EP4412777A1 - Verfahren zum dressieren eines stahlblechs, dressiertes stahlblech und daraus hergestelltes bauteil - Google Patents

Verfahren zum dressieren eines stahlblechs, dressiertes stahlblech und daraus hergestelltes bauteil

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Publication number
EP4412777A1
EP4412777A1 EP22799875.4A EP22799875A EP4412777A1 EP 4412777 A1 EP4412777 A1 EP 4412777A1 EP 22799875 A EP22799875 A EP 22799875A EP 4412777 A1 EP4412777 A1 EP 4412777A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steel sheet
skin
component
rpc
passing
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
EP22799875.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Burak William Cetinkaya
Fabian JUNGE
Oliver Vogt
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP4412777A1 publication Critical patent/EP4412777A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/22—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
    • B21B1/227—Surface roughening or texturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/38—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling sheets of limited length, e.g. folded sheets, superimposed sheets, pack rolling
    • B21B2001/383—Cladded or coated products

Definitions

  • the invention relates to a method for skin-passing a steel sheet, a skin-passed steel sheet, and a component produced therefrom.
  • Skin-passing of steel plate uses two skin-pass rolls in a skin-pass mill, through which the steel plate is passed, so that the upper skin-pass roll acts on the top and lower skin-pass roll on the bottom of the steel plate, and the surfaces on the top and bottom of the steel plate depending on the texture imprint a corresponding structure on the skin-pass rollers.
  • the pair of temper rolls is usually manufactured with the same texturing process and texture parameters in order to make the top and bottom of the steel sheet as uniform as possible.
  • the same design of the topography of the top and bottom does not always meet the conditions and requirements of the subsequent processing at the OEM.
  • the forming process is an example of an automobile manufacturer's process in which different stresses are placed on the sides of the sheet metal: - During the forming process, different stresses occur on the steel sheet in the different areas of the tool. Depending on the component, the demands on the friction behavior of the steel sheet in the locally stressed areas are different.
  • the steel sheet is to be held in the flange area, for example, so that the steel sheet can be sufficiently stretched in the punch area, which can usually be up to 5%.
  • the stretching should take place as uniformly as possible over the stamp in order to avoid localization or constriction, which can lead to crack formation.
  • Such demands on the surface generally apply to all components where the flow of material is to be reduced in the flange area; and the phosphating process: -
  • the bodywork goes through a cleaning/phosphating/painting line, where the bodywork can be dipped, sprayed or dipped and sprayed during cleaning and/or phosphating.
  • topography of a steel sheet side usually represented by roughness parameters, therefore has a significant influence on the further processing properties.
  • Rougher topographies have a positive effect on the reactivity of the surface in the cleaning and bonding process.
  • rougher surfaces usually have lower coefficients of friction because the oil retention capacity is improved. In order to be able to guarantee optimal results when forming or when phosphating sheet steel Z component surfaces, it could therefore make sense to provide the top and bottom of a sheet steel with different topographies.
  • the object of the invention is therefore, in addition to a method for skin-passing a steel sheet, also to specify a skin-passed steel sheet in order to enable different configurations of the upper and lower sides of the steel sheet, which have a positive effect on both the forming and the phosphating process.
  • a first teaching of the invention relates to a method for skin-passing a steel sheet, the steel sheet being passed between two skin-passing rolls in a skin-passing stand, the first skin-passing roll acting on the upper side of the steel sheet and the second skin-passing roll on the underside of the steel sheet, and through the skin-passing one in each case
  • Surface structure is embossed on the upper and lower side of the steel sheet, so that the surface structure on the upper side of the steel sheet differs from the surface structure on the lower side of the steel sheet in such a way that the structural parameters selected from the group comprising the arithmetic mean roughness value Ra, skewness Rsk, Peak number Rpc, peak-to-valley height Rz, developed interface ratio Sdr, contact area T and void volume L, of which the respective surface structures have a maximum relative deviation in comparison to one another, which are defined as follows:
  • skin-pass rolls are used which have different textures and are able to produce different topographies on the top and bottom of the steel sheet, with at least one, in particular several or preferably all of the aforementioned conditions with regard to the setting of the different structural parameters must be met in order to be able to provide a positive effect on both the forming and the phosphating process in the subsequent process.
  • the surface (positive form) of the skin-pass roller forms a surface structure through the action of force on the surface of the coated steel sheet in particular, which is thus only partially embossed in the surface (negative form) of the steel sheet.
  • a defined surface topography on a skin-pass roll can be generated in particular by laser texturing.
  • Methods and devices for producing laser-textured temper rolls are prior art, cf. EP 2 892 663 p.
  • a deterministic or a pseudo-stochastic topography is preferably introduced into the surface of the skin-passing roll or the skin-passing roll blank by means of material removal by means of a laser.
  • Deterministic surface topography/surface structure is to be understood as meaning recurring surface structures which have a defined shape and/or design, see also EP 2 892 663 B1.
  • this also includes surfaces with a pseudo-stochastic appearance, which, however, are applied by means of a deterministic texturing process and are therefore composed of deterministic form elements.
  • EDT methods known in the prior art are used to generate a stochastic surface topography on a skin-pass roller.
  • the invention relates to a skin-coated steel sheet with a surface structure on the upper side and the lower side of the steel sheet, see above that the surface structure on the upper side of the steel sheet differs from the surface structure on the lower side of the steel sheet in such a way that the structural parameters selected from the group comprising the arithmetic average roughness Ra, skewness Rsk, peak number Rpc, surface roughness Rz, developed interface ratio Sdr, contact area T and Empty volume L, the respective surface structures have a maximum relative deviation in comparison to each other, which are defined as follows:
  • Sheet steel is generally to be understood as meaning a flat steel product which can be provided in the form of sheet metal (sheet) or in the form of a blank (blank) or in strip form (steel strip).
