EP4200450A1 - Process for manufacturing a flat steel product having an aluminum-based corrosion-resistant coating, and flat steel product having an aluminum-based corrosion-resistant coating - Google Patents

Process for manufacturing a flat steel product having an aluminum-based corrosion-resistant coating, and flat steel product having an aluminum-based corrosion-resistant coating

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EP4200450A1
EP4200450A1 EP21765866.5A EP21765866A EP4200450A1 EP 4200450 A1 EP4200450 A1 EP 4200450A1 EP 21765866 A EP21765866 A EP 21765866A EP 4200450 A1 EP4200450 A1 EP 4200450A1
Authority
EP
European Patent Office
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steel
weight
silicon
corrosion coating
alloyed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21765866.5A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Janko Banik
Dirk Rosenstock
Axel Ralf SCHROOTEN
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
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating.
  • the invention also relates to a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating.
  • the invention relates to a method for producing a steel component with a thoroughly alloyed anti-corrosion coating.
  • the invention relates to a steel component with an alloyed anti-corrosion coating.
  • flat steel product includes all rolled products whose length is much greater than their thickness. This includes steel strips and sheets as well as blanks and blanks made from them.
  • Percentages of structural components and proportions of phases in the layer relate to the volume (% by volume) unless otherwise stated. However, the values are determined as an area percentage in the metallographic microsection.
  • a pre-alloyed anti-corrosion coating is a coating into which a certain amount of iron has diffused, but complete alloying has not yet been achieved.
  • a pre-alloyed anti-corrosion coating is therefore characterized in that the Fe content is between 30 and 45% by weight, preferably between 30 and 40% by weight, particularly preferably between 35 and 40% by weight.
  • the Fe content in the thoroughly alloyed anti-corrosion coating is significantly higher and is at least 45% by weight, in particular at least 50% by weight, preferably 50% by weight to 70% by weight.
  • the anti-corrosion coating optionally comprises different layers and phases. The Fe content of the anti-corrosion coating is then averaged over the various layers and phases.
  • the steel substrate of flat steel products according to the invention consists in particular of so-called "MnB steel". Steels of this type are standardized in EN 10083-3. These steels have good hardenability and allow safe process control during hot pressing, which makes it possible to effect martensite hardening in the tool without additional cooling in an economical manner during hot forming.
  • Typical steels suitable for hot press hardening are steels A-E, the chemical composition of which is listed in Table 2.
  • the steel substrate can also be designed as a composite material with, for example, three steel layers, of which at least one layer can be tempered, in particular hardened, cf. EP 2 886 332 Bl.
  • EP 0 971 044 B1 specifies an alloy specification according to which an MnB steel, in addition to iron and unavoidable impurities (in wt.
  • a manganese content of more than 0.5% but less than 3% A silicon content of more than 0.1% but less than 0 .5%, a chromium content of more than 0.01% but less than 1%, a titanium content of less than 0.2%, an aluminum content of less than 0.1%, a phosphorus content of less than 0.1%, should have a sulfur content of less than 0.05% and a boron content of more than 0.0005% but less than 0.08%.
  • the aluminium-based anti-corrosion coating is a so-called AlSi coating which contains 3 - 15% by weight Si and up to 3.5% by weight iron.
  • the anti-corrosion coating preferably contains 9-10% by weight Si and 2-3.5% by weight iron. The percentages relate to the anti-corrosion coating before the heat treatment.
  • the corrosion coating contains only aluminum and unavoidable impurities in addition to the alloying elements Si and Fe mentioned. So the rest is aluminum and unavoidable impurities.
  • the flat steel products produced and coated in this way are heated to a heating temperature above the Acl temperature, then placed in a compression molding tool, where they are hot-formed into the steel component and directly connected to the ten of the compression mold cools so quickly that a hardened structure is created in the steel substrate of the steel flat product.
  • Fe diffuses from the steel substrate into the Al coating. So Fe is alloyed in, causing the coating to harden.
  • DE 10 2008 006 771 B3 therefore proposes a two-stage process in which the coated steel substrate is subjected to a first heating step and a second heating step.
  • the first heating step the aluminum-based coating is pre-alloyed.
  • the steel flat products can then be transported from the steel producer to the processor.
  • the processor then carries out the second heating step with hot press form hardening. By dividing the process into two, the processing time for the second heating step can be significantly reduced by the processor.
  • the first heating step lasts one hour or more and takes place at temperatures of 550-723 °C.
  • DE 10 2014 112 448 B4 also proposes a method which, however, aims to completely alloy a hardenable sheet steel with an aluminum-silicon coating.
  • the alloying process is carried out until the coating is saturated with iron from the steel, which means that there is only a small process window for heating later, as this creates thick layers that have a negative effect on the weldability of the hardened sheet steel component.
  • the object of the present invention is to further develop the aforementioned methods in such a way that the entire process time can be shortened and at the same time a flat steel product with improved properties is produced.
  • This object is achieved by a method for producing a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating comprising at least the following steps:
  • This process window has several advantages.
  • the relatively short residence time in the furnace, combined with the high furnace temperatures, means that the anti-corrosion coating is reliably pre-alloyed, while at the same time the mechanical and technological parameters of the steel product are not impaired and the basic structure of the steel substrate is preserved in its components.
  • the heating rate is measured close to the surface, for example with a thermocouple close to the surface, since the temperature of the layer or the temperature of the contact area between layer and substrate is relevant for the underlying processes and not the core temperature of the steel substrate.
  • the steel substrate is typically a steel with a ferritic-pearlitic structure, preferably a manganese-boron steel with a ferritic-pearlitic structure, particularly preferably a manganese-boron steel with a ferritic-pearlitic structure, which by heat treatment in the form of a thermal Hardening treatment can be converted into a martensitic structure.
  • the steel material consists of a hardenable steel material.
  • the steel material preferably has the following chemical composition in % by weight:
  • N up to 0.1% by weight, and optionally one or more alloying elements from the group (Al, Ti, V, Nb, B, Cr, Mo, Cu, Ni, Ca):
  • the steel substrate is particularly preferably a steel from the group of steels AE, the chemical analysis of which is given in Table 2.
  • Table 2 is to be understood in such a way that for each Steel from the group of steels AE the element proportions are given in percent by weight. A minimum and a maximum weight percentage is given here. For example, steel A therefore has a carbon content C: 0.05% by weight-0.10% by weight. If the lower bound is 0, the element is considered optional. No entry in the table means that there is no restriction for the item. For the elements chromium and molybdenum, steels C-E only have an upper limit for the sum of the element contents of chromium and molybdenum.
  • the steels AE can contain other optional elements, eg Cu, N, Ni, V, Sn, Ca. The remainder consists of iron.
  • the aluminum-based anti-corrosion coating is preferably a so-called AISi coating containing 0.5-15% by weight Si, optionally up to 5% by weight iron, optionally up to 5% by weight alkali or alkaline earth metals , preferably up to 1.0 wt .-% alkali or alkaline earth metals, and optionally up to 15 wt .-% Zn, preferably up to 10 wt .-% Zn and optional other components, the total content of which is at most 2.0 Wt .-% are limited, and the balance contains aluminum.
  • AISi coating containing 0.5-15% by weight Si, optionally up to 5% by weight iron, optionally up to 5% by weight alkali or alkaline earth metals , preferably up to 1.0 wt .-% alkali or alkaline earth metals, and optionally up to 15 wt .-% Zn, preferably up to 10 wt .-% Zn and optional other components, the total content of which
  • the optional content of alkali metals or alkaline earth metals in the melt can include, in particular, at least 0.0015% by weight of Ca, in particular at least 0.01% by weight of Ca.
  • the aluminium-based anti-corrosion coating is preferably a so-called AISi coating containing 0.5-15% by weight Si, optionally up to 5% by weight iron, optionally up to 5% by weight magnesium, the remainder being aluminium contains.
  • the anti-corrosion coating preferably contains 3-15% by weight Si, in particular 5-11% by weight Si, in particular 7-10% by weight Si and 2-3.5% by weight iron.
  • the magnesium content is preferably 0.05 to 1% by weight, in particular 0.1 to 0.5% by weight.
  • the division of the first heat treatment into a first sub-step, in which the steel flat product is heated and a second sub-step, in which the steel flat product is kept at a temperature above Ac3, has the advantage that accidental overheating of the anti-corrosion coating can be avoided. Overheating can lead to reduced spot weldability and paint adhesion of the hot press form hardened steel component. Therefore the coated flat steel product is preferably kept at a temperature between Ac3 and 950° C. in the second partial step.
  • the use of a two-stage process with the first heat treatment described and a second heat treatment during the actual hot press form hardening has the advantage that in the second step, which is carried out by the processor of the flat steel product, a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating is already present.
  • the heat treatment is carried out by the processor of the steel flat product in a roller hearth furnace.
  • Untreated, aluminium-based coatings have the disadvantage that they assume a semi-liquid state during the heat treatment and lead to deposits on the furnace rollers. This in turn leads to unstable heating processes, increased rejects due to incorrect positioning of the heated flat steel products and increased maintenance costs due to defective furnace rollers.
  • the heating rate of more than 10 K/s in the temperature range from 500°C to 700°C also has the advantage that a silicon-poor phase and a silicon-rich phase form in the anti-corrosion coating.
  • the silicon-rich phase is distributed in islands in the silicon-poor phase.
  • the heating rate of more than 10 K/s results in an even distribution of the island-shaped, silicon-rich phase in the silicon-poor phase. This ensures that the hot-press form-hardened steel component has evenly distributed silicon-rich areas within a silicon-poor phase even in the region of the corrosion protection coating near the surface. This results in improved spot weldability of the steel component.
  • the roughness of the pre-alloyed steel flat product reliably results with an average roughness value R a in the range from 0.3 ⁇ m to 2.0 ⁇ m, preferably from 0.5 ⁇ m to 1.6 ⁇ m. This ensures that the hot-press form-hardened steel component also has a sufficiently large roughness to achieve good paint adhesion.
  • R a average roughness value
  • island-shaped is understood to mean an arrangement in which discrete unconnected areas are surrounded by another material—that is, “islands” of a specific material are located in another material.
  • a low-silicon phase is understood to mean a phase whose silicon content is 1-10% by weight, preferably 1-6% by weight.
  • a silicon-rich phase is understood to mean a phase whose silicon content is greater than 10% by weight, preferably 10-15%.
  • the heating rate in the temperature range from 500°C to 700°C is less than 20 K/s. This results in a stable process window, so that the desired flat steel product is reliably obtained even with a slight variation in the residence time.
  • the anti-corrosion coating is arranged on both sides of the steel substrate and has a coating weight r between 50 ⁇ and 200 ⁇ on both sides. The following then preferably applies to the residence time t v : whereby
  • a coating weight on both sides is the sum of the coating weights on both coated sides.
  • the numerical value is not the coating weight per coated side, but the sum of the two coating weights on each side.
  • the thickness of the flat steel product is in particular 0.5-3.5 mm, preferably 0.8-2.8 mm.
  • the flat steel product provided with the anti-corrosion coating pre-alloyed according to the invention can then be cooled to room temperature and stored until it is sent for further processing into the respective steel component. This is usually done by cooling in ambient air.
  • the cooling rate is preferably less than 5 K/s, in particular less than 3.5 K/s, between the oven temperature and 200°C. Since the anti-corrosion coating is only incompletely alloyed in the first heating stage described (ie less than 5% Fe content in the area adjacent to the surface with a thickness of 1.0 ⁇ m, i.e.
  • the anti-corrosion coating has a low susceptibility to corrosion even after the first heating stage, so that its storage, its transport and the other work steps carried out in the run-up to the second heating stage can be carried out without any additional measures being necessary.
  • the pre-alloyed anti-corrosion coating retains properties which, even after the first heating stage, still allow the flat steel products obtained to be divided or trimmed with simple cutting operations, without causing any lasting damage to the coating layer.
  • the invention further relates to a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating, comprising a steel substrate with a pre-alloyed, aluminum-based anti-corrosion coating present at least on one side of the steel substrate.
  • the martensite content of the steel substrate is preferably less than 10% by volume, preferably less than 5% by volume, and the average Fe content of the anti-corrosion coating is 30-45% by weight.
  • the anti-corrosion coating comprises: a low-silicon phase which, in addition to unavoidable impurities, contains 1-10% by weight Si, 10-50% by weight Fe, up to 1% by weight Mn and 40-80% by weight aluminum, the sum of the ingredients present being 100% by weight, and - A silicon-rich phase which, in addition to unavoidable impurities, contains 10-15% by weight Si, 25-50% by weight Fe, up to 1% by weight Mn and 40-80% by weight aluminum, the sum of present components is 100% by weight and wherein the silicon-rich phase is distributed in islands in the silicon-poor phase.
  • Such a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating can be produced, for example, using the method described above and has the advantages described above.
  • the mean roughness value R a of the pre-alloyed flat steel product is in the range from 0.3 ⁇ m to 2.0 ⁇ m, preferably from 0.5 ⁇ m to 1.6 ⁇ m. This ensures that the hot-press form-hardened steel component also has a sufficiently large roughness to achieve good paint adhesion.
  • the thickness of the flat steel product is in particular 0.5-3.5 mm, preferably 0.8-2.8 mm.
  • the island-shaped distribution of the silicon-rich phase in the silicon-poor phase is in particular such that the silicon-rich phase has discrete discontinuous regions which are surrounded by the silicon-poor phase.
  • Discrete, non-connected areas in the micrograph with a surface area of less than 100 ⁇ m 2 make up more than 80% of the entire silicon-rich phase.
  • discrete discontinuous regions with an area of less than 50 ⁇ m 2 account for more than 50% of the total silicon-rich phase.
  • more than 80% of the silicon-rich phase is in the form of small "islands” with an area of less than lOOpm 2 and preferably more than 50% of the silicon-rich phase is in the form of small "islands” with an area of less than 50pm 2am .
  • the insular distribution of the silicon-rich phase in the silicon-poor phase is such that the regions with silicon-rich phase are distributed over an area having at least a thickness perpendicular to the surface that is greater than 50% of the thickness of the anti-corrosion coating.
  • a single narrow strip with areas of silicon-rich phases does not form, but the silicon-rich areas are distributed in islands over a strip that takes up at least half of the corrosion protection coating.
  • the anti-corrosion coating in particular the region of the anti-corrosion coating near the surface, has between 10% by volume and 25% by volume of the silicon-rich phase.
  • hot-press form-hardened steel component has evenly distributed silicon-rich areas within a silicon-poor phase in the near-surface area of the corrosion protection coating. This results in improved spot weldability of the steel component.
  • the proportion of the silicon-rich phase in the pre-alloyed anti-corrosion coating is greater than 5% by volume, preferably greater than 10% by volume.
  • the Fe content of the anti-corrosion coating is more than 10% by weight Fe at every point. This has the advantage that the melting point at each point is set sufficiently high to prevent parts of the anti-corrosion coating from being liquefied during the subsequent hot press form hardening.
  • the flat steel product comprises a diffusion layer comprising Fe3Al and Fe2Al5 with a thickness between 1 pm and 6 pm, which is arranged adjacent to the steel substrate.
  • the diffusion layer is therefore directly adjacent to the steel substrate and contacts the steel substrate.
  • the diffusion layer is also often referred to as a ferrite fringe.
  • Such a diffusion layer improves the cutting behavior when cutting the flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating due to the smooth transition between the hard coating and the (comparatively) softer substrate.
  • the steel flat product comprises a layer of the silicon-rich phase with a thickness between 1 pm and 3 pm, which is arranged adjacent to the diffusion layer.
  • the layer of the silicon-rich phase is therefore directly adjacent to the diffusion layer and makes contact with the diffusion layer.
  • the silicon-rich phase layer has the same chemical composition as the island-like distributed silicon-rich phase regions.
  • the silicon-rich phase layer grows as does the diffusion layer during the master alloying process.
  • a further developed variant of the steel flat product with a pre-alloyed anti-corrosion coating comprises an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating.
  • the oxide layer is formed spontaneously through a reaction with atmospheric oxygen and essentially comprises aluminum oxide Al2O3 or, in the variant with magnesium, in the anti-corrosion coating MgO and Al2O3.
  • the proportion of MgO in the oxide layer is 55 to 65% and the proportion of aluminum oxide is about 35 to 45%.
  • the thickness of the oxide layer is typically 20 nm to 300 nm, preferably 50 nm to 200 nm, and additionally protects the flat steel product from corrosion.
  • the invention further relates to a method for producing a steel component with a thoroughly alloyed anti-corrosion coating, comprising at least the following steps:
  • the process of heating the flat steel product for a heating period t E includes increasing the temperature to the forming temperature Tu in the stated temperature range and holding the flat steel product at this forming temperature Tu.
  • Heating can be carried out using a short roller hearth furnace, chamber furnace or rapid heating (conductive, inductive or contact heating).
  • the steel flat product with a pre-alloyed anti-corrosion coating By using the steel flat product with a pre-alloyed anti-corrosion coating, it is sufficient to carry out the subsequent heating in the short heating time described. No additional time needs to be set aside to allow the anti-corrosion coating to fully alloy. It is therefore sometimes even possible to synchronize the process steps following the heating, such as transfer to the press, forming, press hardening, possibly cutting, transfer to storage, with the duration of the heating, so that there is no or minimal time delay. Furthermore, the use of the steel flat product with a pre-alloyed anti-corrosion coating has the advantage that the heating can be carried out in a roller hearth furnace without having to worry about deposits on the furnace rollers.
  • the melting point of the anti-corrosion coating has increased, so that liquefaction no longer occurs during the subsequent heating process for hot press form hardening. Consequently, deposition on kiln rollers is also avoided.
  • the thickness of the flat steel product is in particular 0.5-3.5 mm, preferably 0.8-2.8 mm.
  • the lower limit for the heating duration ensures that the already existing or newly forming diffusion layer adjoining the steel substrate has a thickness of at least 1 pm.
  • a diffusion layer thickness greater than lpm is a good indicator that the alloying penetration has reached a sufficient level.
  • the method described for producing a steel component with a thoroughly alloyed anti-corrosion coating also includes the step:
  • the steel flat product is not only formed into the steel component, but is also quenched to the target temperature at the same time.
  • the cooling rate in the forming tool to the target temperature is in particular at least 20 K/s, preferably at least 30 K/s, in particular at least 50 K/s, particularly preferably at least 100 K/s.
  • the target temperature is below 400°C, preferably below 300°C.
  • the target temperature is preferably at least 50°C. This achieves a martensite content in the substrate of more than 50% by volume, preferably more than 80% by volume, in particular more than 90% by volume, in particular more than 95% by volume.
  • the steel component After the steel component has been removed from the forming tool, the steel component is cooled to a cooling temperature T of less than 50° C. within a cooling period of 0.5 to 600 s. This is usually done by air cooling.
  • the invention further relates to a steel component with a fully alloyed anti-corrosion coating comprising a steel substrate with a fully alloyed, aluminium-based anti-corrosion coating present on at least one side of the steel substrate.
  • a steel component can in particular be produced according to the method described above.
  • the fully alloyed anti-corrosion coating includes:
  • - % aluminum contains,
  • a silicon-rich phase (R) which, in addition to unavoidable impurities, contains 10-15% by weight Si, 40-70% by weight Fe, up to 1% by weight Mn and 40-80% by weight aluminum, wherein the silicon-rich phase is distributed in islands in the silicon-poor phase
  • the Fe content in the thoroughly alloyed anti-corrosion coating is at least 45% by weight, in particular at least 50% by weight, preferably 50% by weight to 70% by weight.
  • the insular distribution of the silicon-rich phase in the silicon-poor phase is such that the anti-corrosion coating, in particular the region of the anti-corrosion coating near the surface, has between 10% by volume and 25% by volume of the silicon-rich phase.
  • the silicon-rich islands ensure good spot weldability.
  • they increase the roughness of the steel component, resulting in an average roughness value R a greater than lpm.
  • the mean roughness value is preferably greater than 1.2 pm, particularly preferably greater than 1.5 pm. This ensures good paint adhesion.
  • the martensite content in the steel substrate is more than 50% by volume, preferably more than 80% by volume, in particular more than 90% by volume, in particular more than 95% by volume.
  • the anti-corrosion coating optionally comprises up to 5% by weight of magnesium, preferably 0.05 to 1% by weight, in particular 0.1 to 0.5% by weight of magnesium.
  • the magnesium content of the anti-corrosion coating is 0.1 to 0.5% by weight of magnesium.
  • areas of the silicon-poor phase and the silicon-rich phase that are at a distance from the surface of the anti-corrosion coating that is greater than 1.0 ⁇ m each have a magnesium content of up to 0.5% by weight. Since magnesium accumulates in the surface area during forming, the proportion of magnesium in the two phases close to the surface can be above 0.5% by weight. However, in the deeper phases described, the magnesium content is a maximum of 0.5% by weight.
  • a further developed variant of the steel component with an alloyed anti-corrosion coating includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating.
  • the oxide layer is formed spontaneously by reaction with atmospheric oxygen and essentially comprises aluminum oxide Al2O3 or, in the variant with magnesium in the anti-corrosion coating, MgO and Al2O3.
  • MgO and Al2O3 aluminum oxide
  • the proportion of MgO in the oxide layer is 55 to 65% and the proportion of aluminum oxide is about 35 to 45%.
  • the thickness of the oxide layer is typically 20 nm to 300 nm, preferably 50 nm to 200 nm, and additionally protects the steel component from corrosion.
  • the near-surface area of the (pre-alloyed or thoroughly alloyed) anti-corrosion coating is understood to mean the area down to a depth of 200 nm below the surface of the anti-corrosion coating.
  • the surface of the anti-corrosion coating is understood to mean the contact area with the ambient atmosphere or with the oxide layer.
  • the proportion of the silicon-rich phase in the fully alloyed anti-corrosion coating is less than 20% by volume, preferably less than 15% by volume.
  • the insular distribution of the silicon-rich phase in the silicon-poor phase is, in the case of the steel component with a thoroughly alloyed anti-corrosion coating, in particular such that the silicon-rich phase has discrete, non-connected areas which are surrounded by the silicon-poor phase.
  • Discrete, non-connected areas with a surface area of less than 100 ⁇ m 2 make up more than 80% of the entire silicon-rich phase.
  • discrete discontinuous regions with an area of less than 50 ⁇ m 2 account for more than 50% of the total silicon-rich phase.
  • more than 80% of the silicon-rich phase is in the form of small "islands” with an area of less than 100 pm 2 and preferably more than 50% of the silicon-rich phase is in the form of small "islands” with an area of less than 50pm 2am .
  • the steel component comprises a diffusion layer, in particular comprising Fe3Al and Fe2Al5, with a thickness between 1 pm and 20 pm, which is arranged adjacent to the steel substrate.
  • the diffusion layer is therefore directly adjacent to the steel substrate and contacts the steel substrate.
  • the thickness of the diffusion layer is at least 3 ⁇ m. In particular, the thickness is no more than 16 pm, particularly preferably no more than 12 pm.
