EP3631036A1 - Verbesserung der kaltumformeignung aluminiumbasierter beschichtung durch zulegieren von erdalkalimetallen - Google Patents

Verbesserung der kaltumformeignung aluminiumbasierter beschichtung durch zulegieren von erdalkalimetallen

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EP3631036A1
EP3631036A1 EP18727707.4A EP18727707A EP3631036A1 EP 3631036 A1 EP3631036 A1 EP 3631036A1 EP 18727707 A EP18727707 A EP 18727707A EP 3631036 A1 EP3631036 A1 EP 3631036A1
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EP
European Patent Office
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steel
alkaline earth
transition metal
flat
protective coating
Prior art date
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Pending
Application number
EP18727707.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Janko Banik
Manuela Ruthenberg
Maria K YER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe 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 EP3631036A1 publication Critical patent/EP3631036A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer

Definitions

  • the present invention relates to a flat steel product for cold forming and to a process for producing the flat steel product according to the invention. According to a further aspect, the present invention relates to a method for producing a steel component and to the steel component obtained according to the method according to the invention. Furthermore, the present invention relates to the use of at least one alkaline earth or transition metal to improve the tribological properties and to lower the coefficient of friction of a cold-formed steel flat product.
  • flat steel product means all rolled products whose length is much greater than their thickness. These include steel strips and sheets as well as blanks and blanks derived from them.
  • the term choice of an inner Al-Si-containing layer and an outer layer of alkaline earth oxide and / or transition metal oxide means that the layer structure does not have a sharply delimited layer structure, but rather an alloy is present in which the oxygen affinity of the respective components - these are present in the inner or outer layer in an increased concentration.
  • Aluminum-silicon-containing protective coatings are known from the prior art and have been used for years in various fields of application. For example, in the automotive industry as a temperature and corrosion resistant coating, for example, for components such as exhaust systems or heat shields.
  • An advantage of the aluminum-silicon-containing protective coatings is that they have better corrosion properties than zinc-based protective coatings because of the passive aluminum oxide layer that forms in many atmospheres and are also much more resistant to temperatures of up to 800 ° C.
  • the field of application of the currently existing aluminum-silicon-containing protective systems is severely limited due to their relatively high brittleness, which in addition to the adhesion problem leads in particular to higher coefficients of friction.
  • the invention is therefore based on the object of providing a flat steel product, in particular for cold forming, which has improved tribological properties over the cold-formable flat steel products known from the prior art.
  • the flat steel product according to the invention consists of a protective coated steel substrate, the protective coating consisting of an inner Al-Si-containing and an outer alkaline earth oxide and / or transition metal oxide-containing layer, and wherein the steel substrate has a composition comprising (in% by weight ): up to 0.09 carbon
  • alloys selected from the group up to 0.01 N, up to 0.15 Cu, up to 0.15 Cr, up to 0.15 Ni, up to 0.025 Mo, and / or up to 0.05 Sn, and
  • the flat steel product has a composition containing (by weight): up to 0.06 carbon,
  • alloys selected from the group up to 0.007 N, up to 0, 11 Cu, up to 0, 1 Cr, up to 0, 1 Ni, up to 0.02 Mo, and / or up to 0.03 Sn, and
  • the inner Al-Si-containing layer of the protective coating of the invention contains, in addition to aluminum as the main component, preferably 3-15% by weight of silicon.
  • Particularly preferred Si contents of Al-Si protective coatings of this type are in the range from 7 to 12% by weight, with a standard Al-Si-containing protective coating which is known from practice containing very particularly preferably 9 to 10% by weight of Si ,
  • the protective coating comprises an outer layer of alkaline earth oxide and / or transition metal oxide.
  • alkaline earth metals magnesium and calcium may be mentioned, with substitute or supplemental lithium, strontium, sodium or barium come into question.
  • the outer alkaline earth oxide and / or transition metal oxide-containing layer has a layer thickness of up to 200 nm, more preferably up to 100 nm, and most preferably up to 50 nm.
  • the protective coating has a total thickness in the range of 5 to 60 ⁇ , more preferably in the range of 9 to 40 ⁇ on.
  • the steel flat product according to the invention intended for cold forming has improved tribological properties as compared to an aluminum-silicon-coated steel flat product as a result of the outer layer containing alkaline earth oxide and / or transition metal oxide.
  • the flat steel product according to the invention also has an improved corrosion behavior.
  • the steel substrate has a yield strength in the range of 100 to 400 MPa and a tensile strength in the range of 250 to 600 MPa.