  • At least one side of the steel sheet has a deterministic surface structure.
  • the top and bottom can each have a deterministic surface structure.
  • one of the sides of the steel sheet can have a deterministic surface structure and the other side a stochastic surface structure, see for example EP 2 006 037 B1.
  • the cut-off wavelength X GG is defined from DIN EN ISO 4288 (e.g. April 1998 edition), Item 7 Table 1, since an aperiodic profile with a roughness of the texture between 2 and 10 pm is assumed and thus an individual measurement section of 2. 5 mm, which thus corresponds to X GG , is required.
  • a surface profile is to be understood as meaning a progression or a profile of the surface structure in section along a defined measuring section. The roughness profile is filtered from the surface profile, with long-wave components with a wavelength greater than 2.5 mm being cut off.
  • the structure parameters Ra, Rsk, Rpc, Rz and Sdr can be determined or determined on skin-passed sheet steel, as specified in DIN EN ISO 4288.
  • the contact area T results from the ratio of the surface area of depths and elevations per sheet steel side.
  • the void volume L is the volume of depths per steel sheet side.
  • T and L can be determined using confocal microscopy.
  • the surface to be examined can be scanned with a lateral resolution of less than 3.3 pm, for example, and a height value can be assigned to each scanned point with a resolution of less than 150 nm in the z-direction, for example, so that the topography of the surface is measured by the scan .
  • measurements are preferably carried out using confocal microscopy, in which case a measurement area of, for example, 4 ⁇ 4 mm 2 or larger can be considered.
  • the determination of the structure parameters is state of the art. At least one of the conditions of the aforementioned structural parameters must be met. In particular, two or more conditions of the aforementioned structural parameters can also be met. Preferably, all of the conditions of the aforementioned structural parameters can be met.
  • the calculation of the relative deviations in % results from the difference (amount) of the structure parameters of the upper and lower side normalized to the larger structure parameter.
  • the relative deviation is determined from: I structure parameter small - structure parameter large I / structure parameter large.
  • Sdr> 40% preferably Sdr> 50%, preferably Sdr> 60% and / or
  • T> 15% preferably T> 20%, preferably? > 25% and/or
  • the steel sheet skin-passed according to the invention can be uncoated or preferably coated. If the steel sheet is coated, the coating of the coated steel sheet includes a metallic coating.
  • the steel sheet is coated with a zinc-based coating, which is applied by hot-dip coating, wherein in addition to zinc and unavoidable impurities, additional elements such as aluminum with a content of up to 5 wt .-% and / or magnesium with a Content of up to 5 wt .-% may be included in the coating.
  • additional elements such as aluminum with a content of up to 5 wt .-% and / or magnesium with a Content of up to 5 wt .-% may be included in the coating.
  • Steel sheets with zinc-based Coatings have very good cathodic protection against corrosion, which have been used in automobile construction for years. If improved protection against corrosion is provided, the coating additionally has magnesium with a content of at least 0.3% by weight, in particular at least 0.6% by weight, preferably at least 0.9% by weight.
  • Aluminum can be present as an alternative or in addition to magnesium with a content of at least 0.1% by weight, in particular at least 0.3% by weight, in order, for example, to improve the bonding of the coating to the steel sheet and in particular the diffusion of iron from the steel sheet into the coating during a heat treatment of the coated steel sheet, so that, for example, good adhesive properties can be ensured.
  • the thickness of the coating can be between 1.5 and 15 ⁇ m, in particular between 2 and 12 ⁇ m, preferably between 3 and 10 ⁇ m.
  • Skin-passing when providing a steel sheet with a hot-dip coating usually takes place after the coating, ie a surface structure is embossed on the top and bottom of the steel sheet on the coated steel sheet.
  • the steel sheet is coated with a zinc-based coating, which is applied by electrolytic coating.
  • the thickness of the coating can be between 1.5 and 15 ⁇ m, in particular between 2 and 12 ⁇ m, preferably between 3 and 10 ⁇ m.
  • Skin-passing when providing a steel sheet with a coating coated by means of electrolytic coating usually takes place before coating, ie a surface structure is embossed on the upper and lower side of the steel sheet on the uncoated steel sheet.
  • the invention relates to a component with an outer side and an inner side, which is produced in particular from a steel sheet tempered according to the invention, the outer side having the higher value relative to the inner side has at least two, in particular at least one, preferably at least four, preferably at least five of the following structural parameters: Ra, Rsk, Rpc, Rz, Sdr, T and L.
  • the invention relates to a component with an outer side and an inner side, which is produced in particular from a steel sheet tempered according to the invention, the outer side preferably having the lower value based on at least two, in particular at least one, preferably at least four, compared to the inner side has at least five of the following structural parameters: Ra, Rsk, Rpc, Rz, Sdr, T and L.
  • Manufactured components such as shell parts or deep-drawn parts, have an outside and inside. It is to be understood here that the outside can be the visible side and the inside can be the side correspondingly turned away.
  • Components according to the invention are therefore particularly preferably used in vehicle construction, so that the example of a component according to the invention, which is an outer skin part, can be used to illustrate which side is the outside, i.e. the visible side on the vehicle when installed.
  • the inside is correspondingly turned away, pointing in the direction of the vehicle interior and is usually covered by add-on parts and is therefore not visible, for example in the case of moving parts such as doors and flaps, but also vehicle roofs, fenders, etc.
  • the component is phosphated.
  • the component is painted.
