EP3559319A1 - Vergraute oberfläche zum zwecke einer verkürzten aufheizung - Google Patents

Vergraute oberfläche zum zwecke einer verkürzten aufheizung

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EP3559319A1
EP3559319A1 EP17828671.2A EP17828671A EP3559319A1 EP 3559319 A1 EP3559319 A1 EP 3559319A1 EP 17828671 A EP17828671 A EP 17828671A EP 3559319 A1 EP3559319 A1 EP 3559319A1
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EP
European Patent Office
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protective coating
steel substrate
modified
stage
range
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17828671.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Maria KÖYER
Sascha Sikora
Florian Rollbusch
Thomas Wälte
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3559319A1 publication Critical patent/EP3559319A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
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    • C25D7/0614—Strips or foils
    • C25D7/0642—Anodes

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a steel substrate having a modified Zn protective coating and to the steel substrate produced by the method according to the invention, which is provided for forming into a component by hot press molding. Furthermore, the present invention relates to a method for producing a component made of a modified Zn protective coating steel substrate. Moreover, the present invention relates to the use of the steel substrate according to the invention for producing a component.
  • steel blanks which have been cut in advance by a cold or hot rolled steel strip are heated to a deformation temperature generally above the austenitizing temperature of the respective steel and placed in a mold of a forming press in the heated state.
  • the steel plate on the one hand receives the desired shape and, on the other hand, undergoes rapid cooling due to the contact with the cool tool, so that a hardened structure is produced in the component.
  • a steel substrate is first provided for producing a steel substrate with a modified Zn protective coating.
  • the steel substrate is a steel strip, a steel sheet or a board obtained therefrom.
  • the steel is a hot-press hardenable steel known as "22MnB5.”
  • the application of a zinc protective coating is by electrolysis.An electrolytic process can be used to uniformly thin and very pure zinc layers
  • a layer thickness of the Zn protective coating is preferably in the range from 2 to 30 ⁇ m, more preferably in the range from 1 to 10 ⁇ m, preferably a thickness of the zinc protective coating is ensured. most preferably applied in the range of 1.5 to 4.5 ⁇ .
  • the electrolytic galvanizing is preferably carried out as a continuous coil coating process.
  • the surface of the Zn protective coating steel substrate is modified by means of an acidic solution, so that a provided with a modified Zn protective coating steel substrate is obtained.
  • the surface structure of the resulting steel component is generated inline next to the coating process and thus does not have to be laboriously produced in a further step, for example in the form of an additional layer.
  • the steel substrate for applying the Zn protective coating is passed through a plurality of electrolysis cells, each electrolysis cell consisting of at least two anode half cells.
  • the anode half cells can be aligned in such a way that the steel substrate is fed horizontally and / or vertically to it and passes through it.
  • an electrolyte flow of 200 to 600 L / min and a belt speed of 20 to 100 m / min are set to apply the Zn protective coating.
  • a belt speed of 40 to 60 m / min is set.
  • the Zn protective coating is applied at a temperature in the range of 40 to 60 ° C and at a pH in the range of 0.7 to 2.5. More preferably, the Zn protective coating is applied at a temperature in the range of 45 to 55 ° C and at a pH in the range of 0.7 to 2.5. In another preferred variant, the Zn protective coating is applied at a temperature in the range from 40 to 60 ° C. and at a pH in the range from 1.2 to 1.3. Most preferably, the Zn protective coating is applied at a temperature in the range of 45 to 55 ° C and at a pH in the range of 1.2 to 1.3.
  • the Zn protective coating is applied on one or two sides.
  • an electrolyte flow rate of 200 to 600 L / min, more preferably 300 to 500 L / min, most preferably 300 to 350 L / min.
  • two different electrolyte flows are set.
  • an electrolyte flow of 300 to 500 L / min, more preferably 300 to 400 L / min is set above the continuous steel substrate, and below the continuous steel substrate, an electrolyte flow of 600 to 400 L / min, more preferably 400 to 500 rpm.
