Platinen nach dem elektrolytischen Beschichten (V3) und vor beziehungsweise nach der Wärmebehanldung (V4) mit einem Zunderschutz versehen werden. Dies ist insbesondere empfehlenswert, wenn die Austenitisierung für ein späteres Warmumformen nicht in Schutzgasatmosphäre erfolgt. Das Aufbringen der Zunderschutzschicht kann durch Sprühen oder Aufwalzen geschehen. Neben dem Schutz vor Oxidation liegt ein weiterer Vorteil der Zunderschutzschicht darin, dass die Oberfläche eine hohe Qualität hat. Zudem kann durch den Zunderschutz der Reibwert während der Warmumformung sowie das Wärmeabsorptionsverhalten positiv beeinflusst werden. Ein weiterer Vorteil des Zunderschutzes besteht darin, dass die Haftung der darunterliegenden kathodischen Korrosionsschutzschicht verbessert wird. Zudem ist enie Erweiterung des Temperatur-Zeit-Fensters im Rahmen der Austenitisierung möglich, beispielsweise durch Legierungsbildung des Zunderschutzmaterials mit der darunterliegenden Schicht. Ein Beispiel hierfür wären Aluminiumlamellen in einem Zunderschutzlack.
  • Weiter versteht es sich, dass die erfindungsgemäße Prozessführung auch in der Reihenfolge der durchgeführten Schritte abgewandelt werden kann. Beispielsweise kann das Herausarbeiten von Platinen auch an anderer Stelle, beispielsweise vor dem elektrolytischen Beschichten oder gegebenenfalls vor oder nach dem Aufbringen eines Zunderschutzes erfolgen.
  • Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Blechplatine aus einem Bandmaterial 2 nach einer zweiten Verfahrensführung. Diese entspricht in weiten Teilen dem Verfahren gemäß Figur 1, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise abgewandelte Bauteile beziehungsweise Schritte mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in Figur 1. Im Folgenden wird im Wesentlichen auf die Unterschiede des vorliegenden Verfahrens eingegangen.
  • Die Verfahrensschritte V1 (walzende Bearbeitung), V2 (Bandrichten), V5 (Ausstanzen) und V6 (Umformen) sind identisch mit den entsprechenden Verfahrensschritten V1, V2, V5 und V6 gemäß Figur 1.
  • Ein erster Unterschied zu dem Verfahren nach Figur 1 liegt im Verfahrensschritt V3 der elektrolytischen Beschichtung. Bei der vorliegenden Verfahrensführung gemäß Figur 2 wird das Bandmaterial mit einem metallischen Beschichtungsmaterial, das zumindest Zink und Eisen enthält, beschichtet. Die Zink-Eisen-Legierungsschicht wird durch elektrolytische Abscheidung einer Zink-Eisen-Schicht gewonnen. Die Anteile an Zink und Eisen werden dabei nach einer günstigen Verfahrensführung so gewählt, dass die Legierungsschicht mindestens 5 und/oder maximal 80 Gewichtsprozent Eisen enthält, beziehungsweise, dass die Legierungsschicht mindestens 20 und/oder maximal 95 Gewichtsprozent Zink enthält.
  • Besonders günstig ist es, wenn die die Anteile an Zink und Eisen so gewählt werden, dass im abgeschiedenen Zustand zumindest teilweise δ1-Phase, insbesondere δ1-Phase und Γ-Phase, oder ausschließlich intermetallische Γ-Phase, vorliegt. Hierfür könnte beispielsweise ein Anteil an Eisen in der Beschichtung zwischen 10 und 30 Gewichtsprozent, beziehungsweise ein Zinkanteil von 70 bis 90 Gewichtsprozent gewählt werden. Mit diesen Anteilen wird im abgeschiedenen Zustand zumindest teilweise intermetallische Phase gebildet.
  • Es ist für die Durchführung einer direkten Warmumformung günstig, wenn der Gehalt an Γ-Phase relativ hoch und der Gehalt an δ1-Phase möglichst gering ist. Um Lotrissigkeit zu vermeiden, sollte die Schmelztemperatur der Beschichtung für die Warmumformung relativ hoch sein. Mit zunehmendem Eisengehalt und damit mit zunehmendem Anteil an Γ-Phase wird die Soliduslinie im binären Phasendiagramm Zink-Eisen (siehe Figur 4) zu höheren Temperaturen verschoben.
  • Nach dem elektrolytischen Beschichten (V3) werden im Verfahrensschritt V5 Platinen aus dem Bandmaterial 2 herausgearbeitet, wobei es sich versteht, dass die Platinen in einer abgewandelten Verfahrensführung auch vor dem Beschichten ausgeschnitten werden könnten.