  • deterministic surface structures react more sensitively to the amount of oil applied than stochastic surface structures. This is due to the fact that stochastic surface structures are generally characterized as open structures and have less steep surface profiles. In contrast, defined, deterministic surface structures usually show a closed structure with considerably steeper surface profiles. Therefore, the transition to reduced lubrication is more abrupt in deterministic surface structures than in stochastic surface structures, where this transition is more fluid. Below a specified limiting quantity of lubrication (limiting oil quantity), the coefficients of friction increase sharply with deterministic surface structures, since closed structures The medium (oil) is absorbed locally or more strongly bound in the lubricant pockets created in this way.
  • deterministic surface structures or the targeted profile design it is possible to adjust the transition to insufficient lubrication.
  • steel sheets With the invention and deterministic surface structures that are pronounced on at least one side, preferably on both sides, steel sheets can be produced which therefore also have different tribological properties on the top and bottom side of the steel sheet.
  • a sheet steel according to the invention can be used particularly advantageously in sheet metal forming, since it can have coefficient of friction profiles that are adapted to the surface pressure in the different tool areas (stamp area vs. flange area). In this way, the tribological requirements made by a drawing process, for example, can be optimally met in these tool areas.
  • the side on which the stamp acts can be the inside of the component, which compared to the outside, for example, has the lower value based on at least two, in particular at least one, preferably at least four, preferably at least five of the following structural parameters: Ra , Rsk, Rpc, Rz, Sdr, T and L.
  • an extension of 3-5% in the area of the punch area is aimed for, with drawing tools with punches, dies or drawing rings and hold-down devices being used, for example.
  • drawing tools with punches, dies or drawing rings and hold-down devices being used, for example.
  • a low coefficient of friction in the area of the punch particularly in the area of the bottom of the punch, is advantageous, since in this way a uniform stretching of the material can be ensured.
  • the sheet steel should be held in the flange area between the hold-down device and the die/drawing ring.
  • a high coefficient of friction is again advantageous for this.
  • the sheet steel according to the invention makes use of the fact that the sheet metal side facing the stamp is designed in such a way that the coefficient of friction in the area of the surface pressure prevailing there is as low as possible. In contrast, the sheet metal side facing away from the stamp is designed in such a way that the highest possible coefficient of friction is achieved. In this way it can be ensured that the material can be stretched out in the punch area and held in the flange area.
  • pseudo-stochastic surface structures with repeating deterministic structures have a sheet metal topography that is more open than the deterministic surface structure and therefore have a relatively lower coefficient of friction in the area of low surface pressure.
  • Open sheet metal topographies can also be advantageous for the wetting of aqueous process media, so that the effect of different topographies on the upper and lower side of the steel sheet or the component (e.g. deterministic surface structure on the outside and pseudo-stochastic surface structures on the inside) in the area of automotive pretreatment ( cleaning and phosphating) can have a positive effect. Similar to the forming process described above, the top and bottom sides of the steel sheet are treated differently in the pre-treatment process.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dressieren eines Stahlblechs, ein dressiertes Stahlblech sowie ein daraus hergestelltes Bauteil.

Description

Verfahren zum Dressieren eines Stahlblechs, dressiertes Stahlblech und daraus hergestelltes Bauteil
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dressieren eines Stahlblechs, ein dressiertes Stahlblech, sowie ein daraus hergestelltes Bauteil.
Beim Dressieren von Stahlblech werden zwei Dressierwalzen in einem Dressiergerüst verwendet, durch welches das Stahlblech geführt wird, so dass dabei die obere Dressierwalze auf die Oberseite und untere Dressierwalze auf die Unterseite des Stahlblechs einwirken und den Oberflächen auf Ober- und Unterseite des Stahlblechs je nach Textur der Dressierwalzen eine entsprechende Struktur aufprägen. Das Dressierwalzenpaar wird üblicherweise mit den gleichen Texturierverfahren und Texturparametern hergestellt, um die Ober- und Unterseite des Stahlbleches möglichst einheitlich zu gestalten. Die gleiche Ausgestaltung der Topografien von Ober- und Unterseite wird jedoch den Gegebenheiten und Anforderungen der beim OEM folgenden Weiterverarbeitungsprozesse nicht in jedem Falle gerecht. Es ist denkbar, dass bei der Weiterverarbeitung der Bleche, insbesondere beschichteter Stahlbleche, unterschiedliche Topografien auf der Ober- und Unterseite Vorteile mit sich bringen, da die Beanspruchungen der Blechseiten während der Verarbeitung unterschiedlich sind. Exemplarische Prozesse beim Automobilhersteller, bei denen eine unterschiedliche Beanspruchung der Blechseiten auftritt, wären der Umformprozess: - während der Umformung treten in den unterschiedlichen Bereichen des Werkzeugs unterschiedliche Beanspruchungen am Stahlblech auf. Je nach Bauteil sind die Ansprüche an das Reibverhalten des Stahlbleches in den lokal beanspruchten Bereichen unterschiedlich. Zur Herstellen von Außenhautteilen ist das Stahlblech zum Beispiel im Flanschbereich zu halten, damit das Stahlblech im Stempelbereich eine ausreichende Ausstreckung erfahren kann, die in der Regel bis zu 5% betragen kann. Gleichzeitig soll die Ausstreckung möglichst gleichmäßig über den Stempel erfolgen, um ein Lokalisieren beziehungsweise Einschnüren zu vermeiden, was zu einer Rissbildung führen kann. Ein solcher Anspruch an die Oberfläche gilt in der Regel für alle Bauteile, bei denen im Flanschbereich der Materialfluss verringert werden soll; und der Phosphatierungsprozess: - während des Phosphatierungsprozesses durchläuft die Karosserie eine Reinigungs-/Phosphatierungs-/Lackierungs- straße, bei der die Karosserie während der Reinigung und/oder der Phosphatierung getaucht, gespritzt oder getaucht und gespritzt werden kann. Im Falle einer Spritzbehandlung beispielsweise mittels alkalischem Reiniger, Aktivierungs- oder Phosphatierungslösung erfährt lediglich die Außenseite der Karosserie eine kinetische Energie, die von den Spritzdüsen ausgeht, was sich in schlechteren Reinigungs-ZAktivierungs- und Phosphatierungsergebnissen an der Innenseite der Karosserie äußern kann.
