EP3925713B1 - Dressiertes und beschichtetes stahlblech sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Dressiertes und beschichtetes stahlblech sowie verfahren zu seiner herstellung Download PDF

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EP3925713B1
EP3925713B1 EP21178807.0A EP21178807A EP3925713B1 EP 3925713 B1 EP3925713 B1 EP 3925713B1 EP 21178807 A EP21178807 A EP 21178807A EP 3925713 B1 EP3925713 B1 EP 3925713B1
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EP
European Patent Office
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steel sheet
skin
coating
surface structure
coated
Prior art date
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Active
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EP21178807.0A
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English (en)
French (fr)
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Burak William Cetinkaya
Fabian JUNGE
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Filing date
Publication date
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    • B21B2001/383—Cladded or coated products

Definitions

  • the invention relates to a steel sheet tempered with a deterministic surface structure and coated with a metallic coating, and a method for its manufacture.
  • Steel sheets of the generic type tempered with a deterministic surface structure are known from the prior art, see for example the patent specification EP 2 892 663 B1 . Furthermore, tempered steel sheets of the generic type are also in the published disclosure documents DE 10 2019 214 155 A1 , DE 10 2019 214 155 A1 , DE 10 2019 214 136 A1 and DE 10 2019 215 580 A1 described by the applicant. From the disclosure document DE 10 2012 112 109 A1 , which forms the basis for the preamble of claims 1 and 5, respectively, a steel sheet textured with a pattern and coated with a PVD coating is also known.
  • gas phase deposition for example in physical gas phase deposition
  • a starting material is converted into the gas phase with the help of physical processes (laser, temperature, ion bombardment) and then brought to condense on a surface.
  • physical processes laser, temperature, ion bombardment
  • many materials and material combinations in the form of a wide variety of layer structures can be applied to a surface in an advantageous manner.
  • zinc- and aluminum-based layers and high-melting layers are of particular interest, for example for hot forming.
  • a disadvantage of these layers is the directional application, i.e. the material always comes from a fixed angle as long as the material is not rotated.
  • Gas-phase deposition is economical for the steel industry when a high throughput can take place as quickly as possible, so that the material (steel sheet) is supplied in the form of strips or sheets and coated, so that the layers are applied in a direction-dependent manner.
  • Skin-passing causes bulges, undercuts, steep flanks, fractures and/or roughening on the surface of the steel sheet. Since the skin-passing step is usually a necessary step before coating, in order to preferably set the mechanical parameters in the steel sheet and to ensure a sufficiently large surface for the coating as well as the downstream processes (oiling, etc.), irregular surfaces can be treated with Hard to avoid many peaks and undercuts, which in turn can have a negative impact on vapor deposition coating. It is therefore a major challenge to design dressed surfaces in such a way that optimal and homogeneous coating by gas phase deposition, especially independent of direction, is possible.
  • the task is therefore to provide a steel sheet tempered with a deterministic surface structure, which allows an optimal and homogeneous coating by gas phase deposition.
  • the provision of a defined surface structure on a skin-tempered steel sheet is essential for coating by vapor deposition and for applying a metallic coating that is as homogeneous as possible to the skin-tempered steel sheet.
  • the inventors have found that it is advantageous if the surface structure is embossed into the steel sheet starting from a surface of the steel sheet, the surface structure having a flank area which runs from the surface to a valley area, the flank area being perpendicular to the Steel sheet is formed with an angle, and the steel sheet is coated with a metallic coating that according to the invention the angle is formed between 20 ° and 85 ° and the coating is applied by vapor deposition.
  • a defined setting of the angle between the flank area and the perpendicular of the steel sheet can be used to influence a homogeneous deposition in a targeted manner, in particular by deliberate modeling of the flank area.
  • the skin-pass roller is designed in such a way that flank areas that are as flat as possible and run out as slowly as possible and in particular no steep or vertical flank areas, in particular in all directions, are pressed onto the surface of the steel sheet. Accordingly, bulging and/or undercuts in the (negative) skin-pass impression are essentially avoided, so that the deposit can be distributed without obstacles on the surface and in the skin-pass impression.
  • a deterministic surface structure is to be understood as meaning recurring surface structures which have a defined shape and/or design, cf. EP 2 892 663 B1 .
  • this also includes surfaces with a (quasi) stochastic appearance, which, however, are applied using a deterministic texturing process and are therefore composed of deterministic form elements.
  • Sheet steel is generally to be understood as meaning a flat steel product which can be provided in the form of sheet metal or in the form of blanks or in the form of strips.
  • the metallic coating can be zinc or aluminum based.
  • Base in this context means that more than 50% by weight of the coating consists of zinc or aluminum.
  • the coating can also only consist of zinc together with unavoidable impurities or also only of aluminum together with unavoidable impurities.
  • Other chemical elements such as magnesium, iron, silicon, manganese, nickel, chromium and/or zirconium can each be added individually or in combination in order to improve the properties of the coating.
  • a zinc-aluminum combination (along with unavoidable impurities) with or without other chemical elements is also possible conceivable.
  • high-melting coatings, especially those based on iron, can also be applied.
  • Coating by chemical vapor deposition is conventional and well known to those skilled in the art.
  • the surface structure has a flank area which runs from the surface to a valley area and is formed at an angle of between 30° and 85° to the vertical of the steel sheet.
  • the angle can particularly preferably be between 35° and 85°.