  • a steel substrate with such mechanical characteristics has proved to be particularly suitable for cold forming in practice.
  • the protective coating has an alkaline earth and / or transition metal content of 0.05 to 2 wt.%, More preferably 0, 1 to 0.5 wt.% And most preferably 0, 15 to 0, 4% by weight.
  • the contents are particularly preferably limited to less than 0.5 wt .-%, in particular less than 0.45 wt .-% or at most 0.4 wt .-%, limited. This is especially true against the background that experiments have shown that even at levels of up to 0.3 wt .-% excellent, sufficient for the purposes of the invention effects are achieved.
  • magnesium and calcium has proved to form the outer layer containing alkaline earth metal oxide and / or transition metal oxide, which can be alloyed well in Al protective coatings of the type in question here.
  • the added amount of Mg and / or Ca is optimally adjusted so that at least 0.05% by weight and at most 2% by weight of Mg and / or Ca are present in the protective coating, and for the reasons already explained, Mg - and / or Ca contents of less than 0.5 wt .-%, in particular less than 0.45 wt .-% or up to 0.4 wt .-% or up to 0.3 wt .-%, in have proven the practice to be particularly favorable.
  • strontium may also be present in a protective coating according to the invention in amounts of from 0.005 to 0.25% by weight as an additional alloying element. It may also be advantageous here to limit the content of Sr to up to 0.15% by weight, in particular up to 0.10% by weight.
  • Barium may be added to the protective coating according to the invention as an additional alloying ingredient in amounts of 0.005 to 0.25 wt .-%, wherein for the reasons explained here Ba contents of 0.005 to 0.05 wt .-% as particularly favorable prove.
  • zirconium and titanium are to be added to the protective coating as additional alloying elements for the purposes according to the invention, this may be carried out in amounts of 0.15 to 0.7% by weight, with contents of not more than 0.5% by weight for the reasons already explained.
  • -% in particular at most 0.4 wt .-% or at most 0.3 wt .-%, are particularly favorable.
  • the protective coating of the invention contains up to 5 wt .-% Fe, which is present as a further alloying constituent in addition to or as an alternative to the Si content in the Al-Si-containing protective coating.
  • the present invention relates to a method for producing the flat steel product according to the invention, comprising the steps:
  • Providing a steel substrate comprising a composition containing at most (in wt.%): Up to 0.09 carbon
  • up to 0,001 boron as well as further alloys selected from the group up to 0.01 N, up to 0.15 Cu, up to 0.15 Cr, up to 0.15 Ni, up to 0.025 Mo, and / or up to 0.05 Sn, and
  • Hot dip coating of the steel substrate with an aluminum, silicon and alkaline earth and / or transition metal-containing melt is provided.
  • the excess melt applied to the flat steel product for example by means of a nozzle bar, is blown off.
  • the flat steel product has a composition containing (by weight): up to 0.06 carbon,
  • alloys selected from the group up to 0.007 N, up to 0, 11 Cu, up to 0, 1 Cr, up to 0, 1 Ni, up to 0.02 Mo, and / or up to 0.03 Sn, and
  • the melt has an alkaline earth and / or transition metal content in the range of 0.05 to 2 wt .-%, more preferably 0, 1 to 0.5 wt .-% and most preferably 0, 15 bis 0.4% by weight.
  • the content of the alkaline earth and / or transition metals in the melt should not be more than 2 wt .-%, as this can lead to undesirable oxidation reactions in the molten bath.
  • the resulting slag particles or oxide pellets can adversely affect the wetting as well as the appearance and thus lead to an increase of surface defects.
  • the flat steel product according to the invention can also be produced by a process route in which the inner Al-Si-containing and / or the outer alkaline earth oxide and / or transition metal oxide-containing layer are applied successively to the steel substrate by suitable methods.
  • any known method capable of depositing sufficiently thin layers on the bare steel substrate or on a steel substrate coated with an Al-Si-containing protective coating is suitable.
  • a further aspect of the present invention relates to a method for producing a steel component, wherein initially a steel flat product according to the invention is provided, and this is then subjected to a cold pressing operation, so that a desired steel component is obtained.
  • the present invention relates to a steel component which is produced by the method according to the invention.
  • a component produced in this way has a coefficient of friction in the range from 0.05 to 0.2, more preferably 0, 1 to 0, 15.
  • Strip pulling test with 0.5 and 1.5 g / m 2 PL 3802 39S at RT and a forming speed of 1 mm / s.