  • the electrolytic coating is carried out in such a way that the zinc coating is applied with different layer thicknesses per steel substrate side. In addition to the possibility of performing the coating on one or two sides, this allows a needs-based adjustment of the zinc coating.
  • the steel substrate provided with a Zn protective coating is first passed through a first stage containing a first acidic solution and then through a second stage containing a second acidic solution.
  • the pH in the second stage is smaller by a factor of 0.5 to 0.7 than in the first stage. More preferably, the second stage pH is 0.7-0.9.
  • the modification in the second stage is carried out at a temperature in the range of 15 to 40 ° C, more preferably in the range of 15 to 25 ° C.
  • At least one of the electrolysis cells is ambivalent.
  • this electrolysis cell preferably in the first half-cell arranged in the strip running direction, a coating process takes place in accordance with the process parameters mentioned for the coating process.
  • the galvanized surface is modified.
  • the ambivalent electrolysis cell is arranged in the strip running direction as the last electrolytic cell in the continuous electrolysis apparatus.
  • the continuous electrolysis apparatus may contain one or more further ambivalent electrolysis cells.
  • the modification preferably takes place in that the second half cell is de-energized.
  • the galvanized steel substrate is exposed to an acidic environment so that the steel substrate provided with the Zn protective coating is modified.
  • a smaller electrolyte flow rate is set for this half cell.
  • the electrolyte flow rate in the second half-cell of the ambivalent electrolysis cell is preferably reduced by a factor of 0.1 to 0.15 in relation to the electrolyte flow rate of the remaining half-cells preceding in the strip running direction.
  • the entire electrolytic cell or even several whole electrolytic cell can be used to modify the surface.
  • the first stage preferably the last half cell in the strip running direction
  • the second stage preferably an acid washing stage, arranged in the strip running direction.
  • the steel substrate according to the invention provided with a modified Zn protective coating can, if it is designed as a steel strip, then be wound into coils and transported for further processing. The further process steps required for producing a component from the steel substrate according to the invention can be carried out spatially and temporally separately.
  • the present invention relates to a steel substrate having a modified Zn protective coating prepared by the method of the invention.
  • the steel substrate provided with a modified Zn protective coating produced by the process according to the invention has a surface roughness R t in the range from 20 to 60 ⁇ m, more preferably from 30 to 40 ⁇ m.
  • the present invention relates to a method for producing a component from a modified Zn-protective coated steel substrate, comprising the following steps: providing the modified Zn protective cover according to the invention steel substrate,
  • Forming the steel substrate in a forming tool to form a component Forming the steel substrate in a forming tool to form a component.
  • the improved heat radiation absorption of the modified Zn protective coating provided steel substrate has also surprisingly been found that the heating of the steel substrate to the first temperature range is faster, so that a higher throughput in hot working is possible.
  • the steel substrate provided with the modified Zn protective coating is heated to a temperature range of 850 to 900 ° C, more preferably to a temperature range of 870 to 890 ° C.
  • the steel substrate provided with a modified Zn protective coating is converted to the desired component by so-called direct hot forming
  • the invention provided with a modified Zn protective coating steel substrate is first cold formed, heated in a next step to the Austenitmaschinestemperatur and then transferred ge state by rapid cooling in the temper or hardened state.
  • the steel substrate provided with the modified Zn protective coating is heated to the austenitizing temperature and briefly cooled before the subsequent hot working.
  • the present invention also relates to the use of the modified Zn protective coating according to the invention steel substrate for the production of a component, in particular a body part for a motor vehicle.
  • Figure 1 is a SEM image of the surface of a provided with a zinc protective coating
  • Figure 2 is an SEM photograph of the surface of a manganese-boron steel substrate provided with a modified zinc protective coating
  • Figure 3 is a graph showing the heating curves of a zinc-coated protective over a manganese-boron steel substrate provided with a modified zinc protective coating.
  • FIG. 1 shows a SEM image of a surface of an electrolytically galvanized manganese-boron steel substrate.
  • the 5000x magnification shows a surface structure with elongated, smooth terraced gradations.