  • the valley and flank area (negative form) of the surface structure essentially corresponds to the surface (positive form) on a skin-pass roller, which forms or embosses the surface structure through a corresponding effect on the steel sheet.
  • the flank area surrounding and forming the surface structure, together with the valley area integrally connected to the flank area defines a closed volume of the surface structure stamped into the steel sheet by skin-pass rolling.
  • the closed volume the so-called empty volume, can contain a process medium to be applied, for example oil, for later processing using the forming process.
  • the geometric design (size and depth) of a deterministic surface structure (negative shape) on a skin-pass steel sheet depends in particular on how the corresponding geometric structure (positive shape) is/is designed on a skin-pass roll.
  • Laser texturing methods are preferably used in order to be able to set specific structures (positive shape) on the surface of a temper roll by removing material.
  • the targeted control of the energy, the pulse duration and the selection of a suitable wavelength of a laser beam acting on the surface of the temper roll can have a positive influence on the design of the structure(s). With high or higher pulse duration, the interaction time of the laser beam and skin-pass roll surface increases and more material can be removed from the surface of the skin-pass roll.
  • a pulse leaves an essentially circular crater on the surface of the skin-pass roller, which, if there are several craters, depicts the surface or area of the elevations on the steel sheet after the skin-pass process and thus the contact surface between the steel sheet and the skin-pass roller that gives the shape.
  • a reduction in the pulse duration affects the formation of a crater, in particular the diameter of the crater can be reduced.
  • By reducing the pulse duration in particular when using short or ultra-short pulse lasers, it is possible to set the geometric structure (positive shape) on the surface of a skin-pass roll in a targeted manner in order to texture a steel sheet surface in such a way that the flank area of the surface structure an angle of between 20° and 85° can be created for the tempered sheet steel.
  • any gradients (angles) of the flank area can be set in a targeted manner.
  • the steel sheet can be coated with a further metallic coating, which is arranged below the metallic coating applied by vapor deposition, and can thus be applied directly to the steel sheet.
  • the further metallic coating is applied by hot dip coating.
  • the further metallic coating is a zinc-based coating.
  • the further metallic coating can preferably contain additional elements such as aluminum with a content of up to 5% by weight and/or magnesium with a content of up to 5% by weight in the further metallic coating.
  • Sheet steel with a zinc-based coating has very good cathodic protection against corrosion, which has been used in automobile construction for years.
  • the coating additionally has magnesium with a content of at least 0.3% by weight, in particular at least 0.6% by weight, preferably at least 0.9% by weight.
  • Aluminum can be present as an alternative or in addition to magnesium with a content of at least 0.3 wt coated sheet steel, so that the positive corrosion properties are retained.
  • the thickness of the further metallic coating can be between 1 and 15 ⁇ m, in particular between 2 and 12 ⁇ m, preferably between 3 and 10 ⁇ m.
  • melt-exchange coating the steel sheets are first coated with a corresponding further metallic coating and then fed to skin-passing. Skin-passing takes place after the steel sheet has been hot-dip coated.
  • the steel sheet can be coated with a further metallic coating, which is arranged below the metallic coating applied by gas phase deposition, and can thus be applied directly to the steel sheet.
  • the further metallic coating is applied by electrolytic coating.
  • the thickness of the further metallic coating can be between 1 and 10 ⁇ m, in particular between 1.5 and 8 ⁇ m, preferably between 2 and 5 ⁇ m.
  • the steel sheet can first be skin-passed and then electrolytically coated. Depending on the thickness of the additional metallic coating, the angle in the flank area can essentially be retained even after the electrolytic coating.
  • first an electrolytic coating with subsequent skin-passing is conceivable.
  • the further metallic coating can be applied subsequently to the metallic coating already applied by gas phase deposition, so that, for example, the metallic coating applied to the steel sheet by gas phase deposition can act as a quasi "adhesion promoter" or "interface” for further metallic coatings in order to in particular to upgrade steel sheet surfaces that are difficult to wet, for example hot-dip coatable, for the application of the further metallic coating. Poorly wettable steel sheets are, for example, high-alloy steel materials that are familiar to those skilled in the art.
  • the further metallic coating, which is applied to the metallic coating by vapor deposition is preferably applied by hot dip coating.
  • the further metallic coating can also be applied by electrolytic coating.
  • the surface (positive shape) of the skin-pass roll forms a surface structure through the action of force on the surface of the steel sheet, which defines a valley and flank area (negative shape) and essentially corresponds to the surface (positive shape) of the skin-pass roll.
  • the skin-pass roller to form a deterministic surface structure can be processed using suitable means, for example using a laser, see also EP 2 892 663 B1 .
  • removal methods can also be used to adjust a surface on a skin-pass roller, for example machining processes with a geometrically defined or undefined cutting edge, chemical or electrochemical, optical or plasma-induced methods which are suitable for being able to implement a surface structure on a steel sheet to be skin-passed , which has an angle to the perpendicular of the surface of the steel sheet between 20 ° and 85 ° at least in the flank area.
  • tempered steel sheets (1) with a deterministic surface structure (2) are shown in schematic partial sectional views.
  • the steel sheets (1) which are provided in the form of sheets or preferably strips, are coated with a metallic coating (1.2), the metallic coating (1.2) being applied by vapor deposition in a suitable device.