  • Further aspects of the present invention relate to the use of at least one alkaline earth or transition metal in an amount of 0.05 to 2 wt .-% as an additional alloying ingredient in an aluminum-silicon-containing protective coating for reduction the tribological properties of a cold-workable flat steel product and the use of at least one alkaline earth or transition metal in an amount of 0.05 to 2 wt .-% as an additional alloying ingredient in an aluminum-silicon-containing protective coating to reduce the corrosion behavior of a cold-formable flat steel product.
  • FIG. 3 shows photographs of the surfaces after a corrosion test has been carried out on a conventional cold-workable flat steel product (a) and the flat steel product (b) according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the flat steel product according to the invention, which consists of a steel substrate "S” and a protective coating "C” arranged thereon.
  • the protective coating "C” in turn, consists of an inner Al-Si-containing "A” and an outer "M” layer containing alkaline earth oxide and / or transition metal oxide.
  • part of the iron from the steel substrate "S” diffuses into the overlying Al-Si-containing layer "A” and a portion of Al 2 0 3 in the alkaline earth oxide and / or transition metal oxide-containing layer "M".
  • FIG. 2 shows metallographic images of the cut of a conventional cold-workable flat steel product (a) and of the flat steel product (b) according to the invention. This shows that the surface of the reference sample has a scoring on the surface forms.
  • the flat steel product according to the invention has a uniform layer thickness over the cross section.
  • FIG. 3 shows photographs of the surfaces after a corrosion test has been carried out on a conventional cold-workable flat steel product (a) and the flat steel product (b) according to the invention. This shows that the surface of the reference sample shows a clear has higher surface coverage with red rust than the flat steel product according to the invention.
  • steel substrates having the composition shown in Table 1 were melt-dip coated with an aluminum, silicon and magnesium-containing melt.
  • the steel substrate was enforced by a refining plant in which it first annealed recrystallizing at a temperature in the range of 780-850 ° C, then cooled to a tape immersion temperature in the range of 600 to 640 ° C and then went through the molten bath.
  • the molten bath had a composition of (in% by weight) 10% Si, 3% Fe, 0.4% Mg and balance aluminum.
  • the resulting coating had a coating weight in the range of 30 to 120 mg / m 2 per side.
  • the concentration of the respective components in the melt was adjusted such that the resulting protective coating had a total thickness in the range from 9 to 40 ⁇ m.
  • the samples were subsequently characterized. For this purpose, the samples were exposed to a corrosive sulfur dioxide atmosphere and then examined metallographically to determine the corrosion depth.
  • the forming properties were determined both by means of a strip-drawing system and during the forming of a cup. Both investigations took place with a low oil layer of 0.5 g / m 2 .
  • the oil used was a standard surface oil.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stahlflachprodukt bestehend aus einem mit einem Schutzüberzug überzogenen Stahlsubstrat, wobei der Schutzüberzug aus einer inneren Al-Si-haltigen und einer äußeren Erdalkalioxid- und/oder Übergangsmetalloxid-haltigen Schicht besteht und wobei das Stahlsubstrat eine Zusammensetzung aufweist enthaltend (in Gew.-%): - bis zu 0,09 Kohlenstoff - bis zu 0,3 Silizium- bis zu 0,9 Mangan - bis zu 0,025 Phosphor - bis zu 0,02 Schwefel - bis zu 0,1 Aluminium - bis zu 0,14 Titan und/oder Niob - bis zu 0,001 Bor, sowie ggf. - weitere Zulegierungen ausgewählt aus der Gruppe bis zu 0,01 N, bis zu 0,15 Cu, bis zu 0,15 Cr, bis zu 0,15 Ni, bis zu 0,025 Mo, und/oder bis zu 0,05 Sn, und - Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen.

Description

Verbesserung der Kaltumformeignung aluminiumbasierter Beschichtung durch
Zulegieren von Erdalkalimetallen
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stahlflachprodukt für eine Kaltumformung sowie ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils sowie das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Stahlbauteil. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung mindestens eines Erdalkali- oder Übergangsmetalls zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften und zum Absenken des Reibwertes eines kaltumformbaren Stahlflachprodukts.
Unter den Begriff "Stahlflachprodukt" werden im Sinne der vorliegenden Erfindung alle Walzprodukte, deren Länge sehr viel größer ist als ihre Dicke verstanden. Hierzu zählen Stahlbänder und -bleche sowie daraus gewonnene Zuschnitte und Platinen.