  • Eine weitere Besonderheit der vorliegenden Verfahrensführung nach Figur 2 ist, dass zwischen dem Beschichten (V3) und dem Umformen im Verfahrensschritt V6 keine zwischengeschaltete Wärmebehandlung unterhalb der Solidustemperatur durchgeführt wird. Das Verfahren nach Figur 2 ist damit zeitlich besonders kurz.
  • Der abschließend durchgeführte Schritt des Umformens entspricht dem gemäß Figur 1, so dass diesbezüglich auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Die Platine 20 kann kalt oder warm (direkt oder indirekt) umgeformt werden.
  • Es versteht sich, dass auch bei der vorliegenden Verfahrensführung Abwandlungen, insbesondere ergänzende Zwischenschritte oder nachfolgende Verfahrensschritte vorgenommen werden können. Diesbezüglich wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obige Beschreibung verwiesen.
  • Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Blechplatine aus einem Bandmaterial 2 nach einer dritten Verfahrensführung. Diese entspricht im Wesentlichen einer Kombination der Verfahren gemäß den Figuren 1 und 2, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise abgewandelte Bauteile beziehungsweise Schritte mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die Schritte V1 (walzende Bearbeitung), V2 (Bandrichten), V3 (elektrolytisches Beschichten), V5 (Ausstanzen) und V6 (Umformen) sind identisch mit den entsprechenden Verfahrensschritten gemäß Figur 2. Der einzige Unterschied zum Verfahren gemäß Figur 2 liegt darin, dass nach der elektrolytischen Beschichtung (V3) im Verfahrensschritt V4 eine Wärmebehandlung erfolgt, wie im Verfahren gemäß Figur 1.
  • Wie bei der Verfahrensführung gemäß Figur 1, liegt auch bei der vorliegenden Verfahrensführung gemäß Figur 3 die Besonderheit in der Temperaturführung zum Zwecke der Bildung einer Zink-Eisen-Legierungsschicht. Die jeweilige Legierungstemperatur bei der Wärmbehandlung (V4) ist so gewählt, dass zu keinem Zeitpunkt der Legierungsbildung die Soliduslinie des binären Zink-Eisen-Phasendiagramms (vergleiche Figur 4) beziehungsweise die Soliduslinie eines aus mehr als zwei Legierungselementen bestehenden Schichtaufbaus erreicht oder überschritten wird.
  • Ein Beispiel für einen derartigen Schichtaufbau wäre beispielsweise eine ternäre Legierung aus Zink, Eisen und Mangan, wobei das Mangan aus dem Stahlsubstrat stammt und durch Diffusionsprozess während der vorgenannten Erwärmung in die elektrolytisch abgeschiedene Zinkschicht beziehungsweise Zink-Eisen-Legierungsschicht gelangt ist und nicht etwa Bestandteil einer elektrolytischen Abscheidung ist. Anstelle des Mangans ist es auch denkbar, dass beispielsweise Chrom oder Aluminium oder Silizium oder Molybdän in die elektrolytisch abgeschiedene Schicht diffundiert. Es versteht sich, dass für die Beschichtung auch Stahllegierungselemente vorgesehen sein können, welche nicht zuvor genannt wurden und die geeignet sind, durch den vorgenannten Erwärmungsprozess in die elektrolytisch abgeschiedene Schicht zu diffundieren.
  • Auch bei der vorliegenden Verfahrensführung können Abwandlungen, insbesondere ergänzende Zwischenschritte oder nachfolgende Verfahrensschritte vorgenommen werden. Diesbezüglich wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obige Beschreibung verwiesen.
  • Figur 4 zeigt das Phasendiagramm für Zink-Eisen. Auf der X-Achse sind die Anteile an Eisen (Fe) beziehungsweise Zink (Zn) angegeben. Dabei liegt am linken Rand Material mit 100 % Eisen und 0 % Zink vor, während am rechten Rand umgekehrt 0 % Eisen und 100 % Zink vorliegt. Zwischen den Rändern ergibt sich jeweils die auf der X-Achse angegebene prozentuale Zusammensetzung. Es steht S für Schmelze, α und γ sind Eisen-Zink-Mischkristalle (eisenreich), ζ und δ beziehungsweise δ1 und Γ sind intermetallische Phasen, und η ist ein Zink-Eisen-Mischkristall (zinkreich).
  • Im Folgenden werden anhand des Zink-Eisen-Phasendiagramms beispielhaft verschiedene Möglichkeiten der elektrolytischen Abscheidung nach einem der erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.