Die Topografie einer Stahlblechseite, in der Regel dargestellt anhand von Rauheitskennwerten, hat somit einen maßgeblichen Einfluss auf die Weiterverarbeitungseigenschaften. Rauere Topografien wirken sich positiv auf die Reaktivität der Oberfläche im Reinigungs- und Klebprozess aus. Auch mit Blick auf das Umformverhalten weisen rauere Oberflächen in der Regel geringere Reibwerte auf, da das Ölrückhaltevermögen begünstigt wird. Um optimale Ergebnisse beim Umformen beziehungsweise beim Phosphatieren von Stahlblech-ZBauteiloberflä- chen gewährleisten zu können, könnte es daher sinnvoll sein, Ober- und Unterseite eines Stahlbleches mit unterschiedlichen Topografien zu versehen.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher, neben einem Verfahren zum Dressieren eines Stahlblechs auch ein dressiertes Stahlblech anzugeben, um verschiedene Ausgestaltungen von Ober- und Unterseite des Stahlbleches zu ermöglichen, die einen positiven Effekt auf sowohl den Umform- als auch den Phosphatierungsprozess mit sich bringen.
Eine erste Lehre der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dressieren eines Stahlblechs, wobei das Stahlblech in einem Dressiergerüst zwischen zwei Dressierwalzen hindurchgeführt wird, wobei die erste Dressierwalze auf die Oberseite des Stahlblechs und die zweite Dressierwalze auf die Unterseite des Stahlblechs einwirkt und durch das Dressieren jeweils eine Oberflächenstruktur auf der Ober- und Unterseite des Stahlblechs eingeprägt wird, so dass die Oberflächenstruktur auf der Oberseite des Stahlblechs von der Oberflächenstruktur auf der Unterseite des Stahlblechs sich derart unterscheidet, dass die Strukturkennwerte, ausgewählt aus der Gruppe umfassend den arithmetischen Mittenrauwert Ra, Schiefe Rsk, Spitzenzahl Rpc, Rautiefe Rz, entwickeltes Grenzflächenverhältnis Sdr, Traganteil T und Leervolumen L, der jeweiligen Oberflächenstrukturen im Vergleich zueinander eine maximale relative Abweichung aufweisen, welche wie folgt definiert sind:
Ra > 6 % und/oder
Rsk > 50 % und/oder
Rpc > 10 % und/oder
Rz > 15 % und/oder
Sdr > 30 % und/oder
T > 10 % und/oder
L > 10 %, wobei die Bedingung für mindestens eines dieser Strukturkennwerte erfüllt ist.
Somit kommen Dressierwalzen(paare) zum Einsatz, welche unterschiedliche Texturen aufweisen und in der Lage sind, unterschiedliche Topografien auf der Ober- und Unterseite des Stahlblechs zu erzeugen, wobei zumindest eine, insbesondere mehrere oder vorzugsweise alle der vorgenannten Bedingungen hinsichtlich der Einstellung der unterschiedlichen Strukturkennwerte erfüllt sein muss, um einen positiven Effekt auf sowohl den Umform- als auch den Phosphatierungsprozess im Folgeprozess bereitstellen zu können.
Es ist in den Fachkreisen bekannt, dass kein vollständiger Übertrag der Oberflächentopografie der Dressierwalze auf die Oberfläche des Stahlblechs erfolgen kann, sondern im Wesentlichen nur die signifikanten Teile, wie zum Beispiel die Spitzen des Oberflächenprofils der Dressierwalze, in die Oberfläche des Stahlblechs eindringen und damit der Oberfläche des Stahlblechs nach dem Dressieren ein neues Erscheinungsbild respektive Charakteristikum verleihen, welche sich vom Zustand vor dem Dressieren unterscheidet. Die Oberfläche (positive Form) der Dressierwalze bildet durch Krafteinwirkung auf die Oberfläche des insbesondere beschichteten Stahlblechs eine Oberflächenstruktur aus, welche sich somit nur zum Teil in der Oberfläche (negative Form) des Stahlblechs abprägt.
Eine definierte Oberflächentopografie auf einer Dressierwalze lässt sich insbesondere durch Lasertexturierung erzeugen. Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von lasertexturierten Dressierwalzen sind Stand der Technik, vgl. u. a. EP 2 892 663 Bl . Vorzugsweise wird mittels Laser eine deterministische bzw. eine pseudostochastische Topografie in die Oberfläche der Dressierwalze bzw. des Dressierwalzenrohlings mittels Materialabtrag eingebracht. Unter deterministischer Oberflächentopografie/Oberflächenstruktur sind wiederkehrende Oberflächenstrukturen zu verstehen, welche eine definierte Form und/oder Ausgestaltung aufweisen, vgl. auch EP 2 892 663 Bl . Insbesondere gehören hierzu zudem Oberflächen mit einer pseudostochastischen Anmutung, die jedoch mittels eines deterministischen Texturierungsverfahrens aufgebracht werden und sich somit aus deterministischen Formelementen zusammensetzen. Zur Erzeugung einer stochastischen Oberflächentopografie auf einer Dressierwalze, kommen im Stand der Technik bekannte EDT-Verfahren zur Anwendung.