  • the example shown shows a schematic of a physical vapor deposition (4), with appropriate coating material such as zinc, aluminum and the like being converted into the vapor phase (4.1) and in the form of a metallic coating (1.2) on the surface (1.1) of the steel sheet (1) separates, in particular condenses.
  • the difference between the statements in Figure 1a) and Figure 2a ) is that the sheet steel (1) in the version in Figure 2a ) with an angle ( ⁇ ) between 20° and 85° between flank area (2.3) and vertical (0) of the steel sheet (1) has been adjusted according to the invention.
  • the surface structure (2) is embossed into the steel sheet (1) starting from a surface (1.1) of the steel sheet (1), the surface structure (2) having a flank area (2.3) which, starting from the surface (1.1) to a Valley area (2.2) runs.
  • the flank area (2.3) and the valley area (2.2) are replaced by the corresponding area (positive shape) on the not-shown Tempering roller set.
  • the flank area (2.3) running around and forming the surface structure (2) defines, together with the valley area (2.2) integrally connected or connected to the flank area (2.3), a closed volume of the surface structure (2) embossed into the steel sheet (1) by skin-pass rolling.
  • the angle ( ⁇ ) is deliberately formed between 20° and 85°.
  • the angle ( ⁇ ) was set at approx. 50° and it is easy to see that there are no coating defects and that a tempered steel sheet (1) can be coated with a homogeneous metallic coating (1.2) by gas phase deposition, with an essentially flat transition between the valley area (2.2) and the surface (1.1) surrounding the valley areas (2.2) can be set essentially without undercuts and other disturbing obstacles, cf. Figure 2b ).
  • direction-independent deposition can be favored by the targeted setting of the deterministic surface structure (2).
  • (1.3) symbolically indicates a further metallic coating, which can be optionally applied, for example by hot-dip coating or by electrolytic coating before coating by gas-phase deposition, or alternatively can be optionally applied after coating by gas-phase deposition.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressiertes und mit einem metallischen Überzug beschichtetes Stahlblech sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
  • Aus dem Stand der Technik sind gattungsgemäße mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressierte Stahlbleche bekannt, s. zum Beispiel Patentschrift EP 2 892 663 B1 . Des Weiteren sind gattungsgemäße dressierte Stahlbleche auch in den nachveröffentlichten Offenlegungsschiften DE 10 2019 214 155 A1 , DE 10 2019 214 155 A1 , DE 10 2019 214 136 A1 und DE 10 2019 215 580 A1 der Anmelderin beschrieben. Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2012 112 109 A1 , die die Basis für den Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 5 bildet, ist ferner ein mit einem Muster texturiertes und mit einer PVD-Beschichtung beschichtetes Stahlblech bekannt.
  • Bei der Gasphasenabscheidung (CVD, PVD), beispielsweise bei der physikalischen Gasphasenabscheidung wird ein Ausgangsmaterial mit Hilfe physikalischer Verfahren (Laser, Temperatur, lonenbeschuss) in die Gasphase überführt und anschließend auf einer Oberfläche zum Kondensieren gebracht. Dadurch können in vorteilhafter Weise viele Materialien und Materialkombinationen in Form unterschiedlichster Schichtaufbauten auf eine Oberfläche appliziert werden. Für die Stahlindustrie mit dem Fokus Automobilbau sind vor allem zink-, aluminiumbasierte Schichten und hochschmelzende Schichten beispielsweise für die Warmumformung interessant. Ein Nachteil dieser Schichten ist die richtungsbedingte Applikation, d.h. das Material kommt immer aus einem festgelegten Winkel, solange das Material nicht rotiert wird. Wirtschaftlich für die Stahlindustrie ist die Gasphasenabscheidung dann, wenn ein hoher Durchsatz schnellstmöglich erfolgen kann, so dass das Material (Stahlblech) band- oder blechförmig zugeführt und beschichtet wird, somit die Applikation der Schichten richtungsbedingt durchgeführt wird.
  • Nachteilig können beim Beschichten durch Gasphasenabscheidung auf der Oberfläche der Stahlbleche, insbesondere auf mit einer Oberflächenstruktur dressierte Stahlbleche, durch ungünstige Ausgestaltung der Oberflächenstruktur Beschichtungsfehler entstehen. Die Oberflächenstruktur kann Bereiche von Hinterschneidungen und/oder Vertiefungen ausbilden, in welchen es zu einem unregelmäßigen Abscheiden kommen kann, da das Beschichtungsmaterial nicht in die "blinden" Bereiche gelangen kann. Im Fall von herkömmlichen elektrolytisch- und schmelztauch-beschichteten Oberflächen sind entsprechende Oberflächenstrukturen kein Problem, da sowohl der wässrige Elektrolyt, als auch die flüssige Schmelze alle entsprechenden Bereiche erreichen kann.
  • Durch das Dressieren kommt es auf der Oberfläche des Stahlblechs zu Aufschiebungen, Hinterschneidungen, steilen Flanken, Brüchen und/oder Aufrauhungen. Da der Schritt des Dressierens in der Regel vor dem Beschichten ein notwendiger Schritt ist, um vorzugsweise die mechanischen Kennwerte im Stahlblech einzustellen und eine ausreichend große Oberfläche für den Überzug aber auch die nachgelagerten Prozesse (Beölen etc.) zu gewährleisten, lassen sich unregelmäßige Oberflächen mit vielen Spitzen und Hinterschneidungen kaum vermeiden, was sich wiederum negativ auf das Beschichten durch Gasphasenabscheidung ausüben kann. Daher ist es eine große Herausforderung, dressierte Oberflächen so zu gestalten, dass ein optimales und homogenes Beschichten durch Gasphasenabscheidung, insbesondere richtungsunabhängig, möglich wird.