  • the determination of the surface roughness by means of white light interferometry gave an R r value of 26 ⁇ .
  • FIG. 2 shows a SEM image of a modified surface of an electrolytically galvanized manganese-boron steel substrate.
  • the 5000x magnification in comparison to FIG. 1, shows a diffuse surface structure with several larger depressions (represented by the dark regions).
  • the determination of the surface roughness by means of the white light interferometry gave an R r value of 38 ⁇ .
  • Figure 3 shows the heating curves of a manganese-boron steel substrate sample having an electrolytically galvanized (unmodified) surface versus a modified electrolytically galvanized surface.
  • the modified surface surprisingly shows a shorter heating time compared to an unmodified surface.
  • 120 s are required instead of 150 s, which results in a time saving of approx. 20% corresponds.
  • Example 1 An annealed cold strip (steel flat product) grade 22MnB5 (1.5528) pretreated for electrolysis was fed to a continuous electrolysis apparatus.
  • the continuous electrolyzer comprises 20 horizontally oriented half-cells, each of the 20 half-cells again having an anode above and below the passing flat steel product. Furthermore, each of the 20 half cells has an electrolyte inlet arranged above and below the continuous flat steel product, through which the electrolyte is supplied to the half cell.
  • the following operating parameters were set for the coating according to the invention. For half cells 1 to 19:
  • Electrolyte flow rate 300 - 500 L / min top
  • Electrolyte flow rate 300 - 500 L / min top
  • the steel flat product emerging from the continuous electrolysis apparatus was then fed in accordance with the invention to an acid washing stage arranged directly on the last half cell.
  • the following operating parameters were set for the coating according to the invention:
  • the provided with a modified 4 ⁇ thick Zn protective coating steel substrate was rinsed with water at a temperature in the range of 15 to 40 ° C and fed to a drying section.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlsubstrats mit einem modifizierten Zn-Schutzüberzug umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines Stahlsubstrats, - Aufbringen eines Zn-Schutzüberzugs mittels Elektrolyse, so dass ein mit einem Zn-Schutzüberzug versehenes Stahlsubstrat erhalten wird, - Modifizieren der Oberfläche mittels einer säurehaltigen-Lösung, so dass ein mit einem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehenes Stahlsubstrat erhalten wird.

Description

Beschreibung
Vergraute Oberfläche zum Zwecke einer verkürzten Aufheizunq Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlsubstrats mit einem modifizierten Zn -Schutzüberzug sowie das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugte Stahlsubstrat, das für die Umformung zu einem Bauteil durch warmpressformen vorgesehen ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem mit einem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehenen Stahlsubstrat. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Stahlsubstrats zur Herstellung eines Bauteils.
Im modernen Karosseriebau werden heutzutage warm pressgeformte und gehärtete Bauteile aus hochfesten Stählen, wie beispielsweise dem unter der Bezeichnung „22MnB5" bekannten Mangan-Bor- Stahl, eingesetzt.
Beim Warmpresshärten werden Stahlplatinen, die im Vorfeld von einem kalt- oder warmgewalztem Stahlband ausgeschnitten wurden, auf eine in der Regel oberhalb der Austenitisierungstemperatur des jeweiligen Stahls liegende Verformungstemperatur erwärmt und im erwärmten Zustand in ein Werkzeug einer Umformpresse gelegt. Hierbei erhält die Stahlplatine zum einen die gewünschte Form und erfährt zum anderen durch den Kontakt mit dem kühlen Werkzeug eine rasche Abkühlung, so dass in dem Bauteil ein Härtegefüge erzeugt wird .
Da Stähle, wie auch die manganhaltigen, generell zur Eisenoxidation neigen, werden diese heutzutage mit einem Schutzüberzug versehen. Neben der Feueraluminierung erweist sich auch die elektrolytische Verzinkung als vorteilhaft.