  • Bei der Abscheidung einer Reinzinkschicht, wie sie bei einer Verfahrensführung gemäß Figur 1 erzeugt werden kann, wird zu Beginn eine Legierungstemperatur oberhalb 350 °C und unterhalb der Schmelztemperatur (Soliduslinie) von 419,5 °C gewählt, beispielsweise 400 °C. Bei dieser Temperatur stellt sich eine Diffusion von Eisen in die Zinkschicht ein, so dass sich mit fortschreitender Einwirkdauer im Rahmen der Wärmebehandlung (V4) eine Diffusionsschicht ausbildet, beispielsweise eine δ-Phase. Die weitere Temperaturführung ist so gestaltet, dass sich die jeweilige Temperatur stets unterhalb der Soliduslinie des binären Zink-Eisen-Phasendiagramms befindet.
  • Bei einer elektrolytischen Abscheidung einer Beschichtung, welche bereits Eisen in der Zinkschicht enthält, wie sie bei einer Verfahrensführung gemäß Figur 3 erzeugt werden kann, kann die Starttemperatur oberhalb der Schmelzetemperatur von Reinzink gewählt werden. Beispielsweise könnte bei einer Zusammensetzung der elektrolytisch abgeschiedenen Schicht von 85 % Zink und 15 % Eisen eine Starttemperatur von 600 °C gewählt werden. Diese Temperatur liegt zwar oberhalb der Schmelzetemperatur von Zink, jedoch unterhalb der Soliduslinie des Zweiphasengebiets Γ + δ1.
  • Bei elektrolytischer Abscheidung einer Zink-Eisen-Schicht, welche zu 60 % aus Zink und zu 40 % Eisen besteht, ist eine Starttemperatur kleiner 782 °C möglich. Eine Steigerung über diese Temperatur ist nur dann möglich, wenn dich die Schicht während einer nachfolgenden Wärmebehandlung soweit mit Eisen anreichert, dass ausschließlich ein austenitischer Eisenmischkristall vorliegen würde (beispielsweise 70 Masseprozent Eisen und 850 °C).
  • Die Art der Wärmebehandlung ist, wie oben erläutert, nicht festgelegt. Es kann sich beispielsweise um induktive Erwärmung oder eine Erwärmung in einer Haubenglühe oder um eine Erwärmung durch Kontakt mit einem heißen Körper, beispielsweise einer dicken Stahlplatte handeln, die ihre Wärme an die Platine bzw. den Formschnitt abgibt.
  • In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung wird eine elektrolytische Zink-Eisen-Legierung mit einem Eisengehalt von 8 bis 12 % vorgesehen. Hierbei handelt es sich um eine Zusammensetzung, wie sie für Stähle mit einer sogenannten "Galvannealed"-Beschichtung verwendet werden. Der Vorteil dieser Zusammensetzung liegt darin, dass die Elemente Zink und Eisen einen Abstand im Nanometerbereich aufweisen, wo dass es auf eine langwierige Diffusionsbehandlung verzichtet werden kann. Vielmehr kann durch eine kurze Wärmebehandlung im Verfahrensschritt V4 eine intermetallische δ1-Phase aus einer elektrolytisch abgeschiedenen Zink-Eisen-Legierung mit einem Eisengehalt von 8 bis 12 % herzustellen. Eine derartige Zusammensetzung kann sowohl für die Kaltumformung als auch für die Warmumformung verwendet werden.
  • In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung wird eine elektrolytische Zink-Eisen-Legierung abgeschieden, deren stöchiometrische Zusammensetzung der Γ-Phase entspricht. Alternativ kann diese Zusammensetzung auch durch eine Abscheidung einer Zink-Eisen-Schicht mit geringerem Eisengehalt und anschließender Wärmebehandlung eingestellt werden, an deren Ende die Γ-Phase vorliegt. Diese Schicht beginnt erst bei einer Temperatur von 782 °C zu schmelzen, so dass sich diese Schicht insbesondere für die Warmumformung eignet, da hierbei die Bildung einer Schmelzphase eingeschränkt beziehungsweise durch Stabilisierung der Schicht durch Elemente aus dem Stahlsubstrat wie Mangan vermieden werden kann (ternäres System Eisen-Zink-Mangan).
  • In einer weiteren Ausführungsart, welche ebenfalls für die Warmumformung (V6) vorgesehen ist, wird elektrolytisch eine Schicht abgeschieden, die selbst bei Erhitzen auf die maximale Austenitisierungstemperatur für die Warmumformung (beispielsweise bei 900 °C) nicht schmelzflüssig vorliegt. Eine derartige Beschichtung hätte beispielsweise eine Zusammensetzung von 20 Masseprozent Zink und 80 Masseprozent Eisen. In diesem Fall handelt es sich um eine Eisenbasislegierung des binären Systems Eisen-Zink.