  • Die Aufgabe ist daher, ein mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressiertes Stahlblech zur Verfügung zu stellen, welches ein optimales und homogenes Beschichten durch Gasphasenabscheidung ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird in Bezug auf ein Stahlblech mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und in Bezug auf ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.
  • Die Bereitstellung einer definierten Oberflächenstruktur auf einem dressierten Stahlblech ist wesentlich für das Beschichten durch Gasphasenabscheidung und einem Applizieren eines möglichst homogenen metallischen Überzugs auf dem dressierten Stahlblech. Die Erfinder haben festgestellt, dass es von Vorteil ist, wenn die Oberflächenstruktur ausgehend von einer Oberfläche des Stahlblechs in das Stahlblech eingeprägt ist, wobei die Oberflächenstruktur einen Flankenbereich aufweist, welcher ausgehend von der Oberfläche bis zu einem Talbereich verläuft, wobei der Flankenbereich zur Senkrechten des Stahlblechs mit einem Winkel ausgebildet ist, und das Stahlblech mit einem metallischen Überzug beschichtet ist, dass erfindungsgemäß der Winkel zwischen 20° und 85° ausgebildet ist und der Überzug durch eine Gasphasenabscheidung aufgebracht ist.
  • Durch eine definierte Einstellung des Winkels zwischen Flankenbereich und Senkrechten des Stahlblechs kann gezielt Einfluss auf eine homogene Abscheidung genommen werden, insbesondere durch bewusste Modellierung des Flankenbereichs.
  • Mit der in der EP 2 892 663 B1 beschriebenen Technologie und Möglichkeit zum Laserstrukturieren von definierten Strukturen auf einer Dressierwalze ist es möglich, die Form des Dressierabdrucks so zu gestalten, dass ein Positivabdruck auf der Dressierwalze durch Einwirken auf die Oberfläche eines Stahlblechs zu einem Negativabdruck und somit die deterministische Oberflächenstruktur auf dem Stahlblech erzeugt wird, dass eine Oberflächenstruktur bereitgestellt wird, welche sich optimal für das Beschichten durch Gasphasenabscheidung eignet. Hierfür wird die Dressierwalze so gestaltet, dass sich möglichst flache und langsam auslaufende und insbesondere keine steilen respektive keine senkrechten Flankenbereiche, insbesondere alle Richtungen betreffend, auf der Oberfläche des Stahlblechs eindrücken. Dementsprechend werden Aufwürfe und/oder Hinterschneidungen im (negativen) Dressierabdruck im Wesentlichen vermieden, sodass das Abscheiden ohne Hindernisse auf der Oberfläche und sich im Dressierabdruck verteilen kann.
  • Unter deterministischer Oberflächenstruktur sind wiederkehrende Oberflächenstrukturen zu verstehen, welche eine definierte Form und/oder Ausgestaltung aufweisen, vgl. EP 2 892 663 B1 . Insbesondere gehören hierzu zudem Oberflächen mit einer (quasi-)stochastischen Anmutung, die jedoch mittels eines deterministischen Texturierungsverfahrens aufgebracht werden und sich somit aus deterministischen Formelementen zusammensetzen.
  • Unter Stahlblech ist allgemein ein Stahlflachprodukt zu verstehen, welches in Blechform bzw. in Platinenform oder in Bandform bereitgestellt werden kann.
  • Der metallische Überzug kann auf Zink- oder Aluminiumbasis bestehen. Basis bedeutet in diesem Zusammenhang, dass mehr als 50 Gew.-% des Überzugs aus Zink oder Aluminium bestehen. Der Überzug kann auch nur aus Zink nebst unvermeidbaren Verunreinigungen oder auch nur aus Aluminium nebst unvermeidbaren Verunreinigungen bestehen. Weitere chemische Elemente wie zum Beispiel Magnesium, Eisen, Silizium, Mangan, Nickel, Chrom und/oder Zirkon können jeweils einzeln oder in Kombination zusätzlich eingebracht werden, um den Überzug in seiner Eigenschaft zu verbessern. Auch eine Zink-Aluminium-Kombination (nebst unvermeidbaren Verunreinigungen) mit oder ohne weitere chemische Elemente ist denkbar. Des Weiteren können auch hochschmelzende Überzüge, insbesondere auf Eisenbasis appliziert werden.