Unter der Begriffswahl einer inneren Al-Si-haltigen und einer äußeren Erdalkalioxid- und/oder Übergangsmetalloxid-haltigen Schicht wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass der Schichtaufbau keinen scharf abgegrenzten Schichtaufbau aufweist, sondern vielmehr eine Legierung vorliegt, in der - in Folge der Sauerstoffaffinität der jeweiligen Komponenten - diese in der inneren oder äußeren Schicht in erhöhter Konzentration vorliegen.
Technischer Hintergrund
Aluminium-Silizium-haltige Schutzüberzüge sind aus dem Stand der Technik bekannt und kommen seit Jahren in verschiedenen Anwendungsbereichen zum Einsatz. So zum Beispiel in der Automobilindustrie als temperatur- und korrosionsbeständiger Überzug, beispielsweise für Komponenten wie Auspuffanlagen oder Hitzeschilder.
Ein Vorteil der Aluminium-Silizium-haltigen Schutzüberzüge besteht darin, dass diese aufgrund der sich bildenden passiven Aluminiumoxidschicht in vielen Atmosphären bessere Korrosionseigenschaften aufweisen als Zink-basierte Schutzüberzüge und ferner deutlich beständiger gegenüber Temperaturen von bis zu 800 °C sind. Das Anwendungsgebiet der derzeit existierenden Aluminium-Silizium-haltigen Schutzsysteme ist aufgrund ihrer relativ hohen Sprödigkeit, die neben der Haftungsproblematik insbesondere zu höheren Reibwerten führt, stark eingeschränkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde ein Stahlflachprodukt, insbesondere für eine Kaltumformung bereitzustellen, das gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten kaltumformbaren Stahlflachprodukten verbesserte tribologische Eigenschaften aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Stahlflachprodukt mit den Merkmalen des Patentanspruchs l.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt besteht aus einem mit einem Schutzüberzug überzogenen Stahlsubstrat, wobei der Schutzüberzug aus einer inneren Al-Si-haltigen und einer äußeren Erdalkalioxid- und/oder Übergangsmetalloxid-haltigen Schicht besteht und wobei das Stahlsubstrat eine Zusammensetzung aufweist enthaltend (in Gew.-%): bis zu 0,09 Kohlenstoff
bis zu 0,3 Silizium
bis zu 0,9 Mangan
bis zu 0,025 Phosphor
bis zu 0,02 Schwefel
bis zu 0, 1 Aluminium
bis zu 0, 14 Titan und/oder Niob
bis zu 0,001 Bor, sowie ggf .
weitere Zulegierungen ausgewählt aus der Gruppe bis zu 0,01 N, bis zu 0, 15 Cu, bis zu 0, 15 Cr, bis zu 0, 15 Ni, bis zu 0,025 Mo, und/oder bis zu 0,05 Sn, und
Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen. Vorzugsweise weist das Stahlflachprodukt eine Zusammensetzung auf enthaltend (in Gew.-%): bis zu 0,06 Kohlenstoff,
bis zu 0, 12 Silizium,
bis zu 0,3 Mangan, mehr bevorzugt bis zu 0,2 Mangan,
bis zu 0,017 Phosphor,
bis zu 0,018 Schwefel,
bis zu 0,07 Aluminium,
bis zu 0, 12 Titan und/oder Niob,
bis zu 0,0008 Bor, sowie ggf.
weitere Zulegierungen ausgewählt aus der Gruppe bis zu 0,007 N, bis zu 0, 11 Cu, bis zu 0, 1 Cr, bis zu 0, 1 Ni, bis zu 0,02 Mo, und/oder bis zu 0,03 Sn, und
Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
Die erfindungsgemäße innere Al-Si-haltige Schicht des Schutzüberzugs enthält neben Aluminium als Hauptkomponente vorzugsweise 3 - 15 Gew.-% Silizium. Besonders bevorzugtere Si-Gehalte von Al-Si-Schutzüberzügen dieser Art liegen im Bereich von 7 - 12 Gew.-%, wobei ein aus der Praxis bekannter Standard Al-Si-haltiger Schutzüberzug ganz besonders bevorzugt 9 - 10 Gew.-% Si enthält.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass der Schutzüberzug eine äußere Erdalkalioxid- und/oder Übergangsmetalloxid-haltige Schicht aufweist. Von den besonders bevorzugten Erdalkalimetallen ist Magnesium und Kalzium zu nennen, wobei ersatzweise oder ergänzend auch Lithium, Strontium, Natrium oder Barium in Frage kommen.
Vorzugsweise weist die äußere Erdalkalioxid- und/oder Übergangsmetalloxid-haltige Schicht eine Schichtdicke von bis zu 200 nm, mehr bevorzugt von bis zu 100 nm und am meisten bevorzugt von bis zu 50 nm auf.