Um neben der Korrosionsbeständigkeit von Mangan-Bor-Stählen auch die Eignung für die Warmpressformgebung zu verbessern, wird in der DE 10 2011 001 140 A9 vorgeschlagen zusätzlich zu dem Zn-Schutzüberzug eine separate Deckschicht aufzubringen, die eine Oxid-, Nitrid-, Sulfid-, Carbid-, Hydrat-, oder Phosphat-Verbindung eines unedlen Metalls enthält.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gemacht, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines mit einem Zn-Schutzüberzug versehenen Stahlsubstrats bereitzustellen, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines mit einem Zn-Schutzüberzug versehenen Stahlsubstrats bereitzustellen, bei dem das gemäß dem Verfahren resultierende Stahlsubstrat eine verkürzte Aufheizung im konventionellen Ofen erlaubt. Ferner soll ein Verfahren angegeben werden, das die Herstellung eines Bauteils aus einem solchen Stahlsubstrat ermöglicht. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , durch ein Stahlsubstrat mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Herstellung eines Stahlsubstrats mit einem modifizierten Zn- Schutzüberzug zunächst ein Stahlsubstrat bereitgestellt wird . Bei dem Stahlsubstrat handelt es sich vorliegend um ein Stahlband, ein Stahlblech oder eine daraus gewonnene Platine. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Stahl um einen warmpresshärtbaren Stahl, der unter der Bezeichnung „22MnB5" bekannt ist. Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Aufbringen eines Zink-Schutzüberzugs mittels Elektrolyse erfolgt. Mittels eines elektrolytischen Verfahrens lassen sich gleichmäßig dünne und sehr reine Zinkschichten auf das Stahlsubstrat auftragen, sodass hierdurch eine hohe chemische Reinheit des Zink- Schutzüberzugs und damit verbunden ein wirkungsvoller Korrosionsschutz gewährleistet wird. Vorzugsweise wird eine Schichtdicke des Zn -Schutzüberzugs im Bereich von 2 bis 30 μιτι, mehr bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 μιτι, am meisten bevorzugt im Bereich von 1,5 bis 4,5 μιη aufgetragen .
Aufgrund der sehr geringen Schichtdicke der Zinkschicht bilden sich bei einer Warmumformung lediglich vernachlässigbare Mengen flüssiges Zink, da Eisen sehr schnell aus dem Stahlsubstrat nahe über die gesamte Schichtdicke in die Zinkschicht eindiffundieren kann, so dass die Zinkschicht im Wesentlichen vollständig durchlegiert wird, also in eine Zn-Fe-Legierung übergeht. Diese weist einen ausreichend hohen Schmelzpunkt auf, so dass eine flüssige Phase umgangen werden kann.
Die elektrolytische Verzinkung wird vorzugsweise als kontinuierlicher Bandbeschichtungsprozess durchgeführt.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Oberfläche des mit dem Zn-Schutzüberzug versehenen Stahlsubstrats mittels einer säurehaltigen-Lösung modifiziert wird, so dass ein mit einem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehenes Stahlsubstrat erhalten wird . Die Oberflächenstruktur des resultierenden Stahlbauteils wird inline neben dem Beschichtungsprozess erzeugt und muss somit nicht aufwendig in einem weiteren Schritt, beispielsweise in Form einer zusätzlichen Schicht, erzeugt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Stahlsubstrat zum Aufbringen des Zn-Schutzüberzugs durch eine Vielzahl von Elektrolysezellen geführt, wobei jede Elektrolysezelle aus mindestens zwei Anodenhalbzellen besteht. Die Anodenhalbzellen können hierbei derart ausgerichtet sein, dass das Stahlsubstrat horizontal und/oder vertikal ausgerichtet diesen zugeführt wird und diese passiert.