Gemäß einer zweiten Lehre betrifft die Erfindung ein Dressiertes Stahlblech mit jeweils einer auf der Oberseite und der Unterseite des Stahlblechs aufweisenden Oberflächenstruktur, so dass die Oberflächenstruktur auf der Oberseite des Stahlblechs von der Oberflächenstruktur auf der Unterseite des Stahlblechs sich derart unterscheidet, dass die Strukturkennwerte, ausgewählt aus der Gruppe umfassend den arithmetischen Mittenrauwert Ra, Schiefe Rsk, Spitzenzahl Rpc, Rautiefe Rz, entwickeltes Grenzflächenverhältnis Sdr, Traganteil T und Leervorlumen L, der jeweiligen Oberflächenstrukturen im Vergleich zueinander eine maximale relative Abweichung aufweisen, welche wie folgt definiert sind:
Ra > 6 % und/oder
Rsk > 50 % und/oder
Rpc > 10 % und/oder
Rz > 15 % und/oder
Sdr > 30 % und/oder
T > 10 % und/oder
L > 10 %, wobei die Bedingung für mindestens eines dieser Strukturkennwerte erfüllt ist.
Unter Stahlblech ist allgemein ein Stahlflachprodukt zu verstehen, welches in Blechform (Blech) bzw. in Platinenform (Platine) oder in Bandform (Stahlband) bereitgestellt werden kann.
Mindestens eine Seite des Stahlblechs weist eine deterministische Oberflächenstruktur aus. Insbesondere können Oberseite und Unterseite jeweils eine deterministische Oberflächenstruktur aufweisen. Beispielsweise kann eine der Seiten des Stahlblechs eine deterministische Oberflächenstruktur und die andere Seite eine stochastische Oberflächenstruktur aufweisen, vgl. beispielsweise EP 2 006 037 Bl .
Zur Ermittlung des arithmetischen Mittenrauwerts Ra wird ein Rauheitsprofil aus dem (tatsächlichen) Oberflächenprofil der Oberflächentopografie einer lasertexturierten Dressierwalze gefiltert, wobei beispielsweise ein Gaußfilter gemäß ISO 166210-21 (z. B. Ausgabe Juni 2013) mit einer Grenzwellenlänge XGG = 2,5 mm verwendet wird. Die Grenzwellenlänge XGG wird aus der DIN EN ISO 4288 (z. B. Ausgabe April 1998), Punkt 7 Tabelle 1 festgelegt, da von einem aperiodischen Profil mit einer Rauheit der Textur zwischen 2 und 10 pm ausgegangen und dadurch eine Einzelmesstrecke von 2,5 mm, welche somit XGG entspricht, gefordert wird. Auch wenn bei einer deterministischen Textur im engeren Sinne von periodischen Profilen ausge- gangen werden könnte, dadurch eventuell eine Rillenform wie in der DIN EN ISO 4288, Punkt 7 Tabelle 3 „RSm“, hätte in Betracht gezogen werden können, wird hier jedoch im Vorliegenden nicht berücksichtigt, da im dritten Abschnitt der Einleitung in der DIN EN ISO 4288 beschrieben ist, dass die Unterscheidung zwischen aperiodischen und periodischen Profilen einer subjektiven Beurteilung unterliegt und dem Anwender entsprechend überlassen wird, so dass im Folgenden die Beurteilung anhand aperiodischen Profilen erfolgt und dies im Sinne der DIN EN ISO 4288 zulässig ist. Unter Oberflächenprofil, ist ein Verlauf respektive ein Profil der Oberflächenstruktur im Schnitt entlang einer definierten Messstrecke zu verstehen. Aus dem Oberflächenprofil wird das Rau he its profil gefiltert, wobei langwellige Anteile mit einer Wellenlänge größer als 2,5 mm abgeschnitten werden.
Die Strukturkennwerte Ra, Rsk, Rpc, Rz und Sdr können am dressierten Stahlblech, wie in der DIN EN ISO 4288 angeben, ermittelt bzw. bestimmt werden.
Der Traganteil T ergibt sich aus dem Verhältnis des Flächenanteils von Tiefen und Erhebungen pro Stahlblechseite. Das Leervolumen L ist das Volumen der Tiefen pro Stahlblechseite. T und L lassen sich mittels Konfokalmikroskopie bestimmen. Die zu untersuchende Oberfläche kann mit einer lateralen Auflösung beispielsweise kleiner als 3,3 pm gescannt und jedem gescannten Punkt kann mit einer Auflösung beispielsweise in z-Richtung kleiner als 150 nm ein Höhenwert zugeordnet werden, so dass durch den Scan die Topografie der Oberfläche vermessen wird. Die vermessene Oberflächentopografie kann als Graustufenbild dargestellt werden, indem die Skala der Höhenwerte in Graustufen die Werte 0 bis 255 umfassend umgewandelt werden, wobei der tiefste Punkt der Topografie mit dem kleinsten Höhenwert als schwarz (Wert = 0) und der größte Höhenwert als weiß (Wert = 255) definiert wird. Das erhaltene Graustufenbild img wird mithilfe einer Software, beispielsweise mittels der Software Octave (Version 5.2.0) durch die Funktion bw = im2bw (img, „moments“) in ein Schwarz-Weiß- Bild bw umgewandelt, in dem die schwarzen Bereiche die Vertiefungen und die weißen Bereiche die Erhöhungen darstellen. Anhand dieses Schwarz-Weiß-Bildes werden die Flächen der Erhebungen und Tiefen ausgemessen. In Verbindung mit den Höhenwerten lassen sich auch die Volumina der Tiefen bestimmen.
Um die Strukturkennwerte auf der Ober- und Unterseite des Stahlblechs zu ermitteln, wird bevorzugt mittels Konfokalmikroskopie gemessen, wobei eine Messfläche von beispielsweise 4x4 mm2 oder größer betrachtet werden kann. Die Ermittlung der Strukturkennwerte ist Stand der Technik. Mindestens eine der Bedingungen der vorgenannten Strukturkennwerte muss erfüllt sein. Insbesondere können auch zwei oder mehrere Bedingungen der vorgenannten Strukturkennwerte erfüllt sein. Vorzugsweise können alle Bedingungen der vorgenannten Strukturkennwerte erfüllt sein.