Vorzugsweise weist der Schutzüberzug eine Gesamtdicke im Bereich von 5 bis 60 μιτι, mehr bevorzugt im Bereich von 9 bis 40 μιτι auf.
Von den Übergangsmetallen können beispielsweise Zirkonium und Titan eingesetzt werden. Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, dass das erfindungsgemäße für die Kaltumformung vorgesehene Stahlflachprodukt im Vergleich zu einem Aluminium-Siliziumbeschichteten Stahlflachprodukt infolge der äußeren Erdalkalioxid- und/oder Übergangsmetalloxid-haltigen Schicht verbesserte tribologische Eigenschaften aufweist.
Weiterhin konnte überraschenderweise festgestellt werden, dass das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt zudem ein verbessertes Korrosionsverhalten aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante weist das Stahlsubstrat eine Streckgrenze im Bereich von 100 bis 400 MPa und eine Zugfestigkeit im Bereich von 250 bis 600 MPa auf. Ein Stahlsubstrat mit derartigen mechanischen Kennwerten hat sich in der Praxis als besonders geeignet für eine Kaltumformung erwiesen.
Gemäß einer bevorzugt Ausführungsvariante weist der Schutzüberzug einen Erdalkali- und/ oder Übergangsmetall-Gehalt von 0,05 bis 2 Gew.-%, mehr bevorzugt 0, 1 bis 0,5 Gew.-% und am meisten bevorzugt 0, 15 bis 0,4 Gew.-% auf.
Versuche haben gezeigt, dass schon geringe Mengen eines Erdalkali- und/oder Übergangsmetalls innerhalb des Schutzüberzugs für die erfindungsgemäßen Zwecke ausreichend sein können.
Daher sind die Gehalte besonders bevorzugt auf weniger als 0,5 Gew.-%, insbesondere weniger als 0,45 Gew.-% oder höchstens 0,4 Gew.-%, beschränkt. Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund, dass Versuche hier gezeigt haben, dass auch schon bei Gehalten von bis zu 0,3 Gew.-% hervorragende, für die erfindungsgemäßen Zwecke ausreichende Wirkungen erzielt werden.
Zu Erzielung der erfindungsgemäßen Zwecke hat sich zur Bildung der äußeren Erdalkalioxid- und/oder Übergangsmetalloxid-haltigen Schicht insbesondere Magnesium und Kalzium erwiesen, das sich gut in Al-Schutzüberzüge der hier in Rede stehenden Art einlegieren lässt. Die zugegebene Menge an Mg und/oder Ca wird optimalerweise so eingestellt, dass im Schutzüberzug mindestens 0,05 Gew.-% und höchstens 2 Gew.-% Mg und/oder Ca vorhanden sind, wobei, aus den oben schon erläuterten Gründen, Mg- und/oder Ca-Gehalte von weniger als 0,5 Gew.-%, insbesondere weniger als 0,45 Gew.-% oder bis 0,4 Gew.-% bzw. bis 0,3 Gew.-%, sich in der Praxis als besonders günstig erwiesen haben. Aus denselben Gründen kann auch Strontium in einem erfindungsgemäßen Schutzüberzug in Gehalten von 0,005 bis 0,25 Gew.-% als zusätzliches Legierungselement vorhanden sein. Dabei kann es auch hier vorteilhaft sein, den Gehalt an Sr auf bis zu 0, 15 Gew.-%, insbesondere bis zu 0, 10 Gew.-%, zu beschränken.
Barium kann dem erfindungsgemäßen Schutzüberzug als für die erfindungsgemäßen Zwecke zusätzlicher Legierungsbestandteil in Gehalten von 0,005 bis 0,25 Gew.-% zugegeben werden, wobei sich aus den erläuterten Gründen hier Ba-Gehalte von 0,005 bis 0,05 Gew.-% als besonders günstig erweisen.