  • the thickness of the diffusion layer is a good indicator of the degree of alloying. It has been shown that the desired alloying penetration is achieved in the specified thickness ranges.
  • the proportion of pores in the anti-corrosion coating is less than 5% by volume.
  • the proportion of pores based on the anti-corrosion coating and the diffusion layer is less than 5% by volume.
  • the proportion of pores is determined by measuring the surface area in the micrograph.
  • the steel component comprises a layer of the silicon-rich phase with a thickness between 1 pm and 3 pm, which is arranged adjacent to the diffusion layer. The layer of the silicon-rich phase is therefore directly adjacent to the diffusion layer on the side facing away from the substrate and makes contact with the diffusion layer. On the other side, the diffusion layer contacts the anti-corrosion coating.
  • the silicon-rich phase layer has the same chemical composition as the island-like distributed silicon-rich phase regions.
  • FIG. 1a shows a cross section of a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating in a first variant
  • FIG. 2a shows a cross section of a steel flat product with a pre-alloyed anti-corrosion coating in a second variant
  • FIG. 2b shows a cross section of a steel component with a fully alloyed anti-corrosion coating in a second embodiment variant
  • 3a shows a cross section of a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating in a third variant
  • 3b shows a cross section of a steel component with a fully alloyed anti-corrosion coating in a third embodiment variant
  • 4a shows a cross section of a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating in a fourth variant
  • 4b shows a cross section of a steel component with a fully alloyed anti-corrosion coating in a fourth variant.
  • Shaped blanks were cut from a 1.8 mm thick strip of steel grade D according to Table 2 with a 25 ⁇ m thick aluminum-based anti-corrosion coating on both sides. Both a punching tool and a laser were used as cutting methods.
  • the initial composition of the protective coating was 8 wt% Si, 3 wt% Fe, 0.3 wt% Mg, balance Al.
  • the run weight was 70 ⁇ on each side. In a 2-zone continuous furnace, these blanks were first heated in the first zone at a furnace temperature of 1100°C to over 900°C in 105 seconds. The heating rate between 500°C and 700°C was 12 K/s.
  • the blank was then held at 920°C for 35 seconds, which is above the Ac3 temperature, which is around 860°C for the selected steel grade. During this time, the anti-corrosion coating was pre-alloyed. The Fe content in the anti-corrosion coating was then between 35% by weight and 40% by weight. In addition, the Fe content of the anti-corrosion coating was more than 10% by weight Fe at each point.
  • the mean roughness value R a is 0.9 pm in this variant.
  • the cross section of the flat steel product 9 produced in this way is shown in FIG.
  • An anti-corrosion coating 13 is arranged on a steel substrate 11 .
  • the anti-corrosion coating 13 comprises a silicon-rich phase 15 and a silicon-poor phase 17.
  • the insular distribution of the silicon-rich phase 15 in the silicon-poor phase 17 can be clearly seen.
  • the regions with a silicon-rich phase 15 are distributed over an area which has a thickness perpendicular to the surface which corresponds to approximately 80% of the thickness of the anti-corrosion coating 13 .
  • a single, narrow strip with areas of silicon-rich phases 15 does not form, but the silicon-rich areas are distributed in islands over a strip that occupies about 80% of the anti-corrosion coating. This ensures that the proportion of the silicon-rich phase 15 in the anti-corrosion coating in the hot-press-formed steel component is between 10% by volume and 25% by volume.
  • the flat steel product includes a diffusion layer 19 comprising Fe3Al and Fe2Al5 with a thickness of 3 ⁇ m, which is arranged adjacent to the steel substrate 11 .
  • the diffusion layer 19 is therefore bordering directly to the steel substrate 11 and contacts the steel substrate 11.
  • the anti-corrosion coating 13 comprises a layer 21 of the silicon-rich phase 15 with a thickness of 1 pm, which is arranged adjacent to the diffusion layer 19.
  • the layer 21 of the silicon-rich phase 15 is therefore directly adjacent to the diffusion layer 19 and contacts the diffusion layer 19.
  • the flat steel product also includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating with a thickness of 60 nm, which is not visible due to the resolution in FIG.
  • the shaped blanks treated in this way were further processed elsewhere on a hot forming line. Further processing took place in a short hot forming furnace at a forming temperature of 920°C. A heating period of 150 seconds, during which the treated blanks were brought to the forming temperature and held there, was sufficient for complete austenitization and thorough alloying of the coating. The furnace rollers of the hot-forming furnace showed no Al contamination even after throughput of several 500 blanks.
  • the anti-corrosion coating contained an average of 51% by weight Fe and had silicon-rich areas with Si contents between 10% and 14%.
  • the anti-corrosion coating does not show a clear stratification of the silicon-rich and silicon-poor areas. Instead, the silicon-rich phase is distributed in islands in the silicon-poor phase. As a result, both silicon-poor and silicon-rich phases are also present in the near-surface area. Both the joining properties and the paint adhesion properties were therefore better than with commercially available aluminium-based anti-corrosion coatings, in which a layer with a continuous low-silicon layer is formed in the area close to the surface.
  • the cross section of the steel component 23 produced in this way is shown in FIG.
  • An anti-corrosion coating 13 is arranged on a steel substrate 11 .
  • the anti-corrosion coating 13 comprises a silicon-rich phase 15 and a silicon-poor phase 17.
  • the insular distribution of the silicon-rich phase 15 in the silicon-poor phase 17 can be clearly seen.
  • the area close to the surface has approximately 18% by volume of the silicon-rich phase 15 .
  • the anti-corrosion coating 13 and the diffusion layer 19 together have a porosity of 1.1%.
  • the proportion of the silicon-rich phase in Anti-corrosion coating is 14% by volume.
  • About 85% of the silicon-rich phase is in the form of small "islands" with an area of less than 100 pm 2 .
  • the steel component 23 also includes a diffusion layer 19 with Fe3Al and Fe2Al5, which is arranged adjacent to the steel substrate 11 below the anti-corrosion coating 13.
  • the diffusion layer 19 is therefore directly adjacent to the steel substrate 11 and makes contact with the steel substrate 11.
  • the diffusion layer has a thickness of 7 ⁇ m.
  • the steel component 23 includes a layer 21 of the silicon-rich phase 15 with a thickness of 2 ⁇ m, which is arranged adjacent to the diffusion layer 19 below the anti-corrosion coating 13 .
  • the layer 21 of the silicon-rich phase 15 is therefore directly adjacent to the diffusion layer 19 and contacts the diffusion layer 19.
  • the steel component also includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating with a thickness of 100 nm, which is not visible in FIG. 1b due to the resolution.
  • Shaped blanks were cut from a 1.5 mm thick strip of steel grade E according to Table 2 with a 20 ⁇ m thick aluminum-based anti-corrosion coating on both sides.
  • a laser was used as the cutting method.
  • the initial composition of the protective coating was 10 wt% Si, 3 wt% Fe, balance Al.
  • the run weight was 60 ⁇ on each side.
  • these molded blanks were initially heated in the first zone at a furnace temperature of 1050°C to over 900°C in 90 seconds.
  • the heating rate between 500°C and 700°C was 11 K/s.
  • This part of the furnace had an O 2 -containing atmosphere with a dew point TP of -10°.
  • the blank was then held at 920°C for 60 seconds, which is above the Ac3 temperature, which is around 845°C for the selected steel grade. This part of the oven did not have a dew point control.
  • FIG. 2a The cross section I iff picture Id of the steel flat product 9 produced in this way is shown in FIG. 2a.
  • An anti-corrosion coating 13 is arranged on a steel substrate 11 .
  • the anti-corrosion coating 13 comprises a silicon-rich phase 15 and a silicon-poor phase 17. The insular distribution of the silicon-rich phase 15 in the silicon-poor phase 17 can be clearly seen.
  • the regions with a silicon-rich phase 15 are distributed over an area which has a thickness perpendicular to the surface which corresponds to approximately 90% of the thickness of the anti-corrosion coating 13 .
  • a single, narrow strip with regions of silicon-rich phases 15 does not form, but rather the silicon-rich regions are distributed in islands over a strip that occupies about 90% of the anti-corrosion coating. This ensures that in the case of the hot-press formed steel component, the region of the anti-corrosion coating close to the surface has between 10% by volume and 25% by volume of the silicon-rich phase.
  • the flat steel product includes a diffusion layer comprising Fe3Al and Fe2Al5 with a thickness of 2 ⁇ m, which is arranged adjacent to the steel substrate 11 .
  • the diffusion layer 19 is therefore directly adjacent to the steel substrate 11 and makes contact with the steel substrate 11 .
  • the layer 21 of the silicon-rich phase 15 is therefore directly adjacent to the diffusion layer 19 and contacts the diffusion layer 19.
  • the flat steel product also includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating with a thickness of 60 nm, which is not visible due to the resolution in FIG.
  • the shaped blanks treated in this way were further processed in a separate process step in an inductive rapid heating line.
  • the heating time to 900°C was 15 seconds.
  • the circuit boards were then kept at this temperature for a further 30 seconds at this temperature using infrared radiation. This resulted in complete austenitization of the base material and full alloying of the coating.
  • the heating time was 45 seconds.
  • the anti-corrosion coating contained an average of 56% by weight Fe and had silicon-rich areas with Si contents between 10% by weight and 13.5% by weight.
  • the anti-corrosion coating did not show a clear stratification of the silicon-rich and silicon-poor regions above the diffusion layer. Instead, the silicon-rich phase is distributed in islands in the silicon-poor phase. As a result, both silicon-poor and silicon-rich phases are present in the near-surface area.
  • the region of the anti-corrosion coating near the surface contained 18% by volume of the silicon-rich phase.
  • the anti-corrosion coating 13 and the diffusion layer 19 together have a porosity of 2.3%. Both the joining properties and the paint adhesion properties were therefore better than with commercially available aluminium-based anti-corrosion coatings, in which a layer with a continuous low-silicon layer forms in the area close to the surface.
  • the cross section of the steel component 23 produced in this way is shown in FIG. 2b. shown.
  • An anti-corrosion coating 13 is arranged on a steel substrate 11 .
  • the anti-corrosion coating 13 comprises a silicon-rich phase 15 and a silicon-poor phase 17.
  • the insular distribution of the silicon-rich phase 15 in the silicon-poor phase 17 can be clearly seen.
  • the area close to the surface has approximately 23% by volume of the silicon-rich phase 15 .
  • the proportion of the silicon-rich phase in the anti-corrosion coating is 11% by volume. More than 90% of the silicon-rich phase is in the form of small “islands” with an area of less than 100 pm 2 .
  • the steel component 23 also includes a diffusion layer 19 with Fe3Al and Fe2Al5, which is arranged adjacent to the steel substrate 11 below the anti-corrosion coating 13.
  • the diffusion layer 19 is therefore directly adjacent to the steel substrate 11 and makes contact with the steel substrate 11.
  • the diffusion layer has a thickness of 6 ⁇ m.
  • the steel component 23 comprises a layer 21 of the silicon-rich phase 15 with a thickness of 1 ⁇ m, which is arranged adjacent to the diffusion layer 19 below the anti-corrosion coating 13 .
  • the layer 21 of the silicon-rich phase 15 is therefore directly adjacent to the diffusion layer 19 and contacts the diffusion layer 19.
  • the steel component also includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating with a thickness of 110 ⁇ m, which is not visible due to the resolution in FIG. 2b.
  • Example 3
  • Shaped blanks were cut from a 1.2 mm thick strip of steel grade D according to Table 2 with a 20 ⁇ m thick aluminum-based anti-corrosion coating on both sides.
  • a laser was used as the cutting method.
  • the initial composition of the protective coating was 6 wt% Si, 3 wt% Fe, 0.3 wt% Mg, balance Al.
  • the run weight was 60 ⁇ on each side.
  • these molded blanks were first heated in the first zone at a furnace temperature of 1000°C to over 900°C in 90 seconds.
  • the heating rate between 500°C and 700°C was 13 K/s.
  • This part of the furnace had an O 2 -containing atmosphere with a dew point of -15°C.
  • the blank was then held at 920°C for 30 seconds, which is above the Ac3 temperature, which is around 860°C for the selected steel grade.
  • the anti-corrosion coating was pre-alloyed.
  • the Fe content in the anti-corrosion coating was then between 35% by weight and 40% by weight.
  • the Fe content of the anti-corrosion coating was more than 10% by weight Fe at each point.
  • the mean roughness value R a is 1.2 pm in this variant.
  • FIG. 3a The cross section I iffbi Id of the steel flat product 9 produced in this way is shown in FIG. 3a.
  • An anti-corrosion coating 13 is arranged on a steel substrate 11 .
  • the anti-corrosion coating 13 comprises a silicon-rich phase 15 and a silicon-poor phase 17.
  • the insular distribution of the silicon-rich phase 15 in the silicon-poor phase 17 can be clearly seen.
  • the regions with a silicon-rich phase 15 are distributed over an area which has a thickness perpendicular to the surface which corresponds to approximately 80% of the thickness of the anti-corrosion coating 13 .
  • a single, narrow strip with areas of silicon-rich phases 15 does not form, but rather the silicon-rich areas are distributed in islands over a strip that occupies about 80% of the anti-corrosion coating. In this way it is ensured that in the case of the hot-press-formed steel component of the anti-corrosion coating, in particular the region of the anti-corrosion coating near the surface, has between 10% by volume and 25% by volume
  • the flat steel product includes a diffusion layer comprising Fe3Al and Fe2Al5 with a thickness of 2.5 pm arranged adjacent to the steel substrate 11.
  • the diffusion layer 19 is therefore directly adjacent to the steel substrate 11 and makes contact with the steel substrate 11 .
  • the layer 21 of the silicon-rich phase 15 is therefore directly adjacent to the diffusion layer 19 and contacts the diffusion layer 19.
  • the flat steel product also includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating with a thickness of 70 nm, which is not visible due to the resolution in FIG. 3a.
  • the shaped blanks treated in this way were further processed elsewhere in a contact heating line.
  • the heating time to the forming temperature of 900° was 20 seconds.
  • the circuit board was then kept at this temperature for a further 75 seconds via the infrared radiation of the contact plates, in that the plates took up a distance of approx. 5 mm from the surface of the circuit board. This resulted in complete austenitization of the steel substrate and thorough alloying of the anti-corrosion coating.
  • the heating time was therefore 95 seconds. Due to the pre-alloyed anti-corrosion coating, there was no adhesion to the contact plates. The layer thickness of the anti-corrosion coating also remained constant over the panel surface.
  • the anti-corrosion coating contained an average of 60% by weight Fe and had silicon-rich areas with Si contents between 11% and 15%.
  • the anti-corrosion coating did not show a clear stratification of the silicon-rich and silicon-poor regions above the diffusion layer. Instead, the silicon-rich phase is distributed in islands in the silicon-poor phase. As a result, both silicon-poor and silicon-rich phases are present in the near-surface area. Both the joining properties and the paint adhesion properties were therefore better than with commercially available aluminium-based anti-corrosion coatings, in which a layer with a continuous low-silicon layer is formed in the area close to the surface.
  • the cross section of the steel component 23 produced in this way is shown in FIG. 3b. shown.
  • An anti-corrosion coating 13 is arranged on a steel substrate 11 .
  • the anti-corrosion coating 13 comprises a silicon-rich phase 15 and a silicon-poor phase 17.
  • the insular phase is clear Distribution of the silicon-rich phase 15 in the silicon-poor phase 17 to recognize.
  • the area close to the surface has approximately 15% by volume of the silicon-rich phase 15 .
  • the anti-corrosion coating 13 and the diffusion layer 19 together have a porosity of 1.3%.
  • the proportion of the silicon-rich phase in the anti-corrosion coating is approx. 13% by volume.
  • Over 90% of the silicon-rich phase is in the form of small “islands” with an area of less than 100 pm 2 .
  • the steel component 23 also includes a diffusion layer 19 with Fe3Al and Fe2Al5, which is arranged adjacent to the steel substrate 11 below the anti-corrosion coating 13.
  • the diffusion layer 19 is therefore directly adjacent to the steel substrate 11 and makes contact with the steel substrate 11.
  • the diffusion layer has a thickness of 9 ⁇ m.
  • the steel component 23 includes a layer 21 of the silicon-rich phase 15 with a thickness of 2 ⁇ m, which is arranged adjacent to the diffusion layer 19 below the anti-corrosion coating 13 .
  • the layer 21 of the silicon-rich phase 15 is therefore directly adjacent to the diffusion layer 19 and contacts the diffusion layer 19.
  • the steel component also includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating with a thickness of 220 nm, which is not visible due to the resolution in FIG. 3b.
  • Shaped blanks were cut from a 1.6 mm thick strip of steel grade D according to Table 2 with a 25 ⁇ m thick aluminum-based anti-corrosion coating on both sides.
  • a laser was used as the cutting method.
  • the initial composition of the protective coating was 8 wt% Si, 3 wt% Fe, 0.3 wt% Mg, balance Al.
  • the run weight was 75j ⁇ on each side.
  • the chemical composition was identical to example 3.
  • the cross section I iff picture Id of the steel flat product 9 produced in this way is shown in FIG. 4a.
  • An anti-corrosion coating 13 is arranged on a steel substrate 11 .
  • the anti-corrosion coating 13 comprises a silicon-rich phase 15 and a silicon-poor phase 17.
  • the insular distribution of the silicon-rich phase 15 in the silicon-poor phase 17 can be clearly seen.
  • the regions with a silicon-rich phase 15 are distributed over an area which has a thickness perpendicular to the surface which corresponds to approximately 80% of the thickness of the anti-corrosion coating 13 .
  • a single, narrow strip with areas of silicon-rich phases 15 does not form, but the silicon-rich areas are distributed in islands over a strip that occupies about 80% of the anti-corrosion coating. This ensures that in the case of the hot-press formed steel component, the region of the anti-corrosion coating close to the surface has between 10% by volume and 25% by volume of the silicon-rich phase.
  • the flat steel product includes a diffusion layer comprising Fe3Al and Fe2Al5 with a thickness of 3 ⁇ m, which is arranged adjacent to the steel substrate 11 .
  • the diffusion layer 19 is therefore directly adjacent to the steel substrate 11 and makes contact with the steel substrate 11 .
  • the layer 21 of the silicon-rich phase 15 is therefore directly adjacent to the diffusion layer 19 and contacts the diffusion layer 19.
  • the flat steel product also includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating with a thickness of 110 ⁇ m, which is not visible due to the resolution in FIG. 4a.
  • the molded blanks treated in this way were further processed in a separate process step in a contact heating process using heat conduction.
  • the heating time to the forming temperature of 900° was 12 seconds.
  • the blank was then held at this temperature in a roller hearth oven for a further 110 seconds. There it came for complete austenitization of the steel substrate and for thorough alloying of the anti-corrosion coating.
  • the heating time was therefore 122 seconds. Due to the pre-alloyed anti-corrosion coating, there was no adhesion to the contact plates or furnace rollers. The layer thickness of the anti-corrosion coating also remained constant over the panel surface.
  • the anti-corrosion coating contained an average of 58% by weight Fe and had silicon-rich areas with Si contents between 11% and 16%.
  • the anti-corrosion coating did not show a clear stratification of the silicon-rich and silicon-poor regions above the diffusion layer. Instead, the silicon-rich phase is distributed in islands in the silicon-poor phase. As a result, both silicon-poor and silicon-rich phases are present in the near-surface area. Both the joining properties and the paint adhesion properties were therefore better than with commercially available aluminium-based anti-corrosion coatings, in which a layer with a continuous low-silicon layer is formed in the area close to the surface.
  • the cross section of the steel component 23 produced in this way is shown in FIG. 4b. shown.
  • An anti-corrosion coating 13 is arranged on a steel substrate 11 .
  • the anti-corrosion coating 13 comprises a silicon-rich phase 15 and a silicon-poor phase 17.
  • the insular distribution of the silicon-rich phase 15 in the silicon-poor phase 17 can be clearly seen.
  • the area close to the surface has approximately 17% by volume of the silicon-rich phase 15 .
  • the anti-corrosion coating 13 and the diffusion layer 19 together have a porosity of 1.2%.
  • the proportion of the silicon-rich phase in the anti-corrosion coating is 10.5% by volume.
  • Over 90% of the silicon-rich phase is in the form of small “islands” with an area of less than 100 pm 2 .
  • the steel component 23 also includes a diffusion layer 19 with Fe3Al and Fe2Al5, which is arranged adjacent to the steel substrate 11 below the anti-corrosion coating 13.
  • the diffusion layer 19 is therefore directly adjacent to the steel substrate 11 and makes contact with the steel substrate 11.
  • the diffusion layer has a thickness of 5 ⁇ m.
  • the steel component 23 comprises a layer 21 of the silicon-rich phase 15 with a thickness of 1 ⁇ m, which is arranged adjacent to the diffusion layer 19 below the anti-corrosion coating 13 .
  • the layer 21 of the silicon-rich phase 15 is therefore directly adjacent to the diffusion layer 19 and contacts the diffusion layer 19.
  • the steel component also includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating with a thickness of 170 nm, which is not visible due to the resolution in FIG. 4b.
  • the table below shows the process parameters for blanks of different thicknesses.
  • the steel grade of the steel substrate is also given in the table.
  • All molded blanks include a 25 ⁇ m thick aluminium-based anti-corrosion coating on both sides.
  • the initial composition of the protective coating was 9 wt% Si, 3 wt% Fe, balance AL.
  • the overlay weight was 70 ⁇ on each side.
  • the shaped blanks treated in this way were further processed elsewhere on a hot forming line. Further processing took place in a short hot forming furnace at a forming temperature of 900°C or 920°C. The thickness of the diffusion layer, weldability, paint adhesion and tool wear were then determined.
  • the weldability was determined as suitability for resistance spot welding according to SEP1220-2.
  • a stone impact test according to EN ISO 20567 was carried out to determine the paint adhesion.
  • the painted sample is bombarded with a defined amount of "corundum” and subjected to a VDA corrosion test.
  • the paint adhesion was also determined according to EN ISO 2409 (cross-cut test).
  • the painted sample is scratched in a defined cross pattern up to the metallic protective layer and also subjected to the VDA corrosion test.
  • the tool abrasion was determined by removing the powdery and adhering residues in the tool after a certain number of components had been produced and determining them gravimetrically.
  • Table 1 the mass of abrasion after 100 formed components is based on 1 square meter coated material specified. From 100 g abrasion per 1000 components (ie 10 g per 100 components) unscheduled cleaning actions could become necessary. Therefore, values below 10g / 100 components are considered acceptable.

Abstract

The invention relates to a process for manufacturing a flat steel product (9) having a prealloyed corrosion-resistant coating (13), comprising at least the following steps: - providing a coated flat steel product (9) comprising a steel substrate (11) having an aluminum-based corrosion-resistant coating (13) on at least one side of the steel substrate (11); - subjecting the coated flat steel product (9) to a heat treatment involving the following partial steps: i. heating the coated flat steel product (9) in a furnace at a furnace temperature T of 950°C to 1150°C and at a furnace dwell time t v of 40 s to 150 s, the furnace temperature being selected such that the heating rate of the coated flat steel product (9) in the temperature range of 500°C to 700°C is higher than 10 K/s; ii. maintaining the coated flat steel product (9) at a temperature above Ac3 for a hold time of 20 s to 60 s.