Vorzugsweise werden zum Aufbringen des Zn-Schutzüberzugs ein Elektrolytdurchfluss von 200 bis 600 L/min und eine Bandgeschwindigkeit von 20 bis 100 m/min eingestellt. In einer mehr bevorzugten Ausgestaltung wird eine Bandgeschwindigkeit von 40 bis 60 m/min eingestellt. Bevorzugt erfolgt das Aufbringen des Zn-Schutzüberzugs bei einer Temperatur im Bereich von 40 bis 60 °C und bei einem pH-Wert im Bereich von 0,7 bis 2,5. Mehr bevorzugt erfolgt das Aufbringen des Zn- Schutzüberzugs bei einer Temperatur im Bereich von 45 bis 55 °C und bei einem pH-Wert im Bereich von 0,7 bis 2,5. In einer anderen bevorzugten Variante erfolgt das Aufbringen des Zn-Schutzüberzugs bei einer Temperatur im Bereich von 40 bis 60 °C und bei einem pH-Wert im Bereich von 1,2 bis 1 ,3. Am meisten bevorzugt erfolgt das Aufbringen des Zn-Schutzüberzugs bei einer Temperatur im Bereich von 45 bis 55 °C und bei einem pH-Wert im Bereich von 1,2 bis 1 ,3.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung wird der Zn-Schutzüberzug einseitig oder zweiseitig aufgebracht.
Sofern der Zn-Schutzüberzug einseitig aufgebracht wird, wird vorzugsweise ein Elektrolytdurchfluss von 200 bis 600 L/min, mehr bevorzugt 300 bis 500 L/min, am meisten bevorzugt 300 bis 350 L/min eingestellt. Vorzugsweise werden bei einem zweiseitigen Aufbringen des Zn-Schutzüberzugs zwei unterschiedliche Elektrolytdurchflüsse eingestellt.
Sofern es sich um einen Durchlaufelektrolyseapparat handelt, bei dem die Halbzellen horizontal ausgerichtet sind, d.h . das Stahlsubstrat diesen horizontal zugeführt wird, wird oberhalb des durchlaufenden Stahlsubstrats ein Elektrolytdurchfluss von 300 bis 500 L/min, mehr bevorzugt 300 bis 400 L/min eingestellt und unterhalb des durchlaufenden Stahlsubstrats ein Elektrolytdurchfluss von 600 bis 400 L/min, mehr bevorzugt 400 bis 500 Umin eingestellt.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das elektrolytische Beschichten in einer Weise ausgeführt wird, dass der Zinküberzug mit unterschiedlichen Schichtdicken je Stahlsubstratseite aufgebracht wird . Neben der Möglichkeit die Beschichtung ein- oder zweiseitig auszuführen, wird hierdurch eine bedarfsgerechte Anpassung der Zinkbeschichtung ermöglicht. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird zum Modifizieren der Oberfläche das mit einem Zn- Schutzüberzug versehene Stahlsubstrat zunächst durch eine erste Stufe enthaltend eine erste säurehaltige Lösung und anschließend durch eine zweite Stufe enthaltend eine zweite säurehaltige Lösung geführt.
Bevorzugt ist der pH-Wert in der zweiten Stufe um den Faktor 0,5 bis 0,7 kleiner als in der ersten Stufe. Mehr bevorzugt beträgt der pH-Wert der zweiten Stufe 0,7 - 0,9. Bevorzugt erfolgt das Modifizieren in der zweiten Stufe bei einer Temperatur im Bereich von 15 bis 40 °C, mehr bevorzugt im Bereich von 15 - 25 °C.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist mindestens eine der Elektrolysezellen ambivalent ausgeführt. In dieser Elektrolysezelle erfolgt, vorzugsweise in der in Bandlaufrichtung zuerst angeordneten Halbzelle ein Beschichtungsprozess entsprechend den für den Beschichtungsprozess genannten Prozessparametern. In der vorzugsweise in Bandlaufrichtung angeordneten zweiten Halbzelle wird die verzinkte Oberfläche modifiziert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die ambivalente Elektrolysezelle in Bandlaufrichtung als letzte Elektrolysezelle im Durchlaufelektrolyseapparat angeordnet.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung kann der Durchlaufelektrolyseapparat eine oder mehrere weitere ambivalente Elektrolysezellen enthalten. Das Modifizieren findet vorzugsweise dadurch statt, dass die 2. Halbzelle stromlos geschaltet wird . Hierdurch wird das verzinkte Stahlsubstrat einem sauren Milieu ausgesetzt, so dass das mit dem Zn- Schutzüberzug versehene Stahlsubstrat modifiziert wird . Vorzugsweise wird für diese Halbzelle ein geringerer Elektrolytdurchfluss eingestellt. Der Elektrolytdurchfluss in der 2. Halbzelle der ambivalenten Elektrolysezelle ist vorzugsweise um den Faktor 0, 1 bis 0, 15 reduziert in Bezug auf den Elektrolytdurchfluss der übrigen, in Bandlaufrichtung vorgeschalteten Halbzellen .