Sollen Zirkon und Titan dem Schutzüberzug als zusätzliche Legierungselemente für die erfindungsgemäßen Zwecke zugegeben werden, so kann dies in Mengen von jeweils 0, 15 bis 0,7 Gew.-% erfolgen, wobei aus den schon erläuterten Gründen Gehalte von höchstens 0,5 Gew.-%, insbesondere höchstens 0,4 Gew.-% oder höchstens 0,3 Gew.-%, besonders günstig sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante enthält der erfindungsgemäße Schutzüberzug bis zu 5 Gew.-% Fe, das neben oder alternativ zu dem Si-Gehalt in dem Al-Si- haltigen Schutzüberzug als weiterer Legierungsbestandteil vorliegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines Stahlsubstrats aufweisend eine Zusammensetzung enthaltend maximal (in Gew.-%): bis zu 0,09 Kohlenstoff
bis zu 0,3 Silizium
bis zu 0,9 Mangan
bis zu 0,025 Phosphor
bis zu 0,02 Schwefel
bis zu 0, 1 Aluminium
bis zu 0, 14 Titan und/oder Niob
bis zu 0,001 Bor, sowie ggf. weitere Zulegierungen ausgewählt aus der Gruppe bis zu 0,01 N, bis zu 0, 15 Cu, bis zu 0, 15 Cr, bis zu 0, 15 Ni, bis zu 0,025 Mo, und/oder bis zu 0,05 Sn, und
Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen,
Glühen des Stahlsubstrats bei einer Temperatur im Bereich von 650 - 950 °C,
Abkühlen des Stahlsubstrats auf eine Temperatur im Bereich von 460-650 °C, und
Schmelztauchbeschichten des Stahlsubstrats mit einer Aluminium-, Silizium- und Erdalkali- und/oder Übergangsmetall-haltigen Schmelze.
Zur Einstellung der Schichtdicke des Schutzüberzugs, die vorzugsweise eine Gesamtschichtdicke im Bereich von 5 bis 60 μιτι, mehr bevorzugt im Bereich von 9 bis 40 μιτι aufweist, wird die auf das Stahlflachprodukt aufgetragene überschüssige Schmelze, beispielsweise mittels eines Düsenbalken, abgeblasen.
Vorzugsweise weist das Stahlflachprodukt eine Zusammensetzung auf enthaltend (in Gew.-%): bis zu 0,06 Kohlenstoff,
bis zu 0, 12 Silizium,
bis zu 0,3 Mangan, mehr bevorzugt bis zu 0,2 Mangan,
bis zu 0,017 Phosphor,
bis zu 0,018 Schwefel,
bis zu 0,07 Aluminium,
bis zu 0, 12 Titan und/oder Niob,
bis zu 0,0008 Bor, sowie ggf.
weitere Zulegierungen ausgewählt aus der Gruppe bis zu 0,007 N, bis zu 0, 11 Cu, bis zu 0, 1 Cr, bis zu 0, 1 Ni, bis zu 0,02 Mo, und/oder bis zu 0,03 Sn, und
Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante weist die Schmelze einen Erdalkali- und/oder Übergangsmetall-Gehalt im Bereich von 0,05 bis 2 Gew.-%, mehr bevorzugt 0, 1 bis 0,5 Gew.-% und am meisten bevorzugt 0, 15 bis 0,4 Gew.-% auf. Der Gehalt der Erdalkali- und/oder Übergangsmetalle in der Schmelze sollte nicht über 2 Gew.-% liegen, da dies zu unerwünschten Oxidationsreaktionen im Schmelzbad führen kann. Die sodann entstehenden Schlackepartikel bzw. Oxidhäutchen können die Benetzung als auch die Optik negativ beeinflussen und somit zu einer Erhöhung von Oberflächenfehlern führen.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass sich ein Gehalt an Erdalkali- und/oder Übergangsmetallen in der Schmelze von < 0, 1 Gew.-% als zu gering erwiesen hat, um eine ausreichende Wirkung zu entfalten. Die resultierenden Stahlflachprodukte weisen sodann keine vollständig deckende Oxidschicht auf.
Alternativ kann das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt auch auf einem Verfahrensweg hergestellt werden, bei dem die innere Al-Si-haltige und/oder die äußere Erdalkalioxid- und/oder Übergangsmetalloxid-haltige Schicht mittels geeigneter Verfahren nacheinander auf das Stahlsubstrat aufgetragen werden. Prinzipiell ist jedes bekannte Verfahren geeignet, mit dem eine Abscheidung von ausreichend dünnen Schichten auf dem reinen Stahlsubstrat oder einem mit einem Al-Si-haltigen Schutzüberzug überzogenen Stahlsubstrat möglich ist. Zu nennen sind hier die bekannten PVD- (Physical Vapour Deposition) oder CVD-Verfahren (Chemical Vapour Deposition).
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlbauteils, wobei zunächst ein erfindungsgemäßes Stahlflachprodukt bereitgestellt wird, und dieses sodann einem Kaltpressvorgang unterzogen wird, so dass ein gewünschtes Stahlbauteil erhalten wird.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung in einem anderen Aspekt ein Stahlbauteil, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird. Vorzugsweise weist ein derart hergestelltes Bauteil überraschenderweise einen Reibwert im Bereich von 0,05 bis 0,2, mehr bevorzugt 0, 1 bis 0, 15 auf.