Description

VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES STAHLFLACHPRODUKTES MIT EINEM ALUMINIUM-BASIERTEN KORROSIONSSCHUTZÜBERZUG UND STAHLFLACHPRODUKT MIT EINEM ALUMINIUM-BASIERTEN KORROSIONSSCHUTZÜBERZUG METHOD OF MANUFACTURING A STEEL FLAT PRODUCT WITH AN ALUMINUM-BASED ANTI-CORROSION COATING AND STEEL FLAT PRODUCT WITH AN ALUMINUM-BASED ANTI-CORROSION COATING
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlflachproduktes mit einem vorlegierten Korrosionsschutzüberzug. The invention relates to a method for producing a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating.
Ebenso betrifft die Erfindung ein Stahlflachprodukt mit einem vorlegierten Korrosionsschutzüberzug. The invention also relates to a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlbauteils mit einem durchlegierten Korrosionsschutzüberzug. Furthermore, the invention relates to a method for producing a steel component with a thoroughly alloyed anti-corrosion coating.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Stahlbauteil mit einem durchlegierten Korrosionsschutzüberzug. Finally, the invention relates to a steel component with an alloyed anti-corrosion coating.
Unter den Begriff "Stahlflachprodukt" fallen hier alle Walzprodukte, deren Länge sehr viel größer ist als ihre Dicke. Hierzu zählen Stahlbänder und -bleche sowie daraus gewonnene Zuschnitte und Platinen. The term "flat steel product" includes all rolled products whose length is much greater than their thickness. This includes steel strips and sheets as well as blanks and blanks made from them.
Wenn hier Angaben zu Gehalten von Legierungen gemacht werden, sind diese immer als Angaben in "Gew.-%" zu verstehen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. If information is given here about the content of alloys, this is always to be understood as information in "% by weight", unless expressly stated otherwise.
Prozentuale Angaben zu Gefügebestandteilen und zu Anteilen von Phasen in der Schicht beziehen sich auf das Volumen (Vol.-%) soweit nicht anders angegeben. Bestimmt werden die Werte allerdings als Flächenprozent im metallographischen Schliffbild. Percentages of structural components and proportions of phases in the layer relate to the volume (% by volume) unless otherwise stated. However, the values are determined as an area percentage in the metallographic microsection.
Unter einem vorlegierten Korrosionsschutzüberzug ist ein Überzug zu verstehen, in den ein gewisser Anteil Eisen eindiffundiert ist, aber noch keine vollständige Durchlegierung erreicht ist. Daher ist ein vorlegierter Korrosionsschutzüberzug dadurch gekennzeichnet, dass der Fe-Gehalt zwischen 30 und 45 Gew.-%, bevorzugt zwischen 30 und 40 Gew.-% liegt, besonders bevorzugt zwischen 35 und 40 Gew.-%. Dagegen ist der Fe-Gehalt im durchlegierten Korrosionsschutzüberzug deutlich höher und beträgt mindestens 45 Gew.-%, insbesondere mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt 50 Gew.-% bis 70 Gew.-%. Wie später erläutert umfasst der Korrosionsschutzüberzug gegebenenfalls unterschiedliche Schicht und Phasen. Der Fe-Gehalt des Korrosionsschutzüberzugs ist dann gemittelt über die verschiedenen Schichten und Phasen zu verstehen. Das Stahlsubstrat erfindungsgemäßer Stahlflachprodukte besteht insbesondere aus so genanntem "MnB-Stahl". Stähle dieser Art sind in der EN 10083-3 genormt. Diese Stähle besitzen eine gute Härtbarkeit und erlauben beim Warmpressen eine sichere Prozessführung, durch die es auf wirtschaftliche Weise möglich ist, im Zuge der Warmverformung eine Martensithärtung noch im Werkzeug ohne zusätzliche Kühlung zu bewirken. A pre-alloyed anti-corrosion coating is a coating into which a certain amount of iron has diffused, but complete alloying has not yet been achieved. A pre-alloyed anti-corrosion coating is therefore characterized in that the Fe content is between 30 and 45% by weight, preferably between 30 and 40% by weight, particularly preferably between 35 and 40% by weight. In contrast, the Fe content in the thoroughly alloyed anti-corrosion coating is significantly higher and is at least 45% by weight, in particular at least 50% by weight, preferably 50% by weight to 70% by weight. As explained later, the anti-corrosion coating optionally comprises different layers and phases. The Fe content of the anti-corrosion coating is then averaged over the various layers and phases. The steel substrate of flat steel products according to the invention consists in particular of so-called "MnB steel". Steels of this type are standardized in EN 10083-3. These steels have good hardenability and allow safe process control during hot pressing, which makes it possible to effect martensite hardening in the tool without additional cooling in an economical manner during hot forming.
Typische Stähle, die für das Warmpresshärten geeignet sind, sind die Stähle A-E, deren chemische Zusammensetzung in der Tabelle 2 aufgelistet ist. Typical steels suitable for hot press hardening are steels A-E, the chemical composition of which is listed in Table 2.
Das Stahlsubstrat kann ebenfalls als ein Werkstoffverbund mit beispielsweise drei Stahllagen, von denen mindestens eine Lage vergütbar, insbesondere härtbar ist, ausgeführt sein, vgl. EP 2 886 332 Bl. The steel substrate can also be designed as a composite material with, for example, three steel layers, of which at least one layer can be tempered, in particular hardened, cf. EP 2 886 332 Bl.
Für warmgewalzte und mit einem aluminiumbasierten Korrosionschutzüberzug versehene MnB- Stahlbleche, die zum Herstellen von Stahlbauteilen durch Warmpressformhärten bestimmt sind, ist in der EP 0 971 044 Bl eine Legierungsvorschrift angegeben, gemäß der ein MnB-Stahl neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,20 %, jedoch weniger als 0,5 %, einen Mangangehalt von mehr als 0,5 %, jedoch weniger als 3 %, einen Siliziumgehalt von mehr als 0,1 %, jedoch weniger als 0,5 %, einen Chromgehalt von mehr als 0,01 %, jedoch weniger als 1 %, einen Titangehalt von weniger als 0,2 %, einen Aluminiumgehalt von weniger als 0,1 %, einen Phosphorgehalt von weniger als 0,1 %, einen Schwefelgehalt von weniger als 0,05 % und einen Borgehalt von mehr als 0,0005 %, jedoch weniger als 0,08 % aufweisen soll. For hot-rolled MnB steel sheets provided with an aluminium-based anti-corrosion coating, which are intended for the production of steel components by hot press form hardening, EP 0 971 044 B1 specifies an alloy specification according to which an MnB steel, in addition to iron and unavoidable impurities (in wt. %) A carbon content of more than 0.20% but less than 0.5% A manganese content of more than 0.5% but less than 3% A silicon content of more than 0.1% but less than 0 .5%, a chromium content of more than 0.01% but less than 1%, a titanium content of less than 0.2%, an aluminum content of less than 0.1%, a phosphorus content of less than 0.1%, should have a sulfur content of less than 0.05% and a boron content of more than 0.0005% but less than 0.08%.
Bei dem aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzug handelt es sich um eine so genannte AlSi- Beschichtung, die 3 - 15 Gew.-% Si, bis zu 3,5 Gew.-% Eisen enthält. Bevorzugt enthält der Korrosionsschutzüberzug 9 - 10 Gew.-% Si, 2 - 3,5 Gew.-% Eisen. Die Prozentangaben beziehen sich auf den Korrosionsschutzüberzug vor der Wärmebehandlung. Bei einer speziellen Variante enthält der Korrosionsüberzug zusätzlich zu den genannten Legierungselementen Si und Fe nur Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen. Der Rest ist also Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen. Die so beschaffenen und beschichteten Stahlflachprodukte werden auf eine Erwärmungstemperatur oberhalb der Acl-Temperatur erwärmt, anschließend in ein Pressformwerkzeug eingelegt, dort warm zu dem Stahlbauteil geformt und im direkten Anschluss bei Geschlossenhal- ten des Pressformwerkzeugs so schnell abgekühlt, dass Härtegefüge im Stahlsubstrat des Stahlflachprodukts entsteht. Bei diesem Prozess, insbesondere während der Erwärmung diffundiert Fe aus dem Stahlsubstrat in die Al-Beschichtung. Es wird also Fe einlegiert, wodurch es zu einem Aushärten des Überzugs kommt. The aluminium-based anti-corrosion coating is a so-called AlSi coating which contains 3 - 15% by weight Si and up to 3.5% by weight iron. The anti-corrosion coating preferably contains 9-10% by weight Si and 2-3.5% by weight iron. The percentages relate to the anti-corrosion coating before the heat treatment. In a special variant, the corrosion coating contains only aluminum and unavoidable impurities in addition to the alloying elements Si and Fe mentioned. So the rest is aluminum and unavoidable impurities. The flat steel products produced and coated in this way are heated to a heating temperature above the Acl temperature, then placed in a compression molding tool, where they are hot-formed into the steel component and directly connected to the ten of the compression mold cools so quickly that a hardened structure is created in the steel substrate of the steel flat product. During this process, especially during heating, Fe diffuses from the steel substrate into the Al coating. So Fe is alloyed in, causing the coating to harden.
Der übliche Erwärmungsvorgang beim beschriebenen Warmpressformhärten von AI beschichtetem MnB-Stahl dauert allerdings deutlich länger als für unbeschichtetes Material; beispielsweise 4-6 Minuten statt 3-4 Minuten. Dies liegt zum einen an der schlechteren Wärmeeinkopplung in den zeitweilig spiegelnden Überzug und zum anderen an der notwendigen Zeitspanne für das Durchlegieren des Überzugs. Prinzipiell lässt sich diese Zeit verkürzen durch die Wahl einer höheren Ofentemperatur beim Warmpressenformhärten. Bei Ofentemperaturen >940 °C kommt es jedoch in Verbindung mit einer schnellen Aufheizgeschwindigkeit zu einer verringerten Rauheit pressgehärteten Oberfläche und damit zu einer unzureichenden Lackhaftung bei einer späteren Weiterverarbeitung. However, the usual heating process during the described hot press form hardening of Al-coated MnB steel takes significantly longer than for uncoated material; for example 4-6 minutes instead of 3-4 minutes. On the one hand, this is due to the poorer heat coupling into the temporarily reflective coating and, on the other hand, to the time required for the coating to fully alloy. In principle, this time can be shortened by choosing a higher oven temperature for hot press form hardening. At oven temperatures >940 °C, however, the roughness of the press-hardened surface is reduced in connection with a rapid heating rate and thus insufficient paint adhesion during subsequent further processing.
In der DE 10 2008 006 771 B3 wird daher ein zweistufiger Prozess vorgeschlagen, bei dem das beschichtete Stahlsubstrat einem ersten Erwärmungsschritt und einem zweiten Erwärmungsschritt unterzogen wird. Im ersten Erwärmungsschritt findet eine Vorlegierung des aluminiumbasierten Überzugs statt. Im vorlegierten Zustand können die Stahlflachprodukte dann vom Stahlproduzenten zum Verarbeiter transportiert werden. Beim Verarbeiter findet dann der zweite Erwärmungsschritt mit dem Warmpressformhärten statt. Durch die Zweiteilung des Prozesses kann die Prozessdauer für den zweiten Erwärmungsschritt beim Verarbeiter deutlich verkürzt werden. Der erste Erwärmungsschritt dauert gemäß der DE 10 2008 006 771 B3 eine Stunde oder mehr und findet bei Temperaturen von 550-723 °C statt. DE 10 2008 006 771 B3 therefore proposes a two-stage process in which the coated steel substrate is subjected to a first heating step and a second heating step. In the first heating step, the aluminum-based coating is pre-alloyed. In the pre-alloyed state, the steel flat products can then be transported from the steel producer to the processor. The processor then carries out the second heating step with hot press form hardening. By dividing the process into two, the processing time for the second heating step can be significantly reduced by the processor. According to DE 10 2008 006 771 B3, the first heating step lasts one hour or more and takes place at temperatures of 550-723 °C.
In der DE 10 2014 112 448 B4 wird ebenfalls ein Verfahren vorgeschlagen, dass jedoch eine vollständige Durchlegierung eines härtbaren Stahlblechs mit einer Aluminium-Silizium Beschichtung zum Ziel hat. Der Legierungsvorgang wird bis zur Sättigung des Überzugs mit Eisen aus dem Stahl vorgenommen, womit für die spätere Erwärmung lediglich ein kleines Prozessfenster für die Erwärmung besteht, da hierdurch dicke Schichten entstehen, die sich negativ auf die Schweißeignung des gehärteten Stahlblechbauteils auswirken. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorgenannten Verfahren derart weiterzuentwickeln, das die gesamte Prozessdauer verkürzt werden kann und gleichzeitig ein Stahlflachprodukt mit verbesserten Eigenschaften entsteht. DE 10 2014 112 448 B4 also proposes a method which, however, aims to completely alloy a hardenable sheet steel with an aluminum-silicon coating. The alloying process is carried out until the coating is saturated with iron from the steel, which means that there is only a small process window for heating later, as this creates thick layers that have a negative effect on the weldability of the hardened sheet steel component. The object of the present invention is to further develop the aforementioned methods in such a way that the entire process time can be shortened and at the same time a flat steel product with improved properties is produced.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlflachproduktes mit einem vorlegierten Korrosionsschutzüberzug umfassend mindestens die folgenden Schritte: This object is achieved by a method for producing a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating comprising at least the following steps:
- Zurverfügungstellung eines beschichteten Stahlflachproduktes umfassend ein Stahlsubstrat mit einen mindestens auf einer Seite des Stahlsubstrats vorhandenen aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzug - Provision of a coated flat steel product comprising a steel substrate with an aluminum-based anti-corrosion coating present at least on one side of the steel substrate
- Wärmebehandeln des beschichteten Stahlflachprodukts umfassend die folgenden Teilschritte: - Heat treatment of the coated steel flat product comprising the following sub-steps:
Erhitzen des beschichteten Stahlflachprodukts in einem Ofen bei einer Ofentemperatur T zwischen 950 °C und 1150 °C, bevorzugt zwischen 960 °C und 1080 °C, insbesondere 980 °C und 1060 °C und einer Verweildauer tv im Ofen zwischen 40s und 150s, wobei die Ofentemperatur derart gewählt wird, dass die Aufheizgeschwindigkeit des beschichteten Stahlflachproduktes im Temperaturbereich von 500°C bis 700°C mehr als 10 K/s beträgt Heating the coated steel flat product in a furnace at a furnace temperature T between 950° C. and 1150° C., preferably between 960° C. and 1080° C., in particular 980° C. and 1060° C. and a residence time t v in the furnace between 40 s and 150 s, the furnace temperature being selected in such a way that the heating rate of the coated flat steel product is more than 10 K/s in the temperature range from 500°C to 700°C
Halten des beschichteten Stahlflachproduktes auf einer Temperatur oberhalb von Ac3 für eine Haltezeit zwischen 20s und 60s Holding the coated steel flat product at a temperature above Ac3 for a holding time between 20s and 60s
Dieses Prozessfenster hat verschiedene Vorteile. Die relativ kurze Verweildauer im Ofen führt in Verbindung mit den hohen Ofentemperaturen dazu, dass es zu einer zuverlässigen Vorlegierung des Korrosionsschutzüberzuges kommt, während gleichzeitig die mechanisch technologischen Kennwerte des Stahlproduktes nicht verschlechtert werden und das Grundgefüge des Stahlsubstrates in seinen Bestandteilen erhalten bleibt. This process window has several advantages. The relatively short residence time in the furnace, combined with the high furnace temperatures, means that the anti-corrosion coating is reliably pre-alloyed, while at the same time the mechanical and technological parameters of the steel product are not impaired and the basic structure of the steel substrate is preserved in its components.
Die Aufheizgeschwindigkeit wird dabei oberflächennah, beispielsweise mit einem oberflächennahen Thermoelement gemessen, da für die zugrundeliegenden Prozesse die Temperatur der Schicht beziehungsweise die Temperatur des Kontaktbereichs zwischen Schicht und Substrat relevant ist und nicht die Kerntemperatur des Stahlsubstrates. Bei dem Stahlsubstrat handelt es sich typischerweise um einen Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge, bevorzugt ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge, besonders bevorzugt ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge, welches durch Wärmebehandlung in Form einer thermischen Härtungsbehandlung in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist. The heating rate is measured close to the surface, for example with a thermocouple close to the surface, since the temperature of the layer or the temperature of the contact area between layer and substrate is relevant for the underlying processes and not the core temperature of the steel substrate. The steel substrate is typically a steel with a ferritic-pearlitic structure, preferably a manganese-boron steel with a ferritic-pearlitic structure, particularly preferably a manganese-boron steel with a ferritic-pearlitic structure, which by heat treatment in the form of a thermal Hardening treatment can be converted into a martensitic structure.
Das Stahlmaterial besteht aus einem härtbaren Stahlwerkstoff. Das Stahlmaterial weist bevorzugt folgende chemische Zusammensetzung in Gew.-% auf: The steel material consists of a hardenable steel material. The steel material preferably has the following chemical composition in % by weight:
C = 0,05 bis 0,5, bevorzugt 0,1 bis 0,4 Gew.-%, C = 0.05 to 0.5, preferably 0.1 to 0.4% by weight,
Mn = 0,3 bis 3,0 Gew.-%, Mn = 0.3 to 3.0% by weight,
Si = 0,05 bis 1,7 Gew. -%, Si = 0.05 to 1.7 wt%,
P bis 0,1 Gew.-%, P up to 0.1% by weight,
S bis 0,1 Gew.-%, S up to 0.1% by weight,
N bis 0,1 Gew.-%, sowie optional eines oder mehrerer Legierungselemente aus der Gruppe (AI, Ti, V, Nb, B, Cr, Mo, Cu, Ni, Ca): N up to 0.1% by weight, and optionally one or more alloying elements from the group (Al, Ti, V, Nb, B, Cr, Mo, Cu, Ni, Ca):
AI bis 1,0 Gew.-%, Al up to 1.0% by weight,
Ti bis 0,2 Gew.-%, Ti up to 0.2% by weight,
V bis 0,5 Gew.-%, V up to 0.5% by weight,
Nb bis 0,5 Gew.-%, Nb up to 0.5% by weight,
B bis 0,01 Gew.-%, B up to 0.01% by weight,
Cr bis 1,0 Gew.-%, Cr up to 1.0% by weight,
Mo bis 1,0 Gew.-%, Mo to 1.0% by weight,
Cu bis 1,0 Gew.-%, Cu up to 1.0% by weight,
Ni bis 1,0 Gew.-%, Ni up to 1.0% by weight,
Ca bis 0,1 Gew.-%, Approx. to 0.1% by weight,
Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen. remainder Fe and unavoidable impurities.
Besonders bevorzugt ist das Stahlsubstrat ein Stahl aus der Gruppe der Stähle A-E, deren chemische Analyse in Tabelle 2 angegeben ist. Dabei ist die Tabelle 2 so zu verstehen, dass für jeden Stahl aus der Gruppe der Stähle A-E die Elementanteile in Gewichtsprozent angegeben sind. Hierbei ist ein minimaler und ein maximaler Gewichtsanteil angegeben. Beispielsweise umfasst der Stahl A also einen Kohlenstoffanteil C: 0,05 Gew.-% - 0,10 Gew.-%. Wenn die Untergrenze 0 beträgt, ist das Element als optional zu verstehen. Kein Eintrag in der Tabelle bedeutet, dass es keine Beschränkung für das Element gibt. Für die Elemente Chrom und Molybdän ist bei den Stählen C- E lediglich eine Obergrenze für die Summe der Elementgehalte von Chrom und Molybdän vorgesehen. Neben den in der Tabelle aufgeführten Elementen können die Stähle A-E weitere optionale Elemente enthalten, z.B. Cu, N, Ni, V, Sn, Ca. Der Rest besteht jeweils aus Eisen. The steel substrate is particularly preferably a steel from the group of steels AE, the chemical analysis of which is given in Table 2. Table 2 is to be understood in such a way that for each Steel from the group of steels AE the element proportions are given in percent by weight. A minimum and a maximum weight percentage is given here. For example, steel A therefore has a carbon content C: 0.05% by weight-0.10% by weight. If the lower bound is 0, the element is considered optional. No entry in the table means that there is no restriction for the item. For the elements chromium and molybdenum, steels C-E only have an upper limit for the sum of the element contents of chromium and molybdenum. In addition to the elements listed in the table, the steels AE can contain other optional elements, eg Cu, N, Ni, V, Sn, Ca. The remainder consists of iron.
Bei dem aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzug handelt es sich bevorzugt um eine so genannte AISi-Beschichtung, die 0,5 - 15 Gew.-% Si, optional bis zu 5 Gew.-% Eisen, optional bis zu 5 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, bevorzugt bis zu 1,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, und optional bis zu 15 Gew.-% Zn, bevorzugt bis zu 10 Gew.-% Zn und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium enthält. The aluminum-based anti-corrosion coating is preferably a so-called AISi coating containing 0.5-15% by weight Si, optionally up to 5% by weight iron, optionally up to 5% by weight alkali or alkaline earth metals , preferably up to 1.0 wt .-% alkali or alkaline earth metals, and optionally up to 15 wt .-% Zn, preferably up to 10 wt .-% Zn and optional other components, the total content of which is at most 2.0 Wt .-% are limited, and the balance contains aluminum.
Bei einer bevorzugten Variante umfasst der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in 0,1 - 1,0 Gew.-% Mg, insbesondere 0,1 - 0,7 Gew.-% Mg, bevorzugt 0,1 - 0,5 Gew.-% Mg. Weiterhin kann der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Schmelze insbesondere mindestens 0,0015 Gew.-% Ca, insbesondere mindestens 0,01 Gew.-% Ca, umfassen. In a preferred variant, the optional content of alkali or alkaline earth metals in 0.1 - 1.0 wt.% Mg, in particular 0.1 - 0.7 wt.% Mg, preferably 0.1 - 0.5 wt % Mg. Furthermore, the optional content of alkali metals or alkaline earth metals in the melt can include, in particular, at least 0.0015% by weight of Ca, in particular at least 0.01% by weight of Ca.
Bei dem aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzug handelt es sich bevorzugt um eine so genannte AISi-Beschichtung, die 0,5 - 15 Gew.-% Si, optional bis zu 5 Gew.-% Eisen, optional bis zu 5 Gew.-% Magnesium, Rest Aluminium enthält. Bevorzugt enthält der Korrosionsschutzüberzug 3 - 15 Gew.-% Si, insbesondere 5 - 11 Gew.-% Si, insbesondere 7 - 10 Gew.-% Si sowie 2 - 3,5 Gew.-% Eisen. Der Magnesiumanteil beträgt bevorzugt 0,05 bis 1 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 0,5 Gew.-%. The aluminium-based anti-corrosion coating is preferably a so-called AISi coating containing 0.5-15% by weight Si, optionally up to 5% by weight iron, optionally up to 5% by weight magnesium, the remainder being aluminium contains. The anti-corrosion coating preferably contains 3-15% by weight Si, in particular 5-11% by weight Si, in particular 7-10% by weight Si and 2-3.5% by weight iron. The magnesium content is preferably 0.05 to 1% by weight, in particular 0.1 to 0.5% by weight.