  • Das Beschichten durch Gasphasenabscheidung erfolgt in konventioneller Art und Weise und ist für den Fachmann geläufig.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus den Ansprüchen, der Beschreibung wie auch der Zeichnung können mit einem oder mehreren anderen Merkmalen daraus zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Es können auch ein oder mehrere Merkmale aus den unabhängigen Ansprüchen durch ein oder mehrere andere Merkmale verknüpft werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs weist die Oberflächenstruktur einen Flankenbereich auf, welcher ausgehend von der Oberfläche bis zu einem Talbereich verläuft und zur Senkrechten des Stahlblechs mit einem Winkel zwischen 30° und 85° ausgebildet ist. Der Winkel kann besonders bevorzugt zwischen 35° und 85° ausgebildet sein. Der Tal- und Flankenbereich (negative Form) der Oberflächenstruktur entspricht im Wesentlichen der Oberfläche (positive Form) an einer Dressierwalze, welche durch entsprechende Einwirkung auf das Stahlblech die Oberflächenstruktur ausbildet respektive einprägt. Der die Oberflächenstruktur umlaufende und ausbildende Flankenbereich definiert zusammen mit dem einstückig an den Flankenbereich angeschlossenen Talbereich ein geschlossenes Volumen der in das Stahlblech mittels Dressieren eingeprägten Oberflächenstruktur. Das geschlossene Volumen, das sogenannte Leervolumen, kann für die spätere Verarbeitung mittels Umformverfahren ein zu applizierendes Prozessmedium, beispielsweise Öl, enthalten.
  • Die geometrische Ausgestaltung (Größe und Tiefe) einer deterministischen Oberflächenstruktur (negative Form) auf einem dressierten Stahlblech hängt insbesondere davon ab, wie die entsprechende geometrische Struktur (positive Form) auf einer Dressierwalze gestaltet ist/wird. Vorzugsweise kommen Laser-Texturierverfahren zur Anwendung, um gezielte Strukturen (positive Form) auf der Oberfläche einer Dressierwalze durch Materialabtrag einstellen zu können. Insbesondere kann durch gezielte Ansteuerung der Energie, der Pulsdauer und Wahl einer geeigneten Wellenlänge eines auf die Oberfläche der Dressierwalze einwirkenden Laserstrahls positiv Einfluss auf die Gestaltung der Struktur(en) genommen werden. Mit hoher bzw. höherer Pulsdauer steigt die Wechselwirkungszeit von Laserstrahl und Dressierwalzenoberfläche und es kann mehr Material auf der Oberfläche der Dressierwalze abgetragen werden. Ein Puls hinterlässt auf der Dressierwalzenoberfläche einen im Wesentlichen kreisrunden Krater, der bzw. die, bei mehreren Kratern, nach dem Dressiervorgang die Oberfläche respektive die Fläche der Erhebungen auf dem Stahlblech und somit die Kontaktfläche zwischen Stahlblech und formgebender Dressierwalze abbildet. Eine Reduktion der Pulsdauer hat Einfluss auf die Ausbildung eines Kraters, insbesondere kann der Durchmesser des Kraters verringert werden. Durch die Reduktion der Pulsdauer, insbesondere bei der Verwendung von Kurz- bzw. Ultrakurzpulslasern, ist es möglich, die geometrische Struktur (positive Form) auf der Oberfläche einer Dressierwalze derart gezielt einzustellen, um damit eine Stahlblechoberfläche derart zu texturieren, dass im Flankenbereich der Oberflächenstruktur des dressierten Stahlblechs ein Winkel zwischen 20° und 85° erzeugt werden kann. Dies wird beispielsweise erreicht, wenn die Pulsdauer des Lasers, mit dem die Oberfläche der Dressierwalze texturiert wird, verringert wird und so die geometrische Struktur auf der Walze mit höherer Auflösung erzeugt werden kann. Insbesondere durch die hohe Auflösung bzw. geringe Kraterfläche, die durch die kürzere Wechselwirkung von Laser und Dressierwalze entsteht, können am Flankenbereich gezielt beliebige Steigungen (Winkel) des Flankenbereichs eingestellt werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs kann das Stahlblech mit einem weiteren metallischen Überzug beschichtet sein, welcher unterhalb dem durch Gasphasenabscheidung applizierten metallischen Überzug angeordnet ist, somit direkt auf dem Stahlblech aufgebracht sein. Beispielsweise ist der weitere metallische Überzug durch Schmelztauchbeschichten aufgebracht. Insbesondere ist der weitere metallische Überzug ein zinkbasierter Überzug. Vorzugsweise kann der weitere metallische Überzug neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätrliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt von bis zu 5 Gew.-% und/oder Magnesium mit einem Gehalt von bis zu 5 Gew.-% in dem weiteren metallischen Überzug enthalten. Stahlbleche mit zinkbasiertem Überzug weisen einen sehr guten kathodischen Korrosionsschutz auf, welche seit Jahren im Automobilbau eingesetzt werden. Ist ein verbesserter Korrosionsschutz vorgesehen, weist der Überzug zusätzlich Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,3 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,6 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,9 Gew.-% auf. Aluminium kann alternativ oder zusätzlich zu Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,3 Gew.-% vorhanden sein, um insbesondere eine Anbindung des Überzugs an das Stahlblech zu verbessern und insbesondere eine Diffusion von Eisen aus dem Stahlblech in den Überzug bei einer Wärmebehandlung des beschichteten Stahlblechs im Wesentlichen zu verhindern, damit die positiven Korrosionseigenschaften weiterhin erhalten bleiben. Dabei kann eine Dicke des weiteren metallischen Überzugs zwischen 1 und 15 µm, insbesondere zwischen 2 und 12 µm, vorzugsweise zwischen 3 und 10 µm betragen. Beim Schmelztauschbeschichten werden zunächst die Stahlbleche mit einem entsprechenden weiteren metallischen Überzug beschichtet und anschließend dem Dressieren zugeführt. Das Dressieren erfolgt nach dem Schmelztauchbeschichten des Stahlblechs.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs kann das Stahlblech mit einem weiteren metallischen Überzug beschichtet sein, welcher unterhalb dem durch Gasphasenabscheidung applizierten metallischen Überzug angeordnet ist, somit direkt auf dem Stahlblech aufgebracht sein. Beispielsweise ist der weitere metallische Überzug durch elektrolytisches Beschichten aufgebracht. Dabei kann eine Dicke des weiteren metallischen Überzugs zwischen 1 und 10 µm, insbesondere zwischen 1,5 und 8 µm, vorzugsweise zwischen 2 und 5 µm betragen. Im Vergleich zum Schmelztauchbeschichten kann das Stahlblech zunächst dressiert und anschließend elektrolytisch beschichtet werden. Je nach Dicke des weiteren metallischen Überzugs kann der Winkel im Flankenbereich im Wesentlichen auch nach dem elektrolytischen Beschichten beibehalten werden. Alternativ ist auch zunächst ein elektrolytisches Beschichten mit anschließendem Dressieren denkbar.