Streifenziehversuch mit 0,5 und 1,5 g/m2 PL 3802 39S bei RT und einer Umformgeschwindigkeit von 1 mm/s.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen die Verwendung mindestens eines Erdalkali- oder Übergangsmetalls in einer Menge von 0,05 bis 2 Gew.-% als zusätzlichen Legierungsbestandteil in einem Aluminium-Silizium-haltigen Schutzüberzug zur Reduzierung der tribologischen Eigenschaften eines kaltumformbaren Stahlflachprodukts sowie die Verwendung mindestens eines Erdalkali- oder Übergangsmetalls in einer Menge von 0,05 bis 2 Gew.-% als zusätzlichen Legierungsbestandteil in einem Aluminium-Silizium-haltigen Schutzüberzug zur Reduzierung des Korrosionsverhaltens eines kaltumformbaren Stahlflachprodukts.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Figuren und Beispielen näher erläutert:
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts,
Fig. 2 zeigt metallografische Aufnahmen am Schliff eines konventionellen kaltumformbaren Stahlflachprodukts (a) sowie des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts (b),
Fig.3 zeigt Aufnahmen der Oberflächen nach durchgeführter Korrosionsuntersuchung eines konventionellen kaltumformbaren Stahlflachprodukts (a) sowie des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts (b).
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts, das aus einem Stahlsubstrat„S" und eines darauf angeordneten Schutzüberzugs„C" besteht. Der Schutzüberzug„C" wiederrum besteht aus einer inneren Al-Si-haltigen„A" und einer äußeren Erdalkalioxid- und/oder Übergangsmetalloxid-haltigen „M" Schicht. Im Zuge der Glühbehandlung diffundiert ein Teil des Eisens aus dem Stahlsubstrat„S" in die darüber liegende Al-Si-haltigen Schicht „A" sowie ein Teil von Al203 in die Erdalkalioxid- und/oder Übergangsmetalloxid-haltige Schicht„M".
Fig. 2 zeigt metallografische Aufnahmen am Schliff eines konventionellen kaltumformbaren Stahlflachprodukts (a) sowie des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts (b). Hierbei zeigt sich, dass die Oberfläche der Referenzprobe eine Riefenbildung auf der Oberfläche aufweist ausbildet. Das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt weist hingegen eine über den Querschnitt gleichmäßige Schichtdicke auf.
Fig.3 zeigt Aufnahmen der Oberflächen nach durchgeführter Korrosionsuntersuchung eines konventionellen kaltumformbaren Stahlflachprodukts (a) sowie des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts (b). Hierbei zeigt sich, dass die Oberfläche der Referenzprobe eine deutlich höhere Flächenmäßige Belegung mit Rotrost aufweist, als das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt.
Beispiel
Es wurden mehrere Stahlsubstrate mit der Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 mit einer Aluminium-, Silizium- und Magnesium-haltigen Schmelze schmelztauchbeschichtet. Hierzu wurde das Stahlsubstrat durch eine Feuerveredelungsanlage durchgesetzt bei dem es zunächst bei einer Temperatur im Bereich von 780-850 °C rekristallisierend geglüht, anschließend auf eine Bandeintauchtemperatur im Bereich von 600 bis 640 °C abgekühlt und sodann das Schmelzbad durchlief. Das Schmelzbad wies eine Zusammensetzung von (in Gew.-%) 10 % Si, 3 % Fe, 0,4 % Mg und Rest Aluminium. Die resultierende Beschichtung wies ein Auflagegewicht im Bereich von 30 bis 120 mg/m2 pro Seite auf. Die Konzentration der jeweiligen Komponenten in der Schmelze war derart eingestellt, dass der resultierende Schutzüberzug eine Gesamtdicke im Bereich von 9 bis 40 μιτι aufwies.
Die Proben wurden anschließend charakterisiert. Hierzu wurden die Proben einer korrosiven Schwefeldioxid-Atmosphäre ausgesetzt und anschließend metallografisch untersucht, um die Korrosionstiefe zu bestimmen. Die Umformeigenschaften wurden sowohl mittels einer Streifenziehanlage wie auch bei der Umformung eines Näpfchens bestimmt. Beide Untersuchungen fanden mit einer geringen Ölauflage von 0,5 g/m2 statt. Als Öl wurde ein Standard Oberflächenöl verwendet.