  • Insgesamt lassen sich mit den erfindungsgemäßen Verfahren Erzeugnisse mit einem zuverlässigen kathodischen Korrosionsschutz herstellen, welche sehr gut für einen Warmumformprozess geeignet sind. Durch die zumindest weitestgehende Vermeidung des Auftretens von Flüssigphase in der Beschichtung während des Prozesses wird die Lotrissigkeitsneigung der Erzeugnisse in vorteilhafter Weise minimiert.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Bandmaterial
    3
    Coil
    4
    Walzen
    5
    Walzen
    6
    Dickenregelung
    7
    Glättvorrichtung
    8
    Beschichtungsvorrichtung
    9
    Tauchbecken
    10
    Elektrolyt
    11
    Rollensatz
    12
    Rollensatz
    13
    Ofen
    14
    Umformwerkzeug
    20
    Platine
    V1-V6
    Verfahrensschritte

Claims (13)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Erzeugnisses aus flexibel gewalztem Bandmaterial mit den Schritten:
    Bereitstellen eines Bandmaterials (2) aus Stahlblech;
    Flexibles Walzen (V1) des Bandmaterials (2), wobei eine variable Dicke über der Länge des Bandmaterials (2) erzeugt wird;
    Elektrolytisches Beschichten (V3) mit einem metallischen Beschichtungsmaterial, das zumindest 93 % Zink enthält, wobei das elektrolytische Beschichten nach dem Flexiblen Walzen (V1) erfolgt;
    Wärmebehandeln (V4) bei Temperaturen größer 350°C und unterhalb einer Soliduslinie des Beschichtungsmaterials, wobei das Wärmebehandeln nach dem elektrolytischen Beschichten (V3) erfolgt;
    Herausarbeiten (V5) einer Platine (20) aus dem flexibel gewalzten Bandmaterial (2); und
    Kalt- oder Warmumformen (V6) der Platine.
  2. Verfahren zum Herstellen eines Erzeugnisses aus flexibel gewalztem Bandmaterial (2) mit den Schritten:
    Bereitstellen eines Bandmaterials (2) aus Stahlblech;
    Flexibles Walzen (V1) des Bandmaterials (2), wobei eine variable Dicke über der Länge des Bandmaterials (2) erzeugt wird;
    Elektrolytisches Beschichten (V3) mit einem metallischen Beschichtungsmaterial, das zumindest Zink und Eisen enthält;
    Herausarbeiten (V5) einer Platine (20) aus dem flexibel gewalzten Bandmaterial (2);
    Kalt- oder Warmumformen (V6) der Platine (20).
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als weiterer Verfahrensschritt nach dem elektrolytischen Beschichten (V3) eine Wärmebehandlung (V4) vorgesehen ist, die bei einer Temperatur größer 350°C und unterhalb der Soliduslinie des Beschichtungsmaterials durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Eisen mit zumindest einem der folgenden Anteile enthalten ist:
    mindestens 5 % Eisen,
    maximal 80 % Eisen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Anteile an Zink und Eisen so gewählt werden, dass im abgeschiedenen Zustand zumindest teilweise δ1-Phase, insbesondere δ1-Phase und Γ-Phase, vorliegt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Temperatur während der Wärmebehandlung (V4) erhöht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wärmebehandlung (V4) induktiv oder mittels Haubenglühen erfolgt, wobei das Haubenglühen insbesondere bei einer Verweildauer von 10 bis 80 Stunden erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als weiterer Verfahrensschritt vor dem elektrolytischen Beschichten (V3) vorgesehen ist:
    Beschichten des Bandmaterials (2) mit einer Zwischenschicht, insbesondere einer nickel- oder aluminium- oder manganhaltigen Schicht.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als weiterer Verfahrensschritt nach dem elektrolytischen Beschichten (V3) vorgesehen ist:
    Aufbringen eines Zunderschutzes.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Warmumformen (V6) folgende Teilschritte umfasst:
    Kaltvorformen der Platine (20);
    Erwärmen zumindest eines Teilbereichs des aus der Platine (20) kalt vorgeformten Bauteils auf Austenitisierungstemperatur;
    Warmformen des Bauteils zur Erzeugung der Endkontur. (indirekter Prozess)
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Warmumformen (V6) folgende Teilschritte umfasst:
    Erwärmen zumindest eines Teilbereichs der Platine (20) auf Austenitisierungstemperatur;
    Warmformen der Platine (20) zur Erzeugung der Endkontur. (direkter Prozess)
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Beschichtungsmaterial zum Zeitpunkt der Einleitung des Warmformens (V6) in festem Zustand ist.
  13. Erzeugnis aus flexibel gewalztem Stahlblech, das nach dem flexiblen Walzen mit einer metallischen Beschichtung elektrolytisch beschichtet und nach dem Beschichten warmumgeformt ist, insbesondere hergestellt gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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