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung kann die gesamte Elektrolysezelle oder sogar mehrere ganze Elektrolysezelle zum Modifizieren der Oberfläche genutzt werden . In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die erste Stufe, vorzugsweise die in Bandlaufrichtung letzte Halbzelle, mit der in Bandlaufrichtung angeordneten zweiten Stufe, vorzugsweise einer Säurewaschstufe, unmittelbar verbunden . Hierdurch entstehen zwei von einander getrennte Stationen in denen der Zn-Schutzüberzug des Stahlsubstrats nacheinander modifiziert wird . Diese Variante ermöglicht nicht nur eine bessere Flexibilität bei der Modifizierung, sondern vermeidet zudem, dass ein zu hoher Abtrag des Zinks erfolgt. Das erfindungsgemäße mit einem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehene Stahlsubstrat kann, sofern es als Stahlband ausgeführt ist, anschließend zu Coils gewickelt und zur Weiterverarbeitung transportiert werden . Die weiteren zur Erzeugung eines Bauteils aus dem erfindungsgemäßen Stahlsubstrat erforderlichen Prozessschritte können örtlich und zeitlich getrennt durchgeführt werden . In einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Stahlsubstrat mit einem modifizierten Zn- Schutzüberzug hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren .
Bevorzugt weist das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte mit einem modifizierten Zn- Schutzüberzug versehene Stahlsubstrat eine Oberflächenrauhigkeit Rt im Bereich von 20 bis 60 μιτι, mehr bevorzugt 30 bis 40 μιη auf.
Überraschenderweise wurde herausgefunden, dass durch die spezifische Einstellung der Ober- flächenrauigkeit, vorzugsweise mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, eine verbesserte Wärmestrahlungsaufnahme erfolgt.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem mit einem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehenen Stahlsubstrats umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen des erfindungsgemäßen mit einem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehenen Stahlsubstrats,
Erwärmen des mit dem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehenen Stahlsubstrats auf einen ersten Temperaturbereich von 700 bis 950 °C und
Umformen des Stahlsubstrats in einem Umformwerkzeug zu einem Bauteil .
Durch die verbesserte Wärmestrahlungsaufnahme des mit einem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehenen Stahlsubstrats hat sich ferner überraschendweise gezeigt, dass das Erwärmen des Stahlsubstrats auf den ersten Temperaturbereich schneller erfolgt, so dass ein höherer Durchsatz bei der Warmumformung möglich ist. Vorzugsweise wird das mit dem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehene Stahlsubstrat auf einen Temperaturbereich von 850 bis 900 °C, mehr bevorzugt auf einen Temperaturbereich von 870 bis 890 °C erwärmt. Neben dieser Verfahrensvariante, in der das mit einem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehene Stahlsubstrat durch sogenanntes direktes Warmumformen zu dem gewünschten Bauteil umgeformt wird, besteht auch die Möglichkeit, das Umformen mittels eines indirekten Verfahrens durchzuführen. Hierbei wird das erfindungsgemäß mit einem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehene Stahlsubstrat zunächst kaltumgeformt, in einem nächsten Schritt auf die Austenitisierungstemperatur erwärmt und anschließend durch rasches Abkühlen in den Vergütungs- oder Härtegefü gezustand überführt.
Ferner ist ebenfalls möglich, dass das mit dem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehene Stahlsubstrat auf die Austenitisierungstemperatur erwärmt wird und vor der anschließenden Warmumformung kurz abkühlt wird .