Die Aufteilung der ersten Wärmebehandlung in einen ersten Teilschritt, in dem das Stahlflachprodukt erhitzt wird und einen zweiten Teilschritt, in dem das Stahlflachprodukt auf einer Temperatur oberhalb von Ac3 gehalten wird, hat den Vorteil, dass eine versehentliche Überhitzung des Korrosionsschutzüberzugs vermieden kann. Eine Überhitzung kann zu einem Herabsetzen der Punktschweißbarkeit und der Lackhaftung des warmpressformgehärteten Stahlbauteils führen. Daher wird das beschichtete Stahlflachprodukt im zweiten Teilschritt bevorzugt auf einer Temperatur zwischen Ac3 und 950°C gehalten. The division of the first heat treatment into a first sub-step, in which the steel flat product is heated and a second sub-step, in which the steel flat product is kept at a temperature above Ac3, has the advantage that accidental overheating of the anti-corrosion coating can be avoided. Overheating can lead to reduced spot weldability and paint adhesion of the hot press form hardened steel component. Therefore the coated flat steel product is preferably kept at a temperature between Ac3 and 950° C. in the second partial step.
Die Verwendung eines zweistufigen Verfahrens mit der beschriebenen ersten Wärmebehandlung und einer zweiten Wärmebehandlung beim eigentlichen Warmpressformhärten hat den Vorteil, dass beim zweiten Schritt, der beim Verarbeiter des Stahlflachproduktes durchgeführt wird, bereits ein Stahlflachprodukt mit einem vorlegierten Korrosionsschutzüberzug vorliegt. Typischerweise wird die Wärmebehandlung beim Verarbeiter des Stahlflachproduktes in einem Rollenherdofen durchgeführt. Unbehandelte, aluminiumbasierte Überzüge haben den Nachteil, dass diese während der Wärmebehandlung einen teilflüssigen Zustand einnehmen und zu Ablagerungen auf den Ofenrollen führen. Dies wiederum führt zu instabilen Erwärmungsprozessen, zu erhöhtem Ausschuss durch Fehlpositionierung der erwärmten Stahlflachprodukte sowie zu erhöhten Wartungsaufwänden durch defekte Ofenrollen. All dies kann durch die Weiterverarbeitung eines Stahlflachproduktes mit einem erfindungsgemäß hergestellten vorlegierten Korrosionsschutzüberzug verhindertwerden. Durch den eindiffundierten Eisenanteil im aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzug hat sich der Schmelzpunkt des Korrosionsschutzüberzugs erhöht, sodass keine Verflüssigung bei einem nachfolgenden Erwärmungsprozess zum Warmpressformhärten mehr auftritt. Folglich wird auch die Ablagerung auf Ofenrollen vermieden. The use of a two-stage process with the first heat treatment described and a second heat treatment during the actual hot press form hardening has the advantage that in the second step, which is carried out by the processor of the flat steel product, a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating is already present. Typically, the heat treatment is carried out by the processor of the steel flat product in a roller hearth furnace. Untreated, aluminium-based coatings have the disadvantage that they assume a semi-liquid state during the heat treatment and lead to deposits on the furnace rollers. This in turn leads to unstable heating processes, increased rejects due to incorrect positioning of the heated flat steel products and increased maintenance costs due to defective furnace rollers. All of this can be prevented by further processing a steel flat product with a pre-alloyed anti-corrosion coating produced according to the invention. Due to the diffused iron content in the aluminum-based anti-corrosion coating, the melting point of the anti-corrosion coating has increased, so that liquefaction no longer occurs in a subsequent heating process for hot press form hardening. Consequently, deposition on kiln rollers is also avoided.
Die Aufheizgeschwindigkeit von mehr als 10 K/s im Temperaturbereich von 500°C bis 700°C hat zudem den Vorteil, dass sich eine siliziumarme Phase und eine siliziumreiche Phase im Korrosionsschutzüberzug ausbilden. Dabei ist die siliziumreiche Phase inselförmig in der siliziumarmen Phase verteilt. Durch die Aufheizgeschwindigkeit von mehr als 10 K/s kommt es weiterhin zu einer gleichmäßigen Verteilung der inselförmigen siliziumreichen Phase in der siliziumarmen Phase. Hierdurch ist sichergestellt, dass das warmpressformgehärtete Stahlbauteil gleichmäßig verteilte siliziumreiche Gebiete innerhalb einer siliziumarmen Phase auch im oberflächennahen Bereich des Korrosionsschutzüberzugs aufweist. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte Punktschweißbarkeit des Stahlbauteils. The heating rate of more than 10 K/s in the temperature range from 500°C to 700°C also has the advantage that a silicon-poor phase and a silicon-rich phase form in the anti-corrosion coating. The silicon-rich phase is distributed in islands in the silicon-poor phase. The heating rate of more than 10 K/s results in an even distribution of the island-shaped, silicon-rich phase in the silicon-poor phase. This ensures that the hot-press form-hardened steel component has evenly distributed silicon-rich areas within a silicon-poor phase even in the region of the corrosion protection coating near the surface. This results in improved spot weldability of the steel component.
Außerdem ergibt sich zuverlässig eine Rauheit des vorlegierten Stahlflachproduktes mit einem Mittenrauwert Ra im Bereich von 0,3 pm bis 2,0 pm, bevorzugt 0,5pm bis l,6pm. Hierdurch ist sichergestellt, dass das warmpressformgehärtete Stahlbauteil ebenfalls eine ausreichend große Rauheit aufweist, um eine gute Lackhaftung zu erreichen. Unter „inselförmig“ wird im Sinne dieser Anmeldung eine Anordnung verstanden, bei der diskrete unzusammenhängende Bereiche von einem anderen Material umschlossen werden - es sich also „Inseln“ eines bestimmten Materials in einem anderen Material befinden. In addition, the roughness of the pre-alloyed steel flat product reliably results with an average roughness value R a in the range from 0.3 μm to 2.0 μm, preferably from 0.5 μm to 1.6 μm. This ensures that the hot-press form-hardened steel component also has a sufficiently large roughness to achieve good paint adhesion. In the context of this application, “island-shaped” is understood to mean an arrangement in which discrete unconnected areas are surrounded by another material—that is, “islands” of a specific material are located in another material.
Unter einer siliziumarmen Phase wird eine Phase verstanden, deren Siliziumanteil 1-10 Gew.-% beträgt, bevorzugt 1-6 Gew.-%. A low-silicon phase is understood to mean a phase whose silicon content is 1-10% by weight, preferably 1-6% by weight.
Unter einer siliziumreichen Phase wird eine Phase verstanden, deren Siliziumanteil größer ist als 10 Gew.-%, bevorzugt 10-15%. A silicon-rich phase is understood to mean a phase whose silicon content is greater than 10% by weight, preferably 10-15%.
Bei einer bevorzugten Variante beträgt die Aufheizgeschwindigkeit im Temperaturbereich von 500°C bis 700°C weniger als 20 K/s. Hierdurch ergibt sich ein stabiles Prozessfenster, so dass auch bei einer leichten Variation der Verweildauer zuverlässig das gewünschte Stahlflachprodukt erhalten wird. In a preferred variant, the heating rate in the temperature range from 500°C to 700°C is less than 20 K/s. This results in a stable process window, so that the desired flat steel product is reliably obtained even with a slight variation in the residence time.
Bei einer speziellen Variante des Verfahrens ist der Korrosionsschutzüberzug auf beiden Seiten des Stahlsubstrats angeordnet und weist ein beidseitiges Auflagengewicht r zwischen 50^ und 200^ auf. Für die Verweildauer tv gilt dann bevorzugt: wobei In a special variant of the process, the anti-corrosion coating is arranged on both sides of the steel substrate and has a coating weight r between 50^ and 200^ on both sides. The following then preferably applies to the residence time t v : whereby
T = Ofentemperatur in °C d = Dicke des Stahlflachproduktes in mm tv = Verweildauer im Ofen in s r= beidseitiges Auflagengewicht in T = furnace temperature in °C d = thickness of the steel flat product in mm tv = residence time in the furnace in sr = coating weight on both sides in
Für verschiedene Dicken und Auflagengewichte des Korrosionsschutzüberzug ermöglicht diese Relation ein zuverlässiges Prozessfenster. Unter einem beidseitigen Auflagengewicht ist die Summe der Auflagengewichte auf beiden beschichteten Seiten zu verstehen. Der Zahlenwert ist bei einem beidseitig beschichteten Stahlflachprodukt also nicht das Auflagengewicht pro beschichteter Seite, sondern die Summe der beiden Auflagenwichte auf jeweils einer Seite. This relation enables a reliable process window for different thicknesses and coating weights of the anti-corrosion coating. A coating weight on both sides is the sum of the coating weights on both coated sides. In the case of a steel flat product coated on both sides, the numerical value is not the coating weight per coated side, but the sum of the two coating weights on each side.
Die Dicke des Stahlflachproduktes beträgt insbesondere 0,5-3, 5mm, bevorzugt 0,8-2, 8mm. The thickness of the flat steel product is in particular 0.5-3.5 mm, preferably 0.8-2.8 mm.
Anschließend kann das mit dem erfindungsgemäß vorlegierten Korrosionsschutzüberzug versehene Stahlflachprodukt auf Raumtemperatur abgekühlt und gelagert werden, bis es der Weiterverarbeitung zum jeweiligen Stahlbauteil zugeführt wird. Dies geschieht üblicherweise durch Abkühlung an Umgebungsluft. Dabei beträgt die Abkühlrate bevorzugt weniger als 5 K/s, insbesondere weniger als 3,5 K/s, zwischen der Ofentemperatur und 200°C. Da der Korrosionsschutzüberzug bei der beschriebenen ersten Erwärmungsstufe nur unvollständig legiert (d.h. weniger als 5 % Fe-Anteil im an die Oberfläche angrenzenden Bereich mit einer Dicke von 1.0 pm, also im Bereich von bis l.Opm unterhalb der Oberfläche des Korrosionsschutzüberzuges) wird, weist der Korrosionsschutzüberzug auch nach der ersten Erwärmungsstufe eine geringe Korrosionsanfälligkeit auf, so dass seine Lagerung, sein Transport und die weiteren im Vorfeld der zweiten Erwärmungsstufe durchgeführten Arbeitsschritte problemlos durchgeführt werden können, ohne dass dazu zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind. Gleichzeitig behält der vorlegierte Korrosionsschutzüberzug Eigenschaften, die es auch nach der ersten Erwärmungsstufe noch erlauben, die dabei erhaltenen Stahlflachprodukte mit einfachen Schneidoperationen zu zerteilen oder zu beschneiden, ohne dass es dabei zu einer nachhaltigen Beschädigung der Überzugsschicht kommt. The flat steel product provided with the anti-corrosion coating pre-alloyed according to the invention can then be cooled to room temperature and stored until it is sent for further processing into the respective steel component. This is usually done by cooling in ambient air. The cooling rate is preferably less than 5 K/s, in particular less than 3.5 K/s, between the oven temperature and 200°C. Since the anti-corrosion coating is only incompletely alloyed in the first heating stage described (ie less than 5% Fe content in the area adjacent to the surface with a thickness of 1.0 μm, i.e. in the range from to 1.0 μm below the surface of the anti-corrosion coating), the anti-corrosion coating has a low susceptibility to corrosion even after the first heating stage, so that its storage, its transport and the other work steps carried out in the run-up to the second heating stage can be carried out without any additional measures being necessary. At the same time, the pre-alloyed anti-corrosion coating retains properties which, even after the first heating stage, still allow the flat steel products obtained to be divided or trimmed with simple cutting operations, without causing any lasting damage to the coating layer.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Stahlflachprodukt mit einem vorlegierten Korrosionsschutzüberzug umfassend ein Stahlsubstrat mit einem mindestens auf einer Seite des Stahlsubstrats vorhandenen, vorlegierten, aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzug. Dabei ist der Martensitanteil des Stahlsubstrats bevorzugt kleiner als 10 Vol.-%, bevorzugt kleiner als 5 Vol.-% und der durchschnittliche Fe-Gehalt des Korrosionsschutzüberzuges beträgt 30 - 45 Gew.-%. Zudem umfasst der Korrosionsschutzüberzug: eine siliziumarme Phase, welche neben unvermeidbaren Verunreinigungen 1 - 10 Gew.-% Si, 10 - 50 Gew.-% Fe, bis zu 1 Gew.-% Mn und 40 - 80 Gew.-% Aluminium enthält, wobei die Summe der vorliegenden Bestandteile 100 Gew.-% beträgt, und - eine siliziumreiche Phase, welche neben unvermeidbaren Verunreinigungen 10 - 15 Gew.- % Si, 25 - 50 Gew.-% Fe, bis zu 1 Gew.-% Mn und 40 - 80 Gew.-% Aluminium enthält, wobei die Summe der vorliegenden Bestandteile 100 Gew.-% beträgt und wobei die siliziumreiche Phase inselförmig in der siliziumarmen Phase verteilt ist. The invention further relates to a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating, comprising a steel substrate with a pre-alloyed, aluminum-based anti-corrosion coating present at least on one side of the steel substrate. The martensite content of the steel substrate is preferably less than 10% by volume, preferably less than 5% by volume, and the average Fe content of the anti-corrosion coating is 30-45% by weight. In addition, the anti-corrosion coating comprises: a low-silicon phase which, in addition to unavoidable impurities, contains 1-10% by weight Si, 10-50% by weight Fe, up to 1% by weight Mn and 40-80% by weight aluminum, the sum of the ingredients present being 100% by weight, and - A silicon-rich phase which, in addition to unavoidable impurities, contains 10-15% by weight Si, 25-50% by weight Fe, up to 1% by weight Mn and 40-80% by weight aluminum, the sum of present components is 100% by weight and wherein the silicon-rich phase is distributed in islands in the silicon-poor phase.
Ein solches Stahlflachprodukt mit einem vorlegierten Korrosionsschutzüberzug kann beispielsweise mit dem vorbeschriebenen Verfahren erzeugt werden und weist die vorbeschriebenen Vorteile auf. Insbesondere liegt der Mittenrauwert Ra des vorlegierten Stahlflachproduktes im Bereich von 0,3 pm bis 2,0 pm, bevorzugt 0,5pm bis l,6pm. Hierdurch ist sichergestellt, dass das warmpressformgehärtete Stahlbauteil ebenfalls eine ausreichend große Rauheit aufweist, um eine gute Lackhaftung zu erreichen. Such a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating can be produced, for example, using the method described above and has the advantages described above. In particular, the mean roughness value R a of the pre-alloyed flat steel product is in the range from 0.3 μm to 2.0 μm, preferably from 0.5 μm to 1.6 μm. This ensures that the hot-press form-hardened steel component also has a sufficiently large roughness to achieve good paint adhesion.
Die Dicke des Stahlflachproduktes beträgt insbesondere 0,5-3, 5mm, bevorzugt 0,8-2, 8mm. The thickness of the flat steel product is in particular 0.5-3.5 mm, preferably 0.8-2.8 mm.
Die inselförmige Verteilung der siliziumreichen Phase in der siliziumarmen Phase ist beim Stahlflachprodukt mit einem vorlegierten Korrosionsschutzüberzug insbesondere derart, dass die siliziumreiche Phase diskrete unzusammenhängende Bereiche aufweist, die von der siliziumarmen Phase umschlossen werden. Dabei machen diskrete unzusammenhängende Bereiche im Schliff- bild mit einem Flächeninhalt kleiner 100pm2 mehr als 80% der gesamten siliziumreichen Phase aus. Insbesondere machen diskrete unzusammenhängende Bereiche mit einem Flächeninhalt kleiner 50pm2 mehr als 50% der gesamten siliziumreichen Phase aus. Mit anderen Worten: Mehr als 80% der siliziumreichen Phase liegt in Form von kleinen „Inseln“ vor, deren Flächeninhalt kleiner als lOOpm2 und bevorzugt liegt mehr als 50% der siliziumreichen Phase in Form von kleinen „Inseln“ vor, deren Flächeninhalt kleiner als 50pm2 ist. In the case of flat steel products with a pre-alloyed anti-corrosion coating, the island-shaped distribution of the silicon-rich phase in the silicon-poor phase is in particular such that the silicon-rich phase has discrete discontinuous regions which are surrounded by the silicon-poor phase. Discrete, non-connected areas in the micrograph with a surface area of less than 100 μm 2 make up more than 80% of the entire silicon-rich phase. In particular, discrete discontinuous regions with an area of less than 50 μm 2 account for more than 50% of the total silicon-rich phase. In other words, more than 80% of the silicon-rich phase is in the form of small "islands" with an area of less than lOOpm 2 and preferably more than 50% of the silicon-rich phase is in the form of small "islands" with an area of less than 50pm 2am .
In einer bevorzugten Variante ist die inselförmige Verteilung der siliziumreichen Phase in der siliziumarmen Phase derart, dass die Gebiete mit siliziumreicher Phase über einen Bereich verteilt sind, der mindestens eine Dicke senkrecht zur Oberfläche aufweist, die größer ist als 50% der Dicke des Korrosionsschutzüberzuges. Es bildet sich also nicht ein einzelner schmaler Streifen mit Gebieten siliziumreicher Phasen heraus, sondern die siliziumreichen Gebiete sind inselförmig über einen Streifen verteilt, der mindestens die Hälfte des Korrosionsschutzüberzuges einnimmt. Des Weiteren ist sichergestellt, dass beim warmpressformgehärteten Stahlbauteil der Korrosionsschutzüberzug, insbesondere der oberflächennahe Bereich des Korrosionsschutzüberzuges, zwischen 10 Vol.-% und 25 Vol.-% der siliziumreichen Phase aufweist. Was wiederum dazu führt, dass das warmpressformgehärtete Stahlbauteil gleichmäßig verteilte siliziumreiche Gebiete innerhalb einer siliziumarmen Phase im oberflächennahen Bereich des Korrosionsschutzüberzugs aufweist. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte Punktschweißbarkeit des Stahlbauteils. In a preferred variant, the insular distribution of the silicon-rich phase in the silicon-poor phase is such that the regions with silicon-rich phase are distributed over an area having at least a thickness perpendicular to the surface that is greater than 50% of the thickness of the anti-corrosion coating. A single narrow strip with areas of silicon-rich phases does not form, but the silicon-rich areas are distributed in islands over a strip that takes up at least half of the corrosion protection coating. Furthermore, it is ensured that in the hot press form-hardened steel component the anti-corrosion coating, in particular the region of the anti-corrosion coating near the surface, has between 10% by volume and 25% by volume of the silicon-rich phase. Which in turn leads to that hot-press form-hardened steel component has evenly distributed silicon-rich areas within a silicon-poor phase in the near-surface area of the corrosion protection coating. This results in improved spot weldability of the steel component.
Bei einer bevorzugten Variante ist der Anteil der siliziumreichen Phase am vorlegierten Korrosionsschutzüberzug größer als 5 Vol.-%, bevorzugt größer 10 Vol.-%. In a preferred variant, the proportion of the silicon-rich phase in the pre-alloyed anti-corrosion coating is greater than 5% by volume, preferably greater than 10% by volume.
Bei einer bevorzugten Variante des Stahlflachproduktes mit vorlegiertem Korrosionsschutzüberzug beträgt der Fe-Gehalt des Korrosionsschutzüberzugs an jedem Punkt mehr als 10 Gew.-% Fe. Dies hat den Vorteil, dass der Schmelzpunkt an jedem Punkt ausreichend hochgesetzt ist, um ein Verflüssigen von Teilen des Korrosionsschutzüberzuges beim nachfolgenden Warmpressformhärten zu verhindern. In a preferred variant of the flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating, the Fe content of the anti-corrosion coating is more than 10% by weight Fe at every point. This has the advantage that the melting point at each point is set sufficiently high to prevent parts of the anti-corrosion coating from being liquefied during the subsequent hot press form hardening.
Bei einer bevorzugten Variante des Stahlflachproduktes mit vorlegiertem Korrosionsschutzüberzug umfasst das Stahlflachprodukt eine Diffusionsschicht umfassend Fe3AI und Fe2AI5 mit einer Dicke zwischen lpm und 6pm, die benachbart zum Stahlsubstrat angeordnet ist. Die Diffusionsschicht grenzt also direkt an das Stahlsubstrat und kontaktiert das Stahlsubstrat. Die Diffusionsschicht wird häufig auch als Ferritsaum bezeichnet. Eine solche Diffusionsschicht verbessert das Schneidverhalten beim Zuschneiden des Stahlflachproduktes mit vorlegiertem Korrosionsschutzüberzug durch den weichen Übergang zwischen dem harten Überzug und dem (im Vergleich) weicheren Substrat. In a preferred variant of the flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating, the flat steel product comprises a diffusion layer comprising Fe3Al and Fe2Al5 with a thickness between 1 pm and 6 pm, which is arranged adjacent to the steel substrate. The diffusion layer is therefore directly adjacent to the steel substrate and contacts the steel substrate. The diffusion layer is also often referred to as a ferrite fringe. Such a diffusion layer improves the cutting behavior when cutting the flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating due to the smooth transition between the hard coating and the (comparatively) softer substrate.
Zudem umfasst das Stahlflachprodukt bei einer bevorzugten Variante eine Schicht der siliziumreichen Phase mit einer Dicke zwischen lpm und 3pm, die benachbart zur Diffusionsschicht angeordnet ist. Die Schicht der siliziumreichen Phase grenzt also direkt an die Diffusionsschicht an und kontaktiert die Diffusionsschicht. Die Schicht der siliziumreichen Phase hat die gleiche chemische Zusammensetzung wie die inselförmig verteilten Gebiete mit siliziumreicher Phase. Die Schicht der siliziumreichen Phase wächst genau wie die Diffusionsschicht während des Vorlegierungsvorgangs an. In addition, in a preferred variant, the steel flat product comprises a layer of the silicon-rich phase with a thickness between 1 pm and 3 pm, which is arranged adjacent to the diffusion layer. The layer of the silicon-rich phase is therefore directly adjacent to the diffusion layer and makes contact with the diffusion layer. The silicon-rich phase layer has the same chemical composition as the island-like distributed silicon-rich phase regions. The silicon-rich phase layer grows as does the diffusion layer during the master alloying process.