  • Alternativ kann der weitere metallische Überzug nachträglich auf dem bereits durch Gasphasenabscheidung applizierten metallischen Überzug aufgebracht werden/sein, so dass dadurch beispielsweise der auf dem Stahlblech durch Gasphasenabscheidung applizierte metallische Überzug als quasi "Haftvermittler" oder "Interface" für weitere metallische Überzüge fungieren kann, um insbesondere schlecht benetzbare, beispielsweise schmelztauchbeschichtbare Stahlblechoberflächen für das Aufbringen des weiteren metallischen Überzugs zu ertüchtigen. Schlecht benetzbare Stahlbleche sind beispielsweise hochlegierte Stahlwerkstoffe, die dem Fachmann geläufig sind. Der weitere metallische Überzug, welcher auf dem durch Gasphasenabscheidung metallischen Überzug appliziert wird, ist vorzugsweise durch Schmelztauchbeschichten aufgebracht. Alternativ kann auch der weitere metallische Überzug durch elektrolytisches Beschichten aufgebracht werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressierten und mit einem metallischen Überzug beschichteten Stahlblechs umfassend folgende Schritte:
    • Bereitstellen eines Stahlblechs,
    • Dressieren des Stahlblechs mit einer Dressierwalze, wobei die Oberfläche der Dressierwalze, welche auf die Oberfläche des Stahlblechs einwirkt, mit einer deterministischen Oberflächenstruktur derart eingerichtet ist, dass nach dem Dressieren die Oberflächenstruktur ausgehend von einer Oberfläche des Stahlblechs in das Stahlblech eingeprägt ist, wobei die Oberflächenstruktur einen Flankenbereich aufweist, welcher ausgehend von der Oberfläche bis zu einem Talbereich verläuft, wobei der Flankenbereich zur Senkrechten des Stahlblechs mit einem Winkel ausgebildet ist und
    • Beschichten des dressierten Stahlblechs mit einem metallischen Überzug, wobei erfindungsgemäß das Stahlblech mit einem Winkel zwischen 20° und 85° zwischen Flankenbereich und Senkrechten des Stahlblechs dressiert und anschließend durch eine Gasphasenabscheidung beschichtet wird.
  • Die Oberfläche (positive Form) der Dressierwalze bildet durch Krafteinwirkung auf die Oberfläche des Stahlblechs eine Oberflächenstruktur aus, welche einen Tal- und Flankenbereich (negative Form) definiert und entspricht im Wesentlichen der Oberfläche (positive Form) der Dressierwalze. Die Dressierwalze zur Ausbildung einer deterministischen Oberflächenstruktur kann mit geeigneten Mitteln bearbeitet werden, beispielsweise mittels Laser, vgl. auch EP 2 892 663 B1 . Des Weiteren können auch andere Abtragverfahren zur Einstellung einer Oberfläche an einer Dressierwalze eingesetzt werden, beispielsweise spanende Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter oder unbestimmter Schneide, chemische bzw. elektrochemische, optische oder plasmainduzierte Verfahren, welche geeignet sind, ein zu dressierendes Stahlblech mit einer Oberflächenstruktur umsetzen zu können, welche zumindest im Flankenbereich einen Winkel zur Senkrechten der Oberfläche des Stahlblechs zwischen 20° und 85° aufweist.
  • Um Wiederholungen zu vermeiden, wird jeweils auf die Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressierten und mit einem metallischen Überzug beschichteten Stahlblech verwiesen.
  • Im Folgenden werden konkrete Ausgestaltungen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung im Detail näher erläutert:
    Die Zeichnung und begleitende Beschreibung der resultierenden Merkmale sind nicht beschränkend auf die jeweiligen Ausgestaltungen zu lesen, dienen jedoch der Illustration beispielhafter Ausgestaltung. Weiterhin können die jeweiligen Merkmale untereinander wie auch mit Merkmalen der obigen Beschreibung genutzt werden für mögliche weitere Entwicklungen und Verbesserungen der Erfindung, speziell bei zusätzlichen Ausgestaltungen, welche nicht dargestellt sind. Gleiche Teile sind stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die Zeichnungen zeigen in
    • Figur 1a, b)
    eine schematische Teilschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressierten Stahlblechs nach dem Stand der Technik, welches mit einem metallischen Überzug durch Gasphasenabscheidung beschichtet wird a) und eine Teilschnittansicht anhand eines FIB-Schnitts eines nach konventionell dressierten und durch Gasphasenabscheidung beschichteten Stahlblechs b), und
    Figur 2a, b)
    eine schematische Teilschnittansicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines mit einer deterministischen Oberflächenstruktur dressierten und mit einem metallischen Überzug durch Gasphasenabscheidung beschichteten Stahlblechs a) und eine Teilschnittansicht anhand eines FIB-Schnitts an einem erfindungsgemäß dressierten und durch Gasphasenabscheidung beschichteten Stahlblechs b).