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung zudem die Verwendung des erfindungsgemäßen mit einem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehenen Stahlsubstrats zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines Karosseriebauteils für ein Kraftfahrzeug .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen und Beispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine REM-Aufnahme der Oberfläche eines mit einem Zink-Schutzüberzug versehenen
Mangan-Bor- Stahlsubstrats,
Figur 2 eine REM-Aufnahme der Oberfläche eines mit einem modifizierten Zink-Schutzüberzug versehenen Mangan-Bor- Stahlsubstrats, und
Figur 3 ein Diagramm welches die Aufheizkurven eines mit einem Zink-Schutzüberzug versehenen gegenüber eines mit einem modifizierten Zink-Schutzüberzug versehenen Mangan-Bor- Stahlsubstrats aufzeigt.
Figur 1 zeigt eine REM-Aufnahme einer Oberfläche eines elektrolytisch verzinkten Mangan-Bor- Stahlsubstrats. Die 5000 fache Vergrößerung zeigt eine Oberflächenstruktur mit länglichen, glatten terrassenförmigen Abstufungen . Die Bestimmung der Rautiefe mittels der Weißlichtinterferometrie ergab einen RrWert von 26 μιτι. Figur 2 zeigt eine REM-Aufnahme einer modifizierten Oberfläche eines elektrolytisch verzinkten Mangan- Bor-Stahlsubstrats. Die 5000 fache Vergrößerung zeigt im Vergleich zur Figur 1 eine diffuse Oberflächenstruktur mit mehreren größeren Vertiefungen (dargestellt durch die dunklen Bereiche). Die Bestimmung der Rautiefe mittels der Weißlichtinterferometrie ergab einen RrWert von 38 μιτι.
Figur 3 zeigt die Aufheizkurven einer Mangan-Bor-Stahlsubstratprobe mit einer elektrolytisch verzinkten (unmodifizierten) Oberfläche gegenüber einer modifizierten elektrolytisch verzinkten Oberfläche. Die modifizierte Oberfläche zeigt hierbei überraschenderweise eine kürzere Erwärmungsdauer gegenüber einer unmodifizierten Oberfläche auf. Für das Erwärmen eines mit einem modifizierten Zink-Schutzüberzug versehenen Mangan-Bor- Stahlsubstrats auf eine Temperatur von 850 °C werden 120 s anstatt 150 s benötigt, was einer zeitlichen Einsparung von ca . 20 % entspricht.
Beispiel 1 Ein für die Elektrolyse vorbehandeltes geglühtes Kaltband (Stahlflachprodukt) der Güte 22MnB5 (1.5528) wurde einem Durchlaufelektrolyseapparat zugeführt. Der Durchlaufelektrolyseapparat umfasst 20 horizontal ausgerichtete Halbzellen, wobei jede der 20 Halbzellen wiederum eine oberhalb und eine unterhalb des durchlaufenden Stahlflachprodukts angeordnete Anode aufweist. Ferner weist jede der 20 Halbzellen einen oberhalb und einen unterhalb des durchlaufenden Stahlflachprodukts angeordneten Elektrolyteingang, durch den das Elektrolyt der Halbzelle zugeführt wird. Für die erfindungsgemäße Beschichtung wurden folgende Betriebsparameter eingestellt. Für die Halbzellen 1 bis 19:
- Zn-Gehalt des Elektrolyten: 60 - 100 g/L
- Na2S04-Gehalt des Elektrolyten: 10 20 g/L
- pH-Wert des Elektrolyten: 0,7 - 2,5
- Temperatur des Elektrolyten : 40 - 60 °C
Stromdichte: 20 - 50 A/m2
Elektrolytdurchfluss: 300 - 500 L/min Oberseite
400 - 600 L/min Unterseite
- Bandgeschwindigkeit: 20 - 100 m/min
Für die in Bandlaufrichtung angeordnete letzte Halbzelle 20 wurden folgende Betriebsparameter eingestellt: - Zn-Gehalt des Elektrolyten: 60 - 100 g/L
- Na2S04-Gehalt des Elektrolyten: 10 - 20 g/L
- pH-Wert des Elektrolyten: 0,7 - 2,5 - Temperatur des Elektrolyten : 40 - 60 °C
Stromdichte: 0 A/m2
Elektrolytdurchfluss: 300 - 500 L/min Oberseite
400 - 600 L/min Unterseite
Bandgeschwindigkeit: 20 - 100 m/min