Eine weitergebildete Variante des Stahlflachprodukts mit einem vorlegierten Korrosionsschutzüberzug umfasst eine Oxidschicht an der Oberfläche des Korrosionsschutzüberzuges. Die Oxid- schicht wird spontan durch Reaktion mit Luftsauerstoff gebildet und umfasst im Wesentlichen Alu- minumoxid AI2O3 bzw. bei der Ausführungsvariante mit Magnesium im Korrosionsschutzüberzug MgO und AI2O3. Typischerweise beträgt der Anteil von MgO in der Oxidschicht 55 bis 65% und der Anteil von Aluminiumoxid etwa 35 bis 45%. A further developed variant of the steel flat product with a pre-alloyed anti-corrosion coating comprises an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating. The oxide layer is formed spontaneously through a reaction with atmospheric oxygen and essentially comprises aluminum oxide Al2O3 or, in the variant with magnesium, in the anti-corrosion coating MgO and Al2O3. Typically, the proportion of MgO in the oxide layer is 55 to 65% and the proportion of aluminum oxide is about 35 to 45%.
Die Dicke der Oxidschicht beträgt in beiden Fällen typischerweise 20nm bis 300nm, bevorzugt 50nm bis 200nm und schützt das Stahlflachprodukt zusätzlich vor Korrosion. In both cases, the thickness of the oxide layer is typically 20 nm to 300 nm, preferably 50 nm to 200 nm, and additionally protects the flat steel product from corrosion.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlbauteils mit einem durchlegierten Korrosionsschutzüberzug umfassend mindestens die folgenden Schritte: The invention further relates to a method for producing a steel component with a thoroughly alloyed anti-corrosion coating, comprising at least the following steps:
- Zurverfügungstellen eines zuvor beschriebenen Stahlflachproduktes mit einem vorlegierten Korrosionsüberzug - Providing a steel flat product as described above with a pre-alloyed anti-corrosion coating
- Erhitzen des Stahlflachproduktes mit vorlegiertem Korrosionsüberzug auf eine Umformtemperatur Tu zwischen Ac3 und 950°C für eine Erwärmungsdauer tE zwischen 2s und 600s, insbesondere 5s und 600s, bevorzugt 20s und 400s, besonders bevorzugt 60s und 240s. - Heating the steel flat product with pre-alloyed corrosion coating to a forming temperature Tu between Ac3 and 950°C for a heating time t E between 2s and 600s, in particular 5s and 600s, preferably 20s and 400s, particularly preferably 60s and 240s.
Der Vorgang des Erhitzens des Stahlflachproduktes für eine Erwärmungsdauer tE umfasst die Temperaturerhöhung auf die Umformtemperatur Tu in dem genannten Temperaturbereich und ein Halten des Stahlflachproduktes bei dieser Umformtemperatur Tu. The process of heating the flat steel product for a heating period t E includes increasing the temperature to the forming temperature Tu in the stated temperature range and holding the flat steel product at this forming temperature Tu.
Das Erhitzen kann mittels kurzem Rollenherdofen, Kammerofen oder mittels Schnellaufheizung (konduktiv, induktiv oder Kontakterwärmung) durchgeführt werden. Heating can be carried out using a short roller hearth furnace, chamber furnace or rapid heating (conductive, inductive or contact heating).
Durch die Verwendung des Stahlflachproduktes mit vorlegiertem Korrosionsschutzüberzug ist es ausreichend, das anschließende Erhitzen in der beschriebenen kurzen Erwärmungsdauer durchzuführen. Es muss keine zusätzliche Zeit vorgehalten werden, um die Durchlegierung des Korrosionsschutzüberzuges zu ermöglichen. Daher ist es teilweise sogar möglich die der Erwärmung nachgeschalteten Prozessschritte, wie z.B. Transfer zur Presse, Umformen, Presshärten, ggf. Schneiden, Transfer zur Ablage mit der Zeitdauer des Erhitzens zu synchronisieren, so dass es zu keinem oder minimalem Zeitverzug kommt. Weiterhin hat die Verwendung des Stahlflachproduktes mit vorlegiertem Korrosionsschutzüberzug den Vorteil, dass das Erhitzen in einem Rollenherdofen durchgeführt werden kann, ohne Ablagerungen auf den Ofenrollen befürchten zu müssen. Durch den eindiffundierten Eisenanteil im aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzug hat sich der Schmelzpunkt des Korrosionsschutzüberzugs erhöht, sodass keine Verflüssigung bei dem nachfolgenden Erwärmungsprozess zum Warmpressformhärten mehr auftritt. Folglich wird auch die Ablagerung auf Ofenrollen vermieden. By using the steel flat product with a pre-alloyed anti-corrosion coating, it is sufficient to carry out the subsequent heating in the short heating time described. No additional time needs to be set aside to allow the anti-corrosion coating to fully alloy. It is therefore sometimes even possible to synchronize the process steps following the heating, such as transfer to the press, forming, press hardening, possibly cutting, transfer to storage, with the duration of the heating, so that there is no or minimal time delay. Furthermore, the use of the steel flat product with a pre-alloyed anti-corrosion coating has the advantage that the heating can be carried out in a roller hearth furnace without having to worry about deposits on the furnace rollers. Due to the diffused iron content in the aluminum-based anti-corrosion coating, the melting point of the anti-corrosion coating has increased, so that liquefaction no longer occurs during the subsequent heating process for hot press form hardening. Consequently, deposition on kiln rollers is also avoided.
Insbesondere ist das beschriebene Verfahren zum Herstellen eines Stahlbauteils mit einem durchlegierten Korrosionsschutzüberzug derart weitergebildet, dass für die Erwärmungsdauer tE gilt: und/oder wobei In particular, the method described for manufacturing a steel component with a fully alloyed anti-corrosion coating is developed in such a way that the following applies to the heating time t E : and or whereby
Tu = Umformtemperatur d = Dicke des Stahlflachproduktes in mm tE = Erwärmungsdauer in s Tu = forming temperature d = thickness of the steel flat product in mm tE = heating time in s
Die Dicke des Stahlflachproduktes beträgt insbesondere 0,5-3, 5mm, bevorzugt 0,8-2, 8mm. The thickness of the flat steel product is in particular 0.5-3.5 mm, preferably 0.8-2.8 mm.
Durch die untere Grenze für die Erwärmungsdauer ist sichergestellt, dass die an das Stahlsubstrat angrenzende, bereits vorhandene oder sich neu bildende Diffusionsschicht eine Dicke von mindestens lpm aufweist. Eine Dicke der Diffusionsschicht von mehr als lpm ist ein guter Indikator dafür, dass die Durchlegierung einen ausreichenden Grad erreicht hat. The lower limit for the heating duration ensures that the already existing or newly forming diffusion layer adjoining the steel substrate has a thickness of at least 1 pm. A diffusion layer thickness greater than lpm is a good indicator that the alloying penetration has reached a sufficient level.
Durch die obere Grenze für die Erwärmungsdauer ist sichergestellt, dass die an das Stahlsubstrat angrenzende, bereits vorhandene oder sich neu bildende Diffusionsschicht eine Dicke von nicht mehr als 10pm aufweist. Größere Dicken der Diffusionsschicht wirken sich negativ auf die Lackhaftung und die Punktschweißbarkeit des Stahlbauteils aus. Insbesondere umfasst das beschriebene Verfahren zum Herstellen eines Stahlbauteils mit einem durchlegierten Korrosionsschutzüberzug zusätzlich den Schritt: The upper limit for the heating duration ensures that the already existing or newly forming diffusion layer adjoining the steel substrate has a thickness of no more than 10 μm. Larger thicknesses of the diffusion layer have a negative effect on paint adhesion and the spot weldability of the steel component. In particular, the method described for producing a steel component with a thoroughly alloyed anti-corrosion coating also includes the step:
- Umformen des Stahlflachproduktes in einem Umformwerkzeug zu einem Stahlbauteil - Forming of the steel flat product in a forming tool to a steel component
Im Umformwerkzeug wird das Stahlflachprodukt nicht nur zu dem Stahlbauteil geformt, sondern gleichzeitig auch die Zieltemperatur abgeschreckt. Die Abkühlrate im Umformwerkzeug auf die Zieltemperatur beträgt insbesondere mindestens 20 K/s, bevorzugt mindestens 30 K/s, insbesondere mindestens 50 K/s, besonders bevorzugt mindestens 100 K/s. Die Zieltemperatur liegt unterhalb von 400°C, bevorzugt unterhalb von 300°C. Weiterhin bevorzugt beträgt die Zieltemperatur mindestens 50°C. Hierdurch wird ein Martensitgehalt im Substrat von mehr als 50 Vol.-%, bevorzugt mehr als 80 Vol.-%, insbesondere mehr als 90 Vol.-%, insbesondere mehr als 95 Vol.-% erreicht. In the forming tool, the steel flat product is not only formed into the steel component, but is also quenched to the target temperature at the same time. The cooling rate in the forming tool to the target temperature is in particular at least 20 K/s, preferably at least 30 K/s, in particular at least 50 K/s, particularly preferably at least 100 K/s. The target temperature is below 400°C, preferably below 300°C. Furthermore, the target temperature is preferably at least 50°C. This achieves a martensite content in the substrate of more than 50% by volume, preferably more than 80% by volume, in particular more than 90% by volume, in particular more than 95% by volume.
Nach dem Entnehmen des Stahlbauteils aus dem Umformwerkzeug erfolgt ein Abkühlen des Stahlbauteils auf eine Abkühltemperatur T von weniger als 50°C innerhalb einer Abkühldauer von 0,5 bis 600s. Dies geschieht im Regelfall durch eine Luftabkühlung. After the steel component has been removed from the forming tool, the steel component is cooled to a cooling temperature T of less than 50° C. within a cooling period of 0.5 to 600 s. This is usually done by air cooling.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Stahlbauteil mit einem durchlegierten Korrosionsschutzüberzug umfassend ein Stahlsubstrat mit einem mindestens auf einer Seite des Stahlsubstrats vorhandenen durchlegierten, aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzug. Ein solches Stahlbauteil kann insbesondere nach dem vorbeschriebenen Verfahren hergestellt sein. Der durchlegierte Korrosionsschutzüberzug umfasst dabei: The invention further relates to a steel component with a fully alloyed anti-corrosion coating comprising a steel substrate with a fully alloyed, aluminium-based anti-corrosion coating present on at least one side of the steel substrate. Such a steel component can in particular be produced according to the method described above. The fully alloyed anti-corrosion coating includes:
- eine siliziumarme Phase, welche neben unvermeidbaren Verunreinigungen 1 - 10 Gew.-% Si, bevorzugt 1-6 Gew.-% Si, 40 - 60 Gew.-% Fe, bis zu 1 Gew.-% Mn und 30 - 60 Gew.- % Aluminium enthält, - a low-silicon phase which, in addition to unavoidable impurities, contains 1-10% by weight Si, preferably 1-6% by weight Si, 40-60% by weight Fe, up to 1% by weight Mn and 30-60% by weight .- % aluminum contains,
- eine siliziumreiche Phase (R), welche neben unvermeidbaren Verunreinigungen 10 - 15 Gew.-% Si, 40 - 70 Gew.-% Fe, bis zu 1 Gew.-% Mn und 40 - 80 Gew. -% Aluminium enthält, wobei die siliziumreiche Phase inselförmig in der siliziumarmen Phase verteilt ist - A silicon-rich phase (R) which, in addition to unavoidable impurities, contains 10-15% by weight Si, 40-70% by weight Fe, up to 1% by weight Mn and 40-80% by weight aluminum, wherein the silicon-rich phase is distributed in islands in the silicon-poor phase
Der Fe-Gehalt im durchlegierten Korrosionsschutzüberzug beträgt mindestens 45 Gew.-%, insbesondere mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt 50 Gew.-% bis 70 Gew.-%. Die inselförmige Verteilung der siliziumreichen Phase in der siliziumarmen Phase ist dabei derart beschaffen, dass der Korrosionsschutzüberzug, insbesondere der oberflächennahe Bereich des Korrosionsschutzüberzuges, zwischen 10 Vol.-% und 25 Vol.-% der siliziumreichen Phase aufweist. Die siliziumreichen Inseln gewährleisten eine gute Punktschweißbarkeit. Außerdem erhöhen diese die Rauheit des Stahlbauteils, so dass sich ein Mittenrauwert Ra größer lpm ergibt. Bevorzugt ist der Mittenrauwert größer 1,2pm, besonders bevorzugt größer 1,5pm. Hierdurch wird eine gute Lackhaftung sichergestellt. The Fe content in the thoroughly alloyed anti-corrosion coating is at least 45% by weight, in particular at least 50% by weight, preferably 50% by weight to 70% by weight. The insular distribution of the silicon-rich phase in the silicon-poor phase is such that the anti-corrosion coating, in particular the region of the anti-corrosion coating near the surface, has between 10% by volume and 25% by volume of the silicon-rich phase. The silicon-rich islands ensure good spot weldability. In addition, they increase the roughness of the steel component, resulting in an average roughness value R a greater than lpm. The mean roughness value is preferably greater than 1.2 pm, particularly preferably greater than 1.5 pm. This ensures good paint adhesion.
Der Martensitgehalt im Stahlsubstrat beträgt mehr als 50 Vol.-%, bevorzugt mehr als 80 Vol.-%, insbesondere mehr als 90 Vol.-%, insbesondere mehr als 95 Vol.-%. The martensite content in the steel substrate is more than 50% by volume, preferably more than 80% by volume, in particular more than 90% by volume, in particular more than 95% by volume.
Optional umfasst der Korrosionsschutzüberzug bis zu 5 Gew.-% Magnesium, bevorzugt 0,05 bis 1 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 0,5 Gew.-% Magnesium. The anti-corrosion coating optionally comprises up to 5% by weight of magnesium, preferably 0.05 to 1% by weight, in particular 0.1 to 0.5% by weight of magnesium.
Insbesondere beträgt der Magnesiumgehalt des Korrosionsschutzüberzuges 0,1 bis 0,5 Gew.-% Magnesium. Gleichzeitig gilt, dass Bereiche der siliziumarmen Phase und der siliziumreichen Phase, die einen Abstand zur Oberfläche des Korrosionsschutzüberzuges aufweisen, der größer ist als 1.Opm, jeweils einen Magnesiumanteil von bis zu 0,5 Gew.-%. Da es bei der Umformung zu einer Anreicherung von Magnesium im Bereich der Oberfläche kommt, kann der Magnesiumanteil in den beiden Phasen nahe an der Oberfläche oberhalb 0,5 Gew.-% liegt. In den beschriebenen, tieferliegenden Phasen beträgt der Magnesiumgehalt allerdings maximal 0,5 Gew.-%. In particular, the magnesium content of the anti-corrosion coating is 0.1 to 0.5% by weight of magnesium. At the same time, areas of the silicon-poor phase and the silicon-rich phase that are at a distance from the surface of the anti-corrosion coating that is greater than 1.0 μm each have a magnesium content of up to 0.5% by weight. Since magnesium accumulates in the surface area during forming, the proportion of magnesium in the two phases close to the surface can be above 0.5% by weight. However, in the deeper phases described, the magnesium content is a maximum of 0.5% by weight.
Eine weitergebildete Variante des Stahlbauteils mit einem durchlegierten Korrosionsschutzüberzug umfasst eine Oxidschicht an der Oberfläche des Korrosionsschutzüberzuges. Die Oxidschicht wird spontan durch Reaktion mit Luftsauerstoff gebildet und umfasst im Wesentlichen Aluminumoxid AI2O3 bzw. bei der Ausführungsvariante mit Magnesium im Korrosionsschutzüberzug MgO und AI2O3. Typischerweise beträgt der Anteil von MgO in der Oxidschicht 55 bis 65% und der Anteil von Aluminiumoxid etwa 35 bis 45%. A further developed variant of the steel component with an alloyed anti-corrosion coating includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating. The oxide layer is formed spontaneously by reaction with atmospheric oxygen and essentially comprises aluminum oxide Al2O3 or, in the variant with magnesium in the anti-corrosion coating, MgO and Al2O3. Typically, the proportion of MgO in the oxide layer is 55 to 65% and the proportion of aluminum oxide is about 35 to 45%.
Die Dicke der Oxidschicht beträgt in beiden Fällen typischerweise 20nm bis 300nm, bevorzugt 50nm bis 200nm und schützt das Stahlbauteil zusätzlich vor Korrosion. Unter dem oberflächennahen Bereich des (vorlegierten bzw. durchlegierten) Korrosionsschutzüberzuges wird im Sinne dieser Anmeldung der Bereich bis zu einer Tiefe von 200nm unterhalb der Oberfläche des Korrosionsschutzüberzuges verstanden. Unter der Oberfläche des Korrosionsschutzüberzuges wird dabei der Kontaktbereich zur Umgebungsatmosphäre bzw. zu der Oxid- schicht verstanden. In both cases, the thickness of the oxide layer is typically 20 nm to 300 nm, preferably 50 nm to 200 nm, and additionally protects the steel component from corrosion. In the context of this application, the near-surface area of the (pre-alloyed or thoroughly alloyed) anti-corrosion coating is understood to mean the area down to a depth of 200 nm below the surface of the anti-corrosion coating. The surface of the anti-corrosion coating is understood to mean the contact area with the ambient atmosphere or with the oxide layer.
Bei einer bevorzugten Variante ist der Anteil der siliziumreichen Phase am durchlegierten Korrosionsschutzüberzug kleiner als 20 Vol.-%, bevorzugt kleiner 15 Vol.-%. In a preferred variant, the proportion of the silicon-rich phase in the fully alloyed anti-corrosion coating is less than 20% by volume, preferably less than 15% by volume.
Die inselförmige Verteilung der siliziumreichen Phase in der siliziumarmen Phase ist beim Stahlbauteil mit einem durchlegierten Korrosionsschutzüberzug insbesondere derart, dass die siliziumreiche Phase diskrete unzusammenhängende Bereiche aufweist, die von der siliziumarmen Phase umschlossen werden. Dabei machen diskrete unzusammenhängende Bereiche mit einem Flächeninhalt kleiner 100pm2 mehr als 80% der gesamten siliziumreichen Phase aus. Insbesondere machen diskrete unzusammenhängende Bereiche mit einem Flächeninhalt kleiner 50pm2 mehr als 50% der gesamten siliziumreichen Phase aus. Mit anderen Worten: Mehr als 80% der siliziumreichen Phase liegt in Form von kleinen „Inseln“ vor, deren Flächeninhalt kleiner als 100pm2 und bevorzugt liegt mehr als 50% der siliziumreichen Phase in Form von kleinen „Inseln“ vor, deren Flächeninhalt kleiner als 50pm2 ist. The insular distribution of the silicon-rich phase in the silicon-poor phase is, in the case of the steel component with a thoroughly alloyed anti-corrosion coating, in particular such that the silicon-rich phase has discrete, non-connected areas which are surrounded by the silicon-poor phase. Discrete, non-connected areas with a surface area of less than 100 μm 2 make up more than 80% of the entire silicon-rich phase. In particular, discrete discontinuous regions with an area of less than 50 μm 2 account for more than 50% of the total silicon-rich phase. In other words, more than 80% of the silicon-rich phase is in the form of small "islands" with an area of less than 100 pm 2 and preferably more than 50% of the silicon-rich phase is in the form of small "islands" with an area of less than 50pm 2am .
In einer bevorzugten Variante umfasst das Stahlbauteil eine Diffusionsschicht, insbesondere umfassend Fe3AI und Fe2AI5, mit einer Dicke zwischen lpm und 20pm, die benachbart zum Stahlsubstrat angeordnet ist. Die Diffusionsschicht grenzt also direkt an das Stahlsubstrat und kontaktiert das Stahlsubstrat. Bei einer bevorzugten Variante beträgt die Dicke der Diffusionsschicht mindestens 3pm. Insbesondere beträgt die Dicke nicht mehr als 16pm, besonders bevorzugt nicht mehr als 12pm. Die Dicke der Diffusionsschicht ist ein guter Indikator für den Grad der Durchlegierung. Es hat sich gezeigt, dass bei den angegebenen Dickenbereichen die gewünschte Durchlegierung erreicht ist. In a preferred variant, the steel component comprises a diffusion layer, in particular comprising Fe3Al and Fe2Al5, with a thickness between 1 pm and 20 pm, which is arranged adjacent to the steel substrate. The diffusion layer is therefore directly adjacent to the steel substrate and contacts the steel substrate. In a preferred variant, the thickness of the diffusion layer is at least 3 μm. In particular, the thickness is no more than 16 pm, particularly preferably no more than 12 pm. The thickness of the diffusion layer is a good indicator of the degree of alloying. It has been shown that the desired alloying penetration is achieved in the specified thickness ranges.
Bei einer bevorzugten Variante beträgt der Anteil an Poren am Korrosionsschutzüberzug weniger als 5 Vol.-%. Für den Fall, das eine Diffusionsschicht vorhanden ist, beträgt der Anteil an Poren bezogen auf Korrosionsschutzüberzug und Diffusionsschicht weniger als 5 Vol.-%. Der Anteil an Poren wird genau wie der Anteil der Phasen durch Vermessung des Flächeninhaltes im Schliffbild bestimmt. Bei einer weiteren bevorzugten Variante umfasst das Stahlbauteil eine Schicht der siliziumreichen Phase mit einer Dicke zwischen lpm und 3pm, die benachbart zur Diffusionsschicht angeordnet ist. Die Schicht der siliziumreichen Phase grenzt also direkt an die Diffusionsschicht auf der dem Substrat abgewandten Seite an und kontaktiert die Diffusionsschicht. Auf der anderen Seite kontaktiert die Diffusionsschicht den Korrosionsschutzüberzug. Die Schicht der siliziumreichen Phase hat die gleiche chemische Zusammensetzung wie die inselförmig verteilten Gebiete mit siliziumreicher Phase. In a preferred variant, the proportion of pores in the anti-corrosion coating is less than 5% by volume. In the event that a diffusion layer is present, the proportion of pores based on the anti-corrosion coating and the diffusion layer is less than 5% by volume. The proportion of pores, like the proportion of phases, is determined by measuring the surface area in the micrograph. In a further preferred variant, the steel component comprises a layer of the silicon-rich phase with a thickness between 1 pm and 3 pm, which is arranged adjacent to the diffusion layer. The layer of the silicon-rich phase is therefore directly adjacent to the diffusion layer on the side facing away from the substrate and makes contact with the diffusion layer. On the other side, the diffusion layer contacts the anti-corrosion coating. The silicon-rich phase layer has the same chemical composition as the island-like distributed silicon-rich phase regions.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand der folgenden Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren. Dabei zeigen: The invention is explained in more detail using the following exemplary embodiments in conjunction with the figures. show:
Fig. la ein Querschliffbild eines Stahlflachproduktes mit einem vorlegierten Korrosionsschutzüberzug in einer ersten Ausführungsvariante; 1a shows a cross section of a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating in a first variant;
Fig. lb ein Querschliffbild eines Stahlbauteils mit einem durchlegierten Korrosionsschutzüberzug in einer ersten Ausführungsvariante; lb shows a cross section of a steel component with a fully alloyed anti-corrosion coating in a first variant;
Fig. 2a ein Querschliffbild eines Stahlflachproduktes mit einem vorlegierten Korrosionsschutzüberzug in einer zweiten Ausführungsvariante; 2a shows a cross section of a steel flat product with a pre-alloyed anti-corrosion coating in a second variant;
Fig. 2b ein Querschliffbild eines Stahlbauteils mit einem durchlegierten Korrosionsschutzüberzug in einer zweiten Ausführungsvariante; 2b shows a cross section of a steel component with a fully alloyed anti-corrosion coating in a second embodiment variant;
Fig. 3a ein Querschliffbild eines Stahlflachproduktes mit einem vorlegierten Korrosionsschutzüberzug in einer dritten Ausführungsvariante; 3a shows a cross section of a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating in a third variant;
Fig. 3b ein Querschliffbild eines Stahlbauteils mit einem durchlegierten Korrosionsschutzüberzug in einer dritten Ausführungsvariante; 3b shows a cross section of a steel component with a fully alloyed anti-corrosion coating in a third embodiment variant;
Fig. 4a ein Querschliffbild eines Stahlflachproduktes mit einem vorlegierten Korrosionsschutzüberzug in einer vierten Ausführungsvariante; Fig. 4b ein Querschliffbild eines Stahlbauteils mit einem durchlegierten Korrosionsschutzüberzug in einer vierten Ausführungsvariante. 4a shows a cross section of a flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating in a fourth variant; 4b shows a cross section of a steel component with a fully alloyed anti-corrosion coating in a fourth variant.