  • In Figuren 1a) und 2a) sind in schematischen Teilschnittansichten dressierte Stahlbleche (1) mit einer deterministischen Oberflächenstruktur (2) dargestellt. Die Stahlbleche (1), welche blech- oder bevorzugt bandförmig bereitgestellt werden, werden mit einem metallischen Überzug (1.2) beschichtet, wobei die Applikation des metallischen Überzugs (1.2) durch Gasphasenabscheidung in einer geeigneten Vorrichtung erfolgt. Das gezeigte Beispiel zeigt schematisch eine physikalische Gasphasenabscheidung (4), wobei entsprechendes Beschichtungsmaterial, wie zum Beispiel Zink, Aluminium und dergleichen in die Gasphase (4.1) überführt wird und sich in Form eines metallischen Überzugs (1.2) auf der Oberfläche (1.1) des Stahlblechs (1) abscheidet, insbesondere kondensiert. Der Unterschied zwischen den Ausführungen in Figur 1a) und Figur 2a) ist, dass das Stahlblech (1) in der Ausführung in Figur 2a) mit einem Winkel (α) zwischen 20° und 85° zwischen Flankenbereich (2.3) und Senkrechten (0) des Stahlblechs (1) erfindungsgemäß eingestellt worden ist. Die Oberflächenstruktur (2) ist ausgehend von einer Oberfläche (1.1) des Stahlblechs (1) in das Stahlblech (1) eingeprägt, wobei die Oberflächenstruktur (2) einen Flankenbereich (2.3) aufweist, welcher ausgehend von der Oberfläche (1.1) bis zu einem Talbereich (2.2) verläuft. Abhängig von dem Abtragverfahren, mit welchem die entsprechende Dressierwalze (nicht dargestellt) zum Dressieren des Stahlblechs (1) bearbeitet worden ist, wird der Flankenbereich (2.3) und der Talbereich (2.2) durch den entsprechend korrespondierenden Bereich (positive Form) auf der nicht dargestellten Dressierwalze eingestellt. Der die Oberflächenstruktur (2) umlaufende und ausbildende Flankenbereich (2.3) definiert zusammen mit dem einstückig an den Flankenbereich (2.3) angeschlossenen bzw. angebundenen Talbereich (2.2) ein geschlossenes Volumen der in das Stahlblech (1) mittels Dressieren eingeprägten Oberflächenstruktur (2).
  • Der Einfluss des Winkels (α) zwischen dem Flankenbereich (2.3) und der Senkrechten (O) des Stahlblechs (1) wurde in einer Untersuchung näher untersucht. In den Figur 1b) und 2b) sind jeweils schematische Teilschnittansichten anhand von FIB-Schnitten (Focused Ion Beam = Methode zur Probenpräparation zur Herstellung kleiner Lamellen/Querschnitte) unterschiedlicher Oberflächenstrukturen (2) auf einem dressierten und durch Gasphasenabscheidung beschichteten Stahlblech (1) gezeigt. In beiden Fällen kam eine deterministische Oberflächenstruktur (2) mit einer immer wiederkehrenden napfförmigen Einprägung zur Anwendung. Andere Ausführungsformen sind ebenfalls denkbar und anwendbar und nicht auf eine napfförmige Einprägung beschränkt. Die konventionell erzeugte deterministische Oberflächenstruktur wies einen Winkel (α) kleiner als 5°, hier ca. 2° auf, so dass sich zeigte, dass sich innerhalb des metallischen Überzugs (1.2) Beschichtungsfehler, auf welche dicke Pfeile in Figur 1b) gerichtet sind, ausgebildet hatten, so dass durch das richtungsabhängige Abscheiden (4.1) nicht alle Bereiche gleichmäßig erfasst werden können und sich somit kein homogener metallischer Überzug (1.2) auf der Oberfläche (1.1) des Stahlblechs (1) abscheiden kann. Insbesondere können Beschichtungsfehler in den Bereichen oder Flanken in der Oberflächenstruktur (2) auftreten, die zur Transportrichtung (T) während der Abscheidung im ungünstigen Winkel zur Gasphasenabscheidung (4) liegen, vgl. Figur 1a). Die Untersuchung anhand der Figur 1b) zeigt, dass sich dressierbedingte Aufwerfungen und/oder steile Flankenbereiche (2.3) auf der Oberfläche (1.1) als ungünstig für das Beschichten durch Gasphasenabscheidung erweisen, dadurch beispielsweise Hohlräume zwischen Stahlblech (1) und Überzug (1.2) entstehen und sich damit nicht nur mechanische Fehlstellen im Überzug (1.2) ausbilden, sondern auch das Eindringen von Feuchtigkeit und Prozessmedien, wie zum Beispiel alkalische Reiniger beim Automobilhersteller, und damit Korrosion begünstigen. Somit kann auch nicht ausgeschlossen werden, dass derartige Hohlräume auch im Automobilbereich bei der Benetzung von Klebstoffen auf dressierten beschichteten Blechen auftreten und so potentielle Schwachstellen im Adhäsionsverbund darstellen können.