Das aus dem Durchlaufelektrolyseapparat austretende Stahlflachprodukt wurde dann in erfindungsgemäßer Weise einer direkt an die letzte Halbzelle angeordneten Säurewasch stufe zugeführt. Für die erfindungsgemäße Beschichtung wurden folgende Betriebsparameter eingestellt:
- pH-Wert der Lösung: 0,5 - 1,4
Bandgeschwindigkeit: 20 - 100 m/min
- Temperatur der Lösung : 15 - 40 °C
Im Anschluss wurde das mit einem modifizierten 4 μιτι dicken Zn -Schutzüberzug versehene Stahlsubstrat mit Wasser bei einer Temperatur im Bereich von 15 bis 40 °C gespült und einer Trocknungsstrecke zugeführt.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung eines Stahlsubstrats mit einem modifizierten Zn-Schutzüberzug umfassend die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Stahlsubstrats,
Aufbringen eines Zn-Schutzüberzugs mittels Elektrolyse, so dass ein mit einem Zn- Schutzüberzug versehenes Stahlsubstrat erhalten wird,
Modifizieren der Oberfläche mittels einer säurehaltigen-Lösung, so dass ein mit einem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehenes Stahlsubstrat erhalten wird,
wobei zum Modifizieren der Oberfläche das mit einem Zn-Schutzüberzug versehene Stahlsubstrat zunächst durch eine erste Stufe enthaltend eine erste säurehaltige-Lösung und anschließend durch eine zweite Stufe enthaltend eine zweite säurehaltige-Lösung geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei zum Aufbringen des Zn-Schutzüberzugs das Stahlsubstrat durch eine Vielzahl von Elektrolysezellen geführt wird und jede Elektrolysezelle aus mindestens zwei Anodenhalbzellen besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zum Aufbringen des Zn-Schutzüberzugs ein Elektrolytdurchfluss von 200 bis 600 L/min und eine Bandgeschwindigkeit von 20 bis 100 m/min eingestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei das Aufbringen des Zn- Schutzüberzugs bei einer Temperatur im Bereich von 40 bis 60 °C und bei einem pH-Wert im Bereich von 0,7 bis 2,5 erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei der Zn-Schutzüberzug einseitig oder zweiseitig aufgebracht wird .
Verfahren nach Anspruch 5, wobei bei einem zweiseitigen Aufbringen des Zn-Schutzüberzugs zwei unterschiedliche Elektrolytdurchflüsse eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der pH-Wert in der zweiten Stufe um den Faktor 0,5 bis 0,7 kleiner ist als in der ersten Stufe.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei das Modifizieren in der zweiten Stufe bei einer Temperatur im Bereich von 15 bis 40 °C erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens eine der Elektrolysezellen ambivalent ausgeführt ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste Stufe mit der in Bandlaufrichtung angeordneten zweiten Stufe unmittelbar verbunden ist.
11. Stahlsubstrat mit einem modifizierten Zn-Schutzüberzug hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, aufweisend eine Oberflächenrauhigkeit Rt im Bereich von 20 bis 60 pm.
12. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem mit einem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehenen Stahlsubstrats umfassend die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines mit einem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehenen Stahlsubstrats nach Anspruch 11,
Erwärmen des mit dem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehenen Stahlsubstrats auf einen ersten Temperaturbereich von 700 bis 950 °C und
Umformen des Stahlsubstrats in einem Umformwerkzeug zu einem Bauteil.
13. Verwendung eines mit einem modifizierten Zn-Schutzüberzug versehenen Stahlsubstrats zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines Karosseriebauteils für ein Kraftfahrzeug.
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