Ausführungsbeispiel 1 Example 1
Aus einem 1,8mm dicken Band der Stahlsorte D gemäß Tabelle 2 mit einem beidseitigen 25|jm dicken aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzug wurden Formplatinen geschnitten. Als Schneidmethode kam sowohl ein Stanzwerkzeug als auch ein Laser zur Anwendung. Die Zusammensetzung des Schutzüberzuges zu Beginn war 8 Gew.-% Si, 3 Gew.-% Fe, 0,3 Gew.-% Mg, Rest AI. Das Auflagengewicht betrug 70^ auf jeder Seite. Diese Formplatinen wurden in einem 2-zo- nigen Durchlaufofen zunächst in der ersten Zone bei 1100°C Ofentemperatur in 105 Sekunden auf über 900°C erwärmt. Die Aufheizgeschwindigkeit zwischen 500°C und 700°C betrug 12 K/s. Anschließend wurde die Platine 35 Sekunden bei 920°C auf Temperatur gehalten, was oberhalb der Ac3-Temperatur liegt, die für die ausgewählte Stahlsorte etwa 860°C beträgt. In dieser Zeit kam es zu einer Vorlegierung des Korrosionsschutzüberzuges. Der Fe-Gehalt im Korrosionsschutzüberzug betrug anschließend zwischen 35 Gew.-% und 40 Gew.-%. Zudem betrug der Fe-Gehalt des Korrosionsschutzüberzugs an jedem Punkt mehr als 10 Gew.-% Fe. Der Mittenrauwert Ra beträgt bei dieser Ausführungsvariante 0,9pm. Shaped blanks were cut from a 1.8 mm thick strip of steel grade D according to Table 2 with a 25 μm thick aluminum-based anti-corrosion coating on both sides. Both a punching tool and a laser were used as cutting methods. The initial composition of the protective coating was 8 wt% Si, 3 wt% Fe, 0.3 wt% Mg, balance Al. The run weight was 70^ on each side. In a 2-zone continuous furnace, these blanks were first heated in the first zone at a furnace temperature of 1100°C to over 900°C in 105 seconds. The heating rate between 500°C and 700°C was 12 K/s. The blank was then held at 920°C for 35 seconds, which is above the Ac3 temperature, which is around 860°C for the selected steel grade. During this time, the anti-corrosion coating was pre-alloyed. The Fe content in the anti-corrosion coating was then between 35% by weight and 40% by weight. In addition, the Fe content of the anti-corrosion coating was more than 10% by weight Fe at each point. The mean roughness value R a is 0.9 pm in this variant.
Das Querschliffbild des so hergestellten Stahlflachproduktes 9 ist in Figur la dargestellt. Auf einem Stahlsubstrat 11 ist ein Korrosionsschutzüberzug 13 angeordnet. Der Korrosionsschutzüberzug 13 umfasst eine siliziumreiche Phase 15 und eine siliziumarme Phase 17. Deutlich ist die inselförmige Verteilung der siliziumreichen Phase 15 in der siliziumarmen Phase 17 zu erkennen. Die Gebiete mit siliziumreicher Phase 15 sind dabei über einen Bereich verteilt, der eine Dicke senkrecht zur Oberfläche aufweist, die etwa 80% der Dicke des Korrosionsschutzüberzuges 13 entspricht. Es bildet sich also nicht ein einzelner schmaler Streifen mit Gebieten siliziumreicher Phasen 15 heraus, sondern die siliziumreichen Gebiete sind inselförmig über einen Streifen verteilt, der etwa 80% des Korrosionsschutzüberzuges einnimmt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass beim warmpressgeformten Stahlbauteil der Anteil der siliziumreichen Phase 15 am Korrosionsschutzüberzug zwischen 10 Vol.-% und 25 Vol.-% beträgt. The cross section of the flat steel product 9 produced in this way is shown in FIG. An anti-corrosion coating 13 is arranged on a steel substrate 11 . The anti-corrosion coating 13 comprises a silicon-rich phase 15 and a silicon-poor phase 17. The insular distribution of the silicon-rich phase 15 in the silicon-poor phase 17 can be clearly seen. The regions with a silicon-rich phase 15 are distributed over an area which has a thickness perpendicular to the surface which corresponds to approximately 80% of the thickness of the anti-corrosion coating 13 . A single, narrow strip with areas of silicon-rich phases 15 does not form, but the silicon-rich areas are distributed in islands over a strip that occupies about 80% of the anti-corrosion coating. This ensures that the proportion of the silicon-rich phase 15 in the anti-corrosion coating in the hot-press-formed steel component is between 10% by volume and 25% by volume.
Bei dieser Variante des Stahlflachproduktes mit vorlegiertem Korrosionsschutzüberzug umfasst das Stahlflachprodukt eine Diffusionsschicht 19 umfassend Fe3AI und Fe2AI5 mit einer Dicke von 3 pm, die benachbart zum Stahlsubstrat 11 angeordnet ist. Die Diffusionsschicht 19 grenzt also direkt an das Stahlsubstrat 11 und kontaktiert das Stahlsubstrat 11. Zudem umfasst der Korrosionsschutzüberzug 13 eine Schicht 21 der siliziumreichen Phase 15 mit einer Dicke von lpm, die benachbart zur Diffusionsschicht 19 angeordnet ist. Die Schicht 21 der siliziumreichen Phase 15 grenzt also direkt an die Diffusionsschicht 19 an und kontaktiert die Diffusionsschicht 19. In this variant of the flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating, the flat steel product includes a diffusion layer 19 comprising Fe3Al and Fe2Al5 with a thickness of 3 μm, which is arranged adjacent to the steel substrate 11 . The diffusion layer 19 is therefore bordering directly to the steel substrate 11 and contacts the steel substrate 11. In addition, the anti-corrosion coating 13 comprises a layer 21 of the silicon-rich phase 15 with a thickness of 1 pm, which is arranged adjacent to the diffusion layer 19. The layer 21 of the silicon-rich phase 15 is therefore directly adjacent to the diffusion layer 19 and contacts the diffusion layer 19.
Das Stahlflachprodukt umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel zudem eine Oxidschicht an der Oberfläche des Korrosionsschutzüberzugs mit einer Dicke von 60nm, die aufgrund der Auflösung in Figur la nicht sichtbar ist. In this exemplary embodiment, the flat steel product also includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating with a thickness of 60 nm, which is not visible due to the resolution in FIG.
Die so behandelten Formplatinen wurden an anderer Stelle in einer Warmumformlinie weiterverarbeitet. Die Weiterverarbeitung erfolgte an einem kurzen Warmumformofen bei 920°C Umformtemperatur. Zur vollständigen Austenitisierung und Durchlegierung des Überzugs reichte eine Erwärmungsdauer von 150 Sekunden, in denen die behandelten Formplatinen auf die Umformtemperatur gebracht und dort gehalten wurden. Die Ofenrollen des Warmumformofens wiesen auch nach Durchsatz von mehreren 500 Platinen keine Al-Verschmutzungen auf. The shaped blanks treated in this way were further processed elsewhere on a hot forming line. Further processing took place in a short hot forming furnace at a forming temperature of 920°C. A heating period of 150 seconds, during which the treated blanks were brought to the forming temperature and held there, was sufficient for complete austenitization and thorough alloying of the coating. The furnace rollers of the hot-forming furnace showed no Al contamination even after throughput of several 500 blanks.
Der Korrosionsschutzüberzug enthielt nach dem Warmpressformhärten durchschnittlich 51 Gew.- % Fe und wies siliziumreiche Gebiete mit Si Gehalten zwischen 10% und 14% auf. Der Korrosionsschutzüberzug keine klare Schichtung der siliziumreichen und der siliziumarmen Gebiete auf. Stattdessen ist die siliziumreiche Phase inselförmig in der siliziumarmen Phase verteilt. Dies hat zur Folge, dass auch im oberflächennahen Bereich sowohl siliziumarme, als auch siliziumreiche Phasen vorhanden sind. Sowohl die Fügeigenschaften, als auch die Lackhaftungseigenschaften fielen deshalb besser aus als bei marktüblichen aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzügen, bei denen sich eine Schichtung mit einer durchgehenden siliziumarmen Schicht im oberflächennahen Bereich ausbildet. After hot press form hardening, the anti-corrosion coating contained an average of 51% by weight Fe and had silicon-rich areas with Si contents between 10% and 14%. The anti-corrosion coating does not show a clear stratification of the silicon-rich and silicon-poor areas. Instead, the silicon-rich phase is distributed in islands in the silicon-poor phase. As a result, both silicon-poor and silicon-rich phases are also present in the near-surface area. Both the joining properties and the paint adhesion properties were therefore better than with commercially available aluminium-based anti-corrosion coatings, in which a layer with a continuous low-silicon layer is formed in the area close to the surface.
Das Querschliffbild des so hergestellten Stahlbauteils 23 ist in Figur lb dargestellt. Auf einem Stahlsubstrat 11 ist ein Korrosionsschutzüberzug 13 angeordnet. Der Korrosionsschutzüberzug 13 umfasst eine siliziumreiche Phase 15 und eine siliziumarme Phase 17. Deutlich ist die inselförmige Verteilung der siliziumreichen Phase 15 in der siliziumarmen Phase 17 zu erkennen. Der oberflächennahe Bereich weist ca. 18 Vol.-% der siliziumreichen Phase 15 auf. Zudem weist der Korrosionsschutzüberzug 13 und die Diffusionsschicht 19 zusammen einen Porenanteil von 1,1 % auf. Der Mittenrauwert der Oberfläche beträgt Ra =l,5pm. Der Anteil der siliziumreichen Phase am Korrosionsschutzüberzug beträgt 14 Vol.-%. Etwa 85% der siliziumreichen Phase liegt in Form von kleinen „Inseln“ vor, deren Flächeninhalt kleiner ist als 100pm2. The cross section of the steel component 23 produced in this way is shown in FIG. An anti-corrosion coating 13 is arranged on a steel substrate 11 . The anti-corrosion coating 13 comprises a silicon-rich phase 15 and a silicon-poor phase 17. The insular distribution of the silicon-rich phase 15 in the silicon-poor phase 17 can be clearly seen. The area close to the surface has approximately 18% by volume of the silicon-rich phase 15 . In addition, the anti-corrosion coating 13 and the diffusion layer 19 together have a porosity of 1.1%. The mean roughness value of the surface is Ra = 1.5pm. The proportion of the silicon-rich phase in Anti-corrosion coating is 14% by volume. About 85% of the silicon-rich phase is in the form of small "islands" with an area of less than 100 pm 2 .
Das Stahlbauteil 23 umfasst weiterhin eine Diffusionsschicht 19 mit Fe3AI und Fe2AI5, die benachbart zum Stahlsubstrat 11 unterhalb des Korrosionsschutzüberzugs 13 angeordnet ist. Die Diffusionsschicht 19 grenzt also direkt an das Stahlsubstrat 11 und kontaktiert das Stahlsubstrat 11. Die Diffusionsschicht hat eine Dicke von 7pm. Zudem umfasst das Stahlbauteil 23 eine Schicht 21 der siliziumreichen Phase 15 mit einer Dicke von 2pm, die benachbart zur Diffusionsschicht 19 unterhalb des Korrosionsschutzüberzuges 13 angeordnet ist. Die Schicht 21 der siliziumreichen Phase 15 grenzt also direkt an die Diffusionsschicht 19 an und kontaktiert die Diffusionsschicht 19. The steel component 23 also includes a diffusion layer 19 with Fe3Al and Fe2Al5, which is arranged adjacent to the steel substrate 11 below the anti-corrosion coating 13. The diffusion layer 19 is therefore directly adjacent to the steel substrate 11 and makes contact with the steel substrate 11. The diffusion layer has a thickness of 7 μm. In addition, the steel component 23 includes a layer 21 of the silicon-rich phase 15 with a thickness of 2 μm, which is arranged adjacent to the diffusion layer 19 below the anti-corrosion coating 13 . The layer 21 of the silicon-rich phase 15 is therefore directly adjacent to the diffusion layer 19 and contacts the diffusion layer 19.
Das Stahlbauteil umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel zudem eine Oxidschicht an der Oberfläche des Korrosionsschutzüberzugs mit einer Dicke von lOOnm, die aufgrund der Auflösung in Figur lb nicht sichtbar ist. In this exemplary embodiment, the steel component also includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating with a thickness of 100 nm, which is not visible in FIG. 1b due to the resolution.
Ausführungsbeispiel 2 Example 2
Aus einem 1,5mm dicken Band der Stahlsorte E gemäß Tabelle 2 mit einer beidseitigen 20 pm dicken aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzug wurden Formplatinen geschnitten. Als Schneidmethode kam ein Laser zur Anwendung. Die Zusammensetzung des Schutzüberzuges zu Beginn war 10 Gew.-% Si, 3 Gew.-% Fe, Rest AI. Das Auflagengewicht betrug 60^ auf jeder Seite. Shaped blanks were cut from a 1.5 mm thick strip of steel grade E according to Table 2 with a 20 μm thick aluminum-based anti-corrosion coating on both sides. A laser was used as the cutting method. The initial composition of the protective coating was 10 wt% Si, 3 wt% Fe, balance Al. The run weight was 60^ on each side.
Diese Formplatinen wurden in einem 2-zonigen Durchlaufofen zunächst in der ersten Zone bei 1050°C Ofentemperatur in 90 Sekunden auf über 900°C erwärmt. Die Aufheizgeschwindigkeit zwischen 500°C und 700°C betrug 11 K/s. Dieser Ofenteil wies eine 02-haltige Atmosphäre mit einem Taupunkt TP von -10° auf. Anschließend wurde die Platine 60 Sekunden bei 920°C auf Temperatur gehalten, was oberhalb der Ac3-Temperatur liegt, die für die ausgewählte Stahlsorte etwa 845°C beträgt. Dieser Ofenteil hatte keine Taupunkt-Regelung. In a 2-zone continuous furnace, these molded blanks were initially heated in the first zone at a furnace temperature of 1050°C to over 900°C in 90 seconds. The heating rate between 500°C and 700°C was 11 K/s. This part of the furnace had an O 2 -containing atmosphere with a dew point TP of -10°. The blank was then held at 920°C for 60 seconds, which is above the Ac3 temperature, which is around 845°C for the selected steel grade. This part of the oven did not have a dew point control.
In dieser Zeit kam es zu einer Durchlegierung des AS-Überzugs. Der Fe-Gehalt im Korrosionsschutzüberzug betrug anschließend zwischen 35 Gew.-% und 40 Gew.-%. Zudem betrug der Fe- Gehalt des Korrosionsschutzüberzugs an jedem Punkt mehr als 10 Gew.-% Fe. Das Q uersch I iff bi Id des so hergestellten Stahlflachproduktes 9 ist in Figur 2a dargestellt. Auf einem Stahlsubstrat 11 ist ein Korrosionsschutzüberzug 13 angeordnet. Der Korrosionsschutzüberzug 13 umfasst eine siliziumreiche Phase 15 und eine siliziumarme Phase 17. Deutlich ist die inselförmige Verteilung der siliziumreichen Phase 15 in der siliziumarmen Phase 17 zu erkennen. Die Gebiete mit siliziumreicher Phase 15 sind dabei über einen Bereich verteilt, der eine Dicke senkrecht zur Oberfläche aufweist, die etwa 90% der Dicke des Korrosionsschutzüberzuges 13 entspricht. Es bildet sich also nicht ein einzelner schmaler Streifen mit Gebieten siliziumreicher Phasen 15 heraus, sondern die siliziumreichen Gebiete sind inselförmig über einen Streifen verteilt, der etwa 90% des Korrosionsschutzüberzuges einnimmt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass beim warmpressgeformten Stahlbauteil der oberflächennahe Bereich des Korrosionsschutzüberzuges zwischen 10 Vol.-% und 25 Vol.-% der siliziumreichen Phase aufweist. During this time, alloying of the AS coating occurred. The Fe content in the anti-corrosion coating was then between 35% by weight and 40% by weight. In addition, the Fe content of the anti-corrosion coating was more than 10% by weight Fe at any point. The cross section I iff picture Id of the steel flat product 9 produced in this way is shown in FIG. 2a. An anti-corrosion coating 13 is arranged on a steel substrate 11 . The anti-corrosion coating 13 comprises a silicon-rich phase 15 and a silicon-poor phase 17. The insular distribution of the silicon-rich phase 15 in the silicon-poor phase 17 can be clearly seen. The regions with a silicon-rich phase 15 are distributed over an area which has a thickness perpendicular to the surface which corresponds to approximately 90% of the thickness of the anti-corrosion coating 13 . A single, narrow strip with regions of silicon-rich phases 15 does not form, but rather the silicon-rich regions are distributed in islands over a strip that occupies about 90% of the anti-corrosion coating. This ensures that in the case of the hot-press formed steel component, the region of the anti-corrosion coating close to the surface has between 10% by volume and 25% by volume of the silicon-rich phase.
Bei dieser Variante des Stahlflachproduktes mit vorlegiertem Korrosionsschutzüberzug umfasst das Stahlflachprodukt eine Diffusionsschicht umfassend Fe3AI und Fe2AI5 mit einer Dicke von 2 pm, die benachbart zum Stahlsubstrat 11 angeordnet ist. Die Diffusionsschicht 19 grenzt also direkt an das Stahlsubstrat 11 und kontaktiert das Stahlsubstrat 11. Zudem umfasst der Korrosionsschutzüberzug 13 eine Schicht 21 der siliziumreichen Phase 15 mit einer Dicke von lpm, die benachbart zur Diffusionsschicht 19 angeordnet ist. Die Schicht 21 der siliziumreichen Phase 15 grenzt also direkt an die Diffusionsschicht 19 an und kontaktiert die Diffusionsschicht 19. In this variant of the flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating, the flat steel product includes a diffusion layer comprising Fe3Al and Fe2Al5 with a thickness of 2 μm, which is arranged adjacent to the steel substrate 11 . The diffusion layer 19 is therefore directly adjacent to the steel substrate 11 and makes contact with the steel substrate 11 . The layer 21 of the silicon-rich phase 15 is therefore directly adjacent to the diffusion layer 19 and contacts the diffusion layer 19.
Das Stahlflachprodukt umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel zudem eine Oxidschicht an der Oberfläche des Korrosionsschutzüberzugs mit einer Dicke von 60nm, die aufgrund der Auflösung in Figur la nicht sichtbar ist. In this exemplary embodiment, the flat steel product also includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating with a thickness of 60 nm, which is not visible due to the resolution in FIG.
Die so behandelten Formplatinen wurden in einem separaten Prozessschritt in einer induktiven Schnellerwärmungslinie weiterverarbeitet. Die Erwärmungsdauer auf 900°C betrug 15 Sekunden. Anschließend wurden die Platinen bei dieser Temperatur über Infrarotstrahlung für weitere 30 Sekunden auf dieser Temperatur gehalten. Dabei kam es zur vollständigen Austenitisierung des Grundwerkstoffs und Durchlegierung des Überzugs. Die Erwärmungsdauer betrug damit 45 Sekunden. The shaped blanks treated in this way were further processed in a separate process step in an inductive rapid heating line. The heating time to 900°C was 15 seconds. The circuit boards were then kept at this temperature for a further 30 seconds at this temperature using infrared radiation. This resulted in complete austenitization of the base material and full alloying of the coating. The heating time was 45 seconds.
Der Korrosionsschutzüberzug enthielt nach dem Warmpressformhärten durchschnittlich 56 Gew.- % Fe und wies siliziumreiche Gebiete mit Si Gehalten zwischen 10 Gew.-% und 13.5 Gew.-% auf. Der Korrosionsschutzüberzug wies oberhalb der Diffusionsschicht keine klare Schichtung der siliziumreichen und der siliziumarmen Gebiete auf. Stattdessen ist die siliziumreiche Phase inselförmig in der siliziumarmen Phase verteilt. Dies hat zur Folge, dass im oberflächennahen Bereich sowohl siliziumarme, als auch siliziumreiche Phasen vorhanden sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel wies der oberflächennahe Bereich des Korrosionsschutzüberzuges 18 Vol.-% der siliziumreichen Phase auf. Zudem weist der Korrosionsschutzüberzug 13 und die Diffusionsschicht 19 zusammen einen Porenanteil von 2,3 % auf. Sowohl die Fügeigenschaften, als auch die Lackhaftungseigenschaften fielen deshalb besser aus als bei marktüblichen aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzügen, bei denen sich eine Schichtung mit einer durchgehenden siliziumarmen Schicht im oberflächennahen Bereich ausbildet. After hot press form hardening, the anti-corrosion coating contained an average of 56% by weight Fe and had silicon-rich areas with Si contents between 10% by weight and 13.5% by weight. The anti-corrosion coating did not show a clear stratification of the silicon-rich and silicon-poor regions above the diffusion layer. Instead, the silicon-rich phase is distributed in islands in the silicon-poor phase. As a result, both silicon-poor and silicon-rich phases are present in the near-surface area. In this exemplary embodiment, the region of the anti-corrosion coating near the surface contained 18% by volume of the silicon-rich phase. In addition, the anti-corrosion coating 13 and the diffusion layer 19 together have a porosity of 2.3%. Both the joining properties and the paint adhesion properties were therefore better than with commercially available aluminium-based anti-corrosion coatings, in which a layer with a continuous low-silicon layer forms in the area close to the surface.