  • Anders stellt sich die Situation dar, wenn gezielt der Winkel (α) zwischen 20° und 85° ausgebildet ist. In der Untersuchung ist der Winkel (α) mit ca. 50° eingestellt worden und es ist gut zu erkennen, dass keine Beschichtungsfehler vorliegen und dadurch ein dressiertes Stahlblech (1) mit einem homogenen metallischen Überzug (1.2) durch Gasphasenabscheidung beschichtet werden kann, wobei ein im Wesentlichen flacher Übergang zwischen Talbereich (2.2) und dem die Talbereiche (2.2) umgebende Oberfläche (1.1) im Wesentlichen ohne Hinterschneidungen und sonstigen störenden Hindernissen eingestellt werden kann, vgl. Figur 2b). Insbesondere kann durch die gezielte Einstellung der deterministischen Oberflächenstruktur (2) ein richtungsunabhängiges Abscheiden begünstigt werden. Mit (1.3) ist ein weiterer metallischer Überzug symbolisch angegeben, welcher beispielsweise durch Schmelztauchbeschichten oder durch elektrolytisches Beschichten vor dem Beschichten durch Gasphasenabscheidung optional appliziert oder alternativ nach dem Beschichten durch Gasphasenabscheidung optional appliziert werden kann.
  • Die Merkmale sind, soweit technisch umsetzbar, alle miteinander kombinierbar und als miteinander kombinierbar offenbart.

Claims (8)

  1. Mit einer deterministischen Oberflächenstruktur (2) dressiertes Stahlblech (1), wobei die Oberflächenstruktur (2) ausgehend von einer Oberfläche (1.1) des Stahlblechs (1) in das Stahlblech (1) eingeprägt ist, wobei die Oberflächenstruktur (2) einen Flankenbereich (2.3) aufweist, welcher ausgehend von der Oberfläche (1.1) bis zu einem Talbereich (2.2) verläuft, wobei der Flankenbereich (2.3) zur Senkrechten (O) des Stahlblechs (1) mit einem Winkel (α) ausgebildet ist, und das Stahlblech (1) mit einem metallischen Überzug (1.2) beschichtet ist, wobei der Überzug (1.2) durch eine Gasphasenabscheidung aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen 20° und 85° ausgebildet ist.
  2. Stahlblech nach Anspruch 1, wobei der Winkel (α) zwischen 30° und 85° ausgebildet ist.
  3. Stahlblech nach Anspruch 1, wobei der Winkel (α) zwischen 35° und 85° ausgebildet ist.
  4. Stahlblech nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stahlblech (1) mit einem weiteren metallischen Überzug (1.3), welcher unterhalb dem metallischen Überzug (1.2) angeordnet ist, beschichtet ist und das Stahlblech (1) mindestens zwei metallische Überzüge (1.2, 1.3) umfasst, welche durch unterschiedliche Beschichtungsverfahren aufgebracht worden sind.
  5. Verfahren zum Herstellen eines mit einer deterministischen Oberflächenstruktur (2) dressierten und mit einem metallischen Überzug (1.2) beschichteten Stahlblechs (1) umfassend folgende Schritte:
    - Bereitstellen eines Stahlblechs (1),
    - Dressieren des Stahlblechs (1) mit einer Dressierwalze, wobei die Oberfläche der Dressierwalze, welche auf die Oberfläche (1.1) des Stahlblechs (1.1) einwirkt, mit einer deterministischen Oberflächenstruktur derart eingerichtet ist, dass nach dem Dressieren die Oberflächenstruktur (2) ausgehend von einer Oberfläche (1.1) des Stahlblechs (1) in das Stahlblech (1) eingeprägt ist, wobei die Oberflächenstruktur (2) einen Flankenbereich (2.3) aufweist, welcher ausgehend von der Oberfläche (1.1) bis zu einem Talbereich (2.2) verläuft, wobei der Flankenbereich (2.3) zur Senkrechten (O) des Stahlblechs (1) mit einem Winkel (α) ausgebildet ist und
    - anschließend Beschichten des dressierten Stahlblechs (1) mit einem metallischen Überzug (1.2) durch Gasphasenabscheidung,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech (1) mit einem Winkel (α) zwischen 20° und 85° zwischen Flankenbereich (2.3) und Senkrechten (0) des Stahlblechs (1) dressiert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Stahlblech (1) mit einem weiteren metallischen Überzug (1.3) bereitgestellt, wobei der weitere metallische Überzug (1.3) durch ein Schmelztauchbeschichten aufgebracht wird, und das bereitgestellte Stahlblech (1) anschließend dressiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Stahlblech (1) nach dem Dressieren mit einem weiteren metallischen Überzug (1.3) beschichtet wird, wobei der weitere metallische Überzug (1.3) durch elektrolytisches Beschichten aufgebracht wird, und anschließend der metallische Überzug (1.2) durch Gasphasenabscheidung beschichtet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Stahlblech (1) mit einem weiteren metallischen Überzug (1.3) beschichtet wird, wobei der weitere metallische Überzug (1.3) nach dem durch Gasphasenabscheidung applizierten metallischen Überzug (1.2) beschichtet wird.
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