Tabelle 1 :
Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
Tabelle 2:
Probe Korrosionstiefe in μηι nach S02-Test Reibkraft in kN
Referenz 125 2
1 55 1 ,5
2 56 1 ,5
3 54 1 ,5
4 55 1 ,5

Claims

Patentansprüche l. Stahlflachprodukt für eine Kaltumformung bestehend aus einem mit einem Schutzüberzug überzogenen Stahlsubstrat, wobei der Schutzüberzug aus einer inneren Al-Si-haltigen und einer äußeren Erdalkalioxid- und/oder Übergangsmetalloxid-haltigen Schicht besteht und wobei das Stahlsubstrat eine Zusammensetzung aufweist enthaltend (in Gew.-%): bis zu 0,09 Kohlenstoff
bis zu 0,3 Silizium
bis zu 0,9 Mangan
bis zu 0,025 Phosphor
bis zu 0,02 Schwefel
bis zu 0, 1 Aluminium
bis zu 0, 14 Titan und/oder Niob
bis zu 0,001 Bor, sowie ggf.
weitere Zuleg ierungen ausgewählt aus der Gruppe bis zu 0,01 N, bis zu 0, 15 Cu, bis zu 0, 15 Cr, bis zu 0, 15 Ni, bis zu 0,025 Mo, und/oder bis zu 0,05 Sn, und
- Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
2. Stahlflachprodukt nach Anspruch 1, wobei das Stahlsubstrat eine Streckgrenze im Bereich von 100 bis 400 MPa und eine Zugfestigkeit im Bereich von 250 bis 600 MPa aufweist.
3. Stahlflachprodukt nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schutzüberzug einen Erdalkali- und/oder Übergangsmetall-Gehalt von 0,05 bis 2 Gew.-%, bevorzugt 0, 1 bis 0,5 Gew.-%, mehr bevorzugt 0, 15 bis 0,4 Gew.-% aufweist.
4. Stahlflachprodukt nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schutzüberzug bis zu 5 Gew.-% Fe enthält.
5. Verfahren zum Herstellen eines Stahlflachprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Stahlsubstrats aufweisend eine Zusammensetzung enthaltend maximal (in Gew.-%): - bis zu 0,09 Kohlenstoff
- bis zu 0,3 Silizium
- bis zu 0,
9 Mangan
- bis zu 0,025 Phosphor
- bis zu 0,02 Schwefel
- bis zu 0, 1 Aluminium
- bis zu 0, 14 Titan und/oder Niob
- bis zu 0,001 Bor, sowie ggf.
- weitere Zulegierungen ausgewählt aus der Gruppe bis zu 0,01 N, bis zu 0, 15 Cu, bis zu 0, 15 Cr, bis zu 0, 15 Ni, bis zu 0,025 Mo, und/oder bis zu 0,05 Sn, und
Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen,
- Glühen des Stahlsubstrats bei einer Temperatur im Bereich von 650 - 950 °C,
- Abkühlen des Stahlsubstrats auf eine Temperatur im Bereich von 550 - 640 °C, und
- Schmelztauchbeschichten des Stahlsubstrats mit einer Aluminium-, Silizium- und Erdalkali- und/oder Übergangsmetall-haltigen Schmelze.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei Erdalkali- und/oder Übergangsmetall-Gehalt in der Schmelze 0,05 bis 2 Gew.-%, bevorzugt 0, 1 bis 0,5 Gew.-%, mehr bevorzugt 0, 15 bis 0,4 Gew.-% beträgt.
Verfahren zum Herstellen eines Stahlbauteils, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Stahlflachprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 4, und
- Kaltpressformen des Stahlflachprodukts zu dem Stahlbauteil.
Stahlbauteil hergestellt nach Anspruch 7, aufweisend einen Reibwert im Bereich von 0,05 bis 0,2, mehr bevorzugt 0, 1 bis 0, 15.
Verwendung mindestens eines Erdalkali- oder Übergangsmetalls in einer Menge von 0,05 bis 2 Gew.-% als zusätzlichen Legierungsbestandteil in einem Aluminium-Silizium-haltigen Schutzüberzug zur Reduzierung der tribologischen Eigenschaften eines kaltumformbaren Stahlflachprodukts.
10. Verwendung mindestens eines Erdalkali- oder Übergangsmetalls in einer Menge von 0,05 bis 2 Gew.-% als zusätzlichen Legierungsbestandteil in einem Aluminium-Silizium-haltigen Schutzüberzug zur Reduzierung des Korrosionsverhaltens eines kaltumformbaren Stahlflachprodukts.
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