Die Berechnung der relativen Abweichungen in % ergibt sich aus der Differenz (Betrag) der Strukturkennwerte der Ober- und Unterseite normiert auf den größeren Strukturkennwert. Soll heißen, die relative Abweichung wird bestimmt aus: I Strukturkennwert klein - Strukturkennwert groß I / Strukturkennwert groß.
Die maximalen relativen Abweichungen der Strukturkennwerte der jeweiligen Oberflächenstrukturen im Vergleich zueinander können des Weiteren wie folgt eingeschränkt sein:
- insbesondere Ra > 10 %, vorzugsweise Ra > 20 %, bevorzugt Ra > 30 % und/oder
- insbesondere Rsk > 57 %, vorzugsweise Rsk > 64 %, bevorzugt Rsk > 70 % und/oder insbesondere Rpc > 20 %, vorzugsweise Rpc > 30 %, bevorzugt Rpc > 40 % und/oder
- insbesondere Rz > 30 %, vorzugsweise Rz > 50 %, bevorzugt Rz > 65 % und/oder
- insbesondere Sdr > 40 %, vorzugsweise Sdr > 50 %, bevorzugt Sdr > 60 % und/oder
- insbesondere T > 15 %, vorzugsweise T > 20 %, bevorzugt ? > 25 % und/oder
- insbesondere L > 15 %, vorzugsweise L > 20 %, bevorzugt L > 25 %, wobei die Bedingung für mindestens eines dieser Strukturkennwerte erfüllt ist.
Das erfindungsgemäß dressierte Stahlblech kann unbeschichtet oder vorzugsweise beschichtet sein. Ist das Stahlblech beschichtet, so umfasst die Beschichtung des beschichteten Stahlblechs einen metallischen Überzug.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs ist das Stahlblech mit einem zinkbasierten Überzug beschichtet, welcher durch Schmelztauchbeschichten aufgebracht ist, wobei im Überzug neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt von bis zu 5 Gew.-% und/oder Magnesium mit einem Gehalt von bis zu 5 Gew.-% in dem Überzug enthalten sein können. Stahlbleche mit zinkbasiertem Überzug weisen einen sehr guten kathodischen Korrosionsschutz auf, welche seit Jahren im Automobilbau eingesetzt werden. Ist ein verbesserter Korrosionsschutz vorgesehen, weist der Überzug zusätzlich Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,3 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,6 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,9 Gew.-% auf. Aluminium kann alternativ oder zusätzlich zu Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,1 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,3 Gew.-% vorhanden sein, um beispielsweise eine Anbindung des Überzugs an das Stahlblech zu verbessern und insbesondere eine Diffusion von Eisen aus dem Stahlblech in den Überzug bei einer Wärmebehandlung des beschichteten Stahlblechs im Wesentlichen zu vermeiden, damit beispielsweise eine gute Klebeignung gewährleistet werden kann. Dabei kann eine Dicke des Überzugs zwischen 1,5 und 15 pm, insbesondere zwischen 2 und 12 pm, vorzugsweise zwischen 3 und 10 pm betragen. Unterhalb der Mindestgrenze kann kein ausreichender kathodischer Korrosionsschutz gewährleistet werden und oberhalb der Höchstgrenze können Fügeprobleme beim Verbinden des erfindungsgemäßen Stahlblechs respektive eines daraus gefertigten Bauteils mit einem anderen Bauteil auftreten, insbesondere kann bei Überschreiten der Dicke des Überzugs angegebene Höchstgrenze kein stabiler Prozess beim thermischen Fügen bzw. Schweißen sichergestellt werden.
Das Dressieren beim Vorsehen eines Stahlblechs mit einem mittels Schmelztauchen beschichteten Überzugs erfolgt in der Regel nach dem Beschichten, sprich, das Aufprägen jeweils einer Oberflächenstruktur auf der Ober- und Unterseite des Stahlblechs erfolgt am beschichteten Stahlblech.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs ist das Stahlblech mit einem zinkbasierten Überzug beschichtet, welcher durch elektrolytisches Beschichten aufgebracht ist. Dabei kann eine Dicke des Überzugs zwischen 1,5 und 15 pm, insbesondere zwischen 2 und 12 pm, vorzugsweise zwischen 3 und 10 pm betragen.
Das Dressieren beim Vorsehen eines Stahlblechs mit einer mittels elektrolytischer Beschichtung beschichteten Überzugs erfolgt in der Regel vor dem Beschichten, sprich, das Aufprägen jeweils einer Oberflächenstruktur auf der Ober- und Unterseite des Stahlblechs erfolgt am unbeschichteten Stahlblech.
Gemäß einer dritten Lehre betrifft die Erfindung ein Bauteil mit einer Außenseite und einer Innenseite, welches insbesondere aus einem erfindungsgemäß dressierten Stahlblech hergestellt ist, wobei die Außenseite im Vergleich zur Innenseite den höheren Wert bezogen auf mindestens zwei, insbesondere mindestens der, vorzugsweise mindestens vier, bevorzugt mindestens fünf der folgenden Strukturkennwerte aufweist: Ra, Rsk, Rpc, Rz, Sdr, T und L.
Gemäß einer alternativen Lehre betrifft die Erfindung ein Bauteil mit einer Außenseite und einer Innenseite, welches insbesondere aus einem erfindungsgemäß dressierten Stahlblech hergestellt ist, wobei die Außenseite im Vergleich zur Innenseite den niedrigeren Wert bezogen auf mindestens zwei, insbesondere mindestens der, vorzugsweise mindestens vier, bevorzugt mindestens fünf der folgenden Strukturkennwerte aufweist: Ra, Rsk, Rpc, Rz, Sdr, T und L.