Das Querschliffbild des so hergestellten Stahlbauteils 23 ist in Figur 2b. dargestellt. Auf einem Stahlsubstrat 11 ist ein Korrosionsschutzüberzug 13 angeordnet. Der Korrosionsschutzüberzug 13 umfasst eine siliziumreiche Phase 15 und eine siliziumarme Phase 17. Deutlich ist die inselförmige Verteilung der siliziumreichen Phase 15 in der siliziumarmen Phase 17 zu erkennen. Der oberflächennahe Bereich weist ca. 23% Vol.-% der siliziumreichen Phase 15 auf. Der Mittenrauwert beträgt Ra=l,5pm. Der Anteil der siliziumreichen Phase am Korrosionsschutzüberzug beträgt 11 Vol. - %. Mehr als 90% der siliziumreichen Phase liegt in Form von kleinen „Inseln“ vor, deren Flächeninhalt kleiner ist als 100pm2. The cross section of the steel component 23 produced in this way is shown in FIG. 2b. shown. An anti-corrosion coating 13 is arranged on a steel substrate 11 . The anti-corrosion coating 13 comprises a silicon-rich phase 15 and a silicon-poor phase 17. The insular distribution of the silicon-rich phase 15 in the silicon-poor phase 17 can be clearly seen. The area close to the surface has approximately 23% by volume of the silicon-rich phase 15 . The average roughness is Ra=1.5pm. The proportion of the silicon-rich phase in the anti-corrosion coating is 11% by volume. More than 90% of the silicon-rich phase is in the form of small “islands” with an area of less than 100 pm 2 .
Das Stahlbauteil 23 umfasst weiterhin eine Diffusionsschicht 19 mit Fe3AI und Fe2AI5, die benachbart zum Stahlsubstrat 11 unterhalb des Korrosionsschutzüberzugs 13 angeordnet ist. Die Diffusionsschicht 19 grenzt also direkt an das Stahlsubstrat 11 und kontaktiert das Stahlsubstrat 11. Die Diffusionsschicht hat eine Dicke von 6pm. Zudem umfasst das Stahlbauteil 23 eine Schicht 21 der siliziumreichen Phase 15 mit einer Dicke von lpm, die benachbart zur Diffusionsschicht 19 unterhalb des Korrosionsschutzüberzuges 13 angeordnet ist. Die Schicht 21 der siliziumreichen Phase 15 grenzt also direkt an die Diffusionsschicht 19 an und kontaktiert die Diffusionsschicht 19. The steel component 23 also includes a diffusion layer 19 with Fe3Al and Fe2Al5, which is arranged adjacent to the steel substrate 11 below the anti-corrosion coating 13. The diffusion layer 19 is therefore directly adjacent to the steel substrate 11 and makes contact with the steel substrate 11. The diffusion layer has a thickness of 6 μm. In addition, the steel component 23 comprises a layer 21 of the silicon-rich phase 15 with a thickness of 1 μm, which is arranged adjacent to the diffusion layer 19 below the anti-corrosion coating 13 . The layer 21 of the silicon-rich phase 15 is therefore directly adjacent to the diffusion layer 19 and contacts the diffusion layer 19.
Das Stahlbauteil umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel zudem eine Oxidschicht an der Oberfläche des Korrosionsschutzüberzugs mit einer Dicke von 1 lOnm, die aufgrund der Auflösung in Figur 2b nicht sichtbar ist. Ausführungsbeispiel 3 In this exemplary embodiment, the steel component also includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating with a thickness of 110 μm, which is not visible due to the resolution in FIG. 2b. Example 3
Aus einem 1,2mm dicken Band der Stahlsorte D gemäß Tabelle 2 mit einem beidseitigen 20 pm dicken aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzug wurden Formplatinen geschnitten. Als Schneidmethode kam ein Laser zur Anwendung. Die Zusammensetzung des Schutzüberzuges zu Beginn war 6 Gew. -% Si, 3 Gew.-% Fe, 0,3 Gew.-% Mg, Rest AI. Das Auflagengewicht betrug 60^ auf jeder Seite. Shaped blanks were cut from a 1.2 mm thick strip of steel grade D according to Table 2 with a 20 μm thick aluminum-based anti-corrosion coating on both sides. A laser was used as the cutting method. The initial composition of the protective coating was 6 wt% Si, 3 wt% Fe, 0.3 wt% Mg, balance Al. The run weight was 60^ on each side.
Diese Formplatinen wurden in einem 2-zonigen Durchlaufofen zunächst in der ersten Zone bei 1000°C Ofentemperatur in 90 Sekunden auf über 900°C erwärmt. Die Aufheizgeschwindigkeit zwischen 500°C und 700°C betrug 13 K/s. Dieser Ofenteil wies eine 02-haltige Atmosphäre mit einem Taupunkt von -15°C auf. Anschließend wurde die Platine 30 Sekunden bei 920°C auf Temperatur gehalten, was oberhalb der Ac3-Temperatur liegt, die für die ausgewählte Stahlsorte etwa 860°C beträgt. In dieser Zeit kam es zu einer Vorlegierung des Korrosionsschutzüberzuges. Der Fe-Gehalt im Korrosionsschutzüberzug betrug anschließend zwischen 35 Gew.-% und 40 Gew.-%. Zudem betrug der Fe-Gehalt des Korrosionsschutzüberzugs an jedem Punkt mehr als 10 Gew.-% Fe. Der Mittenrauwert Ra beträgt bei dieser Ausführungsvariante l,2pm. In a 2-zone continuous furnace, these molded blanks were first heated in the first zone at a furnace temperature of 1000°C to over 900°C in 90 seconds. The heating rate between 500°C and 700°C was 13 K/s. This part of the furnace had an O 2 -containing atmosphere with a dew point of -15°C. The blank was then held at 920°C for 30 seconds, which is above the Ac3 temperature, which is around 860°C for the selected steel grade. During this time, the anti-corrosion coating was pre-alloyed. The Fe content in the anti-corrosion coating was then between 35% by weight and 40% by weight. In addition, the Fe content of the anti-corrosion coating was more than 10% by weight Fe at each point. The mean roughness value R a is 1.2 pm in this variant.
Das Q uersch I iffbi Id des so hergestellten Stahlflachproduktes 9 ist in Figur 3a dargestellt. Auf einem Stahlsubstrat 11 ist ein Korrosionsschutzüberzug 13 angeordnet. Der Korrosionsschutzüberzug 13 umfasst eine siliziumreiche Phase 15 und eine siliziumarme Phase 17. Deutlich ist die inselförmige Verteilung der siliziumreichen Phase 15 in der siliziumarmen Phase 17 zu erkennen. Die Gebiete mit siliziumreicher Phase 15 sind dabei über einen Bereich verteilt, der eine Dicke senkrecht zur Oberfläche aufweist, die etwa 80% der Dicke des Korrosionsschutzüberzuges 13 entspricht. Es bildet sich also nicht ein einzelner schmaler Streifen mit Gebieten siliziumreicher Phasen 15 heraus, sondern die siliziumreichen Gebiete sind inselförmig über einen Streifen verteilt, der etwa 80% des Korrosionsschutzüberzuges einnimmt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass beim warmpressgeformten Stahlbauteil des Korrosionsschutzüberzugs, insbesondere der oberflächennahe Bereich des Korrosionsschutzüberzuges zwischen 10 Vol.-% und 25 Vol.-% der siliziumreichen Phase aufweist. The cross section I iffbi Id of the steel flat product 9 produced in this way is shown in FIG. 3a. An anti-corrosion coating 13 is arranged on a steel substrate 11 . The anti-corrosion coating 13 comprises a silicon-rich phase 15 and a silicon-poor phase 17. The insular distribution of the silicon-rich phase 15 in the silicon-poor phase 17 can be clearly seen. The regions with a silicon-rich phase 15 are distributed over an area which has a thickness perpendicular to the surface which corresponds to approximately 80% of the thickness of the anti-corrosion coating 13 . A single, narrow strip with areas of silicon-rich phases 15 does not form, but rather the silicon-rich areas are distributed in islands over a strip that occupies about 80% of the anti-corrosion coating. In this way it is ensured that in the case of the hot-press-formed steel component of the anti-corrosion coating, in particular the region of the anti-corrosion coating near the surface, has between 10% by volume and 25% by volume of the silicon-rich phase.
Bei dieser Variante des Stahlflachproduktes mit vorlegiertem Korrosionsschutzüberzug umfasst das Stahlflachprodukt eine Diffusionsschicht umfassend Fe3AI und Fe2AI5 mit einer Dicke von 2.5 pm, die benachbart zum Stahlsubstrat 11 angeordnet ist. Die Diffusionsschicht 19 grenzt also direkt an das Stahlsubstrat 11 und kontaktiert das Stahlsubstrat 11. Zudem umfasst der Korrosionsschutzüberzug 13 eine Schicht 21 der siliziumreichen Phase 15 mit einer Dicke von 0,5pm, die benachbart zur Diffusionsschicht 19 angeordnet ist. Die Schicht 21 der siliziumreichen Phase 15 grenzt also direkt an die Diffusionsschicht 19 an und kontaktiert die Diffusionsschicht 19. In this variant of the flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating, the flat steel product includes a diffusion layer comprising Fe3Al and Fe2Al5 with a thickness of 2.5 pm arranged adjacent to the steel substrate 11. The diffusion layer 19 is therefore directly adjacent to the steel substrate 11 and makes contact with the steel substrate 11 . The layer 21 of the silicon-rich phase 15 is therefore directly adjacent to the diffusion layer 19 and contacts the diffusion layer 19.
Das Stahlflachprodukt umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel zudem eine Oxidschicht an der Oberfläche des Korrosionsschutzüberzugs mit einer Dicke von 70nm, die aufgrund der Auflösung in Figur 3a nicht sichtbar ist. In this exemplary embodiment, the flat steel product also includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating with a thickness of 70 nm, which is not visible due to the resolution in FIG. 3a.
Die so behandelten Formplatinen wurden an anderer Stelle in einer Kontakterwärmungslinie weiterverarbeitet. Die Erwärmungsdauer auf die Umformtemperatur von 900° betrug 20 Sekunden. Anschließend wurde die Platine bei dieser Temperatur über die Infrarotstrahlung der Kontaktplatten für weitere 75 Sekunden auf dieser Temperatur gehalten, indem die Platten einen Abstand von ca. 5mm zur Platinenoberfläche einnahmen. Dabei kam es zur vollständigen Austenitisierung des Stahlsubstrates und zur Durchlegierung des Korrosionsschutzüberzuges. Die Erwärmungsdauer betrug daher 95 Sekunden. Aufgrund des vorlegierten Korrosionsschutzüberzuges kam es zu keinerlei Anhaftungen an den Kontaktplatten. Auch blieb die Schichtdicke des Korrosionsschutzüberzuges über die Plattenfläche konstant. The shaped blanks treated in this way were further processed elsewhere in a contact heating line. The heating time to the forming temperature of 900° was 20 seconds. The circuit board was then kept at this temperature for a further 75 seconds via the infrared radiation of the contact plates, in that the plates took up a distance of approx. 5 mm from the surface of the circuit board. This resulted in complete austenitization of the steel substrate and thorough alloying of the anti-corrosion coating. The heating time was therefore 95 seconds. Due to the pre-alloyed anti-corrosion coating, there was no adhesion to the contact plates. The layer thickness of the anti-corrosion coating also remained constant over the panel surface.
Der Korrosionsschutzüberzug enthielt nach dem Warmpressformhärten durchschnittlich 60 Gew.- % Fe und wies siliziumreiche Gebiete mit Si Gehalten zwischen 11% und 15% auf. Der Korrosionsschutzüberzug wies oberhalb der Diffusionsschicht keine klare Schichtung der siliziumreichen und der siliziumarmen Gebiete auf. Stattdessen ist die siliziumreiche Phase inselförmig in der siliziumarmen Phase verteilt. Dies hat zur Folge, dass im oberflächennahen Bereich sowohl siliziumarme, als auch siliziumreiche Phasen vorhanden sind. Sowohl die Fügeigenschaften, als auch die Lackhaftungseigenschaften fielen deshalb besser aus als bei marktüblichen aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzügen, bei denen sich eine Schichtung mit einer durchgehenden siliziumarmen Schicht im oberflächennahen Bereich ausbildet. After hot press form hardening, the anti-corrosion coating contained an average of 60% by weight Fe and had silicon-rich areas with Si contents between 11% and 15%. The anti-corrosion coating did not show a clear stratification of the silicon-rich and silicon-poor regions above the diffusion layer. Instead, the silicon-rich phase is distributed in islands in the silicon-poor phase. As a result, both silicon-poor and silicon-rich phases are present in the near-surface area. Both the joining properties and the paint adhesion properties were therefore better than with commercially available aluminium-based anti-corrosion coatings, in which a layer with a continuous low-silicon layer is formed in the area close to the surface.
Das Querschliffbild des so hergestellten Stahlbauteils 23 ist in Figur 3b. dargestellt. Auf einem Stahlsubstrat 11 ist ein Korrosionsschutzüberzug 13 angeordnet. Der Korrosionsschutzüberzug 13 umfasst eine siliziumreiche Phase 15 und eine siliziumarme Phase 17. Deutlich ist die inselförmige Verteilung der siliziumreichen Phase 15 in der siliziumarmen Phase 17 zu erkennen. Der oberflächennahe Bereich weist ca. 15 Vol.-% der siliziumreichen Phase 15 auf. Zudem weist der Korrosionsschutzüberzug 13 und die Diffusionsschicht 19 zusammen einen Porenanteil von 1,3% auf. Der Mittenrauwert beträgt Ra =l,5|jm Der Anteil der siliziumreichen Phase am Korrosionsschutzüberzug beträgt ca. 13 Vol.-%. Über 90% der siliziumreichen Phase liegt in Form von kleinen „Inseln“ vor, deren Flächeninhalt kleiner ist als 100pm2. The cross section of the steel component 23 produced in this way is shown in FIG. 3b. shown. An anti-corrosion coating 13 is arranged on a steel substrate 11 . The anti-corrosion coating 13 comprises a silicon-rich phase 15 and a silicon-poor phase 17. The insular phase is clear Distribution of the silicon-rich phase 15 in the silicon-poor phase 17 to recognize. The area close to the surface has approximately 15% by volume of the silicon-rich phase 15 . In addition, the anti-corrosion coating 13 and the diffusion layer 19 together have a porosity of 1.3%. The mean roughness value is Ra = 1.5|jm. The proportion of the silicon-rich phase in the anti-corrosion coating is approx. 13% by volume. Over 90% of the silicon-rich phase is in the form of small “islands” with an area of less than 100 pm 2 .
Das Stahlbauteil 23 umfasst weiterhin eine Diffusionsschicht 19 mit Fe3AI und Fe2AI5, die benachbart zum Stahlsubstrat 11 unterhalb des Korrosionsschutzüberzugs 13 angeordnet ist. Die Diffusionsschicht 19 grenzt also direkt an das Stahlsubstrat 11 und kontaktiert das Stahlsubstrat 11. Die Diffusionsschicht hat eine Dicke von 9|jm. Zudem umfasst das Stahlbauteil 23 eine Schicht 21 der siliziumreichen Phase 15 mit einer Dicke von 2pm, die benachbart zur Diffusionsschicht 19 unterhalb des Korrosionsschutzüberzuges 13 angeordnet ist. Die Schicht 21 der siliziumreichen Phase 15 grenzt also direkt an die Diffusionsschicht 19 an und kontaktiert die Diffusionsschicht 19. The steel component 23 also includes a diffusion layer 19 with Fe3Al and Fe2Al5, which is arranged adjacent to the steel substrate 11 below the anti-corrosion coating 13. The diffusion layer 19 is therefore directly adjacent to the steel substrate 11 and makes contact with the steel substrate 11. The diffusion layer has a thickness of 9 μm. In addition, the steel component 23 includes a layer 21 of the silicon-rich phase 15 with a thickness of 2 μm, which is arranged adjacent to the diffusion layer 19 below the anti-corrosion coating 13 . The layer 21 of the silicon-rich phase 15 is therefore directly adjacent to the diffusion layer 19 and contacts the diffusion layer 19.
Das Stahlbauteil umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel zudem eine Oxidschicht an der Oberfläche des Korrosionsschutzüberzugs mit einer Dicke von 220nm, die aufgrund der Auflösung in Figur 3b nicht sichtbar ist. In this exemplary embodiment, the steel component also includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating with a thickness of 220 nm, which is not visible due to the resolution in FIG. 3b.
Ausführungsbeispiel 4 Example 4
Aus einem 1,6mm dicken Band der Stahlsorte D gemäß Tabelle 2 mit einem beidseitigen 25pm dicken aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzug wurden Formplatinen geschnitten. Als Schneidmethode kam ein Laser zur Anwendung. Die Zusammensetzung des Schutzüberzuges zu Beginn war 8 Gew. -% Si, 3 Gew.-% Fe, 0,3 Gew.-% Mg, Rest AI. Das Auflagengewicht betrug 75j^ auf jeder Seite. Die chemische Zusammensetzung war identisch zu Ausführungsbeispiel 3. Shaped blanks were cut from a 1.6 mm thick strip of steel grade D according to Table 2 with a 25 μm thick aluminum-based anti-corrosion coating on both sides. A laser was used as the cutting method. The initial composition of the protective coating was 8 wt% Si, 3 wt% Fe, 0.3 wt% Mg, balance Al. The run weight was 75j^ on each side. The chemical composition was identical to example 3.
Diese Formplatinen wurden in einem 2-zonigen Durchlaufofen zunächst in der ersten Zone mittels eines Infrarotstrahlungsfeldes in 60 Sekunden auf über 900°C erwärmt. Die Ofentemperatur betrug 1050°C. Die Aufheizgeschwindigkeit zwischen 500°C und 700°C betrug 20 K/s. Dieser Ofenteil wies eine 02-haltige Atmosphäre mit einem Taupunkt von -15°C auf. Anschließend wurde die Platine 45 Sekunden in einem Rollenherdofen bei 920°C auf Temperatur gehalten, was oberhalb der Ac3-Temperatur liegt, die für die ausgewählte Stahlsorte etwa 860°C beträgt. Dieser Ofenteil hatte eine 02-haltige Atmosphäre mit einem Taupunkt von +20°C. In dieser Zeit kam es zu einer Vorlegierung des Korrosionsschutzüberzuges. Der Fe-Gehalt im Korrosionsschutzüberzug betrug anschließend zwischen 40 Gew.-% und 45 Gew.-%. Zudem betrug der Fe-Gehalt des Korrosionsschutzüberzugs an jedem Punkt mehr als 10 Gew.-% Fe. Der Mittenrauwert Ra beträgt bei dieser Ausführungsvariante l,3pm. These blanks were first heated in the first zone in a 2-zone continuous furnace to over 900°C in 60 seconds using an infrared radiation field. The furnace temperature was 1050°C. The heating rate between 500°C and 700°C was 20 K/s. This part of the furnace had an O 2 -containing atmosphere with a dew point of -15°C. The blank was then held for 45 seconds in a roller hearth furnace at 920°C, which is above the Ac3 temperature, which is around 860°C for the selected steel grade. This oven part had an 02-containing atmosphere with a dew point of +20°C. During this time, the anti-corrosion coating was pre-alloyed. The Fe content in the anti-corrosion coating was then between 40% by weight and 45% by weight. In addition, the Fe content of the anti-corrosion coating was more than 10% by weight Fe at each point. The mean roughness value R a is 1.3 pm in this variant.
Das Q uersch I iff bi Id des so hergestellten Stahlflachproduktes 9 ist in Figur 4a dargestellt. Auf einem Stahlsubstrat 11 ist ein Korrosionsschutzüberzug 13 angeordnet. Der Korrosionsschutzüberzug 13 umfasst eine siliziumreiche Phase 15 und eine siliziumarme Phase 17. Deutlich ist die inselförmige Verteilung der siliziumreichen Phase 15 in der siliziumarmen Phase 17 zu erkennen. Die Gebiete mit siliziumreicher Phase 15 sind dabei über einen Bereich verteilt, der eine Dicke senkrecht zur Oberfläche aufweist, die etwa 80% der Dicke des Korrosionsschutzüberzuges 13 entspricht. Es bildet sich also nicht ein einzelner schmaler Streifen mit Gebieten siliziumreicher Phasen 15 heraus, sondern die siliziumreichen Gebiete sind inselförmig über einen Streifen verteilt, der etwa 80% des Korrosionsschutzüberzuges einnimmt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass beim warmpressgeformten Stahlbauteil der oberflächennahe Bereich des Korrosionsschutzüberzuges zwischen 10 Vol.-% und 25 Vol.-% der siliziumreichen Phase aufweist. The cross section I iff picture Id of the steel flat product 9 produced in this way is shown in FIG. 4a. An anti-corrosion coating 13 is arranged on a steel substrate 11 . The anti-corrosion coating 13 comprises a silicon-rich phase 15 and a silicon-poor phase 17. The insular distribution of the silicon-rich phase 15 in the silicon-poor phase 17 can be clearly seen. The regions with a silicon-rich phase 15 are distributed over an area which has a thickness perpendicular to the surface which corresponds to approximately 80% of the thickness of the anti-corrosion coating 13 . A single, narrow strip with areas of silicon-rich phases 15 does not form, but the silicon-rich areas are distributed in islands over a strip that occupies about 80% of the anti-corrosion coating. This ensures that in the case of the hot-press formed steel component, the region of the anti-corrosion coating close to the surface has between 10% by volume and 25% by volume of the silicon-rich phase.
Bei dieser Variante des Stahlflachproduktes mit vorlegiertem Korrosionsschutzüberzug umfasst das Stahlflachprodukt eine Diffusionsschicht umfassend Fe3AI und Fe2AI5 mit einer Dicke von 3 pm, die benachbart zum Stahlsubstrat 11 angeordnet ist. Die Diffusionsschicht 19 grenzt also direkt an das Stahlsubstrat 11 und kontaktiert das Stahlsubstrat 11. Zudem umfasst der Korrosionsschutzüberzug 13 eine Schicht 21 der siliziumreichen Phase 15 mit einer Dicke von 0,5pm, die benachbart zur Diffusionsschicht 19 angeordnet ist. Die Schicht 21 der siliziumreichen Phase 15 grenzt also direkt an die Diffusionsschicht 19 an und kontaktiert die Diffusionsschicht 19. In this variant of the flat steel product with a pre-alloyed anti-corrosion coating, the flat steel product includes a diffusion layer comprising Fe3Al and Fe2Al5 with a thickness of 3 μm, which is arranged adjacent to the steel substrate 11 . The diffusion layer 19 is therefore directly adjacent to the steel substrate 11 and makes contact with the steel substrate 11 . The layer 21 of the silicon-rich phase 15 is therefore directly adjacent to the diffusion layer 19 and contacts the diffusion layer 19.
Das Stahlflachprodukt umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel zudem eine Oxidschicht an der Oberfläche des Korrosionsschutzüberzugs mit einer Dicke von llOnm, die aufgrund der Auflösung in Figur 4a nicht sichtbar ist. In this exemplary embodiment, the flat steel product also includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating with a thickness of 110 μm, which is not visible due to the resolution in FIG. 4a.