Hergestellte Bauteile, beispielsweise Schalenteile oder Tiefziehteile weisen eine Außen- und Innenseite auf. Dabei ist zu verstehen, dass die Außenseite die Sichtseite sein kann und die Innenseite die entsprechend abgewandte Seite.
Erfindungsgemäße Bauteile kommen somit besonders bevorzugt im Fahrzeugbau zum Einsatz, so dass am Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils, welches ein Außenhautteil ist, verdeutlicht werden kann, welche Seite die Außenseite ist, somit im Einbauzustand die sichtbare Seite am Fahrzeug ist. Die Innenseite ist entsprechend abgewandt, in Richtung Fahrzeuginnere weisend und in der Regel durch Anbauteile verdeckt und somit nicht sichtbar, zum Beispiel bei bewegten Teilen wie Türen und Klappen, aber auch Fahrzeugdächer, Kotflügel etc.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils ist das Bauteil phosphatiert.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils ist das Bauteil lackiert.
Es wurde in Untersuchungen festgestellt, dass beispielsweise deterministische Oberflächenstrukturen insbesondere sensibler auf die applizierte Ölmenge reagieren als stochastische Oberflächenstrukturen. Dieses liegt darin begründet, dass stochastische Oberflächenstrukturen grundsätzlich als offene Struktur ausgeprägt sind und weniger steile Oberflächenprofilverläufe aufweisen. Dagegen zeigen definierte deterministische Oberflächenstrukturen in der Regel eine geschlossene Struktur mit erheblich steileren Oberflächenprofilverläufen auf. Daher ist bei deterministischen Oberflächenstrukturen der Übergang zur Minderschmierung abrupter ausgeprägt als bei stochastischen Oberflächenstrukturen, bei denen dieser Übergang fließender ist. Unterhalb einer vorgegebenen Grenzschmiermenge (Grenzölmenge) steigen die Reibbeiwerte bei deterministischen Oberflächenstrukturen stark an, da durch geschlossene Struk- tur die so erzeugten Schmierstofftaschen das Medium (Öl) lokal aufgenommen beziehungsweise stärker gebunden wird. Mittels der deterministischen Oberflächenstrukturen beziehungsweise der gezielten Profilausgestaltung ist es möglich, den Übergang zur Minderschmierung einzustellen. Durch die Erfindung und zumindest einseitig, vorzugsweise beidseitig ausgeprägten deterministischen Oberflächenstrukturen können Stahlbleche erzeugt werden, die somit auch unterschiedliche tribologische Eigenschaften an der Ober- beziehungsweise Unterseite des Stahlblechs aufweisen. Ein erfindungsgemäßes Stahlblech kann in der Blechumformung besonders vorteilhaft eingesetzt werden, da dieses in den unterschiedlichen Werkzeugbereichen (Stempel- vs. Flanschbereich) angepasste flächenpressungsabhängige Reibbeiwertverläufe aufweisen kann. So können die durch beispielsweise einen Ziehprozess gestellten Anforderungen an die Tribologie in diesen Werkzeugbereichen optimal erfüllt werden. So kann beispielsweise, die Seite, auf die der Stempel einwirkt, die Innenseite am Bauteil sein, welche im Vergleich zur Außenseite beispielsweise den niedrigeren Wert bezogen auf mindestens zwei, insbesondere mindestens der, vorzugsweise mindestens vier, bevorzugt mindestens fünf der folgenden Strukturkennwerte aufweist: Ra, Rsk, Rpc, Rz, Sdr, T und L.
Bei der Herstellung von Bauteilen, insbesondere Karosseriebauteilen, vorzugsweise von Außenhautbauteilen, wird eine Ausstreckung im Bereich des Stempelbereichs von 3-5 % angestrebt, wobei beispielsweise Ziehwerkzeuge mit Stempel, Gesenk oder Ziehring und Niederhalter zum Einsatz kommen. Zu diesem Zweck ist ein niedriger Reibbeiwert im Stempelbereich, insbesondere im Bereich des Stempelbodens vorteilhaft, da auf diese Weise eine gleichmäßige Ausstreckung des Werkstoffes gewährleistet werden kann. Dagegen soll das Stahlblech im Flanschbereich zwischen Niederhalter und Gesenk/Ziehring gehalten werden. Hierfür ist wiederum ein hoher Reibbeiwert vorteilhaft. Im Flanschbereich und im Stempelbereich herrschen beispielsweise Flächenpressungen im vergleichbaren Druckbereich von etwa 3 bis 8 MPa vor. An der Ziehkante werden Flächenpressungen erreicht, die bei 12 MPa und mehr liegen können. Dementsprechend wäre ein Stahlblech erforderlich, welches in den unterschiedlichen Bereichen jeweils auf der Ober- und Unterseite unterschiedliche Reibbeiwerte aufweisen müsste. Da eine solche Oberflächengestaltung des Stahlbleches an die Bauteilgeometrie angepasst sein müsste, wäre dies jedoch fertigungstechnisch mit einem sehr großen Aufwand verbunden. Zudem wäre man bezüglich der Bauteilgröße auf die Mantelflächen der Dressierwalzen beschränkt. Das erfindungsgemäße Stahlblech macht sich die Tatsache zu Nutze, dass die dem Stempel zugewandte Blechseite derart ausgeführt ist, dass der Reibbeiwert im dort vorherrschenden Bereich der Flächenpressung möglichst gering ist. Dagegen ist die dem Stempel abgewandte Blechseite derart ausgestaltet, dass ein möglichst hoher Reibbeiwert erzielt wird. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass der Werkstoff im Stempelbereich ausgestreckt und im Flanschbereich gehalten werden kann.