Die so behandelten Formplatinen wurden in einem separaten Prozessschritt in einem Kontakt- Erwärmungsprozess durch Wärmeleitung weiterverarbeitet. Die Erwärmungsdauer auf die Umformtemperatur von 900° betrug 12 Sekunden. Anschließend wurde die Platine bei dieser Temperatur in einem Rollenherdofen für weitere 110 Sekunden auf dieser Temperatur gehalten. Dabei kam es zur vollständigen Austenitisierung des Stahlsubstrates und zur Durchlegierung des Korrosionsschutzüberzuges. Die Erwärmungsdauer betrug daher 122 Sekunden. Aufgrund des vorlegierten Korrosionsschutzüberzuges kam es zu keinerlei Anhaftungen an den Kontaktplatten bzw. Ofenrollen. Auch blieb die Schichtdicke des Korrosionsschutzüberzuges über die Plattenfläche konstant. The molded blanks treated in this way were further processed in a separate process step in a contact heating process using heat conduction. The heating time to the forming temperature of 900° was 12 seconds. The blank was then held at this temperature in a roller hearth oven for a further 110 seconds. There it came for complete austenitization of the steel substrate and for thorough alloying of the anti-corrosion coating. The heating time was therefore 122 seconds. Due to the pre-alloyed anti-corrosion coating, there was no adhesion to the contact plates or furnace rollers. The layer thickness of the anti-corrosion coating also remained constant over the panel surface.
Der Korrosionsschutzüberzug enthielt nach dem Warmpressformhärten durchschnittlich 58 Gew.- % Fe und wies siliziumreiche Gebiete mit Si Gehalten zwischen 11% und 16% auf. Der Korrosionsschutzüberzug wies oberhalb der Diffusionsschicht keine klare Schichtung der siliziumreichen und der siliziumarmen Gebiete auf. Stattdessen ist die siliziumreiche Phase inselförmig in der siliziumarmen Phase verteilt. Dies hat zur Folge, dass im oberflächennahen Bereich sowohl siliziumarme, als auch siliziumreiche Phasen vorhanden sind. Sowohl die Fügeigenschaften, als auch die Lackhaftungseigenschaften fielen deshalb besser aus als bei marktüblichen aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzügen, bei denen sich eine Schichtung mit einer durchgehenden siliziumarmen Schicht im oberflächennahen Bereich ausbildet. After hot press form hardening, the anti-corrosion coating contained an average of 58% by weight Fe and had silicon-rich areas with Si contents between 11% and 16%. The anti-corrosion coating did not show a clear stratification of the silicon-rich and silicon-poor regions above the diffusion layer. Instead, the silicon-rich phase is distributed in islands in the silicon-poor phase. As a result, both silicon-poor and silicon-rich phases are present in the near-surface area. Both the joining properties and the paint adhesion properties were therefore better than with commercially available aluminium-based anti-corrosion coatings, in which a layer with a continuous low-silicon layer is formed in the area close to the surface.
Das Querschliffbild des so hergestellten Stahlbauteils 23 ist in Figur 4b. dargestellt. Auf einem Stahlsubstrat 11 ist ein Korrosionsschutzüberzug 13 angeordnet. Der Korrosionsschutzüberzug 13 umfasst eine siliziumreiche Phase 15 und eine siliziumarme Phase 17. Deutlich ist die inselförmige Verteilung der siliziumreichen Phase 15 in der siliziumarmen Phase 17 zu erkennen. Der oberflächennahe Bereich weist ca. 17 Vol.-% der siliziumreichen Phase 15 auf. Zudem weist der Korrosionsschutzüberzug 13 und die Diffusionsschicht 19 zusammen einen Porenanteil von 1,2 % auf. Der Mittenrauwert beträgt Ra =l,5pm. Der Anteil der siliziumreichen Phase am Korrosionsschutzüberzug beträgt 10,5 Vol.-%. Über 90% der siliziumreichen Phase liegt in Form von kleinen „Inseln“ vor, deren Flächeninhalt kleiner ist als 100pm2. The cross section of the steel component 23 produced in this way is shown in FIG. 4b. shown. An anti-corrosion coating 13 is arranged on a steel substrate 11 . The anti-corrosion coating 13 comprises a silicon-rich phase 15 and a silicon-poor phase 17. The insular distribution of the silicon-rich phase 15 in the silicon-poor phase 17 can be clearly seen. The area close to the surface has approximately 17% by volume of the silicon-rich phase 15 . In addition, the anti-corrosion coating 13 and the diffusion layer 19 together have a porosity of 1.2%. The average roughness is R a =1.5pm. The proportion of the silicon-rich phase in the anti-corrosion coating is 10.5% by volume. Over 90% of the silicon-rich phase is in the form of small “islands” with an area of less than 100 pm 2 .
Das Stahlbauteil 23 umfasst weiterhin eine Diffusionsschicht 19 mit Fe3AI und Fe2AI5, die benachbart zum Stahlsubstrat 11 unterhalb des Korrosionsschutzüberzugs 13 angeordnet ist. Die Diffusionsschicht 19 grenzt also direkt an das Stahlsubstrat 11 und kontaktiert das Stahlsubstrat 11. Die Diffusionsschicht hat eine Dicke von 5pm. Zudem umfasst das Stahlbauteil 23 eine Schicht 21 der siliziumreichen Phase 15 mit einer Dicke von lpm, die benachbart zur Diffusionsschicht 19 unterhalb des Korrosionsschutzüberzuges 13 angeordnet ist. Die Schicht 21 der siliziumreichen Phase 15 grenzt also direkt an die Diffusionsschicht 19 an und kontaktiert die Diffusionsschicht 19. Das Stahlbauteil umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel zudem eine Oxidschicht an der Oberfläche des Korrosionsschutzüberzugs mit einer Dicke von 170nm, die aufgrund der Auflösung in Figur 4b nicht sichtbar ist. The steel component 23 also includes a diffusion layer 19 with Fe3Al and Fe2Al5, which is arranged adjacent to the steel substrate 11 below the anti-corrosion coating 13. The diffusion layer 19 is therefore directly adjacent to the steel substrate 11 and makes contact with the steel substrate 11. The diffusion layer has a thickness of 5 μm. In addition, the steel component 23 comprises a layer 21 of the silicon-rich phase 15 with a thickness of 1 μm, which is arranged adjacent to the diffusion layer 19 below the anti-corrosion coating 13 . The layer 21 of the silicon-rich phase 15 is therefore directly adjacent to the diffusion layer 19 and contacts the diffusion layer 19. In this exemplary embodiment, the steel component also includes an oxide layer on the surface of the anti-corrosion coating with a thickness of 170 nm, which is not visible due to the resolution in FIG. 4b.
Weitere Ausführungsbeispiele Further exemplary embodiments
In der nachfolgenden Tabelle sind für verschieden dicke Formplatinen die Verfahrensparameter angegeben. Die Stahlsorte des Stahlsubstrates ist ebenfalls in der Tabelle angegeben. Alle Formplatinen umfassen einem beidseitigen 25 pm dicken aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzug. Die Zusammensetzung des Schutzüberzuges zu Beginn war 9 Gew.-% Si, 3 Gew.-% Fe, Rest AL Das Auflagengewicht betrug 70^ auf jeder Seite. The table below shows the process parameters for blanks of different thicknesses. The steel grade of the steel substrate is also given in the table. All molded blanks include a 25 µm thick aluminium-based anti-corrosion coating on both sides. The initial composition of the protective coating was 9 wt% Si, 3 wt% Fe, balance AL. The overlay weight was 70^ on each side.
Diese Formplatinen wurden in einem 2-zonigen Durchlaufofen zunächst in der ersten Zone bei 1050°C Ofentemperatur auf über 900°C erwärmt. Die Aufheizgeschwindigkeit zwischen 500°C und 700°C lag in allen Fällen bei mehr als lOK/s. Anschließend wurden die Platine für die in Tabelle 1 angegebene Haltezeit in der zweiten Zone bei einer Temperatur von 950°C gehalten. In a 2-zone continuous furnace, these molded blanks were initially heated to over 900°C in the first zone at a furnace temperature of 1050°C. The heating rate between 500°C and 700°C was more than 10K/s in all cases. The blank was then held in the second zone at a temperature of 950° C. for the holding time given in Table 1.
Die so behandelten Formplatinen wurden an anderer Stelle in einer Warmumformlinie weiterverarbeitet. Die Weiterverarbeitung erfolgte an einem kurzen Warmumformofen bei 900°C bzw. 920°C Umformtemperatur. Anschließend wurden die Dicke der Diffusionsschicht, die Schweißbarkeit, die Lackhaftung und der Werkzeugabrieb ermittelt. The shaped blanks treated in this way were further processed elsewhere on a hot forming line. Further processing took place in a short hot forming furnace at a forming temperature of 900°C or 920°C. The thickness of the diffusion layer, weldability, paint adhesion and tool wear were then determined.
Die Schweißbarkeit wurde als Eignung für das Widerstandspunktschweißen nach SEP1220-2 ermittelt. The weldability was determined as suitability for resistance spot welding according to SEP1220-2.
Zur Ermittlung der Lackhaftung wurde zum einen ein Steinschlagtest gemäß EN ISO 20567 durchgeführt. Die lackierte Probe wird definiert mit einer definierten Menge "Korund" beschossen und einem VDA-Korrosionstest ausgesetzt. Zum anderen wurde die Lackhaftung auch nach EN ISO 2409 (Gitterschnittprüfung) ermittelt. Dabei wird die lackierte Probe definiert im Kreuzmuster bis zur metallischen Schutzschicht geritzt und ebenfalls dem VDA-Korrosionstest ausgesetzt. A stone impact test according to EN ISO 20567 was carried out to determine the paint adhesion. The painted sample is bombarded with a defined amount of "corundum" and subjected to a VDA corrosion test. On the other hand, the paint adhesion was also determined according to EN ISO 2409 (cross-cut test). The painted sample is scratched in a defined cross pattern up to the metallic protective layer and also subjected to the VDA corrosion test.
Der Werkzeugabrieb wurde ermittelt, indem die pulverförmigen und anhaftenden Rückstände im Werkzeug nach einer bestimmten Anzahl erzeugter Bauteile entfernt und gravimetrisch bestimmt wurden. In der Tabelle 1 ist die Masse des Abriebs nach 100 umgeformten Bauteilen bezogen auf 1 Quadratmeter beschichtetes Material angegeben. Ab 100g Abrieb pro 1000 Bauteile (d.h. 10 g pro 100 Bauteile) könnten außerplanmäßige Reinigungsaktionen notwendig werden. Daher werden Werte unter 10g /100 Bauteile als vertretbar angesehen. The tool abrasion was determined by removing the powdery and adhering residues in the tool after a certain number of components had been produced and determining them gravimetrically. In Table 1, the mass of abrasion after 100 formed components is based on 1 square meter coated material specified. From 100 g abrasion per 1000 components (ie 10 g per 100 components) unscheduled cleaning actions could become necessary. Therefore, values below 10g / 100 components are considered acceptable.

Claims

32 Patentansprüche 32 patent claims
1. Verfahren zum Herstellen eines Stahlflachproduktes (9) mit einem vorlegierten Korrosionsschutzüberzug (13) umfassend mindestens die folgenden Schritte: 1. A method for producing a steel flat product (9) with a pre-alloyed anti-corrosion coating (13) comprising at least the following steps:
- Zurverfügungstellung eines beschichteten Stahlflachproduktes (9) umfassend ein Stahlsubstrat (11) mit einem mindestens auf einer Seite des Stahlsubstrats (11) vorhandenen aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzug (13), welcher 0,5 - 15 Gew.-% Silizium, optional bis zu 5 Gew.-% Eisen, optional bis zu 5 Gew.-% Alkalioder Erdalkalimetalle und optional bis zu 15 Gew.-% Zn optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium enthält. - Provision of a coated flat steel product (9) comprising a steel substrate (11) with an aluminium-based anti-corrosion coating (13) present at least on one side of the steel substrate (11) and containing 0.5-15% by weight silicon, optionally up to 5% by weight -% iron, optionally up to 5% by weight of alkali or alkaline earth metals and optionally up to 15% by weight of Zn, optional further components, the total content of which is limited to a maximum of 2.0% by weight, and the remainder contains aluminum.
- Wärmebehandeln des beschichteten Stahlflachproduktes (9) umfassend die folgenden Teilschritte: i. Erhitzen des beschichteten Stahlflachproduktes (9) in einem Ofen bei einer Ofentemperatur T zwischen 950°C und 1150°C und einer Verweildauer tvim Ofen zwischen 40s und 150s, wobei die Ofentemperatur derart gewählt wird, dass die Aufheizgeschwindigkeit des beschichteten Stahlflachproduktes (9) im Temperaturbereich von 500°C bis 700°C mehr als 10 K/s beträgt. ii. Halten des beschichteten Stahlflachproduktes (9) auf einer Temperatur oberhalb von Ac3 für eine Haltezeit zwischen 20s und 60s. - Heat treatment of the coated flat steel product (9) comprising the following sub-steps: i. Heating the coated steel flat product (9) in a furnace at a furnace temperature T between 950°C and 1150°C and a residence time tv in the furnace between 40s and 150s, the furnace temperature being chosen such that the heating rate of the coated steel flat product (9) in the temperature range from 500°C to 700°C is more than 10 K/s. ii. Holding the coated steel flat product (9) at a temperature above Ac3 for a holding time between 20s and 60s.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrosionsschutzüberzug (13) auf beiden Seiten des Stahlsubstrats (11) angeordnet ist und ein beidseitiges Auflagengewicht r zwischen 50^ und 200^ aufweist, wobei für die Verweildauer tv gilt: wobei 2. The method according to claim 1, characterized in that the anti-corrosion coating (13) is arranged on both sides of the steel substrate (11) and has a coating weight r on both sides of between 50^ and 200^, the dwell time t v being as follows: whereby
T = Ofentemperatur in °C 33 d = Dicke des Stahlflachproduktes (9) in mm tv = Verweildauer im Ofen in s r = beidseitiges Auflagengewicht in Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aluminiumbasierte Korrosionsschutzüberzug (13) 0,5 - 15 Gew.-% Silizium, optional bis zu 5 Gew.-% Eisen, optional bis zu 5 Gew.-% Magnesium, Rest Aluminium enthält. Stahlflachprodukte (9) mit einem vorlegierten Korrosionsschutzüberzug (13) umfassend ein Stahlsubstrat (11) mit einem mindestens auf einer Seite des Stahlsubstrats (11) vorhandenen, vorlegierten, aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzug (13), insbesondere hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der durchschnittliche Fe-Gehalt des Korrosionsschutzüberzuges (13) 30 - 45 Gew.-% beträgt und wobei der Korrosionsschutzüberzug (13) umfasst: T = oven temperature in °C 33 d = thickness of the steel flat product (9) in mm tv = residence time in the furnace in sr = coating weight on both sides in Method according to one of the preceding claims, characterized in that the aluminium-based anti-corrosion coating (13) contains 0.5 - 15% by weight silicon, optionally up to 5% by weight iron, optionally up to 5% by weight magnesium, the remainder aluminium contains. Flat steel products (9) with a pre-alloyed anti-corrosion coating (13) comprising a steel substrate (11) with a pre-alloyed, aluminium-based anti-corrosion coating (13) present at least on one side of the steel substrate (11), in particular produced according to one of claims 1 to 2, characterized that the average Fe content of the anti-corrosion coating (13) is 30 - 45% by weight and the anti-corrosion coating (13) comprises:
- eine siliziumarme Phase (17), welche neben unvermeidbaren Verunreinigungen 1- a silicon-poor phase (17), which, in addition to unavoidable impurities 1
- 10 Gew.-% Si, 10 - 50 Gew.-% Fe, bis zu 1 Gew.-% Mn und 40 - 80 Gew.-% Aluminium enthält, - 10% by weight Si, 10 - 50% by weight Fe, up to 1% by weight Mn and 40 - 80% by weight aluminum,
- eine siliziumreiche Phase (15), welche neben unvermeidbaren Verunreinigungen 10 - 15 Gew.-% Si, 25 - 50 Gew.-% Fe, bis zu 1 Gew.-% Mn und 40 - 80 Gew.-% Aluminium enthält, wobei die siliziumreiche Phase inselförmig in der siliziumarmen Phase verteilt ist. Stahlflachprodukt (9) mit vorlegiertem Korrosionsschutzüberzug (13) nach Anspruch 4, umfassend: - a silicon-rich phase (15) which, in addition to unavoidable impurities, contains 10-15% by weight Si, 25-50% by weight Fe, up to 1% by weight Mn and 40-80% by weight aluminum, wherein the silicon-rich phase is distributed in islands in the silicon-poor phase. Steel flat product (9) with a pre-alloyed anti-corrosion coating (13) according to claim 4, comprising:
- eine Diffusionsschicht (19) umfassend Fe3AI und Fe2AI5 mit einer Dicke zwischen lpm und 6pm, die benachbart zum Stahlsubstrat (11) angeordnet ist. Stahlflachprodukt (9) mit vorlegiertem Korrosionsschutzüberzug (13) nach Anspruch 5, umfassend: eine Schicht (21) der siliziumreichen Phase mit einer Dicke zwischen lpm und 3pm, die benachbart zur Diffusionsschicht (19) angeordnet ist. Verfahren zum Herstellen eines Stahlbauteils mit einem durchlegierten Korrosionsschutzüberzug (13) umfassend mindestens die folgenden Schritte: - a diffusion layer (19) comprising Fe3Al and Fe2Al5 with a thickness between 1pm and 6pm, which is arranged adjacent to the steel substrate (11). Steel flat product (9) with a pre-alloyed anti-corrosion coating (13) according to claim 5, comprising: a layer (21) of the silicon-rich phase with a thickness between 1pm and 3pm, located adjacent to the diffusion layer (19). Method for producing a steel component with an alloyed anti-corrosion coating (13) comprising at least the following steps:
- Zurverfügungstellen eines Stahlflachproduktes (9) mit einem vorlegierten Korrosionsüberzug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, insbesondere Herstellen eines Stahlflachproduktes (9) mit einem vorlegierten Korrosionsschutzüberzug (13) nach Anspruch 1 bis 3, - Providing a flat steel product (9) with a pre-alloyed anti-corrosion coating according to one of Claims 4 to 6, in particular producing a flat steel product (9) with a pre-alloyed anti-corrosion coating (13) according to Claims 1 to 3,
- Erhitzen des Stahlflachproduktes (9) mit vorlegierten Korrosionsschutzüberzug (13) auf eine Umformtemperatur Tu zwischen Ac3 und 950°C für eine Erwärmungsdauer tE zwischen 2s und 600s, bevorzugt 20s und 400s, besonders bevorzugt 60s und 240s, wobei das Erhitzen insbesondere mittels konduktiver Schnellaufheizung, induktiver Schnellaufheizung, oder Kontaktschnellaufheizung erfolgt. Verfahren zum Herstellen eines Stahlbauteils mit einem durchlegierten Korrosionsschutzüberzug (13) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Erwärmungsdauer fr gilt: wobei - Heating the steel flat product (9) with a pre-alloyed anti-corrosion coating (13) to a forming temperature Tu between Ac3 and 950°C for a heating time t E between 2s and 600s, preferably 20s and 400s, particularly preferably 60s and 240s, the heating being carried out in particular by means of conductive Fast heating, inductive fast heating, or contact fast heating takes place. Method for producing a steel component with a fully alloyed anti-corrosion coating (13) according to Claim 7, characterized in that the following applies to the heating period fr: whereby
Tu = Umformtemperatur d = Dicke des Stahlflachproduktes (9) in mm tE = Erwärmungsdauer in s Verfahren zum Herstellen eines Stahlbauteils (23) mit einem durchlegierten Korrosionsschutzüberzug (13) nach einem der Ansprüche 7 bis 8 umfassend: Tu = forming temperature d = thickness of the steel flat product (9) in mm tE = heating time in s
- Umformen des Stahlflachproduktes (9) in einem Umformwerkzeug zu einem Stahlbauteil Stahlbauteil (23) mit einem durchlegierten Korrosionsschutzüberzug (13), umfassend ein Stahlsubstrat (11) mit einem mindestens auf einer Seite des Stahlsubstrats (11) vorhandenen durchlegierten, aluminiumbasierten Korrosionsschutzüberzug (13), insbesondere hergestellt nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der durchlegierte Korrosionsschutzüberzug (13) umfasst: - Forming of the steel flat product (9) in a forming tool to form a steel component Steel component (23) with an alloyed anti-corrosion coating (13), comprising a steel substrate (11) with an alloyed, aluminium-based anti-corrosion coating (13) present at least on one side of the steel substrate (11), in particular produced according to one of Claims 7 to 9, characterized that the alloyed anti-corrosion coating (13) includes:
- eine siliziumarme Phase (17), welche neben unvermeidbaren Verunreinigungen 1 - 10 Gew.-% Si, 40 - 60 Gew.-% Fe, bis zu 1 Gew.-% Mn und 30 - 60 Gew.-% Aluminium enthält, - a low-silicon phase (17) which, in addition to unavoidable impurities, contains 1-10% by weight Si, 40-60% by weight Fe, up to 1% by weight Mn and 30-60% by weight aluminum,
- eine siliziumreiche Phase (15), welche neben unvermeidbaren Verunreinigungen 10 - 15 Gew.-% Si, 40 - 70 Gew.-% Fe, bis zu 1 Gew.-% Mn und 40 - 80 Gew.-% Aluminium enthält, wobei die siliziumreiche Phase inselförmig in der siliziumarmen Phase verteilt ist und wobei die inselförmige Verteilung der siliziumreichen Phase (15) in der siliziumarmen Phase (17) derart ist, dass der Korrosionsschutzüberzug (13) zwischen 10 Vol.-% und 25 Vol.-% der siliziumreichen Phase aufweist. Stahlbauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der siliziumreichen Phase (17) am durchlegierten Korrosionsschutzüberzug (13) kleiner ist als 20 Vol.- %. Stahlbauteil nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlbauteil (23) umfasst: - A silicon-rich phase (15) which, in addition to unavoidable impurities, contains 10-15% by weight Si, 40-70% by weight Fe, up to 1% by weight Mn and 40-80% by weight aluminum, wherein the silicon-rich phase is distributed in islands in the silicon-poor phase and the insular distribution of the silicon-rich phase (15) in the silicon-poor phase (17) being such that the anti-corrosion coating (13) comprises between 10% and 25% by volume of the has silicon-rich phase. Steel component according to Claim 10, characterized in that the proportion of the silicon-rich phase (17) in the fully alloyed anti-corrosion coating (13) is less than 20% by volume. Steel component according to one of claims 10 to 11, characterized in that the steel component (23) comprises:
- eine Diffusionsschicht (19) umfassend Fe3AI und Fe2AI5 mit einer Dicke zwischen lpm und 20pm, die benachbart zum Stahlsubstrat (11) angeordnet ist. Stahlbauteil nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlbauteil (23) umfasst: eine Schicht (21) der siliziumreichen Phase mit einer Dicke zwischen lpm und 3pm, die benachbart zur Diffusionsschicht (19) angeordnet ist. - a diffusion layer (19) comprising Fe3Al and Fe2Al5 with a thickness between 1pm and 20pm, which is arranged adjacent to the steel substrate (11). Steel component according to claim 12, characterized in that the steel component (23) comprises: a layer (21) of the silicon-rich phase with a thickness between 1pm and 3pm, located adjacent to the diffusion layer (19).
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