Überraschenderweise weisen zum Beispiel pseudostochastische Oberflächenstrukturen mit sich wiederholenden deterministischen Strukturen eine im Vergleich zur deterministischen Oberflächenstruktur offenere Blechtopografien auf und haben somit im Bereich geringer Flächenpressungen einen verhältnismäßig niedrigeren Reibbeiwert. Offene Blechtopografien können zudem vorteilhaft für die Benetzung von wässrigen Prozessmedien sein, sodass sich der Effekt unterschiedlicher Topografien auf der Ober- und Unterseite des Stahlblechs respektive des Bauteils (zum Beispiel deterministische Oberflächenstruktur auf der Außenseite und pseudostochastische Oberflächenstrukturen auf der Innenseite) im Bereich der Automobilvorbehandlung (Reinigung und Phosphatierung) positiv auswirken kann. Ähnlich wie beim zuvor beschriebenen Umformprozess werden die Ober- und Unterseiten des Stahlbleches im Vorbehandlungsprozess unterschiedlich behandelt. So kommt es zum Beispiel bei einer Spritzreinigung oder Phosphatierung zu einem hohen Energieeintrag auf den Außenseiten der Karosserie, was wiederum zu einem verbesserten Reinigungsergebnis führt. Die Innenseiten hingegen werden nur durch ein Tauchen oder Spülen gereinigt, was zu schlechteren Reinigungsergebnissen führen kann und sich dann in schlechten Phosphatierungsergebnissen äußert. Dieses schlechte Reinigungsergebnis kann der Automobilhersteller zum Beispiel durch eine längere Behandlungszeit der Innenseiten oder erfindungsgemäß durch eine besser benetzbare Oberfläche mit pseudostochastischer Oberflächenstrukturen auf den Innenseiten der Bauteile umgehen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Dressieren eines Stahlblechs, wobei das Stahlblech in einem Dressiergerüst zwischen zwei Dressierwalzen hindurchgeführt wird, wobei die erste Dressierwalze auf die Oberseite des Stahlblechs und die zweite Dressierwalze auf die Unterseite des Stahlblechs einwirkt und durch das Dressieren jeweils eine Oberflächenstruktur auf der Ober- und Unterseite des Stahlblechs eingeprägt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur auf der Oberseite des Stahlblechs von der Oberflächenstruktur auf der Unterseite des Stahlblechs sich derart unterscheidet, dass die Strukturkennwerte, ausgewählt aus der Gruppe umfassend den arithmetischen Mittenrauwert Ra, Schiefe Rsk, Spitzenzahl Rpc, Rautiefe Rz, entwickeltes Grenzflächenverhältnis Sdr, Traganteil T und Leervolumen L, der jeweiligen Oberflächenstrukturen im Vergleich zueinander eine maximale relative Abweichung aufweisen, welche wie folgt definiert sind:
Ra > 6 % und/oder
Rsk > 50 % und/oder
Rpc > 10 % und/oder
Rz > 15 % und/oder
Sdr > 30 % und/oder
T > 10 % und/oder
L > 10 %, wobei die Bedingung für mindestens eines dieser Strukturkennwerte erfüllt ist.
2. Dressiertes Stahlblech mit jeweils einer auf der Oberseite und der Unterseite des Stahlblechs aufweisenden Oberflächenstruktur, insbesondere dressiert nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur auf der Oberseite des Stahlblechs von der Oberflächenstruktur auf der Unterseite des Stahlblechs sich derart unterscheidet, dass die Strukturkennwerte, ausgewählt aus der Gruppe umfassend den arithmetischen Mittenrauwert Ra, Schiefe Rsk, Spitzenzahl Rpc, Rautiefe Rz, entwickeltes Grenzflächenverhältnis Sdr, Traganteil T und Leervolumen L, der jeweiligen Oberflächenstrukturen im Vergleich zueinander eine maximale relative Abweichung aufweisen, welche wie folgt definiert sind:
Ra > 6 % und/oder
Rsk > 50 % und/oder Rpc > 10 % und/oder
Rz > 15 % und/oder
Sdr > 30 % und/oder
T > 10 % und/oder
L > 10 %, wobei die Bedingung für mindestens eines dieser Strukturkennwerte erfüllt ist. Stahlblech nach Anspruch 2, wobei das Stahlblech mit einem metallischen Überzug beschichtet ist. Stahlblech nach Anspruch 3, wobei das Stahlblech mit einem zinkbasierten Überzug beschichtet ist, welcher durch Schmelztauchbeschichten aufgebracht ist, wobei im Überzug neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt von bis zu 5 Gew.-% und/oder Magnesium mit einem Gehalt von bis zu 5 Gew.-% in dem Überzug enthalten sein können. Stahlblech nach Anspruch 3, wobei das Stahlblech mit einem zinkbasierten Überzug beschichtet ist, welcher durch elektrolytisches Beschichten aufgebracht ist. Bauteil mit einer Außenseite und einer Innenseite, insbesondere hergestellt aus einem Stahlblech nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Außenseite im Vergleich zur Innenseite den höheren Wert bezogen auf mindestens zwei der folgenden Strukturkennwerte aufweist: Ra, Rsk, Rpc, Rz, Sdr, T und L. Bauteil mit einer Außenseite und einer Innenseite, insbesondere hergestellt aus einem Stahlblech nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Außenseite im Vergleich zur Innenseite den niedrigeren Wert bezogen auf mindestens zwei der folgenden Strukturkennwerte aufweist: Ra, Rsk, Rpc, Rz, Sdr, T und L. Bauteil nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Bauteil ein Außenhautteil ist. Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Bauteil phosphatiert ist. Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das Bauteil lackiert